工廠供電第四章

1、工廠供電課件第四章第1頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第一節(jié) 短路的原因、后果和形式第2頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第一節(jié) 短路的原因、后果和形式圖4-1 短路的形式（虛線表示短路電流路徑）K（3）-三相短路 K（2）-兩相短路 K（1）-單相短路 K（1.1）-兩相接地短路 第3頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第一節(jié) 短路的原因、后果和形式3、短路的原因 第4頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第一節(jié) 短路的原因、后果和形式4、短路的后果第5頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39

2、分，星期三第一節(jié) 短路的原因、后果和形式 返回本章目錄第6頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是：當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。第7頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第8頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)

3、生三相短路時的物理過程和物理量圖4-2b是一個電源為無限大容量的供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路的電路圖。由于三相短路對稱，因此這一三相短路電路可用圖4-2c所示的等效單相電路來分析研究。第9頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第10頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第11頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第12頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39

4、分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第13頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第14頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量 圖4-3表示無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路前后的電壓、電流變動曲線。 圖4-3 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流變動曲線 第15頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第16頁，共78頁，2022

5、年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第17頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第18頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量二、短路的有關(guān)物理量 返回本章目錄第19頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第20頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時

6、的物理過程和物理量第21頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第22頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第23頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第24頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第二節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量第25頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中

7、短路電流的計算 一、概述 短路電流的計算方法有歐姆法(又稱有名單位制法) 、標(biāo)幺制法(又稱相對單位制法)和短路容量法(又稱兆伏安法)。這里介紹一般常用的歐姆法和標(biāo)幺制法。歐姆法屬最基本的短路電流計算法，但標(biāo)幺制法在工程設(shè)計中應(yīng)用廣泛。 進行短路電流計算，首先要繪出計算電路圖，如圖4-4所示。圖4-4 例4-1的短路計算電路第26頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 二、采用歐姆法進行三相短路計算 歐姆法因其短路計算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”()而得名。1. 歐姆法短路電流計算的有關(guān)公式 在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，其三

8、相短路電流周期分量有效值可按三相電路歐姆定律公式計算，即 (4-18)式中 Uc短路點的短路計算電壓(或稱為平均額定電壓)。由于線路首端短路時其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮，即短路計算電壓取為比線路額定電壓UN高 5。 Z|、R、X分別為短路電路的總阻抗模、總電阻和總電抗值 ()。第27頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 在高壓電路的短路計算中，正常總電抗遠(yuǎn)比總電阻大，所以一般只計電抗，不計電阻。在計算低壓側(cè)短路時，也只有當(dāng)短路電路的RX/3時才需要考慮電阻。 如果不計電阻，則三相短路電流的周期分量有效值為 (4-19)三相短路容量為 (4-20) 采用歐姆法進

9、行短路電流計算的關(guān)鍵是確定短路回路的阻抗。下面分別講述供電系統(tǒng)中各主要元件如電源系統(tǒng)、電源變壓器和電源線路的阻抗計算。第28頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 1) 電力系統(tǒng)的阻抗 電力系統(tǒng)的電阻一般很小，不予考慮。而電力系統(tǒng)的電抗，可由電力系統(tǒng)變電站高壓饋電線出口斷路器的斷流容量Soc來估算，這斷流容量就看作是電力系統(tǒng)的極限短路容量S k。因此電力系統(tǒng)的電抗為2) 電力變壓器的阻抗 變壓器的電阻RT ,可由變壓器的短路損耗Pk近似地計算。因故 SN變壓器的額定容量(kVA)；第29頁，共78頁，2022年，5月20日，19點

10、39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算變壓器的電抗XT，可由變壓器的短路電壓(即阻抗電壓) Uk%來近似地計算。因 故 (4-23)式中 Uk%變壓器的短路電壓百分值。3) 電力線路的阻抗 線路的電阻RWL： (4-24)式中 R0導(dǎo)線或電纜單位長度的電阻(/km)； 線路長度(km)。 線路的電抗XWL，可由已知截面和線距的導(dǎo)線或已知截面和電壓的電纜單位長度電抗X0值求得： (4-25)式中 X0導(dǎo)線或電纜單位長度的電抗(/km)第30頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 求出各元件的阻抗后，就化簡短路電路

11、，求出短路的總阻抗，然后按式(4-18)或式(4-19)計算短路電流周期分量 。其他短路量的計算公式見4.2節(jié)所述。 必須注意：在計算短路電路的阻抗時，假如電路內(nèi)含有變壓器，則電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)該統(tǒng)一換算到短路點的短路計算電壓去。阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。因此由 和 的關(guān)系可知，元件的阻抗值是與電壓平方成正比的。因此阻抗換算的公式為式中 R、X 和Uc換算前元件的電阻、電抗和元件所在處的短路計算電 壓； 、 和 換算后元件的電阻、電抗和短路點的短路計算電壓。 就短路計算中考慮的幾個主要元件的阻抗來說，只有電力線路的阻抗有時需要換算，而電力系統(tǒng)和電力變壓器的阻抗，由于它們的計算

12、公式中均含有Uc2，因此計算時Uc直接代以短路點的計算電壓，就相當(dāng)于阻抗已經(jīng)換算到短路點一側(cè)了。第31頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算2. 歐姆法短路計算的步驟和示例 1) 短路計算的步驟 按歐姆法進行短路電流計算的步驟如下。(1) 繪出短路的計算電路圖，并根據(jù)短路計算目的確定短路計算點，如圖4.4所示。(2) 針對短路計算點繪出短路電路的等效電路圖，此圖只需表示出計及阻抗的元件，并標(biāo)明其序號和阻抗值，一般是分子標(biāo)序號，分母標(biāo)阻抗值(既有電阻又有電抗時，用復(fù)數(shù)形式R+jX來表示)，如圖4.5(a)、圖4.5(b)所示。(3)

13、 按照短路計算點的短路計算電壓計算各元件的阻抗，并將計算結(jié)果標(biāo)注在等效電路圖上。(4) 按照網(wǎng)絡(luò)化簡的方法求等效電路的總阻抗。(5) 計算短路點的三相短路電流周期分量有效值 。(6) 計算短路點的其他短路電流 、 、 和 。(7) 計算短路點的三相短路容量 。第32頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 2) 歐姆法短路計算示例【例4.1】 某供電系統(tǒng)如圖4.4所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量為500MVA試求用戶配電所10kV母線上k1點短路和車間變電所低壓380V母線上k2點短路的三相短路電流和短路容量。 解：1) 求k

14、1點的三相短路電流和短路容量( =10.5kV)圖4.4 例4.1的短路計算電路圖第33頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 (1) 計算短路電路中各元件的電抗及總電抗： 電力系統(tǒng)的電抗 架空線路的電抗，查手冊得X0=0.38/km，因此 =0.385=1.9 繪k 1點的等效電路如圖4.5(a)所示，并計算其總電抗得 =0.22+1.9=2.12圖4.5 例4.1的短路等效電路圖(歐姆法)第34頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 (2) 計算k1點的三相短路電流

15、和短路容量： 三相短路電流周期分量有效值 kA2.86kA 三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流 =2.86kA 三相短路沖擊電流及其有效值 =2.552.86kA7.29kA =1.512.86kA4.32kA 三相短路容量 10.52.8652.01MVA第35頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 2) 求k 2點的三相短路電流和短路容量( =0.4kV) (1) 計算短路電路中各元件的電抗及總電抗： 電力系統(tǒng)的電抗 =3.210-4 架空線路的電抗 電纜線路的電抗 查手冊得X0=0.08/km，因此 =0.080.5( )2=5

16、.810-5 電力變壓器的電抗 由手冊得Uk%=4.5, 因此 =7.210-6k=7.210-3 繪k 2點的等效電路如圖4.5(b)所示，并計算其總電抗 =3.210-4+2.7610-3+5.810-5+7.210-3=0.01034第36頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算(2) 計算k2點的三相短路電流和短路容量： 三相短路電流周期分量有效值 0.01034kA=22.3kA 三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流 三相短路沖擊電流及其有效值 =1.84 =1.8422.3kA=41.0kA =1.09 =1.0922.3kA

17、=24.3kA 三相短路容量 0.422.3MVA=15.5 MVA在工程設(shè)計說明書中，往往只列短路計算表，如表4-1所示。第37頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算表4-1 例4.1的短路計算結(jié)果 短路計算點三相短路電流kA三相短路容量MVAk 1點2.862.862.867.294.32 52.0k 2點 22.32.322.341.024.3 15.5第38頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 三、采用標(biāo)幺制法進行三相短路計算第39頁，共78頁，2022年，5

18、月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算（一）第40頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第41頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第42頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算（二）第43頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第44頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力

19、系統(tǒng)中短路電流的計算第45頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第46頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第47頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第48頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第49頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第50頁，共78頁，2022年，5月20日，1

20、9點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算（三）不同電壓等級電抗標(biāo)幺值的關(guān)系第51頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第52頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第53頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算（四） 第54頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 第55頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三

21、 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第56頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第57頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第58頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第59頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第60頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第61頁，共78頁，20

22、22年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第62頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第63頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第64頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 五、單相短路電流的計算 在大接地電流的電力系統(tǒng)中或三相四線制低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時，根據(jù)對稱分量法可求得其單相短路電流為 在工程設(shè)計中，常利用下式計算單相短路電流 或按下式計算： 單相短路電

23、流與三相短路電流的關(guān)系如下：第65頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第三節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 在遠(yuǎn)離發(fā)電機的用戶變電所低壓側(cè)發(fā)生單相短時， ，因此單相短路電流為 三相短路時，三相短路電流為 因此 由于遠(yuǎn)離發(fā)電機發(fā)生短路時， ，故 返回本章目錄第66頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第四節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗 一、概述 通過上述短路計算得知，供電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流是相當(dāng)大的。如此大的短路電流通過電器和導(dǎo)體，一方面要產(chǎn)生很大的電動力，即電動效應(yīng)；另一方面要產(chǎn)生很高的溫度，即熱效應(yīng)。 主要用于檢驗設(shè)備的動穩(wěn)定性和熱

24、穩(wěn)定性。 二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度 （一）短路時的最大電動力 由“電工原理”課程可知，處在空氣中的兩平行導(dǎo)體分別通以電流、（單位為A）時，兩導(dǎo)體間的電磁互作用力即電動力（單位為N）為 第67頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第四節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗 （二）短路動穩(wěn)定度的校驗條件 1.一般電器的動穩(wěn)定度校驗條件 第68頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第四節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗2.絕緣子的動穩(wěn)定度校驗條件 按下列公式校驗： 其中 為三相短路時作用于絕緣子上的計算力， 為絕緣子的最大允許載荷；如果母線在絕緣子上為平放（圖4-8a），則 ；如果母線為豎放（圖4-8b），則 。 第69頁，共78頁，2022年，5月20日，19點39分，星期三 第四節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗第70