工廠供電短路電流演示文稿

工廠供電短路電流演示文稿目前一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，還要考慮系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)和故障情況，最嚴(yán)重的故障是短路故障。本章討論和計算供配電系統(tǒng)在短路故障情況下的電流（簡稱短路電流），短路電流計算的目的主要是供母線、電纜、設(shè)備的選擇和繼電保護(hù)整定計算之用。目前二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點第4章短路電流計算4.1概述4.2無限大容量電源系統(tǒng)短路過程分析4.3短路電流計算4.4短路電流的熱效應(yīng)和力效應(yīng)

課堂練習(xí)目前三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.1概述1.短路的概念

所謂短路（shortcircuit），是指電力系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻性短接。也就是指電力系統(tǒng)中相與相之間，或相與地之間通過導(dǎo)體、電弧或小阻抗短接而形成的非正常運行狀態(tài)。

目前四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點2.短路的原因電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞（自然老化、操作過電壓、大氣過電、機械損傷）運行人員誤操作（帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，檢修后忘拆除地線合閘）其他因素（鳥獸跨接裸導(dǎo)體或咬壞設(shè)備、電纜的絕緣）目前五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點3.短路的類型

對稱短路：

三相短路不對稱短路：

單相短路

兩相短路

兩相接地短路發(fā)生可能性最小，短路電流最大！發(fā)生的可能性最大！目前六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點三相短路示意圖三相短路a）三相短路目前七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點兩相短路示意圖兩相短路目前八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點單相短路示意圖單相(接地)短路目前九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點兩相接地短路示意圖兩相接地短路d）目前十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.短路的危害

短路電流的熱效應(yīng)使設(shè)備急劇發(fā)熱，可能導(dǎo)致設(shè)備過熱損壞；短路電流產(chǎn)生很大的電動力，可能使設(shè)備永久變形或嚴(yán)重?fù)p壞；短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響用戶的正常工作；短路可能影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；不對稱短路產(chǎn)生的不平衡磁場，會對附近的通訊系統(tǒng)及弱電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作。目前十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點5.短路電流計算的意義

巨大的短路電流（short-circuitcurrent）將對電氣設(shè)備及人身安全帶來極大的危害和威脅。為了預(yù)防短路及產(chǎn)生的危害，需要對供電系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的短路電流數(shù)值預(yù)先加以計算，根據(jù)計算的結(jié)果作為選擇電器設(shè)備及供電設(shè)計的依據(jù)。

目前十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點6.短路電流計算的目的為了選擇電氣設(shè)備、載流導(dǎo)體和整定供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，需要計算三相短路電流；在校驗繼電保護(hù)裝置的靈敏度時還需計算不對稱短路的短路電流值；校驗電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，就要用到短路沖擊電流、穩(wěn)態(tài)短路電流及短路容量。目前十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點7.短路電流計算的基本假設(shè)

工程上多采用近似計算法，計算結(jié)果偏大，作為計算基礎(chǔ)的基本假設(shè)有：認(rèn)為系統(tǒng)中各元件參數(shù)恒定；當(dāng)短路回路的總電阻小于總電抗的1/3時，忽略回路中各元件的電阻；忽略短路點的過渡電阻，短路點均以金屬性短路對待；除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱之外，電力系統(tǒng)通常都看做三相對稱的。目前十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點8.防止短路對策

預(yù)防性試驗正確安裝和維護(hù)防雷設(shè)備文明施工嚴(yán)格遵守操作規(guī)程目前十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.2無限大容量電源系統(tǒng)的

短路過程分析

無限大容量系統(tǒng)的三相短路過程分析

無限大容量系統(tǒng)的兩相短路過程分析

感應(yīng)電動機對短路電流的影響目前十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.2.1無限大容量電源系統(tǒng)的

三相短路過程分析

無限大容量電源系統(tǒng)

三相短路過渡過程分析

有關(guān)短路的物理量目前十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點1.無限大容量電源系統(tǒng)

理想的無限大容量電源是指內(nèi)阻抗為零的電源。當(dāng)電源內(nèi)阻抗為零時，不管輸出的電流如何變動，電源內(nèi)部均不產(chǎn)生壓降，電源母線上的輸出電壓維持不變。

目前十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在工程實際應(yīng)用中，無限大容量只是一個相對概念，指電源系統(tǒng)的容量相對于用戶容量大得多，在發(fā)生三相短路時，電源系統(tǒng)的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于短路回路的總阻抗，以致無論用戶負(fù)荷如何變化甚至發(fā)生短路，系統(tǒng)的母線電壓都能基本維持不變。在等值電路圖中表示為S=∞和X=0。目前十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在工程計算中，當(dāng)電源系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的5%～10%，或者電源系統(tǒng)的容量超過用戶容量的50倍時，可將其視為無限大容量電源系統(tǒng)。提示目前二十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點2.三相短路過渡過程分析

短路發(fā)生以后，系統(tǒng)電流將由原來的正常負(fù)荷電流突然增大，經(jīng)過暫態(tài)過程后達(dá)到短路后的穩(wěn)定值。由于暫態(tài)過程的短路電流比穩(wěn)態(tài)值大得多，它對電氣設(shè)備的危害也很嚴(yán)重，因此有必要對三相短路電流的暫態(tài)過程加以分析。目前二十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路電流暫態(tài)過程

短路電流最大值條件目前二十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點（1）短路電流暫態(tài)過程圖1三相短路時的三相等效電路圖目前二十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點圖2分析三相短路時的單相等效電路圖目前二十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

當(dāng)t＝0時刻，發(fā)生三相短路，則圖2所示等效電路的電壓方程為：

解微分方程得短路全電流為：目前二十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

當(dāng)t＝0時刻，發(fā)生三相短路，由于短路電路存在電感，電流不能突變，因此引起一個過渡過程，即“短路暫態(tài)過程”。短路前，電路中的正常負(fù)荷電流為：

當(dāng)t＝0時刻，發(fā)生三相短路目前二十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點解方程（3）得：代入公式（2）可得短路全電流瞬時值為：式（5）中，右端第一項為短路電流周期分量;第二項為短路電流非周期分量。目前二十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

由式（5）可以看出，非周期分量在短路后按指數(shù)曲線衰減，經(jīng)歷（3~5）Tfi即衰減至零，暫態(tài)過程結(jié)束，短路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)短路電流只含有短路電流的周期分量。上述現(xiàn)象的電流波形圖如圖3所示。目前二十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點圖3三相短路電流過渡過程波形圖正常運行狀態(tài)短路暫態(tài)過程短路穩(wěn)態(tài)過程目前二十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點（2）短路電流最大值的條件：

當(dāng)電路的參數(shù)不變時，短路電流周期分量幅值不變，而短路電流非周期分量則是按指數(shù)規(guī)律單調(diào)衰減。因此，非周期電流的初值越大，過渡過程中短路全電流的最大瞬時值也就越大。目前三十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

由公式（4）分析可知，短路電流非周期分量的初值取最大值的條件為：短路前為空載，即Im=0，這時設(shè)電路的感抗X比電阻R大得多，即短路阻抗角kl≈90。短路發(fā)生于某相電壓瞬時值過零值時，即當(dāng)t=0時，初相角=0。目前三十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點3.有關(guān)短路的物理量

短路電流穩(wěn)態(tài)值

短路沖擊電流瞬時值

短路沖擊電流有效值

短路功率目前三十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路電流穩(wěn)態(tài)值

指短路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,短路電流的有效值,用I∞表示。短路電流達(dá)到穩(wěn)定過程時，短路電流非周期分量衰減為零，短路全電流只含有周期分量，所以目前三十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路沖擊電流瞬時值

即在發(fā)生最大短路電流的條件下，這時，從公式（4）、（5）得目前三十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點當(dāng)短路發(fā)生后約半個周期：時，出現(xiàn)的短路電流最大瞬時值，即短路電流的幅值達(dá)到?jīng)_擊電流值。目前三十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

令沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)取決于即取決于電網(wǎng)的阻抗比或電網(wǎng)短路點的阻抗比，沖擊系數(shù)取值范圍為1≤Ksh≤2。短路沖擊電流瞬時值是用來校驗電氣設(shè)備力穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)。

目前三十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在高壓供電系統(tǒng)中取Ksh=1.8

在低壓供電系統(tǒng)中取Ksh=1.3為什么高/低壓電網(wǎng)中的Ksh取值不同？目前三十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路電流的衰減速度與短路電路的阻抗有關(guān)。高壓電網(wǎng)的電阻與電抗之比值小于低壓電網(wǎng)的電阻與電抗之比值，這就使高壓電網(wǎng)中短路電流的衰減速度比低壓電網(wǎng)中短路電流的衰減速度慢。所以計算高壓電網(wǎng)短路電流沖擊系數(shù)比計算低壓電網(wǎng)短路電流的沖擊系數(shù)要大。目前三十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路沖擊電流有效值

短路沖擊電流有效值指的是短路后的第一個周期內(nèi)短路全電流的有效值。短路沖擊電流有效值也是校驗電氣設(shè)備力穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)。目前三十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

由于短路全電流的有效值為：

當(dāng)t=0.01s時，短路全電流的有效值就是對應(yīng)于沖擊電流ish時的有效值，用Ish表示：目前四十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在高壓供電系統(tǒng)中取Ksh=1.8，在低壓供電系統(tǒng)中取Ksh=1.3，目前四十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路功率

短路功率又稱為短路容量，它等于短路電流有效值同短路點處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積。即：目前四十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.2.2無窮大容量電源系統(tǒng)兩相短路分析圖4兩相短路時三相等效電路圖

ik(2)目前四十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在進(jìn)行繼電保護(hù)靈敏度校驗時，需要知道供電系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路時的兩相短路電流值。若忽略電路電阻值，則：目前四十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.2.3感應(yīng)電動機對短路電流的影響

供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，從電源到短路點的系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時短路點的電壓可降為零。如圖5所示。

目前四十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點圖5計算感應(yīng)電動機端點上短路時的短路電流目前四十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

電動機向短路點反饋的沖擊電流為

因為感應(yīng)電動機供給的反饋短路電流衰減很快，所以只考慮對短路沖擊電流的影響。當(dāng)計及感應(yīng)電動機的反饋沖擊電流，系統(tǒng)短路電流沖擊值為目前四十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

令則其中：C------反饋沖擊系數(shù)

ksh.M------短路電流沖擊系數(shù)

IN.M------電動機額定電流目前四十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

在實際的工程計算中，如果在短路點附近所接的容量在100kW以上的感應(yīng)電動機或總?cè)萘吭?00kW以上的電動機群，當(dāng)值為短路沖擊電流ish(3)的5％以上時需考慮其影響。反饋沖擊系數(shù)C感應(yīng)電動機6.5同步電動機7.8同步補償機10.8綜合負(fù)荷3.2目前四十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.3短路電流計算

短路電流的計算方法有：歐姆法（有名單位制法）標(biāo)幺制法（相對單位制法）短路容量法（兆伏安法）其中標(biāo)幺制法在工程設(shè)計中應(yīng)用廣泛。目前五十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點標(biāo)幺制法

標(biāo)幺制

元件阻抗標(biāo)幺值計算

無限大容量電源系統(tǒng)短路電流計算目前五十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

標(biāo)幺制

標(biāo)幺制是相對單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理量都用相對值表示，標(biāo)幺值的定義如下：注：標(biāo)幺值是一個沒有單位的相對值，通常用帶*的上標(biāo)以示區(qū)別。目前五十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點1.基準(zhǔn)值選取

各量基準(zhǔn)值之間必須服從電路的歐姆定律和功率方程式，也就是說在三相電路中，電壓、電流、功率和阻抗基準(zhǔn)值Uj、Ij

、Sj

、Zj要滿足下列關(guān)系：目前五十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點基準(zhǔn)容量Sj有兩種選擇：一是固定取Sj=100MVA；另一種是隨機地取為系統(tǒng)電源的總?cè)萘俊Ｇ罢叨嘤糜跓o限容量系統(tǒng)中，后者宜用于有限容量系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)電壓Uj取值是與短路點的選擇有關(guān)，采用短路點所在線路平均電壓為基準(zhǔn)電壓值。目前五十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點目前五十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點2.標(biāo)幺制計算的優(yōu)點

采用標(biāo)幺值來計算短路回路總阻抗時，只要將回路中各元件的阻抗標(biāo)幺值直接相加便可求得短路回路總阻抗標(biāo)幺值。三相短路電流的標(biāo)幺值就等于短路回路總阻抗標(biāo)幺值的倒數(shù)。短路容量標(biāo)幺值和短路電流標(biāo)幺值相等。目前五十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

元件阻抗標(biāo)幺值計算電源變壓器電抗器線路短路回路總阻抗目前五十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

如果把電力系統(tǒng)看作無窮大容量電源系統(tǒng)，其內(nèi)阻抗則為零，此時系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值為0，即電源

信息工程與自動化學(xué)院.工廠供電.目前五十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

如果把電力系統(tǒng)看作有限容量，則系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值計算為：（1）已知電力系統(tǒng)電抗有名值XS，系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值為：（2）已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量Soc注：容量單位均為M·VA！

信息工程與自動化學(xué)院.工廠供電.目前五十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點變壓器變壓器電抗標(biāo)幺值與基準(zhǔn)電壓及變壓器自身額定電壓均無關(guān)。

信息工程與自動化學(xué)院.工廠供電.目前六十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點電抗器電抗器標(biāo)幺值與基準(zhǔn)電壓無關(guān)，與電抗器的額定電壓、電流和線路平均電壓有關(guān)。

必須選取電抗器所在電網(wǎng)的基準(zhǔn)電壓。

信息工程與自動化學(xué)院.工廠供電.目前六十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點線路線路標(biāo)幺值與基準(zhǔn)電壓無關(guān)，只與線路本身平均電壓有關(guān)。

信息工程與自動化學(xué)院.工廠供電.目前六十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點短路回路總阻抗

在高壓系統(tǒng)中，Rk<<Xk，為簡化計算，若Rk<(Xk/3),可忽略Rk，Zk=Xk。在低壓系統(tǒng)中，Xk<<Rk，為簡化計算，若Xk<(Rk/3),可忽略Xk，Zk=Rk。

信息工程與自動化學(xué)院.工廠供電.目前六十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

無限大容量電源系統(tǒng)短路電流計算

三相短路電流計算

兩相短路電流計算

計算示例

目前六十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

三相短路電流計算

三相短路參數(shù)計算

最大運行與最小運行方式

計算步驟

目前六十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點三相短路參數(shù)計算

無窮大容量電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，電源母線電壓不變，則因為選Uj=Uav,且Zk/Zj=Zk*,所以目前六十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路沖擊電流瞬時值和短路沖擊電流有效值分別為：高壓系統(tǒng)低壓系統(tǒng)目前六十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

三相短路功率為：目前六十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點最大/最小運行方式

供電系統(tǒng)的短路電流大小與系統(tǒng)運行方式有密切關(guān)系。系統(tǒng)運行方式可分為：最大運行方式：電源系統(tǒng)多臺發(fā)電機投運，雙回路輸電線路及并聯(lián)變壓器均全部并列運行。此時系統(tǒng)總阻抗最小，短路電流最大。最小運行方式：電源系統(tǒng)中一部分發(fā)電機，變壓器及輸電線路解列運行，系統(tǒng)短路阻抗變大，短路電流相應(yīng)減小。目前六十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點計算步驟

①畫出短路電流計算系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)圖應(yīng)包含所有與短路計算有關(guān)的元件，并標(biāo)出各元件的參數(shù)和短路點。②畫出計算短路電流的等效電路圖，每個元件用一個阻抗表示，電源用一個小圓表示，并標(biāo)出短路點，同時標(biāo)出元件的序號和阻抗值，一般分子標(biāo)序號，分母標(biāo)阻抗值。目前七十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點③選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，計算各元件的阻抗標(biāo)幺值；④等效電路化簡，求出短路回路總阻抗標(biāo)幺值。⑤計算短路電流標(biāo)幺值，再計算各個短路參數(shù)。目前七十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

兩相短路電流計算

根據(jù)兩相短路電流與三相短路電流的比例關(guān)系進(jìn)行計算。目前七十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

計算示例

某工廠變電所6/0.4KV變壓器容量為630KVA，由一回2.2千米電纜線路供電。低壓380V/220V母線接有動力負(fù)荷180KW，有關(guān)數(shù)據(jù)如圖中標(biāo)注。試求短路點d1、d2的短路參數(shù)。目前七十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點解：第一步求解各元件阻抗標(biāo)幺值

目前七十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點解：第二步求解短路回路總阻抗標(biāo)幺值，繪制等效電路圖。

目前七十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點目前七十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點解：第三步求d1點的短路參數(shù)

目前七十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點解：第四步求d2點的短路參數(shù)

目前七十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點目前七十九頁\總數(shù)九十八頁\編于五點4.4短路電流熱效應(yīng)與力效應(yīng)

短路電流的熱效應(yīng)

短路電流的力效應(yīng)目前八十頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

短路電流的熱效應(yīng)(P79)

由于短路電流驟然增大,所產(chǎn)生的熱量很大并幾乎來不及散出去,因此導(dǎo)體溫度將升得很高,這就是短路電流的熱效應(yīng)（thermaleffect）。目前八十一頁\總數(shù)九十八頁\編于五點1）短路時的發(fā)熱計算

短路時，導(dǎo)體的發(fā)熱計算一般采用等效計算的方法解決。用短路穩(wěn)態(tài)電流計算實際短路電流產(chǎn)生的熱量。目前八十二頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

假定在假想時間tima內(nèi)，穩(wěn)態(tài)短路電流所產(chǎn)生的熱量等效于短路全電流Ik(t)在實際短路持續(xù)時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量，短路電流產(chǎn)生的熱量可按下式計算：目前八十三頁\總數(shù)九十八頁\編于五點短路發(fā)熱假想時間可按下式計算：其中：目前八十四頁\總數(shù)九十八頁\編于五點2）短路導(dǎo)體發(fā)熱溫度確定

為使導(dǎo)體短路發(fā)熱溫度計算簡便，工程上一般利用導(dǎo)體加熱系數(shù)A與導(dǎo)體溫度θ的關(guān)系曲線來確定短路發(fā)熱溫度θk。

目前八十五頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

由θN求θk的步驟如下：（1）由導(dǎo)體正常運行時的溫度θN從θ-A曲線查出導(dǎo)體正常加熱系數(shù)KL。（2）計算導(dǎo)體短路加熱系數(shù)Kk。

（3）由Kk從曲線查得短路發(fā)熱溫度θk。目前八十六頁\總數(shù)九十八頁\編于五點3）短路時的熱穩(wěn)定度

通常把電氣設(shè)備具有承受短路電流的熱效應(yīng)而不至于因短時過熱而損壞的能力，稱為電氣設(shè)備具有足夠的熱穩(wěn)定度。即目前八十七頁\總數(shù)九十八頁\編于五點

工程設(shè)計中采用滿足短路時發(fā)熱的最高允許溫度下所需導(dǎo)體的最小截面來校驗導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性。計算導(dǎo)體短路熱穩(wěn)定的最小截面的方法如下：其中：C---與導(dǎo)體有關(guān)的熱穩(wěn)定系數(shù)（查表3-3求得）

tima---短路電流作用假想時間。目前八十八頁\總數(shù)九十八頁\編于五點短路電流的力效應(yīng)(P78)

導(dǎo)體通過電流時，相互間電磁作用產(chǎn)生的力，稱為電動力效應(yīng)（electro-dynamic