工厂供配电技术电子教案第5章-1课件.ppt

1、 掌握短路计算方法；掌握短路计算方法；掌握工厂高、低压线路中继电保护、熔掌握工厂高、低压线路中继电保护、熔断器保护、低压断路器保护的方式及适断器保护、低压断路器保护的方式及适用范围。用范围。掌握防雷保护及接地的知识掌握防雷保护及接地的知识 第五章第五章 短路和供配电系统的保护短路和供配电系统的保护 要求要求 知识点知识点 短路及计算；短路及计算；工厂高压线路继电器保护；工厂高压线路继电器保护；电力变压器的保护；电力变压器的保护；工厂低压供电系统的保护；工厂低压供电系统的保护；电器设备的防雷与接地电器设备的防雷与接地 技能点技能点 各种继电保护装置的选择与选型；各种继电保护装置的选择与选型；短路

2、计算与线路稳定性校验；短路计算与线路稳定性校验；防雷与接地方案的确定。防雷与接地方案的确定。重点和难点重点和难点 短路及计算；短路及计算；电力变压器的保护；电力变压器的保护；电器设备的防雷与接地。电器设备的防雷与接地。5 51 1 工厂电力线路的接线方式工厂电力线路的接线方式供电系统保护装置的作用及对其基本要求。供电系统保护装置的作用及对其基本要求。工厂高、低压线路中继电保护、熔断器保工厂高、低压线路中继电保护、熔断器保护、低压断路器保护的方式及适用范围。护、低压断路器保护的方式及适用范围。重点是工厂高压线路的继电保护和电力变重点是工厂高压线路的继电保护和电力变压器的保护。压器的保护。过电压保

3、护、防雷保护及接地的知识。过电压保护、防雷保护及接地的知识。5.1 短路短路 5.1.1短路故障的原因和种类短路故障的原因和种类 短路是指短路是指不同相不同相之间，之间，相对中线或相对中线或地线地线之间的直接之间的直接金属性金属性连接或经连接或经小小阻抗阻抗连接。连接。短路时不同电位的带电导体之间通短路时不同电位的带电导体之间通过过电弧电弧或其他较小阻抗非正常连接或其他较小阻抗非正常连接在一起。在一起。1、短路的种类、短路的种类 在二相系统中，可能发生的短路类型有在二相系统中，可能发生的短路类型有两相接地两相接地短路和短路和单相单相短路。短路。三相交流系统的短路主要有三相交流系统的短路主要有三

4、相三相短路、短路、两相两相短路、短路、单相单相短路和短路和两相接地两相接地短路几短路几种。种。三相短路是指供配电系统三相导体间的三相短路是指供配电系统三相导体间的短路，用短路，用k（3）表示，如图表示，如图5-1a所示。所示。两相短路是指三相供配电系统中任意两两相短路是指三相供配电系统中任意两相导体间的短路，用相导体间的短路，用k（2）表示，如图表示，如图5-1b表示。表示。（a a）三相短路）三相短路 （b b）两相短路）两相短路 图图5-1 5-1 短路的种类短路的种类 单相短路是指供配电系统中任一相单相短路是指供配电系统中任一相经大地与中性点或与中线发生的短经大地与中性点或与中线发生的短

5、路，用路，用k（1）表示，如图表示，如图5-1c所示。所示。两相接地短路是指中性点不接地系两相接地短路是指中性点不接地系统中任意两相发生单相接地而产生统中任意两相发生单相接地而产生的短路，用的短路，用k（1，1）表示，如图表示，如图5-1d所示。所示。（c c）单相短路）单相短路 （d d）两相接地短路）两相接地短路图图5-1 5-1 短路的种类短路的种类上述各种短路中，三相短路属对称短路，上述各种短路中，三相短路属对称短路，短路回路的三相阻抗相等，所以三相短路短路回路的三相阻抗相等，所以三相短路电流和电压仍然是对称的，只是电流比正电流和电压仍然是对称的，只是电流比正常值增大，电压比额定值降低

6、。其它短路常值增大，电压比额定值降低。其它短路属不对称短路。因此，三相短路可用对称属不对称短路。因此，三相短路可用对称三相电路分析，不对称短路采用对称分量三相电路分析，不对称短路采用对称分量法分析，即把一组不对称的三相量分解成法分析，即把一组不对称的三相量分解成三组对称的正序、负序和零序分量来分析三组对称的正序、负序和零序分量来分析研究。研究。在电力系统中，发生单相短路的可能性最在电力系统中，发生单相短路的可能性最大，发生概率约在大，发生概率约在10一一15左右。发生左右。发生三相短路的可能性最小，只有三相短路的可能性最小，只有5左右。但左右。但通常三相短路的短路电流最大，危害也最通常三相短路

7、的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。路电流计算。2 2、短路的原因、短路的原因 短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。设备长期运行，绝缘自然老化；设备长期运行，绝缘自然老化；操作过电压，大气过电压，绝缘受机械损伤操作过电压，大气过电压，绝缘受机械损伤 设备本身设计、安装和运行维护不良；设备本身设计、安装和运行维护不良；绝缘材料陈旧；绝缘材料陈旧；绝缘强度不够而被正常电压击穿；绝缘强度不够而被正常电压击穿；绝缘正常而被过电压绝缘正常而被过电压(包括雷电过电压包括雷电过电压)击穿击

8、穿 设备绝缘受到外力损伤等都可能造成短路。设备绝缘受到外力损伤等都可能造成短路。工作人员由于未遵守安全操作规程工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作，如带负荷拉、合隔离开而发生误操作，如带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸，也可能造关，检修后忘拆除地线合闸，也可能造成短路。成短路。电力线路发生断线和例杆事故导致电力线路发生断线和例杆事故导致短路，或误将低电压设备接入较高电压短路，或误将低电压设备接入较高电压 鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者咬坏设备导线的与接地物体之间，或者咬坏设备导线的绝缘。绝缘。5.1.25.1.2短路的效应及危害短

9、路的效应及危害 1 1、短路电流的效应、短路电流的效应 供配电系统发生短路时，短路电流供配电系统发生短路时，短路电流非常大。短路电流通过导体或电器非常大。短路电流通过导体或电器设备，会产生很大的电动力和很高设备，会产生很大的电动力和很高的温度，称为短路的电动力效应和的温度，称为短路的电动力效应和热效应。电器设备和导体应能承受热效应。电器设备和导体应能承受这两种效应的作用，满足动、热稳这两种效应的作用，满足动、热稳定的要求。下面分别分析短路电流定的要求。下面分别分析短路电流的电动力效应和热效应。的电动力效应和热效应。(1)(1)短路电流的电动力效应短路电流的电动力效应 导体通过电流时相互间电磁作

10、用产导体通过电流时相互间电磁作用产生的力，称为电动力。正常工作时生的力，称为电动力。正常工作时电流不大，电动力很小。短路时，电流不大，电动力很小。短路时，特别是短路冲击电流流过瞬间，产特别是短路冲击电流流过瞬间，产生的电动力最大。生的电动力最大。1)1)两平行载流导体间的电动力两平行载流导体间的电动力 空气中的两平行导体中流过的电流分别为空气中的两平行导体中流过的电流分别为i1和和i2（A），），i1产产生的磁场在导体生的磁场在导体2处的磁感处的磁感应强度为应强度为B1，i2产生的磁场在导体产生的磁场在导体1处的磁处的磁感应强度为感应强度为B2，如图，如图5-2所示，两导体间所示，两导体间由电

11、磁作用产生的电动力的方向由左手定由电磁作用产生的电动力的方向由左手定则决定，大小相等，由下式决定，则决定，大小相等，由下式决定，（5-1）72102101022aliialiiF式中，式中，a两导体的轴线间距离两导体的轴线间距离(m)；l导体的两相邻固定支持点距离，即挡距导体的两相邻固定支持点距离，即挡距(m)0真空磁导率，真空磁导率，02Xl0-7NA2。当电路中发生两相短路时，两相短路冲击当电路中发生两相短路时，两相短路冲击电流电流ish(2)将在两短路相导体间产生最大的电动将在两短路相导体间产生最大的电动力力F(2)，即，即 （5-2）72)2()2(102aliFsh 图图5-2 5-

12、2 两平行导体间的电动力两平行导体间的电动力 2)三相平行载流导体间的电动力三相平行载流导体间的电动力 三相平行的导体中流过的电流对称，且分别三相平行的导体中流过的电流对称，且分别为为iA、iB、iC，每两导体间由电磁作用产生，每两导体间由电磁作用产生电动力，电动力，A相导体受到的电动力为相导体受到的电动力为FAB、FAC，B相导体受到的电动力为相导体受到的电动力为FBC、FBA，C相导体受到的电动力为相导体受到的电动力为FCA、FCB，如图，如图5-3所示。经分析可知中相导体受到的电动所示。经分析可知中相导体受到的电动力最大，并可按下式计算：力最大，并可按下式计算：（5-3）72)3()3(

13、103aliFsh 图图5-3 三相平行导体间的电动力三相平行导体间的电动力 3)短路电流的电动力短路电流的电动力 由于两相短路冲击电流与三相短路冲击电流的关由于两相短路冲击电流与三相短路冲击电流的关系为系为 由式由式（5-2）和式和式（5-3）可知：，两相短路和三可知：，两相短路和三相短路产生的最大电动力也具有下列关系相短路产生的最大电动力也具有下列关系 （5-5）)3()2(23shshii)3()2(23FF 由此可见，三相短路时导体受到的电由此可见，三相短路时导体受到的电动力比两相短路时导体受到的电动力动力比两相短路时导体受到的电动力大。大。因此，校验电器设备或导体的动稳定因此，校验电

14、器设备或导体的动稳定时，应采用三相短路冲击电流或冲击时，应采用三相短路冲击电流或冲击电流有效值。电流有效值。(2)短路电流的热效应短路电流的热效应 1)短路发热的特点短路发热的特点 导体通过电流，产生电能损耗，转换成热能，导体通过电流，产生电能损耗，转换成热能，使导体温度上升。正常运行时，导体通过负使导体温度上升。正常运行时，导体通过负荷电流，产生的热能使导体温度升高，同时荷电流，产生的热能使导体温度升高，同时向导体周围介质散失。当导体内产生的热量向导体周围介质散失。当导体内产生的热量等于向介质散失的热量，导体的温度维持不等于向介质散失的热量，导体的温度维持不变。这种状态称为热平衡或热稳定。变

15、。这种状态称为热平衡或热稳定。在线路发生短路时，极大的短路电流将使在线路发生短路时，极大的短路电流将使导体温度迅速升高。出于短路后线路的保导体温度迅速升高。出于短路后线路的保护装置随即动作，迅速切除短路线路，所护装置随即动作，迅速切除短路线路，所以短路电流通过导体的时间不长，通常不以短路电流通过导体的时间不长，通常不会超过会超过23S。因此在短路过程中，可不考。因此在短路过程中，可不考虑导体向周围介质的散热，即近似地认为虑导体向周围介质的散热，即近似地认为导体在短路时间内是与周围介质绝热的，导体在短路时间内是与周围介质绝热的，短路电流在导体中产生的热量，全部用来短路电流在导体中产生的热量，全部

16、用来使导体的温度升高。由于导体温度上升很使导体的温度升高。由于导体温度上升很快，导体的电阻和比热不是常数，而是随快，导体的电阻和比热不是常数，而是随温度变化。温度变化。图图5-4表示短路时导体温度的变化情况。表示短路时导体温度的变化情况。短路前导体正常运行时的温度为短路前导体正常运行时的温度为L，在在t1发生短路，导体温度迅速上升，在发生短路，导体温度迅速上升，在t2时保护装置动作切除短路故障，此时时保护装置动作切除短路故障，此时导体温度已达到了导体温度已达到了K。短路切除后，。短路切除后，导体无电流通过，不再产生热量，只导体无电流通过，不再产生热量，只向周围介质散热，导体温度不断下降，向周围

17、介质散热，导体温度不断下降，最终导体温度等于周围介质温度最终导体温度等于周围介质温度0。图图5-4 短路时导体温度的变化短路时导体温度的变化短路时电器设备和导体的发热温度不超过短路时电器设备和导体的发热温度不超过短路最高允许温度，则满足短路热稳定要短路最高允许温度，则满足短路热稳定要求。短路最高允许温度见附表求。短路最高允许温度见附表5-1。2）短路产生的热量）短路产生的热量要确定导体短路后实际达到的最高温度，要确定导体短路后实际达到的最高温度，按理应先求出短路期间实际的短路全电流按理应先求出短路期间实际的短路全电流在导体中产生的热量。这与导体短路前的在导体中产生的热量。这与导体短路前的温度、

18、短路电流的大小及导体通过短路电温度、短路电流的大小及导体通过短路电流的时间的长短等众多因素有关。流的时间的长短等众多因素有关。由于实际短路全电流是一个变动的由于实际短路全电流是一个变动的电流并含有非周期分量，要按此电电流并含有非周期分量，要按此电流计算其产生的热量是相当困难的，流计算其产生的热量是相当困难的，因此通常采用其恒定的短路稳态电因此通常采用其恒定的短路稳态电流流I来等效计算实际短路电流所来等效计算实际短路电流所广生的热量。广生的热量。由于通过导体的短路电流实际上不由于通过导体的短路电流实际上不止止I，因此假定一个时间，在此时，因此假定一个时间，在此时间内，假定导体通过间内，假定导体通

19、过I所产生的热所产生的热量恰好与实际短路电流在实际短量恰好与实际短路电流在实际短路时间内所产生的热量相等，这一路时间内所产生的热量相等，这一假定的时间，称为短路发热的假想假定的时间，称为短路发热的假想时间或热效时间，用时间或热效时间，用tima表示。表示。tima=tk+0.05 （5-6）当当tk1时，可认为时，可认为tima=tk 式中式中tk短路时间，是短路保护装置实际最长短路时间，是短路保护装置实际最长的时间的时间top与断路器与断路器(开关开关)的断路时间的断路时间toc之和，之和，即即 tk=top+toc （5-7）对于一般高压断路器对于一般高压断路器(如油断路器如油断路器)，可

20、取，可取 toc0.2s；对于高速断路器对于高速断路器(如真空断路器如真空断路器)，可取，可取 toc0.1-0.15s 因此，实际短路电流通过导体在短路时间内因此，实际短路电流通过导体在短路时间内产生的热量为产生的热量为:（5-8）根据这一热量可计算出导体在短路后所达到根据这一热量可计算出导体在短路后所达到的最高温度。但是这种计算，不仅相当繁的最高温度。但是这种计算，不仅相当繁复且涉及到一些难于准确确定的系数，包复且涉及到一些难于准确确定的系数，包括导体的电导率括导体的电导率(它在短路过程中不是一个常它在短路过程中不是一个常数数)，因此最后计算的结果往往与实际出入很，因此最后计算的结果往往与

21、实际出入很大。大。在工程设计中，一般是利用温度曲线来确定在工程设计中，一般是利用温度曲线来确定短路最高温度短路最高温度QK的。的。imaKRtIQ2 2 2、短路危害、短路危害 发生短路时，由于短路回路的阻抗很小，产发生短路时，由于短路回路的阻抗很小，产生的短路电流较正常电流大数十倍，可能高生的短路电流较正常电流大数十倍，可能高达数万甚至数十万安培。同时，系统电压降达数万甚至数十万安培。同时，系统电压降低，离短路点越近电压降低越大，三相短路低，离短路点越近电压降低越大，三相短路时，短路点的电压可能降到零。因此，短路时，短路点的电压可能降到零。因此，短路将造成严重危害。将造成严重危害。(1)(1

22、)短路电流通过导体时，使导体大量发热，短路电流通过导体时，使导体大量发热，温度急剧升高，从而破坏设备绝缘。温度急剧升高，从而破坏设备绝缘。(2)(2)短路产生巨大的电动力，使导体变形，短路产生巨大的电动力，使导体变形，使电气设备受到机械损坏。使电气设备受到机械损坏。(3)(3)短路使系统电压严重降低，电器设备正短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏。例如异步电动机的转矩常工作受到破坏。例如异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比，当电压降低时，与外施电压的平方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热烧坏。烧坏。(4)(4)短路造成停

23、电，而且越靠近电源停电短路造成停电，而且越靠近电源停电范围越大，给国民经济带来损失，给人民范围越大，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。生活带来不便。(5)严重的短路将影响电力系统运行的稳定严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步发电机失去同步，性，使并联运行的同步发电机失去同步，严重的可能造成系统解列，甚至崩溃。严重的可能造成系统解列，甚至崩溃。(6)单相短路产生的不平衡磁场，对附近的单相短路产生的不平衡磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，使通讯失真、控制失灵、设备产生误动作。使通讯失真、控制失灵、设备产生误动作。影响其

24、正常工作。影响其正常工作。(7)短路点的电弧可能烧毁电气设备的载流短路点的电弧可能烧毁电气设备的载流部分。部分。由上可见，短路产生的后果极为严重，在由上可见，短路产生的后果极为严重，在供配电系统的设计和运行中应采取有效措供配电系统的设计和运行中应采取有效措施，设法消除可能引起短路的一切因素，施，设法消除可能引起短路的一切因素，使系统安全可靠地运行。同时，为了减轻使系统安全可靠地运行。同时，为了减轻短路的严重后果和防止故障扩大，需要计短路的严重后果和防止故障扩大，需要计算短路电流，以便正确地选择和校验各种算短路电流，以便正确地选择和校验各种电器设备，计算和整定保护短路的继电保电器设备，计算和整定

25、保护短路的继电保护装置和选择限制短路电流的电器设备护装置和选择限制短路电流的电器设备（如电抗器）等。（如电抗器）等。5.1.35.1.3短路参数和短路计算的基本概念短路参数和短路计算的基本概念 在供电系统的设计和运行中，需要进行短路在供电系统的设计和运行中，需要进行短路电流计算，因为：电流计算，因为：选择电气设备和载流导体时，需用短路电选择电气设备和载流导体时，需用短路电流校验其动稳定性和热稳定性，保证其在发流校验其动稳定性和热稳定性，保证其在发生可能的最大短路电流时不至于损坏；生可能的最大短路电流时不至于损坏；选择和整定用于短路保护的继电保护装置选择和整定用于短路保护的继电保护装置时，需应用

26、短路电流参数；时，需应用短路电流参数；选择用于限制短路电流的设备时，也需进选择用于限制短路电流的设备时，也需进行短路电流计算。行短路电流计算。1 1、无限大容量供电系统三相短路分析、无限大容量供电系统三相短路分析（1 1）无限大容量供电系统的概念）无限大容量供电系统的概念 当短路突然发生时系统原来的稳定当短路突然发生时系统原来的稳定工作状态遭到破坏，需要经过工作状态遭到破坏，需要经过个暂个暂态过程，才能进入短路稳定状态。供态过程，才能进入短路稳定状态。供电系统中的电流在短路发生时也要增电系统中的电流在短路发生时也要增大，经过暂态过程达到新的稳定值。大，经过暂态过程达到新的稳定值。短路电流变化的

27、这一哲态过程，不仅短路电流变化的这一哲态过程，不仅与系统参数有关，而且与系统的电源与系统参数有关，而且与系统的电源容量有关。容量有关。为了分析问题方便，我们假设，系统电为了分析问题方便，我们假设，系统电源电势在短路过程中近似地看做不变，源电势在短路过程中近似地看做不变，因而便引出了无限大容量电源系统的概因而便引出了无限大容量电源系统的概念。所谓念。所谓“无限大容量系统无限大容量系统”是指端电是指端电压保持恒定，没有内部阻抗，和容量无压保持恒定，没有内部阻抗，和容量无限大的系统。限大的系统。实际上，任何电力系统都有一个确定的实际上，任何电力系统都有一个确定的容量，并有一定的内部阻抗。容量，并有一

28、定的内部阻抗。当供配电系统容量较电力系统容量小得当供配电系统容量较电力系统容量小得多，电力系统阻抗不超过短路回路总阻多，电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的抗的510%510%，或短路点离电源的电气距离，或短路点离电源的电气距离足够远，发生短路时电力系统母线电压足够远，发生短路时电力系统母线电压降低很小，此时可将电力系统看作无限降低很小，此时可将电力系统看作无限大容量系统，从而使短路电流计算大为大容量系统，从而使短路电流计算大为简化。供配电系统一般满足上述条件，简化。供配电系统一般满足上述条件，可视为无限大容量供电系统系统进行短可视为无限大容量供电系统系统进行短路分析和计算。路分析和计算。图图5

29、-5(a)5-5(a)是一个电源为无限大容是一个电源为无限大容量的供电系统发生三相短路的电量的供电系统发生三相短路的电路图。路图。由于三相对称，因此这个三相短由于三相对称，因此这个三相短路的电路可用图路的电路可用图5-5(b)5-5(b)的等效单的等效单相电路图来分析。相电路图来分析。图图5.5 5.5 无限大容量系统发生三相短路的电路图无限大容量系统发生三相短路的电路图 系统正常运行时，电路中电流取决于电源系统正常运行时，电路中电流取决于电源和电路中所有元件包括负荷在内的总阻抗。和电路中所有元件包括负荷在内的总阻抗。当发生三相短路时，图当发生三相短路时，图5-5(a)5-5(a)所示的电路所

30、示的电路将被分成两个独立的回路。一个仍与电源将被分成两个独立的回路。一个仍与电源相连接，另一个则成为没有电源的短接回相连接，另一个则成为没有电源的短接回路。在这个没有电源的短接回路中，电流路。在这个没有电源的短接回路中，电流将从短路发生瞬间的初始值按指数规律衰将从短路发生瞬间的初始值按指数规律衰减到零。减到零。在衰减过程中，回路磁场中所储藏的能在衰减过程中，回路磁场中所储藏的能量，将全部转化成热能。与电源相连的量，将全部转化成热能。与电源相连的回路，由于负荷阻抗和部分线路阻抗被回路，由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路，所以电路中的电流要突然增大。短路，所以电路中的电流要突然增大。但是，由于电路中

31、存在着电感根据楞但是，由于电路中存在着电感根据楞茨定律电流又不能突变，因而引起一个茨定律电流又不能突变，因而引起一个过渡过程，即短路暂态过程，最后达过渡过程，即短路暂态过程，最后达到到个新稳定状态。个新稳定状态。（2 2）三相短路过程的分析）三相短路过程的分析 图图5-65-6表示无限大容量电源系统发生三相短路前表示无限大容量电源系统发生三相短路前后电流、电压的变化曲线。由图后电流、电压的变化曲线。由图5-65-6可以看出，可以看出，与无限大容量电源系统相连电路的电流在暂态过与无限大容量电源系统相连电路的电流在暂态过程中包含两个分量：周期分量和非周期分量。周程中包含两个分量：周期分量和非周期分

32、量。周期分量的大小取决于电源电压和短路回路的阻抗，期分量的大小取决于电源电压和短路回路的阻抗，其幅值在暂态过程中保持不变。非周期分量属于其幅值在暂态过程中保持不变。非周期分量属于自由电流，是为了使电感回路中的磁链和电流不自由电流，是为了使电感回路中的磁链和电流不突变而产生的一个感生电流，它的值在短路瞬间突变而产生的一个感生电流，它的值在短路瞬间最大，接着便以一定的时间常数按指数规律衰减最大，接着便以一定的时间常数按指数规律衰减为零。此时暂态过程即告结束，系统进入短路的为零。此时暂态过程即告结束，系统进入短路的稳定状态。稳定状态。图图5.6 无限大容量系统发生三相短路电流、电压无限大容量系统发生

33、三相短路电流、电压的变化曲线的变化曲线（3 3）最严重三相短路时的短路电流）最严重三相短路时的短路电流 在电路参数确定和短路点一定情况下，产生在电路参数确定和短路点一定情况下，产生最严重三相短路时的短路电流（即最大瞬时最严重三相短路时的短路电流（即最大瞬时值）的条件。由图值）的条件。由图5-75-7可见，短路电流非周期可见，短路电流非周期分量初值最大时短路电流瞬时值亦最大。分量初值最大时短路电流瞬时值亦最大。图图5-7 5-7 三相短路时的相量图三相短路时的相量图 图图5-75-7是三相短路时的相量图。图中分是三相短路时的相量图。图中分别表示电源电压幅值、工作电流幅值别表示电源电压幅值、工作电

34、流幅值和短路电流周期分量幅值的相量。短和短路电流周期分量幅值的相量。短路电流非周期分量的初值等于相量和路电流非周期分量的初值等于相量和之差在纵轴上的投影。之差在纵轴上的投影。从图从图5-75-7相量图中可看出，当与横轴重相量图中可看出，当与横轴重合，短路前空载或功率因数等于合，短路前空载或功率因数等于1 1，短，短路回路阻抗角时，与纵轴重合，使短路回路阻抗角时，与纵轴重合，使短路电流非周期分量初值达到最大。综路电流非周期分量初值达到最大。综上所述，最严重短路电流的条件为：上所述，最严重短路电流的条件为：短路前电路空载或短路前电路空载或cos；短路瞬间电压过零，即短路瞬间电压过零，即 时时 或或

35、180；短路回路纯电感，即短路回路纯电感，即k90。将将Im，k90代入式（代入式（5-6），得），得 （5-9）式中，式中，IP为短路电流周期分量有效值。为短路电流周期分量有效值。tpptpmpmkeItIeItIi2cos2cos短路电流非周期分量最大时的短短路电流非周期分量最大时的短路电流波形如图路电流波形如图5-8所示。所示。应当指出，三相短路时只有其中应当指出，三相短路时只有其中一相电流最严重，短路电流计算一相电流最严重，短路电流计算也是计算最严重三相短路时的短也是计算最严重三相短路时的短路电流。路电流。图图5-8 5-8 最严重三相短路时的电流波形图最严重三相短路时的电流波形图 2

36、 2三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量（1 1）短路电流周期分量）短路电流周期分量 假设短路发生在电压瞬时值假设短路发生在电压瞬时值u=0时这时负荷电流为时这时负荷电流为io由于短路由于短路时，电路阻抗减小很多，电路中将时，电路阻抗减小很多，电路中将要出现一个短路电流周期分量要出现一个短路电流周期分量ip。又由于短路电抗一般远大于电阻。又由于短路电抗一般远大于电阻。所以，所以，ip滞后电压滞后电压u u大约大约90，因，因此短路瞬间此短路瞬间(t=0=0时刻时刻)，ip突然增大突然增大到幅值。到幅值。（2 2）短路电流非周期分量）短路电流非周期分量 由于电路中存在着电感，在短路发生时，由

37、于电路中存在着电感，在短路发生时，电感要产生一个与电感要产生一个与ipip方向相反的感生电方向相反的感生电流，以维持短路瞬间电路中的电流和磁流，以维持短路瞬间电路中的电流和磁链不突变。这个反向电流就是短路电流链不突变。这个反向电流就是短路电流非周期分量。非周期分量。由于电路中还存在着电阻，所以短路电由于电路中还存在着电阻，所以短路电流非周期分量要按指数函数衰减。流非周期分量要按指数函数衰减。（3 3）短路全电流）短路全电流 任一瞬间的短路全电流等于短路电流周期分任一瞬间的短路全电流等于短路电流周期分量与短路电流非周期分量之和。量与短路电流非周期分量之和。由于短路电流含有非周期性分量，短路全电由

38、于短路电流含有非周期性分量，短路全电流不是正弦波，短路过程中短路全电流的有流不是正弦波，短路过程中短路全电流的有效值是指以该时间效值是指以该时间t t为中心的一个周期内短路为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值。全电流瞬时值的均方根值。为了简化计算，假设短路电流非周期分量在为了简化计算，假设短路电流非周期分量在所取周期内恒定不变，即其值等于在该周期所取周期内恒定不变，即其值等于在该周期中心的瞬时值；在无限大容量电源系统巾，中心的瞬时值；在无限大容量电源系统巾，短路电流周期分量的幅值和有效值是始终不短路电流周期分量的幅值和有效值是始终不变的。变的。则短路全电流有效值为则短路全电流有效值为

39、（5-10）（4 4）短路冲击电流和冲击电流有效值）短路冲击电流和冲击电流有效值 短路冲击电流短路冲击电流ish是短路全电流的最大瞬是短路全电流的最大瞬时值，由图时值，由图5-8可见，短路全电流最大瞬可见，短路全电流最大瞬时值出现在短路后半个周期，即时值出现在短路后半个周期，即t=0.01秒秒时，由式时，由式（5-7）得得 2)t(np2)t(p)t(kiII（5-11）式中，式中，为短路电流冲击系数为短路电流冲击系数pshpnppshIkeIiii2)1(2010)01.0()01.0(0101eksh 纯电阻性电路，纯电阻性电路，ksh=1；纯电感性电路，纯电感性电路，ksh=2。因此因此

40、0ksh2。短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值ISH是短路后第一个是短路后第一个周期的短路全电流有效值。由式（周期的短路全电流有效值。由式（5-20）可得可得 或或 （5-12）为方便计算，在高压系统发生三相短路，为方便计算，在高压系统发生三相短路，一般可取一般可取ksh=1.8，因此，因此2)01.0(2)01.0(nppshiIIpshshIkI2)1(21 （5-13）（5-14）在低压系统发生三相短路，可取在低压系统发生三相短路，可取 ksh=1.3，因此因此 （5-15）（5-16）pshIi55.2pshII52.1pshIi84.1pshII09.1（5）稳态短路电流有效值）稳

41、态短路电流有效值 短路电流非周期分量一般经过短路电流非周期分量一般经过0.2s就衰减就衰减完毕，短路电流达到稳定状态，这时的短完毕，短路电流达到稳定状态，这时的短路电流称为短路稳态电流路电流称为短路稳态电流.。在无限大容量系统中，短路电流周期分量在无限大容量系统中，短路电流周期分量有效值在短路全过程中始终是恒定不变的，有效值在短路全过程中始终是恒定不变的，所以有所以有 （5-17）（6）三相短路容量）三相短路容量 三相短路容量是选择断路器时，校验其断三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力的依据。所谓三相短路容量可由下路能力的依据。所谓三相短路容量可由下式定义，即式定义，即 （5-18）式中

42、，式中，SK为三相短路容量为三相短路容量（MVA）；）；Uav为为短路点所在级的线路平均额定电压短路点所在级的线路平均额定电压（kV）；）；Ik为短路电流为短路电流（kA）。）。kavkIUS3 综上所述，无限大容量系统发生综上所述，无限大容量系统发生三相短路时，求出短路电流周期三相短路时，求出短路电流周期分量有效值，即可计算有关短路分量有效值，即可计算有关短路的所有物理量。的所有物理量。3.3.无限大容量供电系统三相短路电无限大容量供电系统三相短路电流的计算流的计算 三相短路电流常用的计算方法有欧三相短路电流常用的计算方法有欧姆法和标么制法两种。欧姆法是最姆法和标么制法两种。欧姆法是最基本的

43、短路计算方法，适用两个及基本的短路计算方法，适用两个及两个以下电压等级的供电系统；而两个以下电压等级的供电系统；而标么制法适用多个电压等级的供电标么制法适用多个电压等级的供电系统。系统。（1 1）欧姆法）欧姆法 短路计算中的阻抗都采用短路计算中的阻抗都采用“欧姆欧姆”为单位。为单位。对无限大系统三相短路电流周期分量有对无限大系统三相短路电流周期分量有效值按下式计算：效值按下式计算：（5-19）式中式中 U UC C为为 为短路点的计算电压；一般取为短路点的计算电压；一般取 UC=0.4、6.3、10.5、37kV等；等；Z R X分别是短路电路的总阻抗、总电分别是短路电路的总阻抗、总电阻和总电

44、抗值阻和总电抗值 在高压电路的短路计算中，通常总电抗远在高压电路的短路计算中，通常总电抗远比医电阻大，所以一般只计电抗，不计电比医电阻大，所以一般只计电抗，不计电阻。阻。在低压电路的短路计算中，也只有当短路在低压电路的短路计算中，也只有当短路电路的电路的RX/3时，才要考虑电阻。时，才要考虑电阻。若不计电阻，三相短路周期分量有效值若不计电阻，三相短路周期分量有效值 （5-20）三相短路容量为：三相短路容量为：（5-215-21）欧姆法短路计算步骤如下：欧姆法短路计算步骤如下：绘出计算电路图，将短路计算中各元件绘出计算电路图，将短路计算中各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次的额定参数都表示

45、出来，并将各元件依次编号；确定短路计算点。短路计算点应选编号；确定短路计算点。短路计算点应选择在可能产生最大短路电流的地方。一般择在可能产生最大短路电流的地方。一般来说，高压侧选在高压母线位置，低压侧来说，高压侧选在高压母线位置，低压侧选在低压母线位置；系统中装有限流电抗选在低压母线位置；系统中装有限流电抗器时，应选在电抗器之后。器时，应选在电抗器之后。按所选择的短路计算点绘出等效电路图。并在上按所选择的短路计算点绘出等效电路图。并在上面将短路电流所流经的主要元件表示出来，并标明面将短路电流所流经的主要元件表示出来，并标明其序号。其序号。计算电路中各主要元件的阻抗，并将计算结果标计算电路中各主

46、要元件的阻抗，并将计算结果标于等效电路元件序号下面分母的位置。于等效电路元件序号下面分母的位置。将等效电路化简，求系统总阻抗。对于工厂供电将等效电路化简，求系统总阻抗。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限因此一般只需系统来说，由于将电力系统当作无限因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。等效总阻抗。按照式按照式(5(519)19)或式或式(5(520)20)计算短路电流，然后计算短路电流，然后分别求出其他短路电流参数，最后求出短路容量。分别求出其他短路电流参数，最后求出短路容量。（2）标么制）标么制 用相对值表示元

47、件的物理量，称为标幺制。用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。任意一个物理量的有名值与基准值的比值称任意一个物理量的有名值与基准值的比值称为标幺值，标幺值没有单位。即为标幺值，标幺值没有单位。即 （5-22）标幺值用上标标幺值用上标表示，基准值用下标表示，基准值用下标d表示。表示。）、物理量的基准值（）、物理量的有名值（标幺值kAkVMVAkAkVMVA 容量、电压、电流、阻抗的标幺值分别为容量、电压、电流、阻抗的标幺值分别为 (5-23)dSSS*dddZZZIIIUUU*基准容量基准容量Sd，基准电压，基准电压Ud，基准电流，基准电流Id和基和基准阻抗准阻抗Zd亦应遵守功率方程亦应遵守功率

48、方程 和电压方程。和电压方程。因此，四个基准值中只有二个基准值是独因此，四个基准值中只有二个基准值是独立的，通常选定基准容量和基准电压，按立的，通常选定基准容量和基准电压，按下式求出基准电流和基准阻抗。下式求出基准电流和基准阻抗。dddIUS3dddZIU3 基准值的选取是任意的，但为了计算方便，通常取基准值的选取是任意的，但为了计算方便，通常取100MVA100MVA为基准容量，取线路平均额定电压为基准电为基准容量，取线路平均额定电压为基准电压。线路的额定电压和基准电压对照值见表压。线路的额定电压和基准电压对照值见表5-15-1。表表5-1 5-1 线路的额定电压和基准电压（线路的额定电压和

49、基准电压（kVkV）额定电压额定电压 0.38 0.38 6 6 10 10 35 35 110 110 220 220 500 500 基准电压基准电压 0.4 0.4 6.3 6.3 10.5 10.5 37 37 115 115 230 230 550 550 用基准容量和元件所在电压等级的基准电压用基准容量和元件所在电压等级的基准电压计算的阻标标幺值，和将元件的阻抗换算到短计算的阻标标幺值，和将元件的阻抗换算到短路点所在的电压等级，再用基准容量和短路点路点所在的电压等级，再用基准容量和短路点所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值相所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值相同，即变压器的变

50、比标幺值等于同，即变压器的变比标幺值等于1 1，从而避免，从而避免了多级电压系统中阻抗的换算。从而，短路回了多级电压系统中阻抗的换算。从而，短路回路总电抗的标幺值可直接由各元件的电抗标幺路总电抗的标幺值可直接由各元件的电抗标幺值相加而得。这也是采用标幺制计算短路电流值相加而得。这也是采用标幺制计算短路电流具有的计算简单，结果清晰的优点。具有的计算简单，结果清晰的优点。（2 2）短路回路元件的标么值阻抗）短路回路元件的标么值阻抗 短路电流计算时，需要计算短路回路中各个短路电流计算时，需要计算短路回路中各个电气元件的阻抗及短路回路总阻抗。电气元件的阻抗及短路回路总阻抗。电力系统电抗标么值电力系统电