第三章短路电流计算-消防工程-电气防火课件.ppt

1、第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算学习目的学习目的 学习内容学习内容 校验电气设备及线路校验电气设备及线路 校验继电器灵敏度校验继电器灵敏度 整定保护装置整定保护装置 分析电气火灾原因分析电气火灾原因学习目的学习目的学习内容学习内容 短路电流的分析短路电流的分析 短路及其危害短路及其危害 短路电流的计算方法短路电流的计算方法一、一、短路及其危害短路及其危害 概念概念 类型类型 原因原因 危害危害 电力网中三相导线相与相或相与地之电力网中三相导线相与相或相与地之间的直接金属性连接或经小阻抗连接在一间的直接金属性连接或经小阻抗连接在一起。起。1 1、概念概念三相短路三相短路 2 2、类型类

2、型 两相短路两相短路 单相短路接地单相短路接地d d(3)(3)d d(2)(2)相间短路相间短路短路接地短路接地d d(1)(1)(中性点直接接地系统中性点直接接地系统)电气装置安装时造成电气装置安装时造成电气绝缘强度不够，装置投运后遭电击电气绝缘强度不够，装置投运后遭电击穿穿电气装置投运后维护不周，未能定期进电气装置投运后维护不周，未能定期进行预防性试验和清扫行预防性试验和清扫 3 3、原因原因主要是主要是 由于电气装置载流部分的由于电气装置载流部分的 绝缘遭到破坏绝缘遭到破坏可能的因素有：可能的因素有：绝缘因陈旧老化而损坏绝缘因陈旧老化而损坏线路过电压或遭受直接雷击线路过电压或遭受直接雷

3、击绝缘子破坏，电缆破损等机械损坏绝缘子破坏，电缆破损等机械损坏工作人员误操作工作人员误操作检修后未拆地线送电，造成弧光短路检修后未拆地线送电，造成弧光短路鸟类等跨接裸露的载流导线鸟类等跨接裸露的载流导线 4 4、短路危害短路危害 短路电流的热效应短路电流的热效应电气设备烧坏电气设备烧坏火灾或爆炸火灾或爆炸 短路电流的电动力效应短路电流的电动力效应设备变形设备变形非故障设备受损非故障设备受损 短路电流引起用户电压突然下降短路电流引起用户电压突然下降电气设备不能正常运行电气设备不能正常运行 短路电流的磁效应（不对称短路电流）短路电流的磁效应（不对称短路电流）附近通讯线路受干扰附近通讯线路受干扰 破

4、坏电力系统的稳定运行破坏电力系统的稳定运行某些发电厂因过负荷而大面积停电某些发电厂因过负荷而大面积停电二、二、短路电流的分析短路电流的分析 假设条件假设条件 短路电流短路电流分析分析 1 1、假设条件假设条件 假定假定三相短路发生在一个由无限大容量三相短路发生在一个由无限大容量 电源供电的三相交流电系统内。电源供电的三相交流电系统内。无限大容量电源供电系统：无限大容量电源供电系统：X Xc c=0 S=0 Sx x=U Uc c=常数常数实际情况实际情况与假设条件不一样与假设条件不一样阻抗阻抗当电源内阻抗当电源内阻抗 5%-10%5%-10%的短路回路总阻的短路回路总阻抗时，系统阻抗可不考虑，

5、即抗时，系统阻抗可不考虑，即 X Xc c=0=0 容量：容量：用户点安装容量用户点安装容量 系统总容量的系统总容量的 ，假定变，假定变压器二次侧发生短路时，一次侧电压维持不压器二次侧发生短路时，一次侧电压维持不变，即变，即 U Uc c=常数常数501 u iiIzqm tuifoidifizq过渡过程过渡过程 短路电流短路电流i id d=周期分量周期分量i izqzq+非周期分量非周期分量i if f 2 2、短路电流短路电流分析分析短路计算中的短路计算中的短路电流取在短路发生后短路电流取在短路发生后0.2S0.2S稳定状态稳定状态 短路电流短路电流i id d=周期分量周期分量i iz

6、qzq由图由图认为此时认为此时 I Id dIIzqzq1）周期分量izq：是由电源电压产生并按正弦规律变化，称短路电流的稳态分量2）非周期分量if：按指数规律变化，有电路中贮存的磁场能量转换而来，称短路电流的暂态分量3）短路电流id：是一个变化的非周期函数，当非周期if分量衰减至0时，电流进入稳定状态，此时id=izh4）冲击电流ich:是短路全电流的最大瞬时值，出现在短路后，经过半个周期。czqchKIi2三、短路电流的计算方法三、短路电流的计算方法 标么值法标么值法 有名值法有名值法 短路容量法短路容量法标么值法标么值法适用于高压适用于高压系统及多电系统及多电压等级的供压等级的供电系统电

7、系统有名值法有名值法适用于适用于1KV以下的低压以下的低压系统系统短路容量法短路容量法利用各元件利用各元件的短路容量的短路容量直接求出短直接求出短路点的短路路点的短路容量容量由欧姆定律，由欧姆定律，Id（3 3）=Izq=dpzu3d(3)(3)pu为短路点电压等级下的为短路点电压等级下的平均电压平均电压 工程计算中工程计算中 对高压系统，对高压系统，时，不计时，不计 上式变为上式变为ddXR31 dpdXUI3)3(dR注意：注意：（1 1）（2 2）（3 3）dz为由电源到短路点间，为由电源到短路点间，短路电流流经的所有阻抗之和短路电流流经的所有阻抗之和105%Ue短路电流计算的基本原则短

8、路电流计算的基本原则平均电压平均电压线路区间内电压由于电压损失不能保证恒值，线路区间内电压由于电压损失不能保证恒值，计算时计算时,考虑该区间始端电压升高到设备允许考虑该区间始端电压升高到设备允许的最大工作电压的最大工作电压,即即110%Ue.为简化计算规定：为简化计算规定：eepuuu%1052%)100110(1 1、标么值、标么值标么值标么值实际值实际值选定基准值选定基准值概念：概念：容量容量基本物理量基本物理量电抗电抗 电流电流电压电压SIXU实际值实际值基准值基准值基准标么值基准标么值UjSjXjIjU*jX*jI*jS*j额定标么值额定标么值U*eX*eI*eS*e选定基准值选定基准

9、值计算计算短路电流短路电流I Id d确定标么值确定标么值选定基准值选定基准值基准电抗基准电抗jjjIuX3 选定四个基本物理量中任意两个，选定四个基本物理量中任意两个，均可由电工学知识得其他两个量均可由电工学知识得其他两个量jjsu2 选定选定基准容量基准容量Sj和和基准电压基准电压Uj 则确定则确定jjjusu33 基准电流基准电流j jj jj jU U3 3S SI IjjsuI3 电流标么值电流标么值jjIII 电抗标么值电抗标么值jjXXX 2jjusX 标么值标么值实际值实际值选定基准值选定基准值jjusI3 jjsuX2 容量标么值容量标么值 jjSSS电压标么值电压标么值jj

10、UUU额定标么值归算为基准标么值的公式额定标么值归算为基准标么值的公式ejjeejssuuXX 2额定标么值额定标么值实际值实际值额定值额定值容量的额定标么值容量的额定标么值电压的额定标么值电压的额定标么值电流的额定标么值电流的额定标么值电抗的额定标么值电抗的额定标么值eeUUUeeSSSeeeeSIU3III2eeeeUXSXXX短路计算时基准值的选定原则短路计算时基准值的选定原则 基准容量基准容量S Sj j 取取1010的倍数的倍数 一般取一般取100 MVA,1000 MVA100 MVA,1000 MVA 基准电压基准电压U Uj j 取短路点所在电压等级的取短路点所在电压等级的 平

11、均电压平均电压U Udpdp 线路的电抗线路的电抗标么值标么值 变压器的电抗标么值变压器的电抗标么值 电抗器的电抗标么电抗器的电抗标么值值各具体阻抗各具体阻抗元件标么值元件标么值 X总阻抗标么值总阻抗标么值XddSI1短路电流短路电流Id短路容量短路容量Sd（例题）（例题）各阻抗元件电抗标么值公式各阻抗元件电抗标么值公式2 2、各阻抗元件的电抗标么值、各阻抗元件的电抗标么值线路的电抗标么值线路的电抗标么值jLLXXX 公式公式2pjousLx x xo o 单位公里电抗单位公里电抗/km /km 一般取一般取0.4 0.4 /km L/km L 线路长度线路长度jjosuLx2 由重要结论直由

12、重要结论直接代入本电压接代入本电压等级的等级的UpU Up p该线路本身电压等级下的平均电压该线路本身电压等级下的平均电压 变压器的电抗标么值变压器的电抗标么值由额定标么值向基准标么值换算公式由额定标么值向基准标么值换算公式 bejjbebebssuuXX 2铭牌上铭牌上短路电压百分数短路电压百分数 U Ud d%100%dbeuX bejdssu 100%变压器副边短路时，原边流过额定变压器副边短路时，原边流过额定电流电流Ie时的电压时的电压Ud与变压器额定电压与变压器额定电压Ue的比值百分数。的比值百分数。bedXu 100%短路电压百分数短路电压百分数%du电抗器的电抗标么电抗器的电抗标

13、么值值铭牌上铭牌上电抗百分数电抗百分数 X Xk k%kekXX 100%kejjkekekssuuXX 2由额定标么值向基准标么值换算公式由额定标么值向基准标么值换算公式kejjkekIIuuX 100%kejkeksuuXj2100%s 总阻抗dkLXXXXX*b*根据电路的串并联计算总阻抗根据电路的串并联计算总阻抗3.短路电流计算由电流标么值概念可得jjjjdd*33UXXUXUXUIIIPpj计算短路电流时，取要计算的短路哪一段区间的平均额定电压为基准电压，则Up=Uj，因而三相短路电流标么值I*为*11XXXIjd相应地，短路电流的有名值为：两边乘以 ，则得三相短路容量关系式为由此可

14、推出jjddUSXIII31*j*p3U*jdp3XSIU*XSSjd短路电流的计算短路电流的计算短路电流短路电流短路电流标么值短路电流标么值三相短路容量三相短路容量短路容量标么值短路容量标么值jddIII jjuSX31 XId1 XsjdpdduIS 3 XjddssS1重要关系式：重要关系式：XddSI1dIdSjddIIIjddSSSdI dS XddSI1X 重要关系式的由来重要关系式的由来jjjjjjjjjjjjI1III3UI3UXXXSSSSU3IIII 例例 题题供电系统供电系统 如图所示，试求出如图所示，试求出d处的三相短路处的三相短路电流电流Id(3)及三相短路容量及三相

15、短路容量Sd(3)up1up2lBd求解求解已知条件已知条件无限大容无限大容量系统量系统up1=37kv 37kv up2=6.3kv 6.3kv l=5km 5km x0=0.40.4/km/km S Sbebe=32003200kVAkVAud%=7 7分析分析 XddSI1总电抗总电抗标么值标么值 X需求需求dI dS 线路线路l变压器变压器BlX bX up1up2lBd已知条件已知条件无限大容无限大容量系统量系统up1=37kv 37kv up2=6.3kv 6.3kv l1 1=5km 5km x0=0.40.4/km/km S Sbebe=32003200kVAkVAud%=7

16、7总结总结d 序序 号号元件电抗标么值元件电抗标么值（1 1）作供电系统等值电路图作供电系统等值电路图2X*b1X*l（2 2）确定确定Sj、Uj取取 Sj=100MVA Uj=Up2=6.3KVSj=100MVA100MVAUj=Up2=6.3kv6.3kv（3 3）计算各阻抗元件标么值并代入等值电路图）计算各阻抗元件标么值并代入等值电路图bejdbssux 100%变压器变压器B2.22.31001007 线路线路l2 21 1pjoluslxx 146.023710054.0 代入等值电路图代入等值电路图146.012 22.22.2d（4 4）计算短路电流）计算短路电流Id(3)及短路

17、容量及短路容量Sd(3)3 34 46 62 22 22 21 14 46 60 0.blxxxjjdusxI3 33 31 1 )(kA9 93 33 36 61 10 00 03 34 46 62 21 13 3.xsSjd)(3 3MVA6 64 42 23 34 46 62 21 10 00 0.（3 3）计算各阻抗元件标么值并）计算各阻抗元件标么值并代入等值电路图代入等值电路图up1up2lBd已知条件已知条件无限大容无限大容量系统量系统up1=37kv 37kv up2=6.3kv 6.3kv l1 1=5km 5km x0=0.40.4/km/km S Sbebe=3200320

18、0kVAkVAud%=7 7（4 4）计算短路电流）计算短路电流Id(3)及短路容量及短路容量Sd(3)3 34 46 62 22 22 21 14 46 60 0.blxxxjjdusxI3 33 31 1 )(kA9 93 33 36 61 10 00 03 34 46 62 21 13 3.xsSjd)(3 3MVA6 64 42 23 34 46 62 21 10 00 0.146.012 22.22.2d（2 2）确定确定Sj、UjSj=100MVA100MVAUj=Up2=6.3kv6.3kv（1 1）作供电系统等值电路图作供电系统等值电路图总结总结本节学习内容总结本节学习内容总结

19、 短路及其危害短路及其危害 短路电流的分析短路电流的分析 短路电流的计算方法短路电流的计算方法（标么值法）（标么值法）短路电流计算时短路电流计算时的基本原则的基本原则 XUIdpd3)3(短路电流的计算公式短路电流的计算公式 XddSI1多个电压等级时多个电压等级时非短路点电压等级下非短路点电压等级下阻抗元件标么值求解阻抗元件标么值求解时的重要结论时的重要结论通过例题掌握通过例题掌握用标么值法用标么值法求短路电流求短路电流 有名值法有名值法1 1、计算特点计算特点2 2、计算方法计算方法3 3、例题例题 有名值法有名值法-计算特点计算特点适用于适用于1000V1000V以下低压电网短路电流计算

20、以下低压电网短路电流计算低压供电网络可以看成是由无限大容量低压供电网络可以看成是由无限大容量电源供电。电源供电。低压配电回路中，不能忽略电流互感器、低压配电回路中，不能忽略电流互感器、母线、开关等及其连接的各元件的阻抗母线、开关等及其连接的各元件的阻抗低压网络中的电压只一级，故采用有名低压网络中的电压只一级，故采用有名值法方便。值法方便。有名值法内涵有名值法：是将系统中各元件的实际阻实际阻抗抗都折算折算到短路点所在级平均额定电压下的欧姆值，在按实际电路算出总阻抗按实际电路算出总阻抗，最终完成短路计算。有名值法有名值法计算方法计算方法1 1、三相短路电流计算、三相短路电流计算2 2、两相短路电流

21、计算、两相短路电流计算3 3、单相短路电流计算、单相短路电流计算4 4、冲击电流的计算、冲击电流的计算1 1、三相短路电流计算、三相短路电流计算三相短路电流计算公式三相短路电流计算公式Up平均额定电压；平均额定电压；R、X 、Z -短路回路每相的总短路回路每相的总电阻、总电抗、总阻抗（电阻、总电抗、总阻抗（m）；）；)KA(XR3UZ3UI22PP3d 短路回路各元件阻抗值短路回路各元件阻抗值1 1）、变压器的阻抗）、变压器的阻抗式中式中 Pd变压器的额定短路损耗变压器的额定短路损耗(kW)；Ud变压器短路电压的百分数；变压器短路电压的百分数；Sbe变压器的额定容量变压器的额定容量(kVA)；

22、Ube变压器低压侧的额定电压变压器低压侧的额定电压(V)。be2be2bed2db2be2bedbsUSP100UXmSUPR%;短路回路各元件阻抗值短路回路各元件阻抗值2 2）、母线的阻抗）、母线的阻抗长度在长度在1015m以上的母线阻抗：（实际工程计算以上的母线阻抗：（实际工程计算中中,母线截面母线截面S500mm2,Xm=0.017Lm;S 500mm2,Xm=0.13L m）三三角角形形排排列列水水平平等等距距排排列列 3cbacabcpcpcpm3mDDDDD261DmbD4L1450Xm10SLR.lg.短路回路各元件阻抗值短路回路各元件阻抗值3 3）、其他元件的阻抗）、其他元件的

23、阻抗 架空线、电缆、刀闸、自动开关触头、自动架空线、电缆、刀闸、自动开关触头、自动开关过流线圈、电流互感器原绕组等的阻抗开关过流线圈、电流互感器原绕组等的阻抗均查表求得。均查表求得。低压电网短路阻抗计算中，从变压器到短路低压电网短路阻抗计算中，从变压器到短路点由不同截面电缆组成的电路，应归算到同点由不同截面电缆组成的电路，应归算到同一截面，等效计算长度由下式计算：一截面，等效计算长度由下式计算：4114431133211221SSLSSLSSLLL2、两相短路电流计算、两相短路电流计算计算公式：计算公式：3d2dI870I.3 3、单相短路电流计算、单相短路电流计算 2xl2xlxl1dXRU

24、ZUI 021xl021xlXXX31XRRR31R1、2、0下标下标-分别表示相零回路分别表示相零回路正序、负序、零序电阻（电抗）正序、负序、零序电阻（电抗）1）、计算公式）、计算公式4、冲击电流的计算、冲击电流的计算1、低压网络短路冲击电流、低压网络短路冲击电流ich2、冲击电流有效值、冲击电流有效值IchdcchIk2i dfchCd2cchCI020T1I31KI1K21I31K .时时当当时时当当K KC C-冲击系数，可冲击系数，可查表求得；查表求得；T Tf f=X=X/(2/(2 f.Rf.R)=)=X X/(314/(314R R)4、冲击电流的计算、冲击电流的计算一般运用一

25、般运用：czqchKI2i 为短路电流的冲击电流；为短路电流的冲击电流；高压系统高压系统:K:KC C=1.8=1.8；i ichch=2.55I=2.55Izqzq；I Ichch=1.52I=1.52Izqzq;低压系统：低压系统：K KC C=1.3=1.3；i ichch=1.84I=1.84Izqzq;I;Ichch=1.09I=1.09Izqzq ；有名值法计算步骤1、计算各元件阻抗、计算各元件阻抗 1）按公式（从低压变压器至短路点）按公式（从低压变压器至短路点）2）高压侧阻抗：）高压侧阻抗：XC=UP22/Sd2、计算短路电流、短路容量、计算短路电流、短路容量3、计算短路冲击电流、计算短路冲击电流 KAXR3UZ3UI22PP3d