短路电流计算 课件.ppt

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1、内容提要：本章概述短路电流的计算。无限大容量电源系统供电时短路过程的分析和无限大容量电源条件下短路电流的计算方法；低压配电网中短路电流的计算；不对称短路电流的计算方法；感应电动机对短路电流的影响；供电系统中电气设备的选择与校验。,第3章 短路电流的计算,第3章 短路电流的计算,第一节 概述第二节 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析第三节 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法第四节 低压配电网中短路电流的计算 第五节 不对称短路电流的计算方法 第六节 感应电动机对短路电流的影响第七节 供电系统中电气设备的选择与校验,第一节 概述,一、短路的含义,短路：供电系统中一相或多相载流导体接地或相互

2、接触,并产生超 出规定值的大电流。 即不同电位的导电部分之间的低阻性短接。,二、短路发生的原因,1. 主要原因：电气设备载流部分的绝缘损坏,2. 违反操作规程而发生误操作 约占故障总数的70,4. 鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏 设备导线电缆的绝缘。,3. 雷击或过电压击穿,三、短路的后果,短路电流很大，可达几万安甚至几十万安。,短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路 电路中的其他元件损坏。2. 短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行。3. 短路时要造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大。4. 严重的短路要影响电力系统运

3、行的稳定性，可使并列运行的发电机失去同步，造成系统解列。5. 单相短路，其电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。,四、短路的类型,三相短路,两相短路,单相(接地)短路,单相短路,两相接地短路,两相接地短路,三相短路,两相短路,单相短路,两相接地短路,对称短路,不对称短路,表示方法：,3. 校验电气设备及载流导体的力稳定和热稳定，就要用到短路冲击电流、稳态短路电流及短路容量；但对瞬时动作的低压断路器，则需用冲击电流有效值来进行其动稳定校验。,五、计算短路电流的目的,1. 为了选择和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装

4、置，需要计算三相短路电流；,2. 在校验继电保护装置的灵敏度时还需计算不对称短路的短路电流值；,第二节 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析,一、无限大容量电源供电系统的概念,无限大容量电源是指内阻抗为零的电源。即其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。,当电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的510，或电力系统容量超过用户供电系统容量 的50倍时，可将电力系统视为无限大容量供电系统。,对一般工厂供电系统来说，电力系统可视为无限大容量电源。,二、短路过程的简单分析,1. 单线供电图,2. 三相等值

5、电路,（一）正常情况下的电路分析,三相电源电压为,假设电源容量很大，无论线路发生任何变化，电源电压保持不变。,3. 单相等值电路（三相对称）用单相表示,初相角,阻抗角,（二） 三相短路情况下，短路电路的变化规律,1. 三相短路时等值电路,三相短路仍是对称电路。,2. 过渡过程分析 (短路暂态过程),图33 短路时电流波形图,正常运行状态,短路暂态过程,短路稳定状态,短路回路方程为,解微分方程得,C为积分常数，由初始条件决定,短路电流周期分量,短路电流非周期分量,积分常数C的确定,a. 短路前,b. t=0-,c. t=0+,d. 根据t = 0 时刻电流不能突变原理,短路全电流中非周期分量的初

6、始值,三相短路全电流,短路时电压、电流向量图及电流波形图,（1）无限大容量系统发生三相短路后，经过一个短路暂态过程，进入短路稳定状态。（2）在短路暂态过程中短路电流存在短路非周期分量电流和短路电流周期分量。（3）短路电流非周期分量是由于短路初始瞬间电流不能突变而产生的一个按指数规律衰减的电流，该电流衰减完，短路暂态过程结束而达到短路稳定状态。（4）短路电流周期分量是短路后短路回路阻抗突然减小而增大很多倍的电流，短路后一直存在，短路暂态过程结束后只有该分量存在。,无限大容量系统发生三相短路，短路电流的变化规律：, 短路前为空载，即Im=0， 设电路的感抗X比电阻R大的多，即短路阻抗角 短路发生于

7、某相电压瞬时值过零值时，即t = 0时， = 0 此时,三、三相短路电流中的几个物理量,1. 最严重短路的三相短路,发生最严重短路的条件（即短路全电流达到最大值）,最严重短路时的向量图与波形图,t = T/2 = 0.01s 时，短路电流幅值达到最大值ish(冲击电流),2. 冲击电流,冲击系数,对高压供电系统,对低压供电系统,冲击系数 的范围,假设短路阻抗为纯电感时,假设短路阻抗为纯电阻时,的大致范围,冲击电流的有效值,所以,高压系统发生三相短路时，一般可取,则,低压系统发生三相短路时，一般可取,则,3. 三相短路稳态电流有效值,短路电流非周期分量一般经过0.2s就衰减完毕。,短路电流非周期

8、分量衰减完后，短路电流达到稳定状态。这时的短路电流成为短路稳态电流，其有效值记为,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，因此,为表示短路种类,把短路电流周期分量有效值记为,第三节 无限大电源条件下短路电流的计算方法,一、短路电流的计算步骤,1. 绘出计算电路图。,2. 在计算电路图上，将计算短路电流所需考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号。,3. 确定短路计算点。,短路计算点要选择的使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。,4. 按所选择的短路计算点绘出等效电路图。,5. 计算等效电路图中各主要元件的阻抗，并标在等效电路图中。

9、,6. 简化等效电路，求出等效阻抗即总阻抗。,7. 计算短路电流和短路容量。,二、求短路电流的两个假设,假设一：不管短路点发生在何处，在计算短路电流时，均可假定作用于短路点的电压 是该电压等级线路电压的平均值Uav,假设二：由电源至短路点之间的短路阻抗 应包括电阻 和 电抗 。计算短路电流时,在高压系统中：若 , 可忽略 ，,在低压系统中，若 , 可忽略 ，,常用的各个电压等级的平均额定电压,三、计算短路电流的方法,有名值法,标么值法,（一）标幺值法,1. 标幺制定义：各元件的物理量用相对值（小数或分数）表示时 称标幺制。,2. 标幺值：任意一个物理量对基准值的比值称为标幺值。,基准值是衡量某

10、个物理量的标准或尺度。,RMS (root-mean-square)有效值、均方根 p.u. (per unit)标么值,选定： 基准容量Sj , 基准电压Uj , 基准电流 Ij 和基准电抗Xj , 则电力系统中，容量S，电压U，电流I，电抗X的标幺值 可表示为：,3. 注意：, “ * ” 表示标幺值，“ j ”表示基准值。, 在三相交流电系统中，成立,对基准值也成立,只有两个量是独立的,故基准值通常选择容量Sj和电压Uj。, 基准值是任意选的。 一般情况下Sj=100MVA Uj= 短路点所处的电路平均电压值Uav, 复数量的标么值可分别用其实部和虚部或模数对基准值的 标么值来表示,其中

11、,（二）供电系统中各元件电抗标幺值的计算,1. 电力线路的电抗标么值,供电系统经过几级变压，上式仍能适用，证明：,多级电压的供电系统示意图,线路所在处的平均电压,2. 变压器,3. 电抗器,电抗器是用来限制短路电流用的电感线圈 给定额定电抗百分数XLR%,电抗器所在处的平均电压,4. 电源, 无穷大电源的内阻抗为零, 给定电力系统变电所出口断路器的短路容量(遮断量)Sk(MVA)， 系统阻抗标幺值,短路点所在处的平均电压,四、求电源至短路点的总电抗X*（短路回路总电抗）,求总电抗时，可按电路串、并联关系求。,五、短路参数的计算,1. 短路电流的计算,1） 三相短路电流周期分量有效值,2）其它三

12、相短路电流,三相稳态短路电流,短路电流周期分量有效值的标么值：,短路电流周期分量有效值的有名值：,冲击电流及冲击电流有效值,高压系统发生三相短路时，一般可取,则,低压系统发生三相短路时，一般可取,则,2. 三相短路容量的计算,Sk（3） 短路容量，用来校验所选断路器的断流能力或断开 容量。,3. 系统运行方式,运行方式,最大运行方式,最小运行方式,最大运行方式：电源系统中发电机组投运多，双回输电线路及并联变压器 均全部运行。此时，整个系统的总的短路阻抗最小，短路 电流最大。,最小运行方式：电源中一部分发电机、变压器及输电线路解列， 一些并联 变压器为保证处于最佳运行状态也采用分列运行，总的短

13、路阻抗大，短路电流小。,例3-1 设供电系统图如下图。试求k1(3)及k2(3)处的三相短路电流。,解： 选定基准值,取,则,（2）计算短路回路中各主要元件的电抗标么值,1）电力系统,最大运行方式下的系统电抗,最小运行方式下的系统电抗,2）架空线路,线路所在处的平均电压,3）电力变压器T1,4）电缆线路,5）电力变压器T2,绘出短路等效电路如图所示,（3）求k1(3) 点的短路回路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量,1）总电抗标么值,2）三相短路电流周期分量有效值,最大运行方式,最小运行方式,3）其它三相短路电流,最大运行方式,最小运行方式,4）三相短路容量,最大运行方式,最小运行方式,（4

14、）求k2(3)点的短路回路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量,1）总电抗标么值,2）三相短路电流周期分量有效值,最大运行方式,最小运行方式,3）其它三相短路电流,最大运行方式,最小运行方式,4）三相短路容量,最大运行方式,最小运行方式,例2 某供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10II型。试求工厂变电所高压10kV母线上k1点和380V母线上k2点短路的三相短路电流和短路容量。,解： 选定基准值,取,则,（2）计算短路回路中各主要元件的电抗标么值,1）电力系统,(由附录表15查得SOC=500MV.A),2）架空线路,3）电力变压器(由附录表4查得Uk%=4.5),绘出短路

15、等效电路如图所示,（3）求k1(3) 点的短路回路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量,1）总电抗标么值,2）三相短路电流周期分量有效值,3）其它三相短路电流,4）三相短路容量,（4）求k2(3)点的短路回路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量,1）总电抗标么值,2）三相短路电流周期分量有效值,3）其它三相短路电流,4）三相短路容量,例3 用有名值法计算例2所示供电系统k1点和k2点的三相短路电流和短路容量。,解：1.求k1(3) 点的三相短路电流和短路容量,1）电力系统的电抗,2）架空线路,(由附录表15查得SN10-10II型断路器的断流容量SOC=500MV.A),（1）计算短路回路中各

16、元件的电抗和总电抗,3）绘出K1短路等效电路如图所示，并计算总电抗如下：,（2）计算三相短电流和短路容量,1）三相短路电流周期分量有效值,2）其它三相短路电流,4）三相短路容量,2.求k2(3) 点的三相短路电流和短路容量,1）电力系统的电抗,2）架空线路的电抗 （注意要折算）,（1）计算短路回路中各元件的电抗和总电抗,3）电力变压器的电抗(由附录表4查得Uk%=4.5),K2,K1,4）绘出K2短路等效电路如图所示，并计算总电抗如下：,（2）计算三相短电流和短路容量,1）三相短路电流周期分量有效值,2）其它三相短路电流,4）三相短路容量,在工程设计说明书中，往往只列短路计算表,给出等效电路，

17、示出短路点,短路电流计算小结,1. 方法,有名值法、标么值法,2. 容量S、电压U、电流I、电抗X之间的关系,已知容量S、电压U,电流,电抗,容量指系统总容量电压指系统线电压电流指某一相电流电抗指某一相电抗,近似计算法，线路上电压为平均电压,3. 标么值法相关公式,基准的选择,基准电压取 Uj= 短路点所处的电路平均电压值Uav,基准容量取Sj=100MVA,计算出基准电流和基准电抗,短路回路中各电气元件的电抗标么值计算公式,电力线路,电力变压器,电抗器,电力系统,取线路所在处电压等级的平均电压,取电抗器所在处电压等级的平均电压,标么值法三相短路电流计算,三相短路电流周期分量有效值,三相稳态短

18、路电流,冲击电流及冲击电流有效值,高压系统发生三相短路时，一般可取,则,低压系统发生三相短路时，一般可取,则,三相短路容量计算,4. 有名值法相关公式,短路回路中各电气元件的阻抗（有名值）计算公式,电力线路,电力变压器,电抗器,电力系统,短路点所在处电压等级的平均电压,短路回路有变压器时，注意将各元件的阻抗都折算到短路点处。,有名值法三相短路电流计算,三相短路电流周期分量有效值,三相稳态短路电流,冲击电流及冲击电流有效值,高压系统发生三相短路时，一般可取,则,低压系统发生三相短路时，一般可取,则,三相短路容量计算,短路点所在处电压等级的平均电压,第四节 低压配电网中短路电流的计算,1. 配电变

19、压器一次侧可以作为无穷大功率电源供电来考虑; 2. 电阻值较大,电抗值较小,当XR/3时才计及X影响; 3. 低压配电系统电器及元件的电阻多以m计,因而用有名值比 较方便; 4. 低压系统的非周期分量衰减快, ksh 值在11.3范围. ksh 可通过 X/R比值查曲线 图3-8， 也可通过计算获得 ：,一、低压电网短路计算的特点,5. 低压回路计算短路电流时还需要考虑： 10m以上电缆、母线、多匝电流互感器一次线圈(300/5以下)、自动开关过流线圈、开关触头的接触电阻等.,冲击系数ksh与X/R的关系曲线,高压侧短路容量,低压侧平均线电压,二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算,1高压侧系统

20、的阻抗,2配电变压器的阻抗,应计及的电阻、电抗（单位均为 ）有,归算到低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：,归算到低压侧的变压器阻抗可按下式计算：,变压器的电抗,变压器电阻,变压器阻抗,工程计算,母线的电阻,3母线的阻抗,水平排列的平放矩形母线，每相母线的电抗,在工程实用计算中，母线的电抗亦可采用以下近似公式计算： 母线截面积在500 mm2以下时,母线截面积在500 mm2以上时,4.电流互感器一次线圈的阻抗、低压断路器过流线圈的阻抗以及刀开关和低压断路器的触头接触电阻通常由制造厂家提供，计算时可参考相应的产品手册。,母线得相间几何均距,母线宽度,三、低压配电网的短路计算,三相阻抗相同的低压配

21、电系统、短路电流,图3-9 三相系统中只有A、C两相装设电流互感器,校验低压断路器的最大短路容量时要用没有装设电流互感器那一相（如B相）的短路电流,校验电流互感器的稳定度时，可按AB或BC相间的短路电流值算,例：某用户10/0.38kV变电所的变压器为SCB10-1000/10型，Dyn11联结，已知变压器高压侧短路容量为150MVA，其低压配电网络短路计算电路如图所示。求短路点k-1处的三相和单相短路电流。,解：1、计算有关电路元件的阻抗,1)高压系统阻抗（归算到400V侧）,相零阻抗(Dyn11联接),2）变压器的阻抗（归算到低压侧）,因零序电流不能在高压侧流通，故高压侧系统的相零阻抗按每

22、相阻抗值的2/3计算，即,2.三相短路回路总阻抗及三相短路电流,相零阻抗为,3) 母线的阻抗,3.单相短路回路总相零阻抗及单相短路电流,单相短路电流为,单相短路回路总相零电抗为,单相短路回路总相零电阻为,附：两相短路和单相短路电流的计算,一、两相短路电流的计算,在无限大容量系统发生两相短路时，短路电流周期分量可用下式计算,如只计电抗，上式变为,其它两相短路电流,，都可按三相短路的对应短路电流的公式计算。,两相短路电流与三相短路电流的关系,因此,二、单相短路电流的计算,大电流接地系统或三相四线制低压系统发生三相短路时，单相短路电流为,单相短路电流与三相短路电流的关系,远离发电机的用户变压器低压侧

23、发生单相短路时,上式变为,三相短路时，三相短路电流为,因此,远离发电机发生短路时，,所以,可见，在无限大容量系统中或远离发电机处短路时，两相短路电流和单相短路电流均较三相短路电流小。,选择电气设备和导体的短路稳定度校验，应采用三相短路电流。,两相短路电流主要用于相间短路保护的灵敏度。,单相短路电流主要用于单相短路保护的整定及单相短路热稳定度的校验。,第五节 不对称短路电流的计算方法,一、对称分量法,一组不对称的三相量可以看成是三组不同的对称三相量之和。在线性电路中，可以应用叠加原理，对这三组对称分量分别按对称三相电路去解，然后将其结果叠加起来，就是不对称三相电路的解答，这个方法叫做对称分量法。

24、,在一个多相量系统中，如果各相量的绝对值相等，且相邻两相间的相位差相等，就构成了一组对称的多相量。,在三相系统中，任意不对称的三相量只可能分为三组对称分量，这三组对称分量分别为：,正序分量,负序分量,零序分量,正序分量：三相量大小相等，彼此相位相差，且与系统在正常对称运行方式下的相序相同。通常又称为顺序分量,负序分量：三相量大小相等，彼此相位相差，且与系统在正常对称运行方式下的相序相反。通常又称为逆序分量,零序分量：由大小相等，而相位相同的相量组成。,正序分量中恒有如下关系：,式中 为算子，有,显然有,负序分量中恒有如下关系：,零序分量中有：,三相不对称的相量 ，每相量可分解为正序、负序、零序

25、三个分量的和,用矩阵表示：,简写为：,其中：,利用正、负、零序分量的关系，上式可改写为,由三相不对称的量，可得各序分量,逆变关系：,其中：,简写为：,二、用对称分量法分析供电系统中不对称短路,1. 两相短路,两相短路,2. 单相接地短路,单相接地故障的复合序网,三、供电系统元件的各序阻抗,(1)正序阻抗 正序阻抗即各个元件在三相对称工作时的基波阻抗值，也就是在计算三相对称短路时所采用的阻抗值。,(2)负序阻抗 因交流电路中同一静止元件相与相之间的互感抗与相序无关，故各元件的负序阻抗与正序阻抗相等，即X2=X1，如架空线、电缆、变压器和电抗器等。至于作为负荷的主要成分的感应电动机，其负序电抗可近

26、似地认为等于它的短路电抗对其额定容量的标幺值，此值在0.20.5之间。因此，实际上综合电力负荷在额定情况下负序电抗的标幺值,（3）零序阻抗 供电系统各类元件各序电抗值如表3-1所示。,表3-1各类元件的平均电抗值（见教材74页）,图311 双绕组变压器计算零序电抗时不同接法示意图,从结构来看，如果变压器的零序磁通可以在铁心中形成回路，即磁阻很小，因而励磁电流很小，在此条件下可以认为， 对于YN d联结法的双绕组变压器，显然也可以认为,变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构,图312 不同接线方式情况下变压器的零序等效电路,四、不对称短路的计算方法,由以上公式加上供电系统发生不对称短路时的初始条

27、件，即可求出在供电系统中发生不对称短路时的短路参数。,五、正序等效定则,正序等效定则就是不对称短路下最大一相短路电流用正序短路电流分量来表示的方法。,计算供电系统不对称短路电流可按下列步骤进行：1)求出短路点至供电电源的序阻抗，作出各序等效网络图，忽略电阻，可得X1、X2、X0。2)根据短路类型从表查出Xa和m(n)的算式，进行计算。3)求出短路参数 等。,第六节 感应电动机对短路电流的影响,在计算靠近电动机处发生三相短路的冲击电流时，应把电动机作为附加电动势来考虑。,当电网某处发生短路时，短路点的电压降为零，接在短路点附近的电动机因端电压的消失而转速下降，但由于电动机有较大的惯性，其转速不可

28、能立即降到零，故此时出现电动机的反电动势大于该点电网的剩余电压，电机有反馈电流送到短路点。,同时电动机迅速受到制动，反馈电流也迅速减小，所以电动机反馈电流一般只影响短路点的冲击电流。,当计及感应电动机的反馈冲击电流时，系统短路冲击电流值为,图313 计算感应电动机端点上短路时的短路电流,电动机向短路点反馈的冲击电流为,式中：EM”* 电动机的次暂态电势，一般为0.9 XM”* 电动机的次暂态电抗， I*shM为电动机起动电 流对其额定电流的标么值。一般可取5倍，此时X”*M=0.2,电动机额定电流,ksh.M短路电流冲击系数，高压电动机取1.41.6 低压电动机取1,在实际的工程计算中，如果在

29、短路点附近所接的容量在100 kW以上的感应电动机或总容量在100 kW以上的电动机群，当 值为短路冲击电流的 5以上时需考虑其影响。,第七节 供电系统中电气设备的选择与校验,强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生: 电动力效应，可能使电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形; 热效应，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。,为了正确选择电气设备和导体，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。,一、短路电流的力效应和热效应,对于两根平行导体，通过电流分别为i1和i2，其相互间的作用力F(单位 N）可用下面公式来计算：,1、短路电流的力效应,导体中通过的电流.(A) 导体长度(

30、m) 导体轴线间的距离。 与导体的形状和相对位置有关的形状系数。 对矩形导线， k值可根据 查曲线 对圆形,管形导体k=1。,A. 两根平行敷设导体间的电动力,图3-14 矩形母线的形状系数曲线,B. 三相载流导体敷设在同一平面上的电动力,可以证明：三相导体敷设在同一平面上，短路后，中间相导体 的受力最大。,三相短路冲击电流在中间相载流导体产生的最大电动力为：,图3-15,两相短路冲击电流在中间相载流导体产生的最大电动力为：,三相短路与两相短路产生的最大电动力之比为：,可见，三相线路发生三相短路时中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大，因此校验电器和载流部分的力稳定度，一般应采用

31、三相短路冲击电流或短路冲击电流有效值。,对三相平行敷设的矩形母线,2. 短路电流的热效应,图3-16,热稳定校验：是以导体允许温度 与比较，以满足 条件为合格。,1） 的计算,必须先求短路温升,短路电流作用下发出的热量与导体温升之间的关系，设短路作用时间为则热量 为,Ikt短路电流全部电流的有效值 (A)R 导体的电阻 (),短路后达到的温度,导体周围介质的温度,额定工作电流时的额定温度,工程上以短路稳态分量的有效值 代替,：短路电流作用的假想时间：短路电流周期分量作用的假想时间：短路电流非周期分量作用的假想时间,假想时间：在此时间内，假定导体通过 所产生的热量，恰好与实际短路电流 在实际短路

32、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时间或热效时间。,短路发热假想时间可用下式近似计算,对无限大容量系统,短路电流周期分量作用的假想时间,对一般高压断路器可取,对高速高压断路器可取,短路过程的热平衡方程,导体材料的密度,导体的比热容,整理上式得,式中,工程上常用查曲线的方法确定,查曲线求 的步骤,1. 从纵坐标上找出导体在正常负荷电流时的温度,2. 由 向右查得相应曲线上的a点。,3. 由a点向下查得横坐标轴上的 。,4. 由下式计算,5. 从横坐标上找出 值。,6. 从由 点向上查得相应曲线上的b点。,7. 由b点向左查得纵坐标轴上的 值。,表3-3 导体或电缆的长期

33、允许工作温度和短路时允许的最高温度,工程中常采用在满足短路时发热的最高允许温度下所需导体的最小截面 来校验导体的热稳定性。,2） 短路热稳定校验条件,载流导体和电器设备承受短路电流作用时满足热稳定的条件是,对母线及绝缘导线和电缆等载流导体的校验条件,C为导体的热稳定系数，可查表3-3。,对一般电器的热稳定校验条件,电器的热稳定电流,热稳定时间,二、 供电系统中电气设备的选择及检验,正常运行时，必需保证安全可靠、运行维护方便；短路情况下，能满足力稳定和热稳定的要求而不致损坏。,(一)、按正常工作条件选择,1、按环境条件选,户内型户外型有无特殊要求:防腐蚀,防爆,防尘,防火,2、按电压选,3、按电

34、流选,Ir.max该设备或载流导体长期通过的最大工作电流IN.et-电气设备的额定电流，由生产厂家规定，我国一般规定Q0=400C（环 境温度）时允许长期通过的电流为额定电流。若环境温度为Q1时， IN.et作如下修正,QN、Q1分别为设备或载流导体的长期工作时允许温度和实际环境温度 。,除按基本要求外，还要考虑不同设备的特殊工作条件。,(二)、按短路情况进行力稳定和热稳定校验,1、短路情况下的力稳定,iet 设备极限通过电流的幅值.(制造厂家提供)ish(3)冲击电流.,对电流互感器,kd 制造厂家提供动稳定倍数.IN1.TA电流互感器一次侧的额定电流,P227-230附录表,工程中常采用在

35、满足短路时发热的最高允许温度下所需导体的最小截面 来校验导体的热稳定性。,对母线及绝缘导线和电缆等载流导体的校验条件,C为导体的热稳定系数，可查表3-3。,对一般电器的热稳定校验条件,电器的热稳定电流,热稳定时间,对电流互感器，热稳定电流为其热稳定倍数和一次侧额定电流的乘积。 P82,2.短路情况下的热稳定,看P227-230附录表,(三)、电气设备的选择与校验,除按基本要求外，还要考虑不同设备的特殊工作条件。,1.断路器,在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验其断流容量。,（1）按工作环境选型,（2）按正常工作条件选择断路器的额定电压,及额定电流,

36、（3）按短路电流校验动、热稳定性,动稳定性校验 若要断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值,不小于断路器安装处的短路电流冲击值,热稳定性校验 当断路器在通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：,（4）断流容量的校验 断路器能可靠切除短路故障的关键参数是它的额定断流容量。因此，断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至于损坏,看P227-230附录表,2.隔离开关,隔离开关在供电系统中只用于接通和断开没有负荷电流流过的电路，它的作用是为保证电气设备检修时，使需检修的设备与处于电压下的其

37、余部分构成明显的隔离。隔离开关没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必需在断路器分断以后才能进行。,隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下进行动稳定和热稳定的校验。,3、电流互感器 1） 使用目的： A. 可使测量仪表和继电器标准化,副边电流5A。,看P227-230附录表,B. 可使测量仪表和继电器与高压系统隔离。 C. 可避免短路电流直接流过测量仪表和继电器。 2 ）. 选择 A. 按准确度选择 实验室精密测量 0.2级 计量电费 0.5级 继电保护，一般测量或估计被测量 1级 3级 B. 一次绕组的额定电压 C. 一次侧额定电流 D. 按准确度等级

38、允许的额定容量SN.TA选定二次侧的接入负荷Z2 E. 力稳定和热稳定校验 F. 使用注意项 二次侧不能开路,4.电压互感器,电压互感器在供电系统中是用来测量高电压的，其一次绕组与高压电网并联。,电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，在高、低压两侧均装设熔断器来切除内部故障。故不需要进行短路条件下的动稳定和热稳定校验。,电压互感器的选择项目如下：1）其额定电压要与供电电网的额定电压相同。2）合适的类型：户内型、户外型。3）应根据电压互感器的测量精度要求来确定二次侧允许接入的负荷。即,P85,5.母线,目前变电站的母线除因大电流用铜母线以外，大都采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系

39、统的中性线则有时也采用钢母线。,图319 母线在绝缘子上的设置a）单条矩形 b) 两条矩形 c) 楔形,1)截面选择:按经济电流截面选择 ： Ajn经济截面. Ir 工作电流（实际电流）. Jn 经济电流密度.,母线截面一般按满足长期最大工作电流的发热条件选择，对于平均负荷较大，线路较长的主母线，则可按经济电流密度选择。同时用短路条件校验其动稳定和热稳定性。,2).力稳定校验 支柱绝缘子四个及以上， 最大弯曲力矩 ： 绝缘子只有3个 ： 母线同一相支持绝缘子之间距离. m 三相短路时的作用力. N 母线材料在弯曲时产生的计算应力为 ： 母线截面系数矩形母线竖放 横放 圆形母线，直径为d，,b,

40、h,计算应力,选择： 铜：400105 N/m2 al母线允许应力，N/m2 铝：500700105 N/m2 钢：1000105 N/m2 根据母线机械强度条件计算绝缘子最大跨距 单位长度所受的电动力3).热稳定校验： c热稳定系数，查表3-3。,第3章小结,1. 短路的基本概念（掌握）,短路、短路的特点、短路的种类,2. 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析 （掌握）,无限大容量电源供电系统的概念,无限大容量系统三相短路情况下，短路电路的变化规律,三相短路电流中的几个物理量：冲击电流 、冲击系数 、 冲击电流的有效 值 、三相短路稳态电流有效值,3. 无限大容量电源系统供电三相短路电流计

41、算（熟练掌握）,短路电流计算小结,（1） 方法,有名值法、标么值法,（2） 容量S、电压U、电流I、电抗X之间的关系,已知容量S、电压U,电流,电抗,容量指系统总容量电压指系统线电压电流指某一相电流电抗指某一相电抗,（3） 标么值法相关公式,基准的选择,基准电压取 Uj= 短路点所处的电路平均电压值Uav,基准容量取Sj=100MVA,计算出基准电流和基准电抗,短路回路中各电气元件的电抗标么值计算公式,电力线路,电力变压器,电抗器,电力系统,取线路所在处电压等级的平均电压,标么值法三相短路电流计算,三相短路电流周期分量有效值,三相稳态短路电流,冲击电流及冲击电流有效值,高压系统发生三相短路时，

42、一般可取,则,低压系统发生三相短路时，一般可取,则,三相短路容量计算,（4） 有名值法相关公式,短路回路中各电气元件的阻抗（有名值）计算公式,电力线路,电力变压器,电抗器,电力系统,短路点所在处电压等级的平均电压,有名值法三相短路电流计算,三相短路电流周期分量有效值,三相稳态短路电流,冲击电流及冲击电流有效值,高压系统发生三相短路时，一般可取,则,低压系统发生三相短路时，一般可取,则,三相短路容量计算,短路点所在处电压等级的平均电压,4. 低压电网中短路电流的计算,特点、短路回路元件阻抗的计算、短路电流的计算公式,5. 两相短路和单相短路电流的计算 （会用）,两相短路电流与三相短路电流的关系,两相短路电流的计算,单相短路电流的计算,6. 不对称短路电流的计算方法 （了解）,对称分量法,正序分量,负序分量,零序分量,在三相系统中,7. 感应电动机对短路电流的影响（会用）,电动机向短路点反馈的冲击电流,8. 短路电流的效应（会用）,力效应(电动效应)：,热效应： 的工程计算法、热稳定的校验方法,9. 供电系统中电气设备的选择及检验（掌握）,按正常工作条件选择,按短路情况进行力稳定和热稳定校验,除按基本要求外，还要考虑不同设备的特殊工作条件。,第3 作业,第3章习题：1、2、3、4、5、7、10 自己整理。,第3章习题：11、12、13、14、15 、16写在作业纸上,