第三章短路電流及其計(jì)算短路的原因、后果及其形式分析無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和有關(guān)物理量工廠供電系統(tǒng)三相短路及兩相短路和單相短路的計(jì)算

短路電流產(chǎn)生的效應(yīng)及其校驗(yàn)條件主要內(nèi)容第一節(jié)短路的原因、后果及其形式

一、原因1、定義系統(tǒng)中最常見的故障就是短路。短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻性短接。~380V2、短路的原因原因1：絕緣損壞。這種損壞可能是由于設(shè)備長期運(yùn)行，絕緣自然老化或由于設(shè)備本身不合格、絕緣強(qiáng)度不夠而被正常電壓擊穿，或設(shè)備絕緣正常而被過電壓(包括雷電過電壓)擊穿，或者是設(shè)備絕緣受到外力損傷而造成短路。原因2：工作人員由于未遵守安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，或者誤將低電壓的設(shè)備接入較高電壓的電路中，也可能造成短路。原因3：鳥獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，或者咬壞設(shè)備導(dǎo)線電纜的絕緣，也是導(dǎo)致短路的一個原因。3、短路故障是不可避免的

工廠供電系統(tǒng)要求正常地不間斷地對用電負(fù)荷供電，以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。但是由于各種原因，也難免出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到破壞。如何避免短路故障？二、短路的后果

短路后，短路電流(short—circuitcurrent)比正常電流大得多；在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬安甚至幾十萬安。如此大的短路電流可對供電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害1)產(chǎn)生很大的電動力和高溫，使短路電路中其他元件損壞。2)電壓要驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。3)造成停電，而且越靠近電源，停電范圍越大，給國民經(jīng)濟(jì)造成的損失也越大；4)嚴(yán)重的短路要影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列。5)單相短路，其電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變磁場，對附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使之發(fā)生誤動作。

二、短路的后果具體形式短路的后果是十分嚴(yán)重的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進(jìn)行短路電流計(jì)算，(1)以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞。(2)為了選擇切除短路故障的開關(guān)電器、整定短路保護(hù)的繼電保護(hù)裝置和選擇限制短路電流的元件(如電抗器)等，三、短路的形式在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路。其中三相短路，屬對稱性短路；其它形式的短路，屬非對稱短路。1、三相短路：用文字符號k(3)表示，如圖。2、兩相短路：用是k(2)表示，如圖。

3、單相短路，用k(1)表示，如圖。

4、兩相接地短路：

是指中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中兩不同相均發(fā)生單相接地而形成的兩相短路，如圖e所示；也指兩相短路后又接地的情況，如圖f所示；都用是k(1.1)

表示。它實(shí)質(zhì)上就是兩相短路，因此也可用是k(2)表示。危害程度電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小。但一般三相短路的短路電流最大，造成的危害也最嚴(yán)重。計(jì)算對象

為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下也能可靠地工作，因此作為選擇檢驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計(jì)算中，以三相短路計(jì)算為主。實(shí)際上，非對稱短路也可以按對稱分量法分解為對稱的正序、負(fù)序和零序分量法來研究，所以對稱的三相短路分析也是分析研究非對稱短路的基礎(chǔ)。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1、無限大容量電力系統(tǒng)定義：無限大容量電力系統(tǒng)，指其容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，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。近似：如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路電路總阻抗5％～10％，或電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量50倍時，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。工廠供電系統(tǒng)一般來說，由于工廠供電系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃?，也就是說可將電力系統(tǒng)視為無限大容量的電源。

一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程

2、無限大容量系統(tǒng)三相短路的物理過程無限大容量電源供電的三相電路上發(fā)生三相短路的電路圖。從電源至短路點(diǎn)的阻抗：從短路點(diǎn)至負(fù)荷阻抗系統(tǒng)正常運(yùn)行時：電路的負(fù)荷電流當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相短路時1.短路電流周期分量：2.短路電流非周期分量：3.短路全電流：4.短路沖擊電流：5.短路穩(wěn)態(tài)電流二、短路有關(guān)的物理量第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路

電流的計(jì)算一、概述首先要繪出計(jì)算電路圖。并計(jì)算短路電路中各元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，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.短路電流計(jì)算過程：繪出計(jì)算電路圖、元件編號、繪等效電路、計(jì)算阻抗和總阻抗、計(jì)算短路電流和短路容量。短路計(jì)算的方法歐姆法標(biāo)幺制法工程設(shè)計(jì)中采用的單位電流單位:電壓單位:短路容量、斷流容量:設(shè)備容量單位為：阻抗單位為：短路容量二、采用歐姆法進(jìn)行三相短路計(jì)算短路計(jì)算短路電流短路計(jì)算中三大主要元件：（一）電力系統(tǒng)的阻抗：（二）電力變壓器的阻抗1.變壓器的電阻:2.變壓器的電抗:(三)電力線路的阻抗1.線路的電阻2.線路的電抗：注意：在計(jì)算短路電路的阻抗時，假如電路內(nèi)含有電力變壓器，則電路各元件的阻抗都應(yīng)統(tǒng)一換算到短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓去。例某供電系統(tǒng)如圖3-4所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10Ⅱ型。試求工廠變電所高壓10kV母線上點(diǎn)短路和低壓

380V母線上點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。圖3-4例3-1的短路計(jì)算電路圖解：1.求k-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（Uc1=10.5kv）

(1).計(jì)算短路電路中各元件的電抗和總電抗

1).電力系統(tǒng)的電抗：由附錄表12可查得SN10-10Ⅱ型斷路器的斷流容量Soc=500MVA，因此

2).架空線路的電抗：由表3-1查得X0=0.35Ω/km,因此

3).繪k-1點(diǎn)短路的等效電路如圖3-5a所示，圖上標(biāo)出各元件的序號（分子）和電抗值（分母），然后計(jì)算電路的總電抗：圖3-5例3-1的短路等效電路圖（歐姆法）

(2).計(jì)算三相短路電流和短路容量

1).三相短路電流周期分量有效值：

2).三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流有效值：

3).三相短路沖擊電流及其有效值：

4).三相短路容量：

2.求k-2點(diǎn)的短路電流和短路容量（Uc2=0.4kV）

(1).計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗

1).電力系統(tǒng)的電抗：

2).架空線路的電抗：

3).電力變壓器的電抗：由附錄表8查得Uk％＝4.5，因此

4).繪k-2點(diǎn)短路的等效電路如圖3-5b所示，并計(jì)算其總電抗：(2).計(jì)算三相短路電流和短路容量

1).三相短路電流周期分量有效值：

2).三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流：

3).三相短路沖擊電流及其有效值：

4).三相短路容量：

21.8

34.257.831.431.431.4

56.04.657.853.083.083.08三相短路容量/MVA三相短路電流/kA短路計(jì)算點(diǎn)表3-2例3-1的短路計(jì)算表四、兩相短路電流的計(jì)算五、單相短路電流的計(jì)算大接地電流系統(tǒng)、三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短路時工程中簡單計(jì)算

由此可知：兩相短路電流和單相短路電流都比三相短路電流小，因此用于選擇電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定度的短路電流，應(yīng)采用三相短路電流。結(jié)論：1.單相短路電流主要用于：單相短路保護(hù)的整定及單相短路穩(wěn)定度的校驗(yàn)。2.兩相短路電流主要用于：相間短路保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)。3.三相短路電流主要用于：選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)。第4節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)

一、概述發(fā)生短路后產(chǎn)生危害效應(yīng)：電動效應(yīng)熱效應(yīng)二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度（一）短路時最大電動力1.如果三相線路中發(fā)生兩相短路，則兩相短路沖擊電流通過兩相導(dǎo)體時產(chǎn)生的電動力最大，其值為：2.如果三相線路中發(fā)生三相短路則三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動力最大：3.三相短路時的電動力與兩相短路時電動力的關(guān)系由此可見：三相線路發(fā)生三相短路時，中間相導(dǎo)體所受的電動力比兩相短路時導(dǎo)體所受的電動力大。因此，校驗(yàn)電器和載流部分的動穩(wěn)定度，一般應(yīng)采用三相短路沖擊電流（二）短路動穩(wěn)定度校驗(yàn)的條件1.一般電器的動穩(wěn)定度校驗(yàn)（包括開關(guān)電器和電流互感器等）（三）電動機(jī)對三相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(diǎn)的系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時短路點(diǎn)的電壓可降為零。接在短路點(diǎn)附近運(yùn)行的電動機(jī)的反電勢可能大于電動機(jī)所在處系統(tǒng)的殘壓，此時電動機(jī)將和發(fā)電機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送短路電流。同時電動機(jī)迅速受到制動，它所提供的短路電流很快衰減，一般只考慮電動機(jī)對沖擊短路電流的影響，如下圖所示。當(dāng)短路點(diǎn)附近所接交流電動機(jī)的容量超過100kW，或者額定電流之和超過系統(tǒng)短路電流的1%時，應(yīng)計(jì)入電動機(jī)反饋電流的影響。三、短路電流的熱效應(yīng)和