第三章第三章 建筑供配电系统短路电建筑供配电系统短路电流及其计算流及其计算第一节第一节 概述概述一一 短路缘由、类型、后果及计算短路电短路缘由、类型、后果及计算短路电流的目的流的目的一主要缘由：一主要缘由：1.电气设备、元件的损坏。电气设备、元件的损坏。2.自然缘由自然缘由3.人为事故人为事故 二类型：二类型：1.三相短路三相短路2.两相短路两相短路3.单相短路单相短路三后果：三后果：1.产生很大的电动力和很高的温度，使缺产生很大的电动力和很高的温度，使缺点元件和短路电路中的其它元件损坏。点元件和短路电路中的其它元件损坏。2.电压骤降，影响电气设备的正常运转。电压骤降，影响电气设备的正常运转。3.呵斥停电事故。呵斥停电事故。4.呵斥不对称电路，其电流将产生较强的呵斥不对称电路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通讯设备、信号不平衡磁场，对附近的通讯设备、信号系统及电子设备等产生干扰。系统及电子设备等产生干扰。5.严重的短路运转电力系统运转的稳定性，严重的短路运转电力系统运转的稳定性，使并列运转发电机组失去同步，呵斥系使并列运转发电机组失去同步，呵斥系统解列。统解列。四目的：1.选择和校验电气设备。2.继电维护安装的整定计算。3.设计时作不同方案的技术比较。二二.电力系统的中性点运转方式电力系统的中性点运转方式一类型一类型 三相交流电力系统中，供电电源的发电三相交流电力系统中，供电电源的发电机和变压器的中性点运转方式：机和变压器的中性点运转方式： 1.小电流接地小电流接地电源中性点不接地电源中性点不接地电源中性点经消弧圈接地电源中性点经消弧圈接地2.大电流接地大电流接地电源中性点直接接地电源中性点直接接地二二 电源中性点不接地电力系统电源中性点不接地电力系统1.当发生一相接地缺点时，其三相电压无当发生一相接地缺点时，其三相电压无论其相位和量值均坚持不变。因此，该论其相位和量值均坚持不变。因此，该系统三相用电设备仍可照常运转，但这系统三相用电设备仍可照常运转，但这种缺点系统不允许长期运转，以免另一种缺点系统不允许长期运转，以免另一相又发生接地缺点时构成两相短路，这相又发生接地缺点时构成两相短路，这时将产生很大的短路电流，能够损坏线时将产生很大的短路电流，能够损坏线 路和设备。因此这种系统中，应装设专路和设备。因此这种系统中，应装设专门的绝缘监测安装或单相接地维护以便门的绝缘监测安装或单相接地维护以便 发生一相接地缺点时，发出警报，通知发生一相接地缺点时，发出警报，通知 运转值班人员留意和处置。如一时检修不运转值班人员留意和处置。如一时检修不 好应将重要负荷转移切除缺点线路。好应将重要负荷转移切除缺点线路。2.发生一相接地缺点时另两个完好相的对发生一相接地缺点时另两个完好相的对 地电压为正常对地电压的地电压为正常对地电压的 倍。倍。三三 电源中性点经消弧圈接地的电力系电源中性点经消弧圈接地的电力系统统 为防止一相接地时，接地点出现断续为防止一相接地时，接地点出现断续 电弧，引起过电压，在单相接地电容电电弧，引起过电压，在单相接地电容电 流大于一定值时，必需采用。流大于一定值时，必需采用。四四 电源中性点直接接地的电力系统电源中性点直接接地的电力系统1.发生一相接地缺点时发生一相接地缺点时,其三相电压的对称其三相电压的对称关系完全破坏，因此，该系统三相用电关系完全破坏，因此，该系统三相用电设备不能继续运转，由于单相接地电流设备不能继续运转，由于单相接地电流很大，将使过电流维护安装动作，迅速很大，将使过电流维护安装动作，迅速切除线路。切除线路。2.发生一相接地缺点时，另两个完好相的发生一相接地缺点时，另两个完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压值，对地电压不会升高，仍维持相电压值，因此对线路的绝缘程度要求相对较低。因此对线路的绝缘程度要求相对较低。五建筑供配电系统分为五建筑供配电系统分为TN、TT、IT系统。系统。 对于低压系统对于低压系统TN)： 中性线中性线N) 维护线维护线(PE) 三相四线制三相四线制第二节第二节 三相交流电网三相交流电网 短路的短路的过渡过程过渡过程一一 短路短路电流的流的过渡渡过程的分析程的分析 “无限大容量无限大容量电源：系源：系统内部短路内部短路发生生变化，系化，系统电源源电压维持不持不变。 在思索在思索产生最大短路的条件下，短路全生最大短路的条件下，短路全电流流为： 在电源电压及短路地点不变的情况下，要使短路全电流到达最大值。必需具备以下的条件：短路前为空载。设电路的感抗要比电阻好大得多，即短路阻抗角为900。短路发生于某相电压瞬时值过零值时。二二 电流冲击系数和冲击电流电流冲击系数和冲击电流 冲击电流出如今短路后第一个半周时间冲击电流出如今短路后第一个半周时间 为短路电流冲击系数为短路电流冲击系数 短路电流周期分量的有效值。短路电流周期分量的有效值。实践中：践中： 高高压系系统 0.05s , =1.8， 低低压系系统 0.008s, =1.3， 三三 、短路电流最大有效值、短路电流最大有效值 ： 实践中：实践中： 1.8， =1.3 ，四、短路稳态电流四、短路稳态电流 ： 经过经过 t=0.2s后，短路电流非周期分量衰减后，短路电流非周期分量衰减终了，短路电流为稳态短路电流，在无终了，短路电流为稳态短路电流，在无限大容量系统中，短路电流周期分量有限大容量系统中，短路电流周期分量有效值在电流全过程中一直不变，那么：效值在电流全过程中一直不变，那么： 第三节第三节 三相短路电流的计算三相短路电流的计算一一 概述概述一步骤一步骤1.绘出计算电路图绘出计算电路图2.经过计算，绘制短路计算点等效电路图经过计算，绘制短路计算点等效电路图3.等效电路化简等效电路化简4.求短路电流求短路电流 二方法二方法:欧姆法有名单位法欧姆法有名单位法 通常用于通常用于1000V以下低压供电系统的短路以下低压供电系统的短路计算。计算。标幺法相对单位法标幺法相对单位法 常用在高压系统短路电流计算。常用在高压系统短路电流计算。三短路电流计算的几点阐明阐明三短路电流计算的几点阐明阐明由电力系统供电的民用建筑内部发生短路由电力系统供电的民用建筑内部发生短路时，其容量远比系统容量要小，而阻抗那时，其容量远比系统容量要小，而阻抗那么较系统阻抗大得多，短路时，系统母线么较系统阻抗大得多，短路时，系统母线上的电压变动很小，可以为电压维持不变，上的电压变动很小，可以为电压维持不变，即系统容量为无限大。即系统容量为无限大。在计算高压电路中的短路电流时，只需在计算高压电路中的短路电流时，只需思索对短路电流值有艰苦影响的电路元思索对短路电流值有艰苦影响的电路元件。由于发电机、变压器、电抗器的电件。由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于其本身电抗，因此可不予思索。阻远小于其本身电抗，因此可不予思索。但当架空线和电缆较长，使短路电路的但当架空线和电缆较长，使短路电路的总电阻大于总电抗的总电阻大于总电抗的1/3时，仍需计入电时，仍需计入电阻。阻。 短路电流计算按金属性短路进展。短路电流计算按金属性短路进展。二二 采用欧姆法进展短路计算采用欧姆法进展短路计算 无限大容量系统发生三相短路时三相无限大容量系统发生三相短路时三相短路电流周期分量有效值：短路电流周期分量有效值： Uav-需求计算那一级的平均电压需求计算那一级的平均电压,为该级为该级电网电压电网电压UN 的的1.05 倍。例倍。例10.5KV,0.4KV. 分别为短路电路的总阻分别为短路电路的总阻抗、总电阻、总电抗。抗、总电阻、总电抗。 高压电路的短路计算只计电抗。 低压侧短路时，当 时，才思索电阻。所以，1KV以上高压系统： 一电力系统的阻抗一电力系统的阻抗 电力系统阻抗的电阻普通很小不予思索，电力系统阻抗的电阻普通很小不予思索，其电抗可由电力系统变电站高压馈线出其电抗可由电力系统变电站高压馈线出口断路器的断流容量口断路器的断流容量 来估算。来估算。二发电机电抗二发电机电抗 次暂态电抗百分值。次暂态电抗百分值。三电力变压器阻抗三电力变压器阻抗 变压器的短路电压。变压器的短路电压。四电力线路的阻抗四电力线路的阻抗五电抗器阻抗五电抗器阻抗 电抗器铭牌标有电抗器铭牌标有 ， 和绕组电抗和绕组电抗百分数百分数 。六如计算低压侧的短路电流时，高压六如计算低压侧的短路电流时，高压侧的线路阻抗就需求换算到低压侧，其侧的线路阻抗就需求换算到低压侧，其等效换算的条件是元件的功耗不变。等效换算的条件是元件的功耗不变。三三 采用标幺制法进展短路计算采用标幺制法进展短路计算 标幺制是一种相对单位制，其定义为：标幺制是一种相对单位制，其定义为： 该物理量的实践值该物理量的实践值 所选定的基准值所选定的基准值 如如任一物理标幺值任一物理标幺值 按标幺制法进展短路计算时，普通先选按标幺制法进展短路计算时，普通先选定基准容量定基准容量 和基准电压和基准电压 ，那么，那么 一短路电路中的各元件标幺值的计算一短路电路中的各元件标幺值的计算 通常选取通常选取 =100MVA, = 。 1.电力系统的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值2.发动机的电抗标幺值发动机的电抗标幺值 3.电力变压器的电抗标幺值电力变压器的电抗标幺值4.电力线路的电抗标幺值电力线路的电抗标幺值 如有必要计算电阻标幺值时，如有必要计算电阻标幺值时，5.电抗器电抗标幺值电抗器电抗标幺值 电抗器额定电抗标幺值；电抗器额定电抗标幺值； 电抗器额定电压标幺值；电抗器额定电压标幺值； 电抗器额定电流标幺值。电抗器额定电流标幺值。 二短路电路总阻抗二短路电路总阻抗 当当 时时, 当当 时时, 三无限大容量三相短路电流计算三无限大容量三相短路电流计算 第四节第四节 两相短路电流的近似两相短路电流的近似计算计算一一 计算计算 为不对称短路，普通要运用对称分量法。为不对称短路，普通要运用对称分量法。 一适用简单的方法为一适用简单的方法为 只需电抗时：只需电抗时：二二 与三相短路电流计算的关系与三相短路电流计算的关系 因此，三相短路电流比两相短路电流大。因此，三相短路电流比两相短路电流大。在思索短路效应时，只思索三相短路电流。在思索短路效应时，只思索三相短路电流。在校验维护相间短路灵敏度时，用末端两在校验维护相间短路灵敏度时，用末端两相短路电流。相短路电流。第五节第五节 低压电网短路电路计算低压电网短路电路计算一一 低压电网短路电流计算的特点：低压电网短路电流计算的特点：普通容量不大于高压供电电源容量的普通容量不大于高压供电电源容量的5 %按无限大电源思索。按无限大电源思索。各元件电阻值相对较大，普通不能忽略。各元件电阻值相对较大，普通不能忽略。冲击系数在冲击系数在11.3范围内范围内电压只需一级，采用有名法较为方便电压只需一级，采用有名法较为方便二二 各元件阻抗各元件阻抗 与欧姆法引见计算方法一样，并可查与欧姆法引见计算方法一样，并可查表求得。它包括：表求得。它包括： 系统电源阻抗系统电源阻抗 变压器阻抗变压器阻抗母线阻抗母线阻抗配电线路阻抗配电线路阻抗低压电器阻抗低压电器阻抗三三 短路短路电流流计算算一三相短路一三相短路电流流计算和两相短路算和两相短路电流流 计算与欧姆法引算与欧姆法引见计算方法一算方法一样。二二单相短路相短路电流周期分量流周期分量计算算 低低压380/220 三相四三相四线制配制配电网网络中，中，常常发生相生相 零之零之间单相短路，其相短路，其计算公算公式式为： R0, X0为“相相 零回路中零回路中电阻与阻与 电抗之和，可抗之和，可查表表获得。得。 Up 电源的相源的相电压。 第六节第六节 短路电流的效应短路电流的效应一一 短路电流的电动效应短路电流的电动效应一原理一原理 相邻载流导体之间的电磁互作用力即相邻载流导体之间的电磁互作用力即电动力。电动力。 短路时，特别是冲击电流经过瞬间，短路时，特别是冲击电流经过瞬间，其电动力那么非常大，所以三相短路冲其电动力那么非常大，所以三相短路冲击电流为校验电器和载流部分的动稳定击电流为校验电器和载流部分的动稳定根据。根据。二短路二短路动稳定度的校定度的校验条件条件1.普通普通电器器 imax 电器的极限器的极限经过电流峰流峰值;Imax 电器的极限器的极限经过电流有效流有效值。2.对绝缘子子动稳定校定校验 Fal Fc(3) Fal 绝缘子的最大允子的最大允许载荷荷,由由产品品 样本本查得得; Fc(3)短路短路时作用在作用在绝缘子上的子上的计算力算力; 三相短路冲击电流在中间相产生的电动力最大,其计算公式为: 两导体的轴线间隔,(m)； 档距即相邻的两支点间间隔 , (m)；母线在绝缘子上为平放：母线在绝缘子上为竖放：3.对母线等硬导体对母线等硬导体普通按短路时所遭到的最大应力来校验。普通按短路时所遭到的最大应力来校验。 母线资料的最大允许应力，母线资料的最大允许应力， 硬铜：硬铜： 硬铝：硬铝： 母线经过 是所遭到的最大应力。 母线经过 是所遭到的弯曲力矩， 单位 Nm, 当母线的档数为12时, 当母线的档数为2时, W母母线截面系数，截面系数， ，单位：位：M3 b 截面程度截面程度宽度度, h截面程度高度截面程度高度4.电缆本身的机械本身的机械强度很好，不用校度很好，不用校验动稳定。定。三大容量电动机对短路冲击电流的影三大容量电动机对短路冲击电流的影响响 当短路计算点附近有大容量电机当短路计算点附近有大容量电机(总总容量超越容量超越100KW)时时,其反响冲击电流使其反响冲击电流使短路点冲击电流增大。短路点冲击电流增大。 工程设计中可近似取为：工程设计中可近似取为： 短路电流冲击系数，短路电流冲击系数， 高压电动机普通取高压电动机普通取1.41.6； 低压电动机普通取低压电动机普通取 1。 电动机的额定电流。电动机的额定电流。 二二短路电流的热效应短路电流的热效应三三一短路时导体的发热过程与计算一短路时导体的发热过程与计算四四1.过程：过程：五五 短路前正常负荷时的温短路前正常负荷时的温度；度；六六 发生短路；发生短路；七七 切除缺点时间；切除缺点时间；八八 时导体温度。时导体温度。九九 2.计算计算 即计算即计算 的值。与的值。与 相对应的热量相对应的热量为为 由于计算困难，普通采用等效方法，由于计算困难，普通采用等效方法， 为短路发热假想时间。为短路发热假想时间。 对无限大系统，那么当 1s时，而 维护安装动作时间 ； 断路器断路时间，断路器断路时间，(固有分闸时间固有分闸时间 电弧延续时间电弧延续时间 固有分闸时间固有分闸时间,可由产品样本查得可由产品样本查得 普通高压断路器普通高压断路器 0.2s 高速断路器：高速断路器： 0.10.15s 低压断路器电弧延续时间：低压断路器电弧延续时间： 0.010.02s, 3.工程设计方法工程设计方法 利用导体温度利用导体温度 与导体加热系数与导体加热系数 的关系曲线的关系曲线,来确定来确定 。步骤：步骤：(1)利用利用 查得查得(2)利用下式求得利用下式求得 (3)利用利用 得到得到 。 二短路热稳定度的校验二短路热稳定度的校验1.普通电器普通电器 电器热稳定实验电流；电器热稳定实验电流； 电器热稳定实验时间。电器热稳定实验时间。 可由产品样本查得可由产品样本查得2.母线及绝缘导线和电缆等导体母线及绝缘导线和电缆等导体 导体在短路时的最高允许温度。导体在短路时的最高允许温度。 可查得。可查得。 因确定因确定 较费事，也可根据短路动较费事，也可根据短路动稳定度要求来确定其最小允许截面稳定度要求来确定其最小允许截面 。 导体热稳定系数，可查导体热稳定系数，可查得。得。 那么那么