1、第四章 短路计算及电器的选择与校验,本章主要内容： 4.1、短路的原因、后果及其形式。 4.2、无限大容量电力系统三相短路时的物理 过程及物理量。 4.3、无限大容量电力系统中的短路电流计算。 4.4、短路电流的效应与校验。 4.5、高低压电器的选择与校验。,4.1 短路的原因、后果及形式,一、短路的原因短路是指供电系统中不同电位的导体之间的电气短接。 造成短路的主要原因是： 1、电气设备的绝缘损坏 2、误操作 3、鸟兽害,二、短路的后果,1、短路的电动效应和热效应。 2、电压骤降。 3、造成停电事故。 4、影响系统稳定。 5、产生电磁干扰。,三、短路的形式 三相短路 两相短路 单相短路 两相
2、接地短路,4.2、无限大容量电力系统三相短路 时的物理 过程及物理量,一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程无限大容量电源，就是指电源内阻抗为零，供电容量相对于用户负荷容量大得多的电力系统，不管用户的负荷如何变动甚致发生短路时，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压均维持不变。,无限大容量电力系统中发生三相短路 a)三相电路图 b)等效单相电路图,无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变动曲线电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。,二、短路有关的物理量,1、短路电流周期分量,2、短路电流非周期分量,（波形按指数函数衰减 ）,（波形为正弦波）,3、短
3、路全电流,4、短路冲击电流,高压三相短路,低压三相短路,5、短路稳态电流,4.3、无限大容量电力系统中的短路 电流计算,一、短路电流计算概述 1、计算短路电流的目的：正确选择和检验电气设备及其保护装置。三相短路电流是选择和检验电气设备的基本依据。 2、短路电流计算过程： (1)绘出计算电路图 (2)元件编号 (3)绘等效电路 (4)计算阻抗和总阻抗 (5)计算短路电流和短路容量。,二、采用欧姆法进行三相短路计算,计算公式：,1、电力系统的阻抗计算,电力系统的电阻相对于电抗很小，不予考虑。,2、电力变压器的阻抗计算,短路损耗,电阻,电抗,3、电力线路的阻抗计算,电路内各元件的阻抗都必须按照短路点
4、的短路计算电压统一换算，换算的条件是元件功率损耗不变。,4、阻抗换算（有变压器时）,例4.1 某供配电系统如图所示，已知电力系统出口断路器为SN10-10型。试求该用户变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。解 1.求k-1点的三相短路电流和短路容量(Uc1=10.5kV) （1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 电力系统的电抗,架空线路的电抗：由表4-1查得X0=0.35/km，因此绘k-1点短路的等效电路如下图所示，并计算其总电抗为（2）计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值,三相短路次暂态电流和稳态电流有效值三相短路电
5、流周期分量有效值三相短路容量2.求k-2点的三相短路电流和短路容量(Uc2=0.4kV) （1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 电力系统的电抗,架空线路的电抗：电力变压器的电抗，由附表2得UZ%=4.5，因此绘k-2点短路的等效电路如上图所示，并计算其总电抗为（2）计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值,三相短路次暂态电流和稳态电流有效值三相短路电流周期分量有效值三相短路容量在工程设计中，往往只列短路计算表格，如下表所示,三、标幺制法进行三相短路电流计算,1、标幺值概念,任一物理量的标幺值,（实际值与基准值之比）,基准容量,基准电压 （通常取短路计算电压）,基准电流,基准电抗
6、,2、元件标幺值：,电力系统电抗标幺值：,电力变压器电抗标幺值：,电力线路电抗标幺值：,3、短路电流标幺值及短路电流计算,根据 可以计算出 。,4、三相短路容量,例4.2 试用标幺制法计算例4-1所示供配电系统中k-1点和k-2点的三相短路电流和短路容量。 解 （1）确定基准值取 ，Ud1=Uc1=10.5kV， Ud2=Uc2=0.4kV 而（2）计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值,架空线路的电抗标幺值：由表4-1查得X0=0.35/km，因此电力变压器的电抗标幺值：由附表2得UZ%=4.5，因此绘短路等效电路如下图所示：,（3）求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电
7、流和短路容量 总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效其它三相短路电流三相短路容量,（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效其它三相短路电流三相短路容量,四、两相短路电流的计算,五、单相短路电流的计算,大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时,（要考虑正序、负序、零序阻抗）,工程中简单计算,单相短路回路的阻抗：,结论：在无限大容量系统中，两相短路电流和单相短路电流均比三相短路电流小，电气设备的选择与校验应采用三相短路电流，相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短路电流，单相短路电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校验。,4.4、短路电
8、流的效应与校验,强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生很大的电动力，即电动力效应，可能使电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形。短路电流产生的热量，会造成电气设备和导体温度迅速升高，即热效应，可能使电气设备和导体绝缘强度降低，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、短路电流的电动效应和动稳定度,1、短路时最大电动力,由计算可知：无限大容量系统发生三相短路时，中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度。,2、动稳定度校验,(1)一般电器的动稳定度校验条件为 ：,(2)绝
9、缘子的动稳定度校验条件为 ：,（3）母线的动稳定度校验条件为 ：,3、短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑当短路点附近所接交流电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，按GB50054-95低压配电设计规范规定，应计入电动机反馈电流的影响。当交流电动机进线端发生三相短路时，它反馈的最大短路电流瞬时值（即电动机反馈冲击电流）可按下式计算： 由于交流电动机在外电路短路后很快受到制动，因此它产生的反馈电流衰减很快，所以只有在考虑短路冲击电流的影响时，才需要计入电动机的反馈电流。此时短路点的短路冲击电流为,二、短路电流的热效应与热稳定度,1、短路时的发热及计算,短路前后导体的温度变化,短路发热假想时间
10、,短路发热的假想时间：,短路时间 短路保护装置实际动作时间 断路器的断路时间 取0.10.2秒,2、短路热稳定度的校验条件,（1）一般电器：,（2）母线及绝缘导线和电缆等导体：,和 可由有关手册或产品样本查得。,导体热稳定系数 ，可由附录表7查得。,4.5、高低压电器的选择与校验,一、选择校验项目及条件,电气设备的选择，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。,1. 按正常工作条件选择,按正常工作条件选择，就是要考虑电气设备的环境条件和电气要求。,环境条件是指电气设备的使用场所、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、
11、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。,电气要求是指电气设备在电压、电流频率等方面的要求，即所选电气设备的额定电压应不低于所在线路的额定电压、电气设备的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流；即,对一些开断电流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则还有断流能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。,1）对断路器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即,2）对负荷开关，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大负荷电流。即,3）对熔断器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即,（对非限流型熔断器）,（对限流型熔断器）,按短路故
12、障条件校验，就是要按最大可能的短路故障时的力稳定性和热稳定性进行校验。,2. 按短路故障条件校验,对于一般电器，满足力稳定的条件是：,电器的额定峰值耐受电流,对于一般电器，满足热稳定的条件是：,电器的额定短时耐受电流有效值,对于载流导体，满足热稳定的条件是：,导体的热稳定系数,二、高压断路器的选择与校验,高压断路器的选择与校验，主要是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力，按短路故障条件校验动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。,例4-1 试选择某10KV 高压配电所进线侧的高压户内真空断路器的型号规格。已知该进线的计算电流为295A，配电所母
13、线的三相短路电流周期分量有效值为3.2kA ，继电保护的动作时间为1.1s。,解：初步选VS1-12/630-16型进行校验，如表所示，所选正确。,三、高压熔断器的选择与校验,高压熔断器的选择与校验，主要是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力。,高压熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体电流。熔体电流的选择应满足下列条件：,1）保护高压线路的熔断器的熔体电流应大于线路的计算电流，一般取线路计算电流的1.11.3倍。,2）保护电力变压器的熔断器的熔体电流，考虑到变压器的正常过负荷电流、励磁涌流（即空载合闸电流）及低压侧电动机自起动引起的尖峰电流等因素，一般取
14、一次侧额定电流的1.52倍。,3）保护电压互感器的熔断器的熔体电流，因互感器二次侧负荷很小，一般取为0.5A。,四、电流互感器的选择与校验,1. 电压、电流的选择,电流互感器的额定电压应不低于装设地点电路的额定电压；其额定一次电流应不小于电路的计算电流；而其额定二次电流一般为5A。,2. 按准确级要求选择,电流互感器满足准确级要求的条件，是其二次负荷S2不得大于额定准确级所要求的额定二次负荷S2N，即,S2NS2,目前电流互感器的新产品直接给出了短路力稳定电流峰值和1s热稳定电流有效值，因此其力稳定性与热稳定性可按下式校验。,3. 短路稳定性的校验,1. 电压的选择,五、电压互感器的选择与校验,电压互感器的额定一次电压，应与安装地点电网的额定电压相等，其额定二次电压一般为100V。,2. 按准确级要求选择,电压互感器满足准确级要求的条件，也是其二次负荷S2不得大于规定准确级所要求的额定二次容量S2N，即,S2NS2,
