供配电技术短路电流的计算.pptx
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1、(2)短路故障的种类短路故障的种类单相短路单相短路 短路电流仅在故障相中流过,故障相电压短路电流仅在故障相中流过,故障相电压下降,非故障相电压会升高。下降,非故障相电压会升高。二相短路二相短路 短路回路中流过很大的短路电流,电压和短路回路中流过很大的短路电流,电压和电流的对称性被破坏。电流的对称性被破坏。二相短路接地二相短路接地 短路回路中流过很大的短路电流短路回路中流过很大的短路电流,故障相,故障相电压为零。电压为零。三相短路三相短路 三相电路中都流过很大的短路电流,短路三相电路中都流过很大的短路电流,短路时电压和电流保持对称时电压和电流保持对称,短路点电压为零。,短路点电压为零。(3)短路
2、的危害短路的危害大电流产生巨大电动力,造成机械损坏(动稳定);大电流产生巨大电动力,造成机械损坏(动稳定);烧毁设备(热稳定);烧毁设备(热稳定);电网大面积电压下降;电网大面积电压下降;破坏电力系统的稳定;破坏电力系统的稳定;影响电力系统通讯。影响电力系统通讯。最严重三相短路时的电流波形图 2003年年8月月14日美国大停电日美国大停电美国东部美国东部(EDT)时间时间2003年年8月月14日日16:11开始开始(北京时间(北京时间8月月15日晨日晨4:11),美国东北部和加拿大东),美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故部联合电网发生了大面积停电事故纽约纽约:交通瘫痪、公路堵塞
3、、人困在电梯和地下隧道里、冒交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地下隧道里、冒酷热步行回家酷热步行回家停电影响停电影响 美国:美国:俄亥俄州、密歇根州、纽约州、俄亥俄州、密歇根州、纽约州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、宾夕法尼亚州、佛蒙特州(宾夕法尼亚州、佛蒙特州(8个州)个州)加拿大:安大略省、魁北克省(加拿大:安大略省、魁北克省(2个省)个省)停电前后卫星拍到的美国上空照片短路计算的目的 为确保设备在短路情况下不致破坏,减轻短路危为确保设备在短路情况下不致破坏,减轻短路危 害和防止故障扩大,必须事先对短路电流进行计算。害和防止故障扩大,必须事先对短路电流进
4、行计算。计算短路电流的具体目的是:计算短路电流的具体目的是:选择和校验电气设备;选择和校验电气设备;进行继电保护装置的选型与整定计算;进行继电保护装置的选型与整定计算;分析电力系统的故障及稳定性能,选择限制短路电分析电力系统的故障及稳定性能,选择限制短路电流的措施;流的措施;确定电力线路对通信线路的影响等。确定电力线路对通信线路的影响等。(4 4)短路计算方法简介短路计算方法简介短路计算方法短路计算方法有名单位制法有名单位制法标幺制法标幺制法短路容量法短路容量法如如果果各各种种电电气气设设备备的的电电阻阻和和电电抗抗及及其其他他电电气气参参数数用用有有名名值值表表示示,称称为为有有名名单单位位
5、制制法法。低低压压系系统统的的短短路路电电流流计计算算通通常常采采用用这这种种方方法法,简单明了。简单明了。如如果果各各种种电电气气设设备备的的电电阻阻和和电电抗抗及及其其他他电电气气参参数数用用相相对对值值表表示示,称称为为标标幺幺值值法法。这这种种计计算算方方法通常用于高压系统。法通常用于高压系统。如如果果各各种种电电气气设设备备的的电电阻阻和和电电抗抗及及其其他他电电气气参参数数用用短短路路容容量量表表示示,称称为为短短路路容容量量法法。这这种种方方法法比比较较适适用于高压系统。用于高压系统。短路计算步骤短路计算步骤有名单位制法有名单位制法标幺制法标幺制法短路容量法短路容量法绘绘制制短短
6、路路回回路路等等效效电电路路;计计算算短短路路回回路路中中各各元元件件的的阻阻抗抗值值;求求等等效效阻阻抗抗,化化简简电电路路;计计算算三三相相短短路路电电流流周周期期分分量量有有效效值值及及其其他他短短路路参参数数;列列短短路路计计算表。算表。略讲略讲选选择择短短基基准准容容量量、基基准准电电压压、计计算算短短路路点点的的基基准准电电流流;绘绘制制短短路路回回路路的的等等效效电电路路;计计算算短短路路回回路路中中各各元元件件的的电电抗抗标标幺幺值值;求求总总电电抗抗标标幺幺值值,化化简简电电路路;计计算算三三相相短短路路电电流流周周期期分分量量有有效效值值及及其其他他短短路路参参数数;列列短
7、路计算表。短路计算表。(5)短路电流的计算概述短路电流的计算概述 在计算电路图上将短路计算所需考虑的各元件额定参在计算电路图上将短路计算所需考虑的各元件额定参数都表示出来,并将各元件依次编号,然后确定短路计数都表示出来,并将各元件依次编号,然后确定短路计算点,短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气算点,短路计算点要选择得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。接下来要按所选择的元件有最大可能的短路电流通过。接下来要按所选择的短路计算点绘出等效电路图,短路计算点绘出等效电路图,如上图所示。如上图所示。工厂供电系统通常把电力系统当作工厂供电系统通常把电力系统当作无限大容量无限大容
8、量电源,短路电路电源,短路电路一般只采用阻抗串、并联的方法进行化简。对简化电路求出其等一般只采用阻抗串、并联的方法进行化简。对简化电路求出其等效总阻抗,最后计算短路电流和短路容量。效总阻抗,最后计算短路电流和短路容量。短路计算中有关物理量的单位:电流为短路计算中有关物理量的单位:电流为kA;电压为;电压为kV;短路;短路容量和断流容量单位为容量和断流容量单位为MVA;设备容量单位为;设备容量单位为kW或或kVA;阻抗;阻抗单位为单位为等。如果采用工程上常用的单位来计算,则应注意所用等。如果采用工程上常用的单位来计算,则应注意所用公式中各物理量单位的换算系数。公式中各物理量单位的换算系数。采用欧
9、姆法进行短路计算采用欧姆法进行短路计算 欧姆法即有名单位制法。因其短路计算中的阻抗都采用欧姆法即有名单位制法。因其短路计算中的阻抗都采用有名单位有名单位“欧姆欧姆”而得名。在无限大容量系统中发生三相而得名。在无限大容量系统中发生三相短路时,其三相短路电流周期分量有效值可按下式计算:短路时,其三相短路电流周期分量有效值可按下式计算:式中式中UC是短路点的短路计算电压,也称为平均额定电压。由是短路点的短路计算电压,也称为平均额定电压。由于线路于线路首端短路时其短路最为严重,因此按线路首端电压考虑首端短路时其短路最为严重,因此按线路首端电压考虑,即短路计算电压取为比线路额定电压即短路计算电压取为比线
10、路额定电压UN高高5%。在高电压的短路计算中,通常总电抗远比总电阻大,所以一在高电压的短路计算中,通常总电抗远比总电阻大,所以一般可只计电抗,不计电阻。在计算低压侧短路时,也只有当短般可只计电抗,不计电阻。在计算低压侧短路时,也只有当短路电路的电阻大于电抗的三分之一时才需考虑电阻。路电路的电阻大于电抗的三分之一时才需考虑电阻。(1)电力系统的阻抗电力系统的阻抗 电力系统的电阻相对于电抗来说很小,一般不予考虑。电力电力系统的电阻相对于电抗来说很小,一般不予考虑。电力系统的电抗由电力系统变电所高压馈电线系统的电抗由电力系统变电所高压馈电线出口断路器的断流容出口断路器的断流容量量SOC来估算,来估算
11、,SOC可看作是电力系统的极限短路容量可看作是电力系统的极限短路容量Sk,因此,因此电力系统的电抗:电力系统的电抗:X XS SU UC C2 2/S/SOCOC 式中,式中,UC是高压馈电线的短路计算电压,是高压馈电线的短路计算电压,SOC是系统出口断是系统出口断路器的断流容量,如只有开断电流路器的断流容量,如只有开断电流IOC的数据,则断流容量的数据,则断流容量:不计电阻时,三相短路电流的周期分量有效值为:不计电阻时,三相短路电流的周期分量有效值为:三相短路容量为:三相短路容量为:(2)电力变压器的阻抗电力变压器的阻抗式中式中UC、SN、Pk、Uk%均可从相关手册或产品样本查阅。均可从相关
12、手册或产品样本查阅。变压器的短路损耗变压器的短路损耗 由短路损耗可近似地求出变压器的电阻:由短路损耗可近似地求出变压器的电阻:变压器的短路电压变压器的短路电压 由短路电压可近似地求出变压器的电抗:由短路电压可近似地求出变压器的电抗:(3)电力线路的阻抗电力线路的阻抗 求出短路电路中各元件的阻抗后,就化简了短路电路,求出短路电路中各元件的阻抗后,就化简了短路电路,求出其总阻抗,然后求出其总阻抗,然后可可计算短路电流周期分量计算短路电流周期分量 线路的电阻线路的电阻RWL可由导线、电缆的单位长度电阻可由导线、电缆的单位长度电阻R0值求得值求得 线路的电抗线路的电抗XWL可由导线、电缆的单位长度电抗
13、可由导线、电缆的单位长度电抗X0值求得值求得 式中式中R0、X0是分别为导线、电缆单位长度的电阻和电抗,是分别为导线、电缆单位长度的电阻和电抗,l是线路长度。均可从相关手册或产品样本查阅。是线路长度。均可从相关手册或产品样本查阅。(3)电力线路的阻抗电力线路的阻抗 必须注意:在计算短路电路的阻抗时,假如电路内含有必须注意:在计算短路电路的阻抗时,假如电路内含有电力变压器,则电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路电力变压器,则电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压。阻抗等效换算的条件是元件的功率损点的短路计算电压。阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。阻抗换算的公式为耗不变。阻抗换
14、算的公式为 式中,式中,R、X和和UC为换算前元件的电阻、电抗和元件所为换算前元件的电阻、电抗和元件所在处的短路计算电压;在处的短路计算电压;R、X和和UC为换算后元件的电阻、为换算后元件的电阻、电抗和短路点的短路计算电压。电抗和短路点的短路计算电压。采用标幺制法进行短路计算采用标幺制法进行短路计算 电压电压kV,电流,电流kA,容量,容量kVA,电阻,电阻和和电电抗抗 等等物理量均可用标幺值表示物理量均可用标幺值表示。标幺值无量纲。标幺值无量纲。按标幺制法进行短路计算,通常先选定基准容量按标幺制法进行短路计算,通常先选定基准容量Sd和基和基准电压准电压Ud。工程设计中通常取基准容量。工程设计
15、中通常取基准容量Sd=100MVA;通常;通常取元件所在处的短路计算电压为基准电压,即取取元件所在处的短路计算电压为基准电压,即取Ud=Uc 则基准电流则基准电流Id和基准电抗和基准电抗Xd可按下述公式计算:可按下述公式计算:标幺值标幺值(相对值相对值)有名值有名值(有单位的物理量有单位的物理量)基准值基准值(与有名值同单位的物理量与有名值同单位的物理量)线路的额定电压和基准电压(线路的额定电压和基准电压(kV)额定电压额定电压0.3861035110220500基准电压基准电压0.46.310.537115230550 假设短路发生在假设短路发生在4WL,选基准容量为,选基准容量为Sd,各级
16、基准电压分别,各级基准电压分别为为Ud1=Uav1,Ud2=Uav2,Ud3=Uav3,Ud4=Uav4,则线路,则线路1WL的电的电抗抗X1WL归算到短路点所在电压等级的电抗归算到短路点所在电压等级的电抗X1WL为为1WL的标幺值电抗为的标幺值电抗为电力系统的电抗标幺值计算公式电力系统的电抗标幺值计算公式 上述分析表明:变压器的变比标幺值等于上述分析表明:变压器的变比标幺值等于1 1,这种近似估算,这种近似估算法避免了多级电压系统中阻抗的换算,使得计算简单、结果清法避免了多级电压系统中阻抗的换算,使得计算简单、结果清晰。这也是采用标幺制法计算短路电流具有的突出优点。晰。这也是采用标幺制法计算
17、短路电流具有的突出优点。电力变压器的电抗标幺值计算公式电力变压器的电抗标幺值计算公式电力线路的电抗标幺值计算公式电力线路的电抗标幺值计算公式 短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后,即可根据其短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后,即可根据其电路图进行电路化简,计算其总电抗标幺值。由于各元件电抗电路图进行电路化简,计算其总电抗标幺值。由于各元件电抗相对值与短路计算点的电压无关,因此不需要进行电压换算,相对值与短路计算点的电压无关,因此不需要进行电压换算,这一点也是标幺制法的优越之处。这一点也是标幺制法的优越之处。无限大容量电源系统的概念无限大容量电源系统的概念 无限大容量电源系统无限大容量
18、电源系统是指其容量相对于一个工厂(或任意一是指其容量相对于一个工厂(或任意一个电力用户)的用电设备容量大得多的电力系统,以致馈电用个电力用户)的用电设备容量大得多的电力系统,以致馈电用户的线路上无论如何变动甚至发生短路时,户的线路上无论如何变动甚至发生短路时,系统变电站馈电母系统变电站馈电母线上的电压能始终维持基本不变线上的电压能始终维持基本不变。在实际应用中,为了简化短路计算,通常把内阻抗小于短路在实际应用中,为了简化短路计算,通常把内阻抗小于短路回路总阻抗回路总阻抗10%10%的电源或系统均作为无穷大容量电源进行分析。的电源或系统均作为无穷大容量电源进行分析。无限大容量无限大容量系统三相短
19、路电流周期分量有效值系统三相短路电流周期分量有效值 无限大容量无限大容量系统系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值三相短路电流周期分量有效值的标幺值 三相短路容量的计算公式三相短路容量的计算公式试用标幺制法计算下图所示供电系统中试用标幺制法计算下图所示供电系统中k-1点和点和k-2点的三点的三相短路电流和短路容量。相短路电流和短路容量。确定基准值确定基准值Sd=100MVA,Uc1=10.5kV;Uc2=0.4kV计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 查有关资料得电力线路的查有关资料得电力线路的Soc=500MVA,所以,所以查有关资料得架空线路的查有关资料
20、得架空线路的Xo=0.38/km,所以,所以查有关资料得电力变压器的查有关资料得电力变压器的Uk%=0.45,所以,所以绘出短路等效电路如下图所示绘出短路等效电路如下图所示求求k-1点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值其它三相短路电流其它三相短路电流三相短路容量三相短路容量求求k-2点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值其它三相短路电流其它
21、三相短路电流三相短路容量三相短路容量 两相短路电流的计算两相短路电流的计算 图示电路发生两相短路时,图示电路发生两相短路时,短路电流为短路电流为Uc为短路点的平均额定电压为短路点的平均额定电压X为短路回路一相总阻抗为短路回路一相总阻抗其他两相短路电流其他两相短路电流 、等,都可以按前等,都可以按前面的三相短路对应短路电流的公式进行计算。面的三相短路对应短路电流的公式进行计算。关于两相短路电流与三相短路电流的关系,可由关于两相短路电流与三相短路电流的关系,可由 和和两式比较可知,两相短路电流较三相短路电流小。两式比较可知,两相短路电流较三相短路电流小。单相短路电流的计算单相短路电流的计算 在中性
22、点接地电流系统中或三相四线制系统中发生单相短路在中性点接地电流系统中或三相四线制系统中发生单相短路时,根据对称分量法可求得其单相短路电流为时,根据对称分量法可求得其单相短路电流为 通常可按下式求得通常可按下式求得 式中式中 是电源的相电压;是电源的相电压;是单相短路回路的阻抗,是单相短路回路的阻抗,式式中中RT和和XT分分别别为为变变压压器器单单相相的的等等效效电电阻阻和和电电抗抗,R-0和和X-0分分别别为为相相与与零零线线或或与与PE线线或或PEN线线的的回回路路电电阻阻和和电电抗抗,包包括括回回路路中中低低压压断断路路器器过过流流线线圈圈的的阻阻抗抗、开开关关触触头头的的接接触触电电阻阻
23、及及电电流流互互感感器器一一次绕组的阻抗等,可查有关手册或产品样本获得。次绕组的阻抗等,可查有关手册或产品样本获得。在远离发电机的用户变电所低压侧发生单相短路时,正序阻在远离发电机的用户变电所低压侧发生单相短路时,正序阻抗抗Z1约等于负序阻抗约等于负序阻抗Z2,单相短路电流为,单相短路电流为 三相短路电流为三相短路电流为 比比较较上上述述两两式式可可得得出出结结论论:在在无无限限大大容容量量系系统统中中或或远远离离发发电电机机处处短短路路时时,两两相相短短路路电电流流和和单单相相短短路路电电流流均均较较三三相相短短路路电电流流小小,因因此此用用于于选选择择电电气气设设备备和和导导体体的的短短路
24、路稳稳定定度度校校验验的的短短路路电电流流,应应采采用用三三相相短短路路电电流流;两两相相短短路路电电流流主主要要用用于于相相间间短短路路保保护护的的灵灵敏敏度度检检验验;单单相相短短路路电电流流主主要要用用于于单单相相短短路路保护的整定及单相短路热稳定度校验。保护的整定及单相短路热稳定度校验。电力电力系统故障后的一般计算方法示意图系统故障后的一般计算方法示意图等值等值对对称称分分量量 法法叠加原理叠加原理 短路故障的原因有哪些?有短路故障的原因有哪些?有哪几种短路形式?它们各自的哪几种短路形式?它们各自的特点是什么?特点是什么?某供电系统如下图所某供电系统如下图所示。试求工厂配电所示。试求工
25、厂配电所10kV母线上母线上k-1点短路和点短路和车间变电所低压车间变电所低压380V母母线上线上k-2点短路的三相短点短路的三相短路电流和短路容量。路电流和短路容量。任务四任务四任务四任务四 供配电系统电气设备的选择和校验供配电系统电气设备的选择和校验供配电系统电气设备的选择和校验供配电系统电气设备的选择和校验 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则 电电气气设设备备的的额额定定电电压压不不得得低低于于所所接接电电网网的的最最高高运运行电压。行电压。电电气气设设备备的的额额定定电电流流不不小小于于该该回回路路的的最最大大持持续续工工作作电流或计算电流。电流或计算电流。应应考考虑虑设设备
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