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第四章短路電流計算及變配電所電氣設(shè)備選擇

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算

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

第一節(jié)短路的原因、后果和形式返回目錄第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗第五節(jié)變配電所電氣設(shè)備的選擇與校驗第四章短路電流計算及變配電所電氣設(shè)備選擇返回目1第一節(jié)短路的原因、后果和形式

一、短路的原因

（1）電氣設(shè)備絕緣損壞。 （2）有關(guān)人員誤操作。 （3）鳥獸為害事故。

二、短路的后果 三、短路的形式 在三相系統(tǒng)中，短路的形式有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等，如圖4-1所示。

第一節(jié)短路的原因、后果和形式 一、短路的原因2第一節(jié)短路的原因、后果和形式

返回本章目錄圖4-1短路的形式（虛線表示短路電流路徑）K（3）-三相短路K（2）-兩相短路

K（1）-單相短路K（1.1）-兩相接地短路

第一節(jié)短路的原因、后果和形式返回本圖4-1短路的形式3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 一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程 無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是：當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(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。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4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 圖4-2a是一個電源為無限大容量的供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路的電路圖。由于三相短路對稱，因此這一三相短路電路可用圖4-2b所示的等效單相電路來分析研究。圖4-2無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路

a）三相電路圖b）等效單相電路圖第二節(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5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

圖4-3表示無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路前后的電壓、電流變動曲線。

圖4-3無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流變動曲線

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6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

二、短路的有關(guān)物理量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)電流短路穩(wěn)態(tài)電流是短路電流非周期分量衰減完畢以后的短路全電流，其有效值用表示。返回本章目錄第二節(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7第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算一、概述進行短路電流計算，首先要繪出計算電路圖，如圖4-4所示。圖4-4例4-1的短路計算電路第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算8第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算

二、采用歐姆法進行三相短路計算1.電力系統(tǒng)的阻抗計算 2.電力變壓器的阻抗計算 3.電力線路的阻抗計算 如果線路的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)不詳，X0可按表4-1取其電抗平均值。

線路結(jié)構(gòu)線路電壓35kV及以上

6～10kV

220/380V架空線路

0.40

0.35

0.32電纜線路

0.12

0.08

0.066表4-1電力線路每相的單位長度電抗平均值(單位:Ω/km)第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算二、9第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例4-1

某工廠供電系統(tǒng)如圖4-4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k-1點短路和低壓380V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。解：1.求k-1點的三相短路電流和短路容量（） （1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗 （2）計算三相短路電流和短路容量 2.求k-2點的短路電流和短路容量（Uc2=0.4kv） （1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗 （2）計算三相短路電流和短路容量

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例10第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 在工程設(shè)計說明書中，往往只列短路計算表，如表4-2所示。表4-2例4-1的短路計算表

短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-13.08

3.083.087.85

4.65

56.0

k-2

33.7

33.7

33.7

62.0

36.7

23.3第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 在工程設(shè)計說11第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算

三、采用標幺制法進行三相短路計算任一物理量的標幺值，為該物理量的實際值與所選定的基準值的比值，即

按標幺制法進行短路計算時，一般是先選定基準容量和基準電壓?；鶞嗜萘浚こ淘O(shè)計中通常取?；鶞孰妷?，通常取元件所在處的短路計算電壓，即取。選定了基準容量和基準電壓以后，基準電流則按下式計算：

基準電抗則按下式計算：

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算三、12第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例4-2

試用標幺制法計算例4-1所示供電系統(tǒng)中k-1點和k-2點的三相短路電流和短路容量。解：（1）確定基準值

（2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值 繪短路等效電路圖如圖4-6所示，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標明短路計算點。圖4-6例4-2的短路等效電路圖（標幺制法）第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例13第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 （3）計算k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量 （4）計算k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量 四、兩相短路電流的計算

在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路時（參看圖4-7），其短路電流可由下式求得：圖4-7無限大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 （3）計算14第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算五、單相短路電流的計算在大接地電流的電力系統(tǒng)中或三相四線制低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時，根據(jù)對稱分量法可求得其單相短路電流為

在工程設(shè)計中，常利用下式計算單相短路電流

或按下式計算：

單相短路電流與三相短路電流的關(guān)系如下：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算五、15第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算在遠離發(fā)電機的用戶變電所低壓側(cè)發(fā)生單相短時，，因此單相短路電流為三相短路時，三相短路電流為

因此由于遠離發(fā)電機發(fā)生短路時，，故

返回本章目錄第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算在16第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗一、概述通過上述短路計算得知，供電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流是相當大的。如此大的短路電流通過電器和導(dǎo)體，一方面要產(chǎn)生很大的電動力，即電動效應(yīng)；另一方面要產(chǎn)生很高的溫度，即熱效應(yīng)。二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度（一）短路時的最大電動力由“電工原理”課程可知，處在空氣中的兩平行導(dǎo)體分別通以電流、（單位為A）時，兩導(dǎo)體間的電磁互作用力即電動力（單位為N）為

第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗一、概述17第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗（二）短路動穩(wěn)定度的校驗條件1.一般電器的動穩(wěn)定度校驗條件按下列公式校驗：或2.絕緣子的動穩(wěn)定度校驗條件按下列公式校驗：其中為三相短路時作用于絕緣子上的計算力；如果母線在絕緣子上為平放（圖4-8a）），則；如果母線為豎放（圖4-8b）），則。

（三）對短路計算點附近交流電動機反饋沖擊電流的考慮第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗（二）短路18第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗

圖4-8水平排列的母線

a）平放b）豎放

第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗圖4-8水平排19第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗三、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度（一）短路時導(dǎo)體的發(fā)熱過程和發(fā)熱計算當線路發(fā)生短路時，短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高。 圖4-10表示短路前后導(dǎo)體的溫度變化情況。圖4-10短路前后導(dǎo)體的溫度變化第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗三、短路電20第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗（二）短路熱穩(wěn)定度的校驗條件1.一般電器的熱穩(wěn)定度校驗條件

2.母線及絕緣導(dǎo)線和電纜等導(dǎo)體的熱穩(wěn)定度校驗條件

如前所述，要確定導(dǎo)體的比較麻煩，因此也可根據(jù)短路熱穩(wěn)定度的要求來確定其最小允許截面，滿足熱穩(wěn)定度要求的最小允許截面為

返回本章目錄第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗（二）短路21第五節(jié)變配電所電氣設(shè)備的選擇與校驗 一、變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇第五節(jié)變配電所電氣設(shè)備的選擇與校驗 一、變電所主變壓器22第五節(jié)變配電所電氣設(shè)備的選擇與校驗 （一）變電所主變壓器臺數(shù)的選擇 （二）變電所主變壓器容量的選擇 1.只裝一臺主變壓器的變電所 2.裝有兩臺主變壓器的變電所 3.車間變電所主變壓器的單臺容量上限 4.適當考慮負荷的發(fā)展 二、電流互感器的選擇與校驗 三、電壓互感器的選擇 四、高壓一次設(shè)備的選擇與校驗 五、低壓一次設(shè)備的選擇返回本章目錄第五節(jié)變配電所電氣設(shè)備的選擇與校驗 （一）變電所主變壓23

第四章短路電流計算及變配電所電氣設(shè)備選擇

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算

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

第一節(jié)短路的原因、后果和形式返回目錄第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗第五節(jié)變配電所電氣設(shè)備的選擇與校驗第四章短路電流計算及變配電所電氣設(shè)備選擇返回目24第一節(jié)短路的原因、后果和形式

一、短路的原因

（1）電氣設(shè)備絕緣損壞。 （2）有關(guān)人員誤操作。 （3）鳥獸為害事故。

二、短路的后果 三、短路的形式 在三相系統(tǒng)中，短路的形式有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等，如圖4-1所示。

第一節(jié)短路的原因、后果和形式 一、短路的原因25第一節(jié)短路的原因、后果和形式

返回本章目錄圖4-1短路的形式（虛線表示短路電流路徑）K（3）-三相短路K（2）-兩相短路

K（1）-單相短路K（1.1）-兩相接地短路

第一節(jié)短路的原因、后果和形式返回本圖4-1短路的形式26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 一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程 無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是：當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(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。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27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 圖4-2a是一個電源為無限大容量的供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路的電路圖。由于三相短路對稱，因此這一三相短路電路可用圖4-2b所示的等效單相電路來分析研究。圖4-2無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路

a）三相電路圖b）等效單相電路圖第二節(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28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

圖4-3表示無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路前后的電壓、電流變動曲線。

圖4-3無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流變動曲線

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29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

二、短路的有關(guān)物理量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)電流短路穩(wěn)態(tài)電流是短路電流非周期分量衰減完畢以后的短路全電流，其有效值用表示。返回本章目錄第二節(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30第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算一、概述進行短路電流計算，首先要繪出計算電路圖，如圖4-4所示。圖4-4例4-1的短路計算電路第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算31第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算

二、采用歐姆法進行三相短路計算1.電力系統(tǒng)的阻抗計算 2.電力變壓器的阻抗計算 3.電力線路的阻抗計算 如果線路的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)不詳，X0可按表4-1取其電抗平均值。

線路結(jié)構(gòu)線路電壓35kV及以上

6～10kV

220/380V架空線路

0.40

0.35

0.32電纜線路

0.12

0.08

0.066表4-1電力線路每相的單位長度電抗平均值(單位:Ω/km)第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算二、32第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例4-1

某工廠供電系統(tǒng)如圖4-4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k-1點短路和低壓380V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。解：1.求k-1點的三相短路電流和短路容量（） （1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗 （2）計算三相短路電流和短路容量 2.求k-2點的短路電流和短路容量（Uc2=0.4kv） （1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗 （2）計算三相短路電流和短路容量

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例33第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 在工程設(shè)計說明書中，往往只列短路計算表，如表4-2所示。表4-2例4-1的短路計算表

短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-13.08

3.083.087.85

4.65

56.0

k-2

33.7

33.7

33.7

62.0

36.7

23.3第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 在工程設(shè)計說34第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算

三、采用標幺制法進行三相短路計算任一物理量的標幺值，為該物理量的實際值與所選定的基準值的比值，即

按標幺制法進行短路計算時，一般是先選定基準容量和基準電壓?；鶞嗜萘浚こ淘O(shè)計中通常取。基準電壓，通常取元件所在處的短路計算電壓，即取。選定了基準容量和基準電壓以后，基準電流則按下式計算：

基準電抗則按下式計算：

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算三、35第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例4-2

試用標幺制法計算例4-1所示供電系統(tǒng)中k-1點和k-2點的三相短路電流和短路容量。解：（1）確定基準值

（2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值 繪短路等效電路圖如圖4-6所示，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標明短路計算點。圖4-6例4-2的短路等效電路圖（標幺制法）第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算例36第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 （3）計算k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量 （4）計算k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量 四、兩相短路電流的計算

在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路時（參看圖4-7），其短路電流可由下式求得：圖4-7無限大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算 （3）計算37第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算五、單相短路電流的計算在大接地電流的電力系統(tǒng)中或三相四線制低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時，根據(jù)對稱分量法可求得其單相短路電流為

在工程設(shè)計中，常利用下式計算單相短路電流

或按下式計算：

單相短路電流與三相短路電流的關(guān)系如下：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算五、38第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算在遠離發(fā)電機的用戶變電所低壓側(cè)發(fā)生單相短時，，因此單相短路電流為三相短路時，三相短路電流為

因此由于遠離發(fā)電機發(fā)生短路時，，故

返回本章目錄第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算在39第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗一、概述通過上述短路計算得知，供電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流是相當大的。如此大的短路電流通過電器和導(dǎo)體，一方面要產(chǎn)生很大的電動力，即電動效應(yīng)；另一方面要產(chǎn)生很高的溫度，即熱效應(yīng)。二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度（一）短路時的最大電動力由“電工原理”課程可知，處在空氣中的兩平行導(dǎo)體分別通以電流、（單位為A）時，兩導(dǎo)體間的電磁互作用力即電動力（單位為N）為

第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗一、概述40第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗（二）短路動穩(wěn)定度的校驗條件1.一般電器的動穩(wěn)定度校驗條件按下列公式校驗：或2.絕緣子的動穩(wěn)定度校驗條件按下列公式校驗：