第七章 短路电流计算
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这本身就不是一个简单的事!你既然用到短路电流了,就肯定不是初中阶段的计算了吧所以你就不用找省劲的法子了当然你也可以找个计算软件嘛就不用自己计算了供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件.二.计算条件1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.三.简化计算法即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.1.主要参数Sd三相短路容量(MVA)简称短路容量校核开关分断容量Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定x电抗(Ω)其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键.2.标么值计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).(1)基准基准容量Sjz =100 MVA基准电压UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4因为S=1.73*U*I 所以IJZ (KA)1.565.59.16144(2)标么值计算容量标么值S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量S* = 200/100=2.电压标么值U*= U/UJZ ; 电流标么值I* =I/IJZ3无限大容量系统三相短路电流计算公式短路电流标么值: I*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).短路电流有效值: Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)冲击电流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC冲击系数,取1.8所以IC =1.52Id冲击电流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC ,取1.3这时:冲击电流有效值IC =1.09*Id(KA)冲击电流峰值: ic =1.84 Id(KA)掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流; 设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.4.简化算法【1】系统电抗的计算系统电抗,百兆为一。
1、短路电流的计算方法:1.1、两相短路电流计算公式:I=∑R=R1/K+Rb+R2∑X=Xx+X1/K+Xb+X2式中:I——两相短路电流,A∑R、∑X——短路回路内一相电阻、电抗值的总和,ΩXx——根据三相短路容量计算的系统电抗值,ΩR1、X1——高压电缆的电阻、电抗值,ΩKb——变压器变压比Rb、Xb——变压器的电阻、电抗值,ΩR2、X2——低压电缆的电阻、电抗值,ΩUe——变压器二次侧额定电压,V1.2、三相短路电流计算公式:I=1.15 I2、电缆线路短路保护2.1、1200V及以下电网中电磁式过电流继电器的整定2.1.1、保护干线装置公式:Iz≥IQe+Kx∑Ie式中:IQe——最大容量电动机额定起动电流,A,为电动机额定电流的6.0~7.0倍。
∑Ie——其余电动机额定电流之和,AKx——需用系数,取0.5~1.0,一般取1.0。
2.1.2、校验公式:≥1.5若线路上串联两台以上开关(其间无分支线路),则上一级开关整定值,也应按下一级开关保护范围最远点的两相短路电流来校验,校验灵敏度应满足1.2~1.5的要求,以保证双重保护的可靠性。
若校验不满足时,应采取以下措施:1.加大干线或支线电缆截面。
2.设法减少低压电缆线路的长度。
3.采用相敏保护器或软起动等新技术提高灵敏度。
4.更换大容量变压器或采取变压器并联。
5.增设分段保护开关。
6.采用移动变电站或移动变压器。
2.2、电子保护器的整定:2.2.1、电磁起动器中电子保护器过流整定公式:Iz≤Ie当运行中电流超过Iz时视为过载,电子保护器延时动作;当运行中电流达到8Iz时视为短路,电子保护器瞬时动作。
2.2.2、校验公式:≥1.2若校验不满足时,应采取以下措施:1.加大干线或支线电缆截面。
2.设法减少低压电缆线路的长度。
3.采用相敏保护器或软起动等新技术提高灵敏度。
4.更换大容量变压器或采取变压器并联。
5.增设分段保护开关。
6.采用移动变电站或移动变压器。
第七章短路电流的计算与分析在电力系统中,短路故障是指电路中直接相连的两点之间发生低阻抗的故障。
当发生短路故障时,短路电流会迅速增大,可能导致设备受损甚至发生火灾、爆炸等危险情况。
因此,正确计算和分析短路电流对于电力系统的设计和运行至关重要。
短路电流的计算是为了确定电力系统中各个设备的短路能力以及保护装置的选择和设置。
一般来说,短路电流的计算可以分为两种情况:对称短路电流计算和不对称短路电流计算。
对称短路电流是指在故障中各相之间电路参数相等的短路,而不对称短路电流是指在故障中各相之间电路参数不相等的短路。
对称短路电流的计算是电力系统中最基本的计算方法,其计算公式为:I=U/Z其中,I为对称短路电流,U为短路点的电压,Z为短路点的阻抗。
不对称短路电流的计算相对来说更加复杂,需要考虑电力系统中各个设备的不对称参数。
不对称短路电流的计算公式为:I=U/Zs其中,I为不对称短路电流,U为短路点的电压,Zs为短路电流的阻抗。
在进行短路电流的计算时,需要考虑一些因素,如电源类型、电网结构、短路地点以及电力设备的参数等。
同时,还需要使用计算工具,如电力系统短路计算软件或电力系统网路分析软件进行计算。
在进行短路电流分析时,需要对短路电流进行合理的分析和评估。
首先需要对短路电流的大小进行评估,判断是否超过设备的额定电流。
其次,还需要对短路电流的方向进行分析,判断是否会对系统的其他设备产生不利影响。
最后,还需要对短路电流的持续时间进行评估,判断是否会对设备造成临界损坏。
总之,短路电流的计算与分析是确保电力系统正常运行的重要环节。
正确的短路电流计算和分析可以确保电力设备的安全性和可靠性,从而保障电力系统的正常运行。
因此,在实际工作中,电力系统的设计和运行人员需要对短路电流的计算和分析有深入的了解,并采取相应的措施来确保电力系统的安全运行。
一.概述供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件.二.计算条件1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.三.简化计算法即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.1.、主要参数Sd三相短路容量(MVA)简称短路容量校核开关分断容量Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定x电抗(Ω)其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键.2、.标么值计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).(1)基准基准容量Sjz =100 MVA基准电压UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV 有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4因为S=1.73*U*I 所以IJZ (KA)1.565.59.16144(2)标么值计算容量标么值S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量S* = 200/100=2.电压标么值U*= U/UJZ ; 电流标么值I* =I/IJZ3、无限大容量系统三相短路电流计算公式短路电流标么值: I*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).短路电流有效值: Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)冲击电流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC冲击系数,取1.8所以IC =1.52Id冲击电流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC ,取1.3这时:冲击电流有效值IC =1.09*Id(KA)冲击电流峰值: ic =1.84 Id(KA)掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流; 设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法. 4.简化算法【1】系统电抗的计算系统电抗,百兆为一。
第七章短路电流计算Short Circuit Current Calculation§7-1 概述General Description一、短路的原因、类型及后果The cause, type and sequence of short circuit1、短路:是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地的系统)发生通路的情况。
2、短路的原因:⑴元件损坏如绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路.⑵气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作;大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等.⑶违规操作如运行人员带负荷拉刀闸;线路或设备检修后未拆除接地线就加电压.⑷其他原因如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等.3、三相系统中短路的类型:⑴基本形式: )3(k—三相短路;)2(k—两相短路;)1(k—单相接地短路;)1,1(k—两相接地短路;⑵对称短路:短路后,各相电流、电压仍对称,如三相短路;不对称短路:短路后,各相电流、电压不对称;如两相短路、单相短路和两相接地短路.注:单相短路占绝大多数;三相短路的机会较少,但后果较严重。
4、短路的危害后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同,短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电,也可能威胁整个系统的安全运行。
短路的危险后果一般有以下几个方面。
(1)电动力效应短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流,在导体间产生很大的机械应力,可能使导体和它们的支架遭到破坏。
(2)发热短路电流使设备发热增加,短路持续时间较长时,设备可能过热以致损坏。
(3)故障点往往有电弧产生,可能烧坏故障元件,也可能殃及周围设备. (4) 电压大幅下降,对用户影响很大. (5) 如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长,则可能使并列运行的发电厂失去同步,破坏系统的稳定,造成大片停电。
这是短路故障的最严重后果。
(6) 不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。
第七章短路电流计算Short Circuit Current Calculation§7-1 概述General Description一、短路的原因、类型及后果The cause, type and sequence of short circuit1、短路:是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地的系统)发生通路的情况。
2、短路的原因:⑴元件损坏如绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路.⑵气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作;大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等.⑶违规操作如运行人员带负荷拉刀闸;线路或设备检修后未拆除接地线就加电压.⑷其他原因如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等.3、三相系统中短路的类型:⑴基本形式: )3(k—三相短路;)2(k—两相短路;)1(k—单相接地短路;)1,1(k—两相接地短路;⑵对称短路:短路后,各相电流、电压仍对称,如三相短路;不对称短路:短路后,各相电流、电压不对称;如两相短路、单相短路和两相接地短路.注:单相短路占绝大多数;三相短路的机会较少,但后果较严重。
4、短路的危害后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同,短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电,也可能威胁整个系统的安全运行。
短路的危险后果一般有以下几个方面。
(1)电动力效应短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流,在导体间产生很大的机械应力,可能使导体和它们的支架遭到破坏。
(2)发热短路电流使设备发热增加,短路持续时间较长时,设备可能过热以致损坏。
(3)故障点往往有电弧产生,可能烧坏故障元件,也可能殃及周围设备. (4) 电压大幅下降,对用户影响很大. (5) 如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长,则可能使并列运行的发电厂失去同步,破坏系统的稳定,造成大片停电。
这是短路故障的最严重后果。
(6) 不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。
二、计算短路电流的目的及有关化简The purpose and some simplification of short circuit Calculation 1、短路计算的目的a 、选择电气设备的依据;b 、继电保护的设计和整定;c 、电气主接线方案的确定;d 、进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响; 2、短路计算的简化假设a 、不考虑发电机间的摇摆现象,认为所有发电机电势的相位都相同;b 、不考虑磁路饱和,认为短路回路各元件的电抗为常数;c 、不考虑发电机转子的不对称性,用''''qd E X 和来代表。
认为f I << d I ,即认为短路前发电机是空载的;d 、不考虑线路对地电容、变压器的励磁支路和高压电网中的电阻,认为等值电路中只有各元件的电抗。
§7-2 标么值计算方法与短路电流计算步骤Per-unit system and the process of short-circuit current calculation 一、 标么制的概念 conception of per-unit system1、标么制 per-unit system :将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示,而用标么值表示。
2、标么值:per-unit value与有名值同单位)基准值)实际有名值(任意单位标么值(=例如:某发电机的端电压用有名值表示为kV 5.10U G =,如果用标么值表示,就必须先选定基准值.若选基准值kV 5.10U B =,则15.105.10U U U B G G ===*;若取基准值kV 10U B =,则05.1U G =*;若取基准值kV 1U B =,则5.10U G =*.可见:标么值是一个没有量纲的数值,对于同一个有名值,基准值选得不同,其标么值也就不同.因此:说明一个量的标么值时,必须同时说明它的基准值;否则,标么值的意义不明确!3、采用标么制的优点: the advantage of per-unit system(1) 易于比较电力系统中各元件的特性和参数; (2) 易于判断电气设备的特征和参数的优劣; (3) 可以使计算量大大简化。
二、 基准值的选取 the selection of reference value 1、 各量的基准值之间应服从:功率方程:UI S 3=欧姆定律:U = 通常选定 B B U S ,则: B BB U S I 3=,BB 2B B X S U Z ==2、 三相对称系统中,不管是Y 接线还是∆接线,任何一点的线电压(或线电流)的标么值与该点的相电压(或相电流)的标么值相等,且三相总功率的标么值与每相的功率标么值相等。
故:采用标么制时,对称三相电路完全可以用单相电路计算。
3、 说明:通常取100,B B av S MVA U U ==( 1.05av N U U =) 三、不同基准值的标么值之间的换算conversion among per-unit values based on different reference values 1、 原则:换算前后的物理量的有名值保持不变。
步骤:(1)将以原有基准值计算出的标么值还原成有名值(2)计算新基准值下的标么值2、 发电机、变压器 已知:N N N X U S *以及, 求:B B B X U S *下的, 则: 有名值:N N NN N S U X X X X 2⋅=⋅=**标么值:22BBN N N B BU S S U X X XX ⋅⋅==**3、电抗器 有名值:N NN N N I U X X X X 3⋅=⋅=** 标么值:23B BN N N BB U S I U X X XX ⋅⋅==**四、有变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的计算Per-unit value calculation in a network which has different voltage class connected by transformers.1、 先取某一电压级为基本电压级,并取基本电压级的基准电压B U ,将其他电压级下的电抗有名值归算到基本电压级下:X )K K ()n (X 221⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= 其中:(待归算侧)基准侧)∏I =U U K (则: 归算到基本电压级的某个线段的电抗标么值应为:2BB 221B2B 221B B*U S X )K K (S U )K K (X X )n (X )n (X ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅==2、 有变压器联系的网络标么值计算的简化条件:av B U U =,用av U 计算变比,并用av U 代替元件的N U则: 发电机电抗''d X 的标么值N BN d B d S S X X ⋅=**'''' 变压器%k U 的标么值%100K BT T B B N U S XX X S*==⋅ 线路中电抗的标么值2B BWL B WL U SX X ⋅=* 电抗器%r X 的标么值2B B N N r B r U S I 3U 100%X X ⋅⋅=*其中对线路、电抗器的计算中,B U 为元件所在电压等级的平均额定电压证明:取短路点所在电压等级为基本电压级,并取U U B =则:2B BN 2N )N *(12321B *1U SS U X )K K K (X ⋅⋅⋅⋅⋅= 2av 4BN 2av 1)N *(12av3av 4av 2av 3av 1av 2U S S U X )U U U U U U (⋅⋅⋅⋅⋅=N BN S SX ⋅=)*(1N B )N *(224B N 22)N *(22av 3av 4av 2av 3B*2S S X U S S U X )U U U U (X ⋅=⋅⋅⋅⋅=N BK S S 100%U ⋅=av 22B32av 4B 32av 3av 4av 2av 3B *3U SX U S X )U U U U (X ⋅=⋅⋅⋅=则:归算到任一电压级下的电抗标么值相等。
五、短路电流计算步骤process of short-circuit current calculation 1.确定计算条件,画计算电路图1)计算条件:系统运行方式,短路地点、短路类型和短路后采取的措施。
2)运行方式:系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。
根据计算目的确定系统运行方式,画相应的计算电路图。
选电气设备:选择正常运行方式画计算图;短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。
继电保护整定:比较不同运行方式,取最严重的。
2.画等值电路,计算参数;分别画各段路点对应的等值电路。
标号与计算图中的应一致。
3.网络化简,分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。
⑴. 星—角变换公式 角—星变换公式23131231121X X X X X X n ++⋅=n nnn n X X X X X X 3212112⋅++= 23131232122X X X X X X n ++⋅= nnn n n X X X X X X 1323223⋅++=23131231323X X X X X X n++⋅= n nn n n X X X X X X 2131331⋅++=⑵.等值电源归算(1) 同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并; (2) 至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并; (3) 直接连于短路点上的同类型发电机可归并;§7-3 供配电系统三相短路电流计算Three-phase short-circuit current calculation in power supply and distributionsystem一、“无限大”电力系统 concept of infinite system1. 定义:系统的容量=S ∞,系统的内阻抗0=Z (0,0==x R ).2.“无限大”电力系统的特点:外电路电流变动时,其端口电压不变。
3.若系统阻抗不超过短路回路总阻抗的15%,则系统看作“无限大系统”实用计算中,将配电网中的系统母线看作无限大容量系统。
等值电源内阻抗123////G G G G Z Z Z Z = 二、供配电系统三相短路电流计算three-phase short-circuit current calculation in power supply and distribution system1.三相短路电流 1))sin(ou m kk wt U dt di L i R ϕ+=⋅+⋅则:t LRou mou m k e Z U wt Z U i ----+=)sin()sin(ϕϕϕϕ=np kp i i +其中:ou ϕ—短路时电源电压相位角(合闸相位角)Rx artg=ϕkp i —稳态分量,周期分量 np i —暂态分量,非周期分量2)kp i的有效值KP KI I ==2.冲击短路电流sh i impulse current--------短路电流最大瞬时值当2πϕϕ-=ou 时,短路瞬间np i 最大,则k i 也最大又当0,=>>R x artg R X 时,即,2πϕ= tL Rm m k eZ U wt Z U i ⋅-+-=)2sin(π当s Tt 01.02==时,k i 最大。