天津大学工厂供电-第4章 短路电流及其效应的计算_免

教学目标：掌握短路电流热效应和电动力效应的实用计算。

重点：短路电流的效应实用计算方法。

难点：短路电流的效应计算公式。

一、短路电流电动力效应1.电动力：载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。

当电力系统中发生三相短路后，导体流过冲击短路电流时必然会在导体之间产生最大的电动力。

2．电动力的危害：引起载流导体变形、绝缘子损坏，甚至于会造成新的短路故障。

3．两平行导体间最大的电动力载流导体之间电动力的大小，取决于通过导体电流的数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等多种因素。

（N）式中：i1 、i2—通过两根平行导体的电流瞬时最大值，A；L—平行导体长度，（m）；ɑ—导体轴线间距离，（m）；K f—形状系数。

形状系数K f：表明实际通过导体的电流并非全部集中在导体的轴线位置时，电流分布对电动力的影响。

实际工程中，三相母线采用圆截面导体时，当两相导体之间的距离足够大，形状系数K f取为1；对于矩形导体而言，当两导体之间的净距大于矩形母线的周长时，形状系数K f可取为1。

电动力的方向：两个载流导体中的电流方向相同时，其电动力为相互吸引；两个载流导体中的电流方向相反时，其电动力为相互排斥。

4．两相短路时平行导体间的最大电动力发生两相短路时，平行导体之间的最大电动力F（2）（N）：（N）式中：—两相短路冲击电流，（A）。

5．三相短路时平行导体之间的最大电动力发生三相短路时，每相导体所承受的电动力等于该相导体与其它两相之间电动力的矢量和。

三相导体水平布置时，由于各相导体所通过的电流不同，所以边缘相与中间相所承受的电动力也不相同。

边缘相U相与中间相V相导体所承受的最大电动力、分别为：（N）（N）式中：—三相冲击短路电流，（A）。

发生三相短路后，母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。

计算三相短路时的最大电动力时，应按中间相导体所承受的电动力计算。

6．短路电流电动力效验当系统中同一处发生三相或两相短路时，短路处三相冲击短路电流与两相冲击短路电流之比为。

短路电流计算方法与分析在电力系统运行中，短路事故是一种常见但危险的故障。

当电力系统中出现短路故障时，电流会迅速增大，导致设备损坏、火灾甚至人身伤害。

因此，准确计算短路电流对于保障电力系统的安全稳定运行至关重要。

本文将介绍短路电流的计算方法与分析。

1. 短路电流的概念与分类短路电流是指电力系统中由于故障引起的电流异常增大。

根据故障的类型，短路电流可以分为三类：对称短路电流、不对称短路电流和混合短路电流。

对称短路电流是指发生于同名三相电压之间的短路故障引起的电流增大；不对称短路电流是指发生于不同名两相电压之间的短路故障引起的电流增大；混合短路电流是对称短路电流和不对称短路电流的综合体。

2. 短路电流的计算方法计算短路电流的方法可以分为两类：解析计算方法和数值计算方法。

2.1 解析计算方法解析计算方法是指利用电气知识和电气特性方程，推导和求解短路电流的方法。

常见的解析计算方法有：（1）阻抗法：根据电力系统各个元件的阻抗特性，将系统抽象为等效电路，然后利用电路计算方法求解短路电流。

（2）对称分量法：将三相电压和电流转化为正序、负序和零序分量，然后根据对称分量法的原理求解短路电流。

（3）节点电流法：根据电流守恒原理，在电力系统的各个节点处建立方程，然后求解方程组，得到短路电流。

解析计算方法相对精确，但对于复杂的电力系统，计算过程复杂且繁琐。

2.2 数值计算方法数值计算方法是指利用计算机进行短路电流计算的方法。

常见的数值计算方法有：（1）蒙特卡洛法：通过随机抽样和统计分析，模拟电力系统中短路电流的概率分布，从而得到短路电流的估计值。

（2）有限元法：将电力系统建模为有限元网格，并利用有限元法求解电气特性方程，得到短路电流的数值结果。

（3）潮流求解法：利用电力系统的潮流计算工具，根据电力系统的节点功率平衡和各个元件的导纳特性，迭代求解电网潮流，得到短路电流。

数值计算方法能够针对复杂系统进行计算，但计算结果受模型和参数设置的影响。

短路电流计算短路电流是指电力系统中出现故障时，电流突然增大至异常高值的现象。

短路电流会对电力设备和系统造成严重的损害，因此准确计算短路电流，对于电力系统的可靠运行和设备的安全是非常重要的。

本文将以一些具体案例为例，详细分析短路电流的计算过程，并探讨如何合理选择保护装置。

工厂的电力系统由两个主变电站供电，分别为T1变电站和T4变电站，两个变电站通过一条10kV的电缆进行连接。

T1变电站的额定功率为100MVA，短路阻抗为20%，而T4变电站的额定功率为50MVA，短路阻抗为15%。

在正常运行条件下，两个变电站之间的频率为50Hz，电压为10kV。

发生故障时，常用的故障形式有线路短路故障、变压器短路故障和母线短路故障。

本文以线路短路故障为例，详细介绍短路电流的计算过程。

首先，需要确定故障点的位置。

在工厂的电力系统中，T1变电站和T4变电站之间的电缆发生了短路故障，假设短路点距离T1变电站1000米，距离T4变电站2000米。

接下来，需要计算短路电流的大小。

首先计算短路电流的对称分量，然后根据对称分量计算短路电流。

对称分量的计算采用复数法，主变电站T1的对称分量计算公式如下：I1=U1/(Z1+Z2+Zc)其中，I1为对称分量，U1为短路点的电压，Z1为T1变电站的短路阻抗，Z2为T4变电站的短路阻抗，Zc为电缆的短路阻抗。

T1变电站的短路阻抗为20%，电缆的短路阻抗可以通过查表得到。

假设电缆的短路阻抗为0.1pu。

代入数值，得到：I1=10kV/(0.2+0.15+0.1)=32.26kA同样的方式计算T4变电站的对称分量：I4=U4/(Z1+Z2+Zc)假设电缆的短路阻抗为0.1pu，代入数值得到：I4=10kV/(0.2+0.15+0.1)=21.51kA然后，根据对称分量计算短路电流。

短路电流的计算采用复合法，通过对称分量的合成得到。

电流合成公式为：Ia=I1+I4代入数值，得到：Ia=32.26kA+21.51kA=53.77kA根据短路电流的计算结果，可以选择合适的保护装置。

短路电流计算1. 什么是短路电流？短路电流指的是在电路发生故障时，电流通过短路路径流动的情况。

在正常情况下，电流会按照设计的电路路径流动，但当电路发生故障，并形成了一个低电阻的短路路径时，电流将会非常大，从而引发电路损坏、设备严重损坏甚至火灾等危险。

2. 短路电流的原因短路电流通常由以下几个因素引起：•电源电压突然上升或突然下降；•导体之间发生接触故障或短路；•设备过载；•电气系统设计不合理。

3. 短路电流计算的意义短路电流计算是电气系统设计中的重要环节，它的目的是确定电路中的短路电流大小，以保证电气系统的安全和稳定运行。

通过准确计算短路电流，可以：•确定适当的电气设备额定参数，如断路器的额定电流；•为设备选择提供指导；•预测可能出现的故障情况，以采取相应的措施；•评估电气系统整体的稳定性。

4. 短路电流计算方法短路电流计算有多种方法，常用的方法包括：4.1 对称分量法对称分量法是最常用的短路电流计算方法之一，其基本原理是将不对称的三相短路电流分解为对称分量，然后再进行计算。

该方法适用于对称电力系统。

计算步骤包括：1.分解非对称电流为正序、负序和零序分量；2.计算正序分量的短路电流；3.计算负序分量的短路电流；4.计算零序分量的短路电流；5.按照特定的计算规则，将三个分量合并得到总的短路电流。

4.2 等值阻抗法等值阻抗法是将整个电气系统抽象为一个等效的阻抗网，然后通过计算等效的阻抗值来估算短路电流。

该方法适用于复杂的非对称电力系统。

计算步骤包括：1.将电气系统进行模拟，将各个电气元件抽象为等值阻抗；2.求解等效阻抗网的等效阻抗；3.通过输入电压和等效阻抗计算短路电流。

4.3 录入数据法录入数据法是通过收集电气设备的相关数据，并进行计算以确定短路电流。

通常，该方法适用于已有电气设备数据的情况下。

计算步骤包括：1.收集相关电气设备的数据，包括额定电流、过流保护系数、过流保护时间等；2.利用所收集的数据进行计算，得出短路电流。

第四章短路电流及其计算第一节概述在供电系统的设计和运行中，首先应考虑供电系统可靠地连续供电，从而保证生产和生活正常进行；同时也应考虑故障情况的影响。

故障的种类有多种多样，最严重的故障是短路故障。

短路故障，是供电系统中一相或多相载流导体接地或各相间相互接触从而产生超出规定值的大电流。

在通常条件下，最严重的短路故障是三相短路，即供电系统中三相之间发生短路。

也有两相短路和单相短路。

无论哪种短路，所产生的大电流都将会供电系统中的电器设备和人身安全带来极大的危害和威胁。

为了准确地掌握这种情况，应该对供电系统中可能产生的短路电流数值加以计算，并根据计算值装设相应的保护装置来消除短路故障。

另外，还要计算出其值所产生的电动效应、电热效应，从而保证供电系统中的所有与载流部分有关的电器设备在选择时有据可依。

在实际运行在红，能承受得起最大的短路电流所产生的热效应和电动效应的作用而不造成损坏。

在短路电流的计算中，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统两大类，由这两类作为供电电源的供电系统短路电流的变化是不完全一样的：所谓“有限” 、“无限”，只是一个相对的问题。

在工程计算中，特别是建筑电气设计中，由于一般民用的供电系统容量远比整个电力系统容量小，而供电系统的阻抗又比整个电力系统阻抗大，因此在供电系统发生短路时，电力系统馈出的母线上电压几乎保持不变，这时我们就可以认为给民用建筑供电的电力系统是无限大容量系统。

本章所研究的问题和提出的使用公式均是以无限大容量系统供电为前提，并且对于高压电网仅考虑电抗对短路的影响。

对于低压则考虑电抗和电阻对短路的影响。

第二节短路电流对供电系统的影响一、短路的形式和造成的后果（一）短路的形式造成短路原因的因素大体可分为人为因素、自然因素和一些不可预见的综合因素。

所谓人为因素是指由于供电系统的工作人员操作失误所造成的。

例如违反操作规程的操作、误接线和运行维护不当，未及时发现设备老化绝缘损坏造成的系统短路等。

概论短路电流的计算及效应(全文)【摘要】通过短路计算可知，供电系统发生短路时短路电流是相当大的，如此大的短路电流通过电器和导体一方面要产生很高的温度（即热效应），另一方面要产生很大的电动力（即电动效应），这两类短路效应对电器和导体的安全运行威胁很大，必须充分注意。

【关键词】短路电流；计算；效应变压器在运行时可能会处于单相接地短路、两相短路、两相接地短路或三相短路的运行状态。

变压器应能承受住各种短路状态下短路电流产生的动态力及热效应。

对系统来讲,应在极短时间内切断短路电流,包括重合闸在内,应使热效应限制在2s以内。

对大容量高电压变压器而言,应用快速保护,如用TPY或TPZ级暂态保护型电流互感器驱动断路器,快速切断短路电流。

《电力变压器》国家标准中将短路试验列为特殊试验,但此试验只考核短路电流的动稳定效应, 考核变压器能否承受住短路电流的头几个峰值电流产生的机械力的作用。

外施电压过零时短路电流第一个峰值最大,试验持续时间为0.25～0.5s,配电变压器为0.5s,大容量变压器为0.25s。

标准中不要求考核短路电流的热效应, 而是列出公式计算2s内绕组的平均温度。

对铜绕组而言, 短路电流流过2s后绕组平均温度不超过250e。

计算时,以变压器在温度为40e且在额定负载下连续运行作为起始条件,即短路开始时绕组起始温度为105e,理由将在本文叙述。

由于试验电源的限制,正在制定的IEC76-5标准,将规定一些条件,用计算方法验证大容量变压器的承受动稳定的能力。

一、短路电流的计算短路是电力系统中不可避免的故障。

在供电系统的设计和运行中，需要进行短路电流的计算，关要是因为：(1)选择电气设备和载流导体时，需用短路电流校验其动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能的最大短路电流时不至于损坏；(2)选择和整定用于短路保护的继电保护装置时，需应用短路电流参数；(3)选择用于限制短路电流的设备时，也需进行短路电流计算。

短路计算中有关物理量一般采用以下单位：电流为“千安”(kA)；电压为“千伏”(kv);路容量和断流容量为“兆伏安”(Mv?A)；设备容量为“千瓦”(kw)或“千伏安”(kv?A);抗为“欧姆”(Ω)等。

第四节 短路电流的效应本节主要介绍短路电流的效应、校验电气设备和导线的方法。

一、概述分类：电动力效应和热效应（解释）。

二、短路电流的电动力效应1、三相平行载流导体的电动力：中间相承受的最大电动力F (3)为短路时的最大电动力。

1）计算公式: 3-49aL i K F ims 2173.0= 2）作用：校验电气设备和导体的动稳定性。

2、用电气设备的动稳定电流来选择电气设备：计算公式 im es imes I I i i ≥≥ 三、短路电流的热效应1、导体的长时允许温度和短时允许温度：图3-12。

短路电流通过导体的时间不长，通常不会超过2～3秒。

导体的最大短时允许温升。

T ps ＝θps －θp导体短路热稳定条件:s p s∙τ≤τ 2、短路电流的假想作用时间：（无限大电源容量）t i =t s +0.05=t r +t c +0.05。

3、导体的最小热稳定截面：最小允许截面积：4、成套电气设备的热稳定校验：小结：1、短路电流的电动力效应：定义、电动力大小、作用、选择电气设备。

2、短路电流的热效应：定义、导体截面选择 、校验电气设备。

第四章 高低压电器本章重点内容：高压开关、熔断器、互感器和高低压成套配电装置的用途、性能特点、技术数据和操作适用方法等知识。

教学方法：在实验实训室进行一体化教学。

第一节 电弧iSSt CI A =min iSS ts t I t I 22≥本节主要介绍电弧的产生与熄灭、危害及开关电器常用的灭弧方法。

一、电弧的产生与熄灭 游离（一）电弧的发生与后果。

1、电弧产生的条件：1)电压10～20V 以上。

2)电流：80～100mA 以上。

2、内部原因 (1)热电子发射。

(2)强电场发射：d UE(3)碰撞游离，首先放电。

(4)热游离现象。

3、后果：温度高达10000℃，烧坏电气设备、造成短路。

产生：热电子发射、强电场发射、碰撞游离。

维持：热游离。

（二）电弧的熄灭与发展 (1)去游离。