工厂供电短路电流及其效应的计算

国际电工委员会IEC标准出版号865第一版1986年短路电流效应计算水电部科技情报所标准化室1987.3国际电工委员会短路电流效应计算前言1)IEC有关技术问题的正式诀议或协议是由各技术委员会代表对这些问题特别关切的所有国家委员会提出的，它们尽可能地表达出对所涉及问题国际上的一致意见。

2)这些决议或协议以推荐标准的形式供国际上使用，并在此意义上为各国家委员会所接受。

3)为了促进国际上的统一，IEC希望所有国家委员会在其本国条件许可的范围内，采用IEC推荐标准内容作为他们的国家规则。

IEC推荐标准和相应的国家规则之间的任何分歧，应尽可能在国家规则中明确指出。

序本标准是由IEC第73“短路电流”技术委员会负责制订的。

本标准的内容以下表中两个文件为根据：关于投票的详细情况，可以在投票结果报告中查找。

短路电流的效应计算1.范围本标准为计算短路电流效应的标准化方法，共包括如下两部分：第一部分：硬导线和松弛导线的电磁效应第二部分：裸导线的热效应只适用于额定电压为72.5kV及以下的交流系统。

2.符号本标准使用的符号和所表示量值的单位如下表所示：2.1 第一部分--电磁效应使用的符号A 导线截面积mm2a 导线中心线间的距离mas 导线间的中心线距离ma1 导线间的中心线距离mb 与力的方向垂直的组合导线中分支导线的尺寸c 隔离片或固定无件的影响因数(见图3)d 在受力方向组合导线中分支导线的尺寸c 隔离惩或固定元件的影响因数(见图3)d 在受力方向组合导线中分支导线的尺寸N/mm2E 杨氏(young s)模量NF 短路时，两根平行长导线间的作用力NFd 短路过程中作用在硬导线支持件上的力(峰值)NFf 短路后，软导线受的张力NFm 主导线间的力NFm2 线间短路时，主导线之间的力NFm3 三相结称短路时，作用在中间心导线上的力NFs 组合导线中分支导线之间的力NFs1 软导线上的静态张力NF1 短路时软导线上的张力NFn 平行排列的软导线，短路电流对外侧导线在单位长度上产生的力N/m f 系统频率Hzfc 主导线的自然频率H/fe 基本频率H/gm 重力加速度的常规值m/s2Ik3 三相对称短路电流(r·m·s)kAip 短路电流峰值kAip2 线间短路时，短路电流峰值kAip3 三相对称短路时，短路电流峰值kAii2 导线中电流的瞬时值kAJ 导线截面的惯性矩cm3J 组合导线中分支导线截面的惯性矩cm4k 隔离片或固定件的数目(见图3)k6 导线中心距离的有效因数(见图1)L 导线支持件间的距离mL 隔离片或固定件间的距离mm 主导线每单位长度的质量kg/mms 组合导线中分支导线每单位长度的质量kg/mmz 两个支持件间的一个固定件或一个间隔片的总质量kgn 组合导线中的分支导线数q 塑性因数(见表Ⅲ)Rp0.2 屈服点N/mm2S 导线固端的合成弹性系数N/mmtn 三相自动重合时间的死区SVF 导张支持件上所受动态力与静态力之比(见图4)Vr 三相自动重合闸成功与不成功时的应力比(见图5) Vn 导线动应国和与静应力之比(见图4)V 组合导线中分支导线的动应力与静应力之比(见图4) Z 截面模量cm2Z 组合导线中分支导线的截面模量cm2a 支持件上的作用因数(见表Ⅱ)B 主导线应力因数(见表Ⅱ)v 自然频率测定因数(见表Ⅱ)k 峰值短路电流因数ξφψ软导线张力因数(见图6)σ主导线弯曲应力N/mm2σ组合导线中分支导线的弯曲应力N/mm2σ导线的总应力N/mm22.2 第二部分--热效应使用的符号Ik 稳态短路电流(r·m·s)kAIk 起始对称短路电流(r·m·s)kAIth 热等效短路电流(r·m·s)kAIk 重复短路时电流(r·m·s)kAIk 额定短时电流(r·m·s)kAm 直流分量的热效应因数(见7a)n 交流分量的热效应因数(见图7a)Sth 热等效短路电流密度(r·m·s)A/mm2Sthr 时间为一秒时的额定短时电流密度(r·m·s)A/mm2Tk 短路持续时间STki 重复短路时，每次短路的持续时间STkr 额定短时间Sθb 短路开始时，导线的温度℃θc 短路结束时，导线的温度℃3.常用术语的定义3.1 主导线通过一相中全部电流的单概括导线或由多根导线按一定方式布置的导线。

4.1短路电流的计算4。

1。

1 短路计算的方法进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。

在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的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。

接着,按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算出电路中各主要元件的阻抗。

在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来,并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简.对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源,而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗.最后计算短路电流和短路容量.短路电流计算的方法，常用的有欧姆法(又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆"而得名）和标幺制法（又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名）。

4.1.2本设计采用标幺制法进行短路计算1．标幺制法计算步骤和方法(1)绘计算电路图，选择短路计算点。

计算电路图上应将短路计算中需计入的所以电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号.（2)设定基准容量d S 和基准电压d U ，计算短路点基准电流d I 。

一般设d S =100MVA,设d U =c U （短路计算电压）。

短路基准电流按下式计算:d I =—1）(3)计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。

一般只计算电抗。

电力系统的电抗标幺值*ds ocS X S =（4—2）式中 oc S ——电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA)。

电力线路的电抗标幺值02dWL c S X X lU *= （4-3） 式中 c U ——线路所在电网的短路计算电压（单位为kV ）。

电力变压器的电抗标幺值*%100k dT NU S X S =(4-4）式中 %k U ——变压器的短路电压（阻抗电压)百分值；N S ——变压器的额定容量（单位为kVA,计算时化为与d S 同单位)。

短路电流的计算及步骤一、短路电流的计算步骤：1、首先绘出计算电路图2、接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图二、短路电流的计算方法：1、欧姆法2、标幺制法三、采用欧姆法进行三相短路电流的计算根据设计的供电系统图1-1所示。

电力系统出口断路器为SN10-10Ⅲ型。

可计算本饲料厂变电所高压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。

图1-11.k-1点的三相短路电流和短路容量（U=10.5KV）(1)计算短路电流中各元件的电抗及总电抗1）电力系统的电抗：由附表8查得SN10-10Ⅲ型短路器的断流容量S=750MV·A,因此X===0.1472)架空线路的电抗：由表3-1得X=0.35/km,因此X=X l=0.35 (/km)5km=1.753)绘k-1点短路的等效电路图，如图1-2(a)所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为:X= X+ X=0.147+1.75=1.897图1-2 短路等效电路图（欧姆法）(2)计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值===3.18 kA2)三相短路次暂态电流和稳态电流= = =3.18kA3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值=2.55=2.553.18kA=8.11kA=1.51=1.513.18kA=4.8kA4)三相短路容量==10.5KV3.18 kA=58.10MV·A2 K-2点的短路电流和短路容量（U=0.4KV）1）电力系统的电抗===2.132)架空线路的电抗==0.35(/km) 5km=2.543)电力变压器的电抗：由附录表5得%=5,因此X===84) 绘k-2点短路的等效电路图，如图5-2(b)所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为：= X+ X+ X//= X+ X+=6.753(2)计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值===34.04kA2)三相短路次暂态电流和稳态电流= = =34.04kA3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值=1.84=1.8434.04kA=62.64kA=1.09=1.0934.04 kA=37.11Ka4)三相短路容量==0.4KV34.04 kA=23.69MV·A综上所述可列短路计算表，如下表1-1工厂变配电所的选择第一节工厂变配电所类型、所址的选择一、变配电所的任务便配电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。

短路电流及其计算总结第一节短路的原因、后果及其形式一、短路的原因1、电气设备载流部分绝缘损坏2、运行人员误操作3、鸟兽为害事故二、短路的后果电流剧烈增加，系统中的电压大幅度下降产生严重后果:1、短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁；2、短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；3、短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工作；4、严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性；5、不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作；三、短路的形式三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路。

第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量一、无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程：无限大容量电力系统，是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。

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3、短路全电流4、短路冲击电流)高压电路发生三相短路时，一般可取，因此在及以下的电力变压器和低压电路发生三相短路时，一般可取，因此5、短路稳态电流短路稳态电流是短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流，其有效值用表示。

第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算1、概述短路电流的计算方法，常用的有欧姆法和标幺制法。

2、采用欧姆法进行三相短路计算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如下：如果不计电阻，则三相短路电流周期分量有效值为三相短路容量为=1、电力系统的阻抗计算电力系统的电抗2、电力变压器的阻抗计算3、电力线路的阻抗计算4、阻抗换算公式3、采用标幺制法进行三相短路计算电力系统电抗标幺制电力变压器的电抗标幺值电力线路的电抗标幺制无限大容量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三相短路容量计算公式四、两相短路电流的计算只记电抗，则两相短路电流为与三相短路电流的关系是五、单相短路电流的计算。

㊀㊀ʌ项目导入ɔ某新建机械厂，拟建设一个10kV降压变电所，变电所主接线一㊁二次侧均采用单母线分段㊂线路实际运行时，采用了单母线分段联络，双电源分列运行的主接线形式㊂又因为两路10kV高压母线联络非经过特殊许可的，一般只能作手动操作分㊁合高压断路器；而在低压侧220/380V配电系统母线上采用高性能低压断路器作自投㊁互投㊁自复装置，系统回路设置过电流㊁短路㊁失电压㊁过电压保护㊂对于新建变电所，就需要选择变压器及线路出线保护设备，为此需要计算各线路短路电流的大小，以确定保护电流动作值继而选择继电保护设备㊂供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接，是系统常见的故障之一㊂进行短路电流计算的原因如下：1）校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路㊂2）作为设置短路保护的依据㊂3）可通过短路电流大小判断系统电气联系的紧密程度，作为评价各种接线方案的依据之一㊂系统发生短路的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏㊂绝缘遭到破坏的原因有很多，根据长期的事故统计分析，主要有以下一些原因：1）雷击或高电压侵入㊂2）绝缘老化或外界机械损伤㊂3）误操作㊂4）动㊁植物造成的短路㊂对中性点接地系统，可能发生的短路类型有三相短路㊁两相短路㊁单相短路和两相接地短路，后者是指两根相线和大地三者之间的短路㊂单相短路有相线与中性线间的短路，也有相线直接与大地之间的短路，这时的单相短路又称单相接地短路㊂对中性点不接地系统，可能发生的短路类型有三相短路和两相短路㊂另外，异相接地也应算作一种特殊类型的短路，它是指有两相分别接地，但接地点不在同一位置而形成的相间短路㊂据统计，从短路发生的类型来看，单相短路或接地的发生率最高；从短路发生的部位来看，线路上发生的短路或接地的比例最大㊂我国在中压系统中采用中性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电㊂㊃05㊃短路计算分最小㊁最大运行方式两种计算㊂为确定系统短路电流，就需要理解掌握电力系统短路的类型和原因，通过对短路过程的分析，得出短路后短路电流的变化规律，进一步得到短路电流的计算方法㊂ʌ项目目标ɔ专业能力目标㊀短路后短路电流的变化过程方法能力目标㊀短路电流的计算社会能力目标㊀培养学生分析问题㊁解决问题的应变能力ʌ主要任务ɔ任务工作内容计划时间完成情况1㊀短路概述2㊀无限大容量供电系统三相短路分析3㊀无限大容量供电系统三相短路电流的计算4㊀两相和单相短路电流的计算5㊀短路电流的效应和稳定度校验任务1　短路概述ʌ任务导读ɔ某大型煤矿，当班操作员反映一二线煤磨系统掉电，电气人员来到电力室发现煤磨变压器跳停，高压柜分闸，综保显示故障，随即速断，经仔细检查发现变压器下属设备低压柜处一二线煤磨照明断路器上端熔断器进线线路短路损坏所致，随即将变压器所属高压柜退出停电挂牌，对损坏线路进行更换，并对整排低压柜母排进行了清灰处理，随即恢复变压器送电㊂产生短路的原因是什么？还有其他形式的短路故障吗？ʌ任务目标ɔ1.了解短路产生的原因及类型㊂2.熟悉短路所产生的后果㊂3.掌握短路的表示方法和分析方法㊂ʌ任务分析ɔ分析上述短路故障的产生原因，一方面，熔断器上端接线松动，接触电阻增大发热，是致使线路短路的原因；另一方面，照明线路断路器下端负载分布不均，其中一相电流很大，致使熔断器上端发热损坏，导致短路㊂短路的危害是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素㊂严格遵守电气设备的运行操作规程，提高设计㊁安装㊁检修的质量㊂选择合理的电气接线图及合理运行方式，使操作简单，杜绝误操作；使变压器和线路分列运行，减少并列回路，从而减小短路电流㊂另外通过严密的短路电流计算，正确选择电气设备，保证㊃15㊃有足够的短路动稳定性和热稳定性；还可以选用可靠的继电保护装置和自动装置，及时切除短路回路，防止事故扩大㊂ʌ知识准备ɔ一㊁短路概述（一）短路的原因工厂供电系统发生短路，究其原因，主要是以下方面：（1）电气绝缘损坏㊀这是发生短路故障的主要原因㊂绝缘损坏可能是绝缘自然老化而损坏，也可能是机械外力造成设备绝缘受损，另外过电压㊁直接雷击㊁设备本身质量差㊁绝缘不够等都有可能使绝缘损坏㊂（2）误操作㊀没有严格依据操作规程的误操作也将造成短路故障，如倒闸操作时带负荷拉开高压隔离开关；检修后未拆接地线接通断路器，或者误将低压设备接上较高电压电路㊂（3）鸟兽害㊀鸟类及蛇鼠等小动物跨越在裸露的不同电位的导体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，都会造成短路事故㊂（二）短路的后果短路后，由于短路回路阻抗远比正常运行负荷时电路阻抗小得多，因此短路电流往往比正常负荷电流大几十倍甚至几百倍㊂在现代大型电力系统中，短路电流可高达几万安或几十万安㊂如此大的短路电流将对供电系统造成极大的危害：1）短路电流产生很大的电动力并使通过短路电流的导体和电气设备的温度急剧上升而造成极大的破坏力㊂2）使供电电源母线电压骤降，若电压低于额定电压40%以上，持续时间不小于1s，电动机就有可能停止转动，严重影响设备正常运行㊂3）造成停电事故，发生短路后，短路保护装置将动作切除短路，从而使电源终止供电㊂短路点越靠近电源，短路引起停电范围越大，造成经济损失也越大㊂4）损坏供电系统的稳定性，严重的短路故障产生的电压降低可能引起发电机之间并列运行的破坏，造成系统解列㊂5）单相接地短路可产生电磁干扰，单相接地短时不平衡电流所产生的电磁干扰，将使附近的通信线路㊁信号系统及电子设备无法正常运行，甚至发生误动作㊂由此可见，短路的危害是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素，如严格遵守电气设备的运行操作规程；提高设计㊁安装㊁检修的质量㊂选择合理的电气接线图及合理运行方式，使操作简单杜绝误操作；使变压器和线路分列运行，减少并列回路，从而减小短路电流㊂另外通过严密的短路电流计算，正确选择电气设备，保证有足够的短路动稳定性和热稳定性；还可以选用可靠的继电保护装置和自动装置，及时切除短路回路，防止事故扩大㊂（三）短路的类型三相系统中短路的基本类型有三相短路㊁两相短路㊁单相短路（单相接地短路）和两相接地短路，如图3-1所示，其中，k表示短路状态，k（3）㊁k（2）㊁k（1）㊁k（1.1）分别表示三相短路㊁两相短路㊁单相短路（或单相接地短路）㊁两相接地短路㊂两相接地㊃25㊃短路常发生在中性点不接地系统中，两相在同一地点或不同地点同时发生单相接地㊂在中性点接地系统中单相接地短路将被继电器保护装置迅速切除，因而发生两相接地短路可能性很小㊂图3-1㊀短路的形式（虚线表示短路电流的路径）a）三相短路㊀b）两相短路㊀c）单相接地短路㊀d）单相短路㊀e）㊁f）两相接地短路上述三相短路属于对称短路，其他形式的短路均属于不对称短路㊂运行经验表明，电力系统中发生单相短路的可能性最大，两相短路及两相接地短路次之，三相短路可能性最小㊂但是三相短路电流最大，造成的危害最为严重㊂因此电气设备的选择和校验要依据三相短路电流，这样才能确保电气设备在各种短路状态下均能可靠地工作㊂后面所讲的短路计算也以三相短路为主㊂ʌ任务实施ɔ查阅资料，描述一项电力系统短路故障实例，并分析其短路故障产生的原因㊂属于哪种形式的短路？㊃35㊃姓名专业班级学号任务内容及名称㊀1.任务实施目的㊀2.任务完成时间：1学时㊀3.任务实施内容及方法步骤㊀4.分析结论㊀指导教师评语（成绩）年㊀月㊀日ʌ任务总结ɔ通过本任务的学习，让学生了解了短路的原因主要有电气设备绝缘损坏㊁有关人员误操作和鸟兽危害事故，短路的形式主要有三相短路㊁两相短路㊁单相短路和两相接地短路㊂任务2　无限大容量供电系统三相短路分析ʌ任务导读ɔ短路后，短路电流数值通常是正常工作电流的十几倍或几十倍甚至更大㊂当它通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化㊁损坏；大电流会产生很大的电动力，可使设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们在短路电流作用下的力稳定性及机械强度㊂同时由于短路电流在线路上通过也会产生很大的电压损失，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与该母线连接的电动机或其他设备的正常运行㊂本任务主要对三相短路后短路电流的变化过程进行分析㊂ʌ任务目标ɔ1.了解什么是无限大容量电力系统㊂2.掌握无限大容量电力系统发生三相短路的短路过程㊂3.掌握系统发生三相短路后短路电流及电压的变化过程㊂4.掌握各短路物理量的表示方法㊂ʌ任务分析ɔ当系统发生三相短路时，负载和部分线路被短接，短路回路阻抗远比正常回路总阻抗低，而电源电压不变，依据欧姆定律，短路电流会急剧增大㊂由于短路电路中存在电感，电流不能突变，因此短路电流的变化必然存在一个过渡过程，即短路暂态过程，最后短路电流才达到一个新的稳定状态㊂ʌ知识准备ɔ一㊁无限大容量电力系统无限大容量电力系统就是这个系统的容量相对于单个用户（例如工厂）总的用电设备㊃45㊃容量大得多，以至于馈电给用户的电路上无论负荷如何变化甚至发生短路时，系统变电站馈电母线上的电压始终保持基本不变㊂无限大容量电力系统的特点是系统容量无穷大，母线电压恒定，系统阻抗很小㊂一般说来，小工厂的负荷容量相对于现代电力系统是很小的，因此在计算中小工厂供电系统的短路电流时，可以认为电力系统是无限大容量㊂二㊁无限大容量电力系统三相短路过程图3-2所示为一由无限大容量电力系统供电的计算电路图㊂其中图3-2a 为三相电路发生三相短路的等效电路㊂由于三相短路是一对称短路，因而可用图3-2b 所示的等效单相电路表示㊂图3-2㊀无限大容量电力系统中发生三相短路系统正常工作时，负荷电流取决于电源电压和回路总阻抗（包括线路阻抗和负载阻抗）㊂当系统发生三相短路时，负载阻抗和部分线路阻抗被短接，短路回路阻抗远比正常回路总阻抗低，而电源电压不变，依据欧姆定律，短路电流急剧增大㊂短路电路中存在电感，按照楞次定律，电流不能突变，因此短路电流的变化必然存在一个过渡过程，即短路暂态过程，最后短路电流才达到一个新的稳定状态㊂下面就短路电流变化过程简要分析如下：在图3-2b 中根据基尔霍夫电压定律有下列方程u =U m sin（ωt +θ）=i k R +Ld i k d t （3-1）解这个微分方程可得短路电流瞬时值为i k =U m Z sin（ωt +θ-φk ）+C e -t τ=I pm sin（ωt +θ-φk ）+C e -t τ（3-2）式中，I pm 为短路电流正弦周期变化分量的幅值；U m 为电源相电压幅值；Z 为短路回路总阻抗；θ为电源相电压初相角；φk 为短路电流与电源相电压之间的相位角，由于短路电路中感抗X L 远大于电阻R ，φk 可近似为90ʎ；C 为常数，其值根据短路初始条件决定；τ为短路回路的时间常数，τ=L R㊂根据式（3-2）可知，短路电流的全电流是由两部分叠加而成，一部分为呈正弦规律变㊃55㊃化的周期分量i p，另一部分为呈指数函数变化的非周期分量i np，即i k=i p+i np（3-3）短路电流周期分量i p，是由短路电路的电压和阻抗所决定，在无限大容量系统中，由于电源电压不变，故i p的幅值I pm也固定不变㊂短路电流非周期分量i np，主要是由于电路中电感的存在而产生，其衰减快慢与电路中的电阻和电感有关，电阻值越大和电感越小，i np衰减越快㊂可以证明，电路中产生最大短路电流的条件：①电路短路前为空载，即i k（0-）=0；②短路回路近似为纯感性电路；③短路瞬间电压恰好通过零点，即θ=0，将上述条件代入式（3-3），可得i k=I pm sin（ωt-90ʎ）+I pm e-tτ（3-4）可见，短路后经过半个周期即出现短路全电流的最大瞬时值㊂图3-3表示无限大容量电力系统发生三相短路时，短路电流为最大相的短路全电流i k和两个分量i p和i np的变化曲线，假定电路在t=0时刻发生三相短路，t=0以前为正常运行状态㊂图3-3㊀无限大容量电力系统发生三相短路时短路电流为最大相短路电流变化曲线三㊁短路有关物理量1.短路电流的周期分量短路电流的周期分量i p，出即方程式的特解，它是一按正弦规律变化的周期量，其值在短路过程中自始至终保持不变㊂由于短路电路的电抗远大于电阻，所以该周期分量i p差不多滞后电压90ʎ㊂假若在电压过零时短路，则i p的值瞬间增大到负的幅值，其初始值为：i p（0+）=-I pm=-2Iᵡ（3-5）式中，Iᵡ是短路次暂态电流的有效值，它是短路后第一个周期内短路电流周期分量i p的有效值㊂2.短路电流的非周期分量短路电流的非周期分量i np，也即方程式的通解，它是一按指数规律变化的函数，约经过十个周期后，其非周期分量消亡㊂假若在电压过零时短路，则i np的值瞬间增大到其正的㊃65㊃幅值，其初始值为：i np（0+）=I pm=2Iᵡ（3-6）3.短路全电流短路全电流为周期分量与非周期分量之和，或者说是通解与特解之和，即：i k=i p+i np（3-7）在短路瞬间t=0时刻，由于系统近似纯感性电路，故电流不能突变，这时短路电流的周期分量与非周期分量的初始值大小相等方向相反，所以短路初始电流保持原初始值不变㊂4.短路冲击电流假若电路在电压过零时短路，则短路电流约经过半个周期（即t=0.01s时），其瞬时值可达到最大值，该最大值称为短路冲击电流，用i sh表示㊂短路冲击电流的有效值是指短路后第一个周期内短路电流对应的有效值，用I sh表示㊂在高压电路中（一般指大于1000V的电压）发生三相短路时，短路冲击电流及短路冲击电流的有效值一般取：i sh=2.55Iᵡ（3-8）I sh=1.51Iᵡ（3-9）在低压电路中（一般指小于1000V的电压）发生三相短路时，可取：i sh=1.84Iᵡ（3-10）I sh=1.09Iᵡ（3-11）5.短路稳态电流短路电流非周期分量一般经过十个周期后衰减完毕，短路电流达到稳定状态㊂这时的短路电流称为短路稳态电流，用Iɕ表示㊂在无限大容量电力系统中，短路电流周期分量的有效值i k在短路全过程中是恒定的㊂因此有：I k=Iɕ=Iᵡ（3-12）ʌ任务实施ɔ分组讨论无限大容量电力系统发生三相短路的物理过程及有关物理量的内涵姓名专业班级学号任务内容及名称㊀1.任务实施目的㊀2.任务完成时间：1学时㊀3.任务实施内容及方法步骤㊀4.分析结论㊀指导教师评语（成绩）年㊀月㊀日ʌ任务总结ɔ通过本任务的学习，让学生了解无限大容量电力系统发生三相短路的物理过程，知道短路电流周期分量㊁短路电流非周期分量㊁短路全电流㊁短路冲击电流和短路稳态电流等物理㊃75㊃量的含义，为进行短路电流计算打下基础㊂任务3　无限大容量供电系统三相短路电流的计算ʌ任务导读ɔ短路电流的计算方法常用的有欧姆法和标幺制法㊂欧姆法又称有名单位制法，也是短路电流计算最基本的方法，一般适用于低压短路回路中电压级数少的场所㊂但在高压短路回路中，电压级数较多，如用欧姆法进行计算时，常常需要折算，非常复杂㊂标幺制法又称相对单位制法，标幺制法由于采用了相对值，不需折算，运用起来简单迅速，目前在工程设计中被广泛采用㊂ʌ任务目标ɔ1.采用欧姆法计算短路电流㊂2.采用标幺制法计算短路电流㊂3.短路电流计算各基准量的选取和计算㊂ʌ任务分析ɔ本章重点讲解利用标幺制法进行短路电流的计算与分析，通过对供电系统各元器件的电抗标幺制进行计算，进而计算出短路电流的大小㊂对欧姆法进行短路电流的计算不进行分析㊂ʌ知识准备ɔ一㊁概述进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，如图3-4所示㊂在电路图上将计算所需考虑的各元器件的额定参数都标出来，并将各元器件依次编号，然后确定短路计算点㊂短路计算点的选择要使得需要进行短路校验的电气元器件有最大可能的短路电流通过㊂短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法㊂这里仅给出欧姆法计算公式，不做具体阐述㊂采用欧姆法计算短路电流的公式为I k=U c3|Zð|=U c3R2ð+X2ð（3-13）式中，U c为短路计算点所在那一级网络的平均额定电压，比额定电压U N高出5%；|Zð|㊁Rð㊁Xð分别为短路电路的总阻抗㊁总电阻和总电抗㊂二㊁采用标幺制法进行三相短路电流的计算1.标幺值及其基准某一物理量的标幺值（A∗），是该物理量的实际值（A）与所选定的基准值（A d）的比值，即A∗=A Ad （3-14）标幺制法计算短路电流，一般是先选定基准容量S d和基准电压U d㊂工程计算通常取㊃85㊃S d =100MVA㊂基准电压的值取发生短路的那一段线路区间的平均电压作为基准电压，即为短路计算点所在那一级网路的平均额定电压U c ㊂U d =U c ，U c 比额定电压U N 高出5%㊂确定了基准容量和基准电压后，根据三相交流系统中的容量㊁电压㊁电流㊁阻抗的关系，基准电流和基准阻抗有以下关系式：I d =S d 3U d （3-15）|Z |d =U d 3I d =U 2d S d （3-16）2.短路回路总阻抗在计算短路电流时，先应根据供电系统做出计算电路图，根据它对各短路点做出等效电路图，然后利用网络简化规则，将等效电路逐步简化，求出短路回路总阻抗㊂根据短路回路总阻抗就可进一步求出短路电流㊂在高压电路的短路计算中，短路回路总电抗值（X ð）远大于总电阻（R ð），可以只计电抗不计电阻㊂只有当短路回路中R ð>13X ð时，才计入电阻㊂用标幺值计算总阻抗，需将短路回路中各元器件归算到同一基值条件，才能做出等效电路图，而按网络简化规则求出总阻抗㊂图3-4所示为几个电压级的电路，图中所标明的电压为各级的平均额定电压（U c1㊁U c2㊁U c3），各元器件电抗值分别对应于所在电压级的平均额定电压，如X 1对应于U c1，X 2和X 3对应于U c2，X 4对应于U c3㊂求图3-4中的短路电流，应将各电抗折算到U c3㊂电抗等效核算的条件是元器件的功率损耗不变㊂因此由ΔQ =U 2X的关系可知元器件的电抗值是与电压的二次方成正比的，电抗X 由某一电压级U c 折算到另一电压级U d 时，有X ᶄ=U d U c 〓〓〓〓〓〓X （3-17）图3-4㊀计算电路图与等效电路图㊃95㊃由式（3-17）和图3-4得短路点k 短路回路总阻抗为X ðk =X ᶄ1+X ᶄ1+X ᶄ3+X ᶄ4=U c3U c1〓〓〓〓〓〓2X 1+U c3U c2〓〓〓〓〓〓2X 2+U c3U c2〓〓〓〓〓〓2X 3+X 4（3-18）取基值功率为S d ，基准电压U d =U c3，则X d =S dU 2d将式（3-18）两边分别乘以U dY c3，则有S d U 2d X ðk=S dU 2c1X 1+S dU 2c2X 2+S dU 2c2X 3+S dU 2c3X 4即X ∗ðk=X ∗1+X ∗2+X ∗3+X ∗4（3-19）由式（3-19）可以看出，元器件的电抗标幺值与所选基值功率以及元器件本身所在网络平均额定电压有关，与基值电压（短路计算点所在平均额定电压）无关㊂在多级电压的高压网络中，计算不同电压等级的各短路点的总阻抗时，用标幺值表示可共用一个等效电路，大大简化计算过程㊂这就是计算高压网络短路电流时工程设计常用的标幺制法的主要原因㊂3.电力系统主要元器件电抗标幺值确定短路回路总电抗标幺值，需首先按同一基值求出各主要元器件电抗标幺值㊂（1）电力系统的电抗标幺值㊀对工厂供电系统来说，电源即电力系统的电抗值牵涉的因素较多，并且缺乏数据，不容易准确确定㊂但是工厂供电系统的最大短路容量受电源出口断路器断流容量限制，电力系统的电抗标幺值可以依据出口断路器断流容量进行估算，且计算出的电抗标幺值结果偏小，使计算出的短路电流偏大，对选择电气设备是有利的㊂X ∗s=X sX d =U 2cS oc U 2d S d =S dS oc （3-20）式中，S oc 为系统出口断路器的断流容量㊂（2）电力变压器的电抗标幺值㊀电力变压器的电抗标幺值依据变压器技术参数所给出的阻抗电压百分数U k %近似求得X ∗T=X T X d =U k %100U 2c S N U 2d S d =U k %S d 100S N（3-21）（3）电抗器的电抗标幺值㊀电抗器的电抗标幺值根据电抗器技术参数所给出的电抗百分值X L %求得X ∗L =I c I NL U NL U c X L %100式中，I c 为基准电流，由基准容量S d 及电抗器所在网络的平均额定电压U c 获得，I c =S d3U c ；U NL ㊁I NL 为电抗器的额定电压与额定电流㊂（4）电力线路的电抗标幺值㊀电力线路的电抗标幺值可由已知截面积和线距的导线或㊃06㊃已知截面积和电压的电缆的单位长度的电抗得到X ∗WL=X WL X d=X 0lU 2d/S d=X 0lS dU 2c（3-22）式中，X 0为导线或电缆的单位长度电抗，可查有关设计手册或产品标本得到，LJ 铝绞线及LGJ 钢芯铝绞线的X 0可查附表5，户内明敷及穿管的绝缘导线（BLX㊁BLV）的X 0可查附表5㊂如果线路的结构数据不知，可以取导线和电缆电抗平均值，6 10kV 电力线路㊁架空线路单位长度电抗平均值X 0取0.38Ω/km㊂电缆线路单位长度电抗平均值X 0取0.08Ω/km㊂4.采用标幺制法计算三相短路电流在忽略短路回路电阻的前提下，无限大容量电力系统三相短路电流周期分量有效值为I （3）k =U c3X ð（3-23）根据标幺值定义，三相短路电流周期分量有效值的标幺值为I җk =I k I d=U c /3X ðU d /3X d=X ðX d =1X ∗ð（3-24）由此在设定基准容量㊁基准电压得出基准电流的条件下，三相短路电流周期分量有效值采用标幺制法可表示如下：I （3）k=I ∗k㊃I d =I dX ∗ð（3-25）求出I （3）k后，就可利用前面公式求出I ᵡ（3）㊁I （3）ɕ㊁i （3）sh 和I （3）sh ，三相短路容量可由下式求出：S （3）k=3U c I （3）k=3U cI dX ∗ð=S dX ∗ð（3-26）5.标幺制法短路计算的步骤和示例按标幺制法进行短路计算的步骤大致如下：1）绘制短路计算电路图，并根据短路计算目的确定短路计算点㊂2）确定标幺值的基准，取S d =100MVA，U d =U c （有几个电压级就取几个U c ），求出所有基准电压下的I d ㊂3）计算短路电路中所有主要元器件的电抗标幺值㊂4）绘出短路电路的等效电路图，用分子标明元器件序号或代号，分母用来表明元器件的电抗标幺值，在等效电路图上标出所有短路计算点㊂5）分别简化各短路计算点电路，求出总电抗标幺值㊂6）计算短路点的三相短路电流周期分量有效值I （3）k ㊂7）计算短路点其他短路电流I ᵡ（3）㊁I （3）ɕ㊁i （3）sh 和I （3）sh 以及短路点的三相短路容量S （3）k ㊂例3-1㊀某供电系统如图3-5所示㊂无限大容量电力系统出口断路器QF 的断流容量为300MVA，工厂变电所装有两台并列运行的SL7-800/10型电力变压器㊂试用标幺制法计算该变电所10kV 母线上k 1点短路和380V 母线k 2点短路的三相短路电流和短路容量㊂㊃16㊃。

短路电流计算方法短路电流是指在电路中出现短路时所产生的电流。

短路电流的计算对于电路的设计和保护具有重要意义。

正确计算短路电流可以帮助我们选择合适的电器设备和保护装置，从而确保电路的安全运行。

下面将介绍一些常见的短路电流计算方法。

首先，我们需要了解短路电流的定义。

短路电流是指在电路中出现短路时，电流突然增大的现象。

短路电流的大小取决于电路的阻抗、电压和负载等因素。

在进行短路电流计算时，我们需要考虑这些因素，并采用适当的方法进行计算。

一种常见的短路电流计算方法是采用对称分量法。

对称分量法是一种基于对称分量理论的电路分析方法，通过将三相电路中的不对称系统转化为对称系统，简化了电路的分析和计算过程。

在使用对称分量法进行短路电流计算时，我们需要先将电路转化为正序、负序和零序对称分量，然后分别计算它们的短路电流，最后将它们合成为总的短路电流。

另一种常用的短路电流计算方法是采用复功率法。

复功率法是一种基于复功率理论的电路分析方法，通过将电路中的各个元件的功率表示为复数形式，简化了电路的分析和计算过程。

在使用复功率法进行短路电流计算时，我们需要先将电路中各个元件的复功率表示出来，然后利用复功率的运算规则进行计算，最终得到短路电流的大小和相位。

除了对称分量法和复功率法，还有一些其他的短路电流计算方法，如有限元法、潮流法等。

这些方法各有特点，适用于不同类型的电路和不同的计算要求。

在实际工程中，我们可以根据具体的情况选择合适的方法进行短路电流计算。

总的来说，短路电流的计算对于电路的设计和保护具有重要意义。

正确计算短路电流可以帮助我们选择合适的电器设备和保护装置，从而确保电路的安全运行。

在进行短路电流计算时，我们可以采用对称分量法、复功率法等不同的方法，根据具体的情况选择合适的方法进行计算。

希望本文介绍的短路电流计算方法对大家有所帮助。

短路电流的计算及步骤一、短路电流的计算步骤：1、首先绘出计算电路图2、接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图二、短路电流的计算方法：1、欧姆法2、标幺制法三、采用欧姆法进行三相短路电流的计算根据设计的供电系统图1-1所示。

电力系统出口断路器为SN10-10Ⅲ型。

可计算本饲料厂变电所高压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。

图1-11.k-1点的三相短路电流和短路容量（U=10.5KV）(1)计算短路电流中各元件的电抗及总电抗1）电力系统的电抗：由附表8查得SN10-10Ⅲ型短路器的断流容量S=750MV·A,因此X===0.1472)架空线路的电抗：由表3-1得X=0.35/km,因此X=X l=0.35 (/km)5km=1.753)绘k-1点短路的等效电路图，如图1-2(a)所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为:X= X+ X=0.147+1.75=1.897图1-2 短路等效电路图（欧姆法）(2)计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值===3.18 kA2)三相短路次暂态电流和稳态电流= = =3.18kA3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值=2.55=2.553.18kA=8.11kA=1.51=1.513.18kA=4.8kA4)三相短路容量==10.5KV3.18 kA=58.10MV·A2 K-2点的短路电流和短路容量（U=0.4KV）1）电力系统的电抗===2.132)架空线路的电抗==0.35(/km) 5km=2.543)电力变压器的电抗：由附录表5得%=5,因此X===84) 绘k-2点短路的等效电路图，如图5-2(b)所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为：= X+ X+ X//= X+ X+=6.753(2)计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值===34.04kA2)三相短路次暂态电流和稳态电流= = =34.04kA3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值=1.84=1.8434.04kA=62.64kA=1.09=1.0934.04 kA=37.11Ka4)三相短路容量==0.4KV34.04 kA=23.69MV·A综上所述可列短路计算表，如下表1-1工厂变配电所的选择第一节工厂变配电所类型、所址的选择一、变配电所的任务便配电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。

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。