第八章 简单电力系统短路电流计算

标幺值实际就是某个物理量的有名值与选定的同单位的基准 值的比值，也就是对基准值的倍数值。显然，同一个物理量 当选取不同的基值时，其标幺值也就不同。当描述一个物理 量的标幺值时，必须同时说明其基准值为多大，否则仅一个 标幺值是没有意义的。 标幺值无单位.
1、基值
采用标幺值进行计算时，第一步的工作是选取各物理量的基 准值。电力系统的各电气量基准值的选择必须符合电路(三相） 基本关系，即
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•
• • •
短路电流计算条件
• 1）.基本假定
短路电流计算中，为简化分析，通常采用以下 基本假定：
（1） 正常运行时，三相系统对称运行。 （2） 所有电源的电动势相位角相同。 （3） 系统中所有同步和异步电动机均为理想 电机，即不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集 肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组 空间位置相差120°电气角度。
依据。
• （2） 选择导体和电器 • 如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器、 母线、绝缘子、电缆、架空线等。其中包括计算 三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气 设备电动力稳定度，计算三相短路电流稳态有效
值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计
算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。
（3） 确定中性点接地方式
•
三相短路是对称短路，用k(3)表示，如图a所示。因
为短路回路的三相阻抗相等，所以三相短路电流和电压仍
然是对称的，只是电流比正常值增大，电压比额定值降低。
三相短路发生的概率最小，只有5％左右，但它却是危害 最严重的短路形式。
两相短路是不对称短路，用k(2)表示，如图b所 示。两相短路的发生概率为10％～15％。 两相接地短路也是一种不对称短路，用k(1.1) 表示，如图（c）、（d）所示。它是指中性点不接 地系统中两个不同的相均发生单相接地而形成的两 相短路，亦指两相短路后又接地的情况。两相接地 短路发生的概率为10％～20％。
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短路故障的危害
• （1） 短路电流的热效应
•
巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形 成很高温度，极易造成设备过热而损坏。
• （2） 短路电流的电动力效应 • 由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动 力。如果电动力过大或设备电动力过大或设备结构强度不够， 则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。
2 N 2
X B
变压器: X * N
Uk % 100
对于系统中用来限制短路电流的电抗器，它的额定标幺电抗 是以额定电压和额定电流为基准值来表示的。因此，它的换 算公式为:
X X N
UN 3I N
( X *N
X% ) 100
X B X N
UN 3I N
3I B IB UN X N UB IN UB
• （2） 验算导体和电器用的短路电流，在电气连 接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机 的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
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短路电流计算方法
标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参 数对其基准值的比值。标幺制法就是将电路元件各参数均用标幺值表 示。在短路电流计算中通常涉及四个基准量，即基准电压Ud、基准电
备缺陷最终发展成短路等。
（2） 自然原因 由于气候恶劣，如大风、低温、导线覆冰等引起架空线倒杆断线； 因遭受直击雷或雷电感应，导wk.baidu.com设备过电压或绝缘被击穿等。
（3） 人为原因 工作人员违反操作规程，带负荷拉闸造成相间弧光短路；违反电 业安全工作规程，带接地刀闸合闸造成金属性短路；人为疏忽接错线 造成短路；运行管理不善，造成小动物进入带电设备内形成短路事故 等。
• 一些设备的参数是以百分值给出的，如变压器的短路 电压、电抗器的电抗等，此时先将百分值化为以额定 参数为基准值的标幺值，然后再进行标幺值的换算。 • 显然，同一基准的标幺值与百分值之间的关系为： • 标幺值=百分值/100
三、标幺制的优点
1、易于比较电力系统各元件的特性及参数 2、采用标幺制，能够简化计算公式 3、采用标幺制，能在一定程度上简化计算工作 只要基准选得恰当，许多物理量的标幺值就处在某一定 的范围内。用有名值表示时有些数值不等的量，在标幺 制中其数值却相等。 例如，在对称三相系统中，线电压和相电压的标幺值相 等；当电压等于基准值时，电流的标幺值和功率的标幺 值相等；变压器的阻抗标幺值不论归算到哪一侧都一样 并等于短路电压的标幺值 : U %
1.标幺制法
流Id、基准视在功率Sd和基准阻抗Zd。在高压系统中，由于回路电抗
一般远大于电阻，为了方便，在工程上一般可忽略电阻，直接用电抗 代替各元件的阻抗，这样Zd≈Xd。由于电力系统有多个电压等级的网
络组成，采用标幺制法可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在
高压系统中宜采用标幺制法进行短路电流计算。
三相电路各标幺值间的关系同单相电路。
1.4.2 不同基值间标幺制的换算
在电力系统的实际计算中，对于直接电气联系的网络，
在制订标幺值的等值电路时，各元件的参数必须按统一 的基准值进行归算。 然而，从手册或产品说明书中查得的电机和电器的阻抗 值，一般都是以各自的额定容量（或额定电流）和额定 电压为基准的标幺值（额定标幺阻抗）。由于各元件的 额定值可能不同，因此，必须把不同基准值的标幺阻抗
SB 3 U B IB UB 3 IBZB
式中 SB ——三相功率的基准值； UB、IB——线电压、线电流的基值； ZB ——每相阻抗的基值。
习惯上只选定SB和UB
SB I B 3U B 2 UB Z B SB SB YB 2 UB
2、标么值
Z 、 X 是同一个基准值； Q也是同一个 R、 S 、P 、 由上式可见， 基准值。
有名值
S 3U I
SB 3 U B I B
U 3IZ
基准值
U B 3I B Z B
S U I SB U B I B
U I Z UB IB ZB
S* U* I*
U* I*Z*
k
两相短路
两相接地短路 两相短路接地
k 1.1 k 1.1
三相短路用
k 1 用 k 表示，两相接地短路用 k 1.1 表示。只有三相短路，
属对称短路。
3
表示，二相短路 k 2 表示，单相短路
•
在三相系统中，可能发生的短路类型有三相短路、两 相短路、两相接地短路和单相短路。
（4） 不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应
所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动
势，这对于附近的通信线路、铁路信号系统及其他电子设 备、电动控制系统可能产生强烈干扰。 （5） 短路时的停电事故 短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且 短路越靠近电源，停电波及范围越大
相短路用k(1)表示，如图（e）、 （f）所示，也是一种不对称短路。它
的危害虽不如其他短路形式严重，但
在中性点直接接地系统中发生的概率 最高，占短路故障的65％～70％。
短 路 的 类 型
4、短路电流计算的目的
• （1） 电气主接线比选 • 短路电流计算可为不同方案进行技术经济比 较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供
• （4） 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯 的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
• （5） 同步电机都具有自动调整励磁装置。
• （6） 不考虑短路点的电弧电阻。
• （7） 不考虑变压器的励磁电流。
• （8） 除计算短路电流的衰减时间常数和低压电网 的短路电流外，元件的电阻略去不计。 • （9） 输电线路的电容略去不计。 • （10） 元件的计算参数取额定值。
X *N
k
100
O(∩_∩)O 谢谢
• （6） 破坏系统稳定性，造成系统瓦解 • 短路可能造成的最严重后果就是使并列运行 的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定性，最
终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停
电。
3.短路种类
短路形式：
对称短路
短路
不对称短路
k
3
单相接地短路
单相短路
k
1
单相接中性点短路 2 两相短路
k 1
• 2）.一般规定 • （1） 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器 开断电流所用的短路电流应按本工程的规划容量 计算，并考虑电力系统的远景规划（一般为本工 程预期投产后5～10年的发展规划考虑）。 • 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的 正常接线方式计算，不应按仅在切换过程中可能 并列运行的接线方式计算。
（3） 短路时系统电压下降 • 短路造成系统电压突然下降，给用户带来很大影响。 例如，作为主要动力设备的异步电动机，其电磁转矩与端
电压平方成正比。电压大幅下降将造成电动机转速降低甚
至停止运转，给用户带来损失；同时，电压降低会造成照 明负荷，如电灯突然变暗或一些气体放电灯的熄灭等，影 响正常的工作、生活和学习。
换算成统一基准值的标幺值。
SN U N
IN
SB U B
Z
IB
ZN
U ZN SN
2 N
Z B
SB Z 2 UB
有名制
发电机和变压器的标幺电抗的换算:
掌握
U SB SB SB U N X 2 X N X N 2 UB SN U B SN U B
基值选定以后便可计算各物理量的标幺值，其值分 别为:
U I I IB Z R jX R X Z j R jX ZB ZB ZB ZB S P jQ P Q S j P jQ SB SB SB SB U UB
2.有名值法 有名值法就是以实际有名单位给出电路元 件参数，这种方法通常用于1 kV以下低压供配 电系统短路电流的计算
标么制
一、标么值的概念 有名值：用实际有名单位表示物理量的方法 标么值：采用其实际值（有名单位值）与某一选定的基准值 的比值来表示
标幺值＝
实际值(任意单位) 基准值(与有名值同单位 )
第八章 简单电力系统短路电流 计算
王海军
一、短路的基础知识
电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运 行状态和短路故障。短路就是指不同电位导电部分之间的
不正常短接。
短路：系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地之间 的短接。
1.短路故障产生的原因
（1） 设备原因
指电气设备、元件的损坏。如设备绝缘部分自然老化或设备本身有 缺陷，正常运行时被击穿导致短路；设计、安装、维护不当所造成的设
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短路电流计算的内容
• （1） 短路点的选取短路点为各级电压母线、各级线 路末端。 • （2） 短路时间的确定根据电气设备选择和继电保护 整定的需要，确定计算短路电流的时间。 • （3） 短路电流的计算包括最大运行方式下最大短路 电流、最小运行方式下最小短路电流以及各级电压中 性点不接地系统的单相接地短路电流，计算的具体项 目及其计算条件取决于计算短路电流的目的。
对于35 kV、10 kV供配电系统，根据单相短路 电流可确定中性点接地方式。
（4） 验算接地装置的跨步电压和接触电压。
（5） 选择继电保护装置和整定计算 在考虑正确、合理地装设保护装置和校验保护 装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三 相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布 情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现 的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可 能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路 电流，而且也要计算两相短路电流，或根据需要 计算单相接地电流等。