工厂供配电技术-短路电流计算

供配电技术习题答案第3章

第3章 短路电流计算 3-1 什么叫短路?短路的类型有哪些?造成短路的原因是什么?短路有什么危害? 答： 短路

是不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接. 短路种类有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路.

短路的原因主要有设备长期运行，绝缘自然老化，操作过电压，雷电过电压，绝缘受到机

械损伤等.

短路的危害： 1 短路产生很大的热量，导体温度身高，将绝缘损坏。 2 短路产生巨大的电动力，使电器设备受到机械损坏。

3 短路使系统电压严重减低，电器设备正常工作受到破坏。

4 短路造成停电，给国家经济带来损失，给人民生活带累不便。

5严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步发电机失去同步，严重的

可能造成系统解列，甚至崩溃。 6 单相短路产生的不平横磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，影响

其正常工作。

3-2 什么叫无限大容量系统?它有什么特征?为什么供配电系统短路时，可将电源看做无限

大容量系统? 答：无限大容量系统的指端电压保持恒定，没有内部阻抗和容量无限大的系统.它的特征有：

系统的容量无限大.系统阻抗为零和系统的端电压在短路过程中维持不变.实际上，任何电力

系统都有一个确定的容量，并有一定的内部阻抗.当供配电系统容量较电力系统容量小得多，

电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的5%~10%，或短路点离电源的电气距离足够远，发生

短路时电力系统母线降低很小，此时可将电力系统看做无限大容量。 3-3无限大容量三相短路时，短路电流如何变化？

答：三相短路后，无源回路中的电流由原来的数值衰减到零；有源回路由于回路阻抗减小，

电流增大，但由于回路内存在电感，电流不能发生突变，从而产生一个非周期分量电流，非

周期分量电流也不断衰减，最终达到稳态短路电流。短路电流周期分量按正弦规律变化，而非周期分量是按指数规律衰减，最终为零，又称自由分量。

注册电气工程师(供配电专业)-短路电流计算(一)

(总分75, 做题时间90分钟)

一、单项选择题

1.

三相短路电流的冲击值出现在短路发生后(

)时。

SSS_SINGLE_SEL

A 0.02s

B

0.01s

C

0.03s

D

短路发生

2.

短路时电动机反馈电流对短路冲击电流的影响，仅当短路点附近所接电动机额定电流之和大于短路电流的(

)时，才予以考虑。

SSS_SINGLE_SEL

A

10%

B

5%

C 3%

D

1%

3.

无限大容量电力系统是指(

)。

SSS_SINGLE_SEL

A 电源系统容量无限大

B

当用户供电系统短路时，系统容量近似不变

C

当用户供电系统短路时，系统输出电压近似不变

D 当用户供电系统短路时，系统输出功率不变

4.

高压供电系统中，当(

)时，计算短路电流可以忽略短路电阻。

SSS_SINGLE_SEL

A

B

C

D

5.

校验电气设备和导线的稳定性时，一般以( )运行方式下的三相短路电流为依据。

SSS_SINGLE_SEL

A

最小

B

最大

C 正常

D 轻载

6.

供配电系统中为( )。

SSS_SINGLE_SEL

A

B

C

D

7.

“ich”是三相短路电流的( )。

SSS_SINGLE_SEL

A 有效值

B 平均值

C 非期分量

D 冲击值

8.

在高压供电系统中，用来整定保护装置灵敏度的电量是( )。

SSS_SINGLE_SEL

A 系统最小运行方式下单相短路电流

B 系统最大运行方式下单相短路电流

C 系统最大运行方式下二相短路电流

D 系统最小运行方式下二相短路电流

9.

高压供电系统计算三相短路电流时，一般高压架空线每千米电抗值为( )Ω。

SSS_SINGLE_SEL

A 0.2

B 0.3

C 0.4

D 0.5

10.

Ｄｉａｎｑｉｇｏｎｇｃｈｅｎｇ　ｙｕ　ｚｉｄ。ｎｇｈｕａ——ｉ　散货矿石码头供配电系统短路电流的计算　潘志超　（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海２００１２５）　摘要：基于短路理论和工程设计的实际应用，简要探究短路故障的成因，并就短路电流的计算问题进行了分析探讨。　关键词：短路；故障；原因；短路电流；计算　０　引言　近年来，随着散货矿石码头规模的不断扩大，相应的散货装卸　机械设备如卸船机，装船机，斗轮机，皮带运输机等设备的规模也　随之不断增加。码头供电容量也相应不断增加，码头设备卸船机，　装船机，皮带运输机等的供电电压也由原来６　ｋＶ提高到１０　ｋＶ。散　货矿石码头工作条件通常都非常恶劣：沿海恶劣的气候、矿石粉　尘、雷击、强烈的振动和装卸设备高负荷连续工作等，使得整个码　头的供电系统处于严酷的工作环境中，导致电气设备的电气短路　故障频繁出现，引起电气设备损坏，影响正常的生产活动。因此进　行正确短路电流计算，选择合适的电气设备就变得非常重要。　在供电系统的设计和运行过程中，不仅要考虑正常工作状态，　同时要考虑发生故障时所引起的非正常工作状态。实际应用表明，　引起供电系统的故障，多数为各种短路故障。短路是电力系统中最　常见和最严重的一种故障。所谓短路，是指电力系统中正常情况以　外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。　１　短路产生的原因及破坏性　产生短路的主要原因：是供电系统中的绝缘被破坏，是由于未　及时发现和消除设备中的缺陷，以及设计、安装和维护保养不当所　造成的。例如过电压、直接雷击、绝缘老化、绝缘配合不当和机械损　坏等；人员错误操作，如带负荷断开隔离开关或检修后未撤接地线　就合断路器等；设备长期超过负荷，使绝缘加速老化。　短路电流越大，持续时间越长，对设备的破坏程度越大。短路　所引起的后果具有破坏性，具体表现在：（１）短路电流的力效应：短　路电流产生的电动力能形成很大的破坏力，如果设备不够坚固，可　引起设备机械变形，甚至损坏。（２）短路电流的热效应：短路电流即　使通过的时间很短，也会引起设备和导体的发热，短路持续时问较　长时，可使设备因过热而损坏。（３）影响电气设备的正常运行：由于　大的短路电流经过网路阻抗，将使网路产生很大的电压降。如为金　属性的短路、短路点电压为零，短路点以上各处电压也要相应降低　很多，会使供电受到严重影响或被迫中断，使系统中的主要负荷异　步电动机因电磁转矩显著降低而减速或停转。（４）破坏系统的稳定　性：短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的　发电厂解列，破坏系统的稳定性。（５）造成电磁干扰：接地短路时，　短路电流为不平衡电流，产生的磁通将领近平行的通讯线路感应　出附加电势，干扰通讯。因此，对短路过程的研究具有十分重要的　意义。　２短路电流计算的目的　为了限制发生短路时所造成的危害，需要在供电系统中加装　保护，以便在故障发生时，自动而快速地切断故障部分，以保障系　统安全正常运行，就需要准确的计算短路电流的大小。　在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是一个重要　环节。其计算的目的主要有以下几个方面：　在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接　线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电　流计算。　在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下　能安全、可靠地工作，同时又力求节约，这就需要进行全面的短路　电流计算。　在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验导线的相间　和相对地安全距离。　在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的　短路电流为依据。　接地装置的设计，也需用电路电流。　在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用有名值表示，也　可以用标幺值表示。为方便计算，通常在１　ｋＶ以下的低压系统中　采用有名值，而高压系统中采用标幺值。在高压电网中，通常总电　抗远大于总电阻，所以一般可以只计各主要元件的电抗而忽略其　电阻，只有当短路回路的电阻Ｒ∑＞　∑／３时才需计及电阻。　３短路电流的计算　通常矿石码头都采用标幺值进行短路电流的计算，标幺值法　的计算步骤如下：　选取基准容量：工程设计中通常取Ｓ￣ｌＯＯ　ＭＶＡ，基准电压通　常取元件所在处的短路计算电压，取　，基准电流　—　：　Ｖ　３　瑾桃抗ｘ　—　等　＞５　Ｎ，．ＩＢ１２　Ｖ３　、／３厶　Ｌ　计算各元件标幺值：　电力变压器的电抗标幺值　ｆ　，　％为变压器的短路　电压。　电力线路的电抗标幺值　＝ｘ　粤，Ｘ。为导线电缆的单位长　度电抗。　各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图　进行电路化简，求出其总电抗标幺值　’　。　计算三相短路电流和短路容量：无限大容量系统三相短路电　流周期分量有效值的标幺值　”　＝　。　＾∑　由此可求得三相短路电流周期分量有效值　”＝孚。　Ａ　”求出以后可得三相短路暂态电流和稳态电流　”＝　”：　”。　三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值在高压电　路发生三相短路时为，“”－－２．５５ｆ　，　）－１．５１／＇。　在１００　ｋＶＡ及以下的电力变压器二次侧及低压电路中发生　三相短路时三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值　为，　”＝１．８４Ｉ　，　”＝１．０９／＂。　三相短路容量　”＝　。　Ａ丑　）　下面以２０万ｔ矿石码头３５　ｋＶ中心变电所和一个１０ｋＶ变电　所供电线路为例来计算供电线路的短路电流。供电系统接线图如　图ｌ所示。　机电信息２０１２年第ｌ２期总第３３０期

【项目导入】

某新建机械厂，拟建设一个10kV降压变电所，变电所主接线一、二次侧均采用单母线

分段。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。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、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、互投、自复装置，系统回路

设置过电流、短路、失电压、过电压保护。

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。

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。

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。

2）作为设置短路保护的依据。

3）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。

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。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。

2）绝缘老化或外界机械损伤。

3）误操作。

4）动、植物造成的短路。

对中性点接地系统，可能发生的短路类型有三相短路、两相短路、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。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。

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。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。

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。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。·05·

短路计算分最小、最大运行方式两种计算。

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