短路电流计算

8.短路电流计算第一节概况三相交流系统中可能发生的短路故障主要有三相生短路，两相短路和单相短路（包括单相接地故障）通常三相短路电流最大。

当短路点发生在发电机附近时，两相短路电流可能大于三相短路电流。

当短路点靠近中性点接地的变压器时；单相短路电流有可能大于三相短路电流。

短路过程中，短路电流变化情况决定于电源容量大小及短路点离电源的远近。

在工程计算中，如果以供电电源容量为基准的短路电流，计算电抗大于或等于3，认为电源母线电压维持不变，不考虑短路电流周期分量的衰减，即为无限大电源容量系统或远离发电机端短路，否则短路电流应按短路电流含衰减交流分量系统，即有限电源容量的系统或靠近发电机端进行计算。

短路和电流计算应求出最大短路电流值，和最小短路电流值，以确定电气设备的容量，额定参数，及选择熔丝。

继电保护整定，校验电动机的起动的依据。

一般需要计算的短路电流i—短路冲击电流（短路全电流最大瞬时值或短路电流峰值）作为选择电气设备时校验动ch稳定所用。

I ch—短路全电流最大有效值（第一周期的短路全电流有效值）I"I——超瞬变短路电流有效值（起始或0S的短路电流周期分量有效值）"kI——短路后0.2S的短路电流周期分量有效值。

2.0I——稳态短路电流有效值（时间为无穷大短路电流周期分量有效值）k"S——超瞬变短路容量S——稳态短路容量k第二节电气元件的参数换算及网络变换进行短路电流计算的必要的条件首先了解短路电路的电参数。

如：电源容量，电源电压，电路元件的阻抗然后按照计算公式或运算曲线，得出短路电流，其方法可以用有名单位制或标幺制。

前者一般用于1000伏以下低压网络短路电流计算，后者一般用于中高压网络。

一、标幺制标幺制是一种相对单位制，电参数的标幺值为其有名值与基准值之比。

例：容量标幺值：j S S S4-1电压标幺值：j U U U4-2电流标幺值：j I I I4-3电抗标幺值：jX X X4-4S, U, I, X--------容量，电压，电流，电抗有名值。

S j , U j , I j , X j --------容量，电压，电流，电抗的基准值。

通常首选的基准容量S j 和基准电压U j基准值可以任意选定，但为方便起见，基准容量Sj 一般取100MVA. 基准电压U j 应取各电压级平均电压（指线电压）U p 即U j =U p ≈1.05U nU n 为系统标准电压常用基准值（S j =100MV A ）系统标称电压U nKV 0.38 3 6 10 35 110 基准电压U j =U p KV 0.4 3.15 6.30 10.5 37 115 基准许电流I j =1KA144.318.39.165.51.560.50U j =U p ≈1.05U n ，但对于0.38KV ，则U j =1.05x0.38=0.4 KV采用标幺值计算短路电路决阻抗时，必须先将元件电压的有名值和相对值按同一基准容量换换算为标幺值，而基准电压采用各元件所在级的平均电压。

电路元件阻抗标幺值和有名值的换算公式见表4-2二有名值用有名值(欧姆制)计算短路电路总阻抗时必须把各电大级所在元件阻抗的相对值和欧姆值，都归算到短路点所在级平均电压下的欧姆值。

换算公式见表4-2表4-2序号元件名称标幺值有名值（Ω）符号说明1同步电动机（同步发电机或电动机）rj drj ddS S X S S X X "100""0*rjdrj d dS U X S U X X 22"100""S r —同步电动机的额定容量MVAS rT —变压器额定容量MV A （对于三绕组变压器是指最大容量绕组的额定容量）X "d —同步电机的超瞬变电抗相对值X "d%--同步电机的超瞬变电抗百分值U k%变压器阻抗电压百分值X k%--电抗器的电抗百分值U r --额定电压（指线电压）KVI r --额定电流KA X.R 路每相电抗值，电阻值S j "--短路容量MV A S j --基准容量MV A I j —基准电流KAΔP —变压器短路损耗KWUj —基准电压KV ,对于发电机实际设备电压2变压器rj k TTTT rj T S S U Z R Z X S S PR 1001000*2*2**32*当电阻忽略不计时rjk TS S U X 1000*rr k TTTT rTr rT S U U Z R Z X S PU I P R 200223223210010103当电阻忽略不计时rr k TS U U X 2001003 电抗器jjr r kjjk r k TU II U X US I U X X 1003100200*rr kKI U X X 310004线路22*j jj j US RRU S XX 5电力系统（已知短路容量S s ""*sj sS S X "2Sj sS UX 6 基准电压相同，从某一基准容量S j1下，标幺值X *换算到另一基准容量S j 下的标幺值X *.11*j j S S X X 7 将电压U j1下的电抗值X1换算到另一电压U j2下的电抗值X2122212j j UU X X三网络变换网络变换目的是简化短路电路，以求得电源至短路的等值总阻抗以求得最简单电路在简化短路电路过程中，如果各电路的电抗和电阻均需计入。

则简化过程比较复杂。

例：当电路元件为串联时：总电抗：X Σ=X 1+X 2+…. Ω(4-8) 总电阻：R Σ=R 1+R 2+…. Ω(4-9)当两个电路元件为并联时:总电抗2212212121222221)()()()(X X R R X R X X R X XΩ (4-10)总电阻2212212121222221)()()()(X X R R X R R X R R RΩ (4-11)如果两个并联元件的电阻与电抗的比值比较接近（例两台同容量变压器并联),则并联电路的总电阻和总电抗可按并联公式分别计算，当R 1/X 1≈R 2/X 2时，则：2121X X X X XΩ (4-10)2121R R R R RΩ (4-11)第三节高压系统电路元件的阻抗同步电动机，异步电动机，变压器，水泥电抗器均按标幺制计算电抗值。

对高压线路，要求不十分精确时，用线路电抗值作标幺制式计算。

如果需要比较精确计算，应计入线路电阻，电抗值，标幺制计算。

见各类设备电气参数表：汽轮发电机，水轮发电机，三相双供组电力变压器，作线电抗器电抗等参数。

第四节中压系统短路电流计算一、计算条件（1）短路前三相系统应是正常运行情况下的接线方式，不考虑仅在切换过程中短路时出现的接线方式。

校验导体和电器的稳定性时，一般以最大运行方式下的三相短路电流为依据，计算短路点应选择在流过所较验导体或电器的短路电流最大的地点，若是动稳定校验所用是短路电流最大可能的瞬时值。

在继电保护计算中，不仅要考虑最大运行方式的三相短路电流，而且还应校验最小运行方式的两相短路或单相短路电流，（2）设定短路回路各元件的磁设备系统为不饱和状态，即作为各元件的感抗为一常数，计算中应考虑对短路电流有影响向时所有元件的电抗，（有效电阻可略去不计）但若短路电路中总电阻R Σ大于总电抗X Σ的三分之一，则应计入有效电阻。

（3）设定短路发生在短路为最大值的瞬间，所有电源的电动势相位角相同，所有同步电动机都具有自动调整励磁装置，（包括强行励磁），系统中所有电源却在额定负荷下运行。

（4）电路电容和变压器励磁电流略去不计。

二、远离发电机端的三相短路电流周期分量计算。

远离发电机端（无限大电源容量的）网络发生短路时，即以电源容量为基准的计算，电抗，X *js >3时，短路电流周期分量在整个短路过程中不发生衰减。

即I"=I 0.2=I K(1) 用标幺值计算时，三相短路电流周期分量有效值I "按下式计算：jsk Z X I S I *"***1(4-16)jsjjj Z X II I I I I *"** (4-17)jsj jj j j K K X S S I S I S I S S S *"*"*** (4-18)式中I *Z -------短路电流周期分量有效值标幺值S *K -------短路容量标幺值X *js -------短路电路总电抗（计算电抗）标幺值I z -------短路电流有效值KA S k ------短路短路容量MV AI j -------基准电流KA S j -------基准容量KA(三) 用有名单位制计算，三相短路电流周期分量有效值，按下式计算：I z =I "=jsp X U 3KA (4-19)如果，Rjs>1/3Xjs 则应计入有效电阻，R jsI z ”值应按下式计算：I z =I "=2233jsjspjsp X R U Z U KA(4-20)式中：Up-------短路点所在级的网络平均电压KVZ js -------短路电路总阻抗ΩR js -------短路电路总电阻ΩX js -------短路电路总电抗Ω(2) 靠近发电机端的三相短路电流周期分量的计算靠近发电机端或有限电源容量的网络发生短路的主要特点，电源母线上的电压在短路发生后的整个过渡过程不能维持恒定，短路电流周期分量z i 随之变化，电源内阻抗不能忽略不计。

短路电流的变化与发电机的电参数及电压，自动调整装置的特性有关。

工程计算中常用运算曲线法计算短路过程某一时刻的短路电流周期分量。

同步电机的转子绕阻（等效阻尼绕阻及励磁绕阻）的磁链在突然短路的瞬间不能突变，与转子绕组的磁链成正比的超瞬变电动势E",在突然短路瞬间仍能保持短路前的数值，因此短路电流周期分量的起始值，即超瞬变短路电流有效值I",可利用公式计算。

对汽轮发电机I"=)"(3"X X E d KA (4-21)或I"=xd j X X I "*KA (4-22)对水轮发电机I "=)")"(3"**X X KI X X KE d j d (4-23)式中：I j -------基准电流KAE"-------发电机超瞬变电动势，工程计算用作为E"= U rG KVU rG -------发电机额定电压KVU rG =1.05U nU n -------系统标称电阻KVX d "-------发电机超瞬变电抗ΩX ω-------自发电机出口至短路点间的短路电路电抗ΩX *d ",X ＊ω-------以发电机额定容量，S n Σ为基准容量的X "d 和X ω的标幺值。