短路电流计算课程设计

短路电流计算课程设计（通用8篇）

篇1：短路电流计算课程设计

道路照明设计中单相短路电流计算论文

照明设计是城市道路设计中比较重要的一项设计内容。为了确保城市道路照明能为车辆驾驶人员以及行人创造良好的视看环境，达到保障交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果，建设部于91年特制定了《城市道路照明设计标准》CJJ45-91.标准要求道路照明设计原则为“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便。”并对照明标准、光源和灯具的选择、设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求，笔者在工程设计中运用和深入了解标准的过程中，确实得到了很多的益处，同时也发现一些不完善之处，比较突出的是规范中对照明供电保护及电缆选择没有做详细说明和要求，而这部分内容的设计正确与否直接影响到“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便”这个基本原则。在道路实际使用中发生的电气故障，小到电缆烧毁，大到人身触电伤亡事故的出现，都于与此相关。笔者希望本文起抛砖引玉的作用，以引起有关部门的重视，并与本行业同仁一同探讨。

在道路照明配电中，由于配电线路较长，配电线路零序阻抗较大，单相接地(零)短路电流相对较小。为了计算低压配电系统的单相接地(零)电流，需要利用不对称短路电流的计算方法。不对称短路电流可利用计算三相短路的原则进行计算。因为电压的对称分量与相应的电流对称分量成正比，因此在正序、负序和零序分量中，都能独立地满足欧姆定律和克希荷夫定律。正序、负序和零序电流也只产生相应地正序、负序和零序电压降，利用这一个重要的性质，可以用电工学中对称分量法分析在对称电路中所产生的各种不对称短路。

单相接地(零)短路电流的计算

不对称短路时，由于距发电机的电气距离很远，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，因此，可假定正序阻抗约等于负序阻抗。单相接地(零)短路电流按下式计算：

式中Up平均线电压(V)R0，X0，Z0配电网络的总零序电阻，总零序电抗，总零序阻抗。R1，X1，Z1配电网络的总正序电阻，总正序电抗，总正序阻抗。

电路中主要元件阻抗

1、电力系统正序电抗的计算在计算低压电力网络短路时，有时需要计入系统电抗XX，如果系统电抗不知，只有原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量Sdn(MVA)时，则系统正序电抗可近似地按下式计算：式中Uj=Up平均线电压(V)Sdn原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量(KVA)。

2、变压器阻抗的计算

变压器的正序电阻：

变压器的正序电抗：式中ΔPd变压器短路损耗(kW)Ue变压器二次侧额定电压(V)Se变压器额定容量(KVA)Ud%变压器阻抗电压百分比，变压器的零序电抗是与其本身结构和绕组的接法有关。目前不少厂家生产的Dyn11结线变压器比Yyn0结线变压器零序阻抗小，二次侧短路电流大，可提高一次侧过电流保护兼作二次侧单相接地保护的灵敏性。故建议使用Dyn11结线变压器，变压器的零序电阻，零序电抗的取值计算如下：R0=RⅠ+RⅡ=R1X0=X1+XⅡ=X1式中R0，X0变压器的零序电阻，零序电抗。RⅠ，X1变压器的一次绕组电阻，漏电抗。RⅡ，XⅡ变压器的二次绕组电阻，漏电抗。R1，X1变压器的正序电阻，正序电抗。

3、推导参见机械工业版社出版的高等学校教材《工厂供电》。铜、铝母线电阻电抗的计算(矩形截面母线各相在同一平面内)

自动开关的选择

1、自动开关额定电流的确定一千米路灯数量为14盏，高压钠灯功率因数为0.45.道路照明计算电流：

Iez≥Ijs取Iez=100A

2、自动开关长延时动作的过电流热脱扣器额定电流的确定IZd1≥KzlIjs=1×23=23A取脱扣器额定电流为It.e=25A照明用自动开关长延时脱扣

器对高压钠灯的计算系数取1.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21.

3、自动开关瞬时动作的过电流脱扣器的确定Izd3≥Kz3Ijs=6×23=138A取LZd3=150A，照明用自动开关瞬时脱扣器对高压钠灯的计算系数取6.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21.

4、按短路电流校验自动开关动作灵敏性自动开关动作系数取1.5时，灵敏性远远达不到要求。

用自动开关动作系数及短路电流确定自动开关瞬时脱扣器整定倍数值由于单相接地电流较小，现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流，一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护，容易使电缆长时间过电流，轻则烧毁电缆，重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电，即使配电中尽量使三相平衡，零序电流仍较大，也不能使用另加零序保护装置的措施。按“JB1284-73”的规定，非选择型配电用自动开关的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍)，只具有瞬时过电流脱扣器的自动开关，其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的.是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：

1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。

2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。能满足保护要求。由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。

遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。

目前解决这个问题的办法：

1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。

2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。

能满足保护要求。由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：

1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。

2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。

篇2：短路电流计算课程设计

单相短路电流计算在工程设计中的应用

港口码头、堆场照明设计具有配电路较长,末端为单相用电设备,且设备功率较大的特点.由于配电线路中的相保阻抗相对较大,使得线路末端单相短路电流较小,从而成为设计中不可忽视的.问题之一.

作 者：郑晓光 Zheng Xiaoguang 作者单位：广东省航运规划设计院,广州,510050刊 名：广东造船英文刊名：GUANGDONG SHIPBUILDING年，卷(期)：2009“”(2)分类号：U6关键词：大面积照明 单相短路

篇3：短路功率法计算短路电流的研究

短路 (short-circuit) 是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接, 是电力系统中出现最多的一种故障形式。短路电流计算是电力系统3大计算之一, 是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。主要涉及到电气接线方式选择、电气设备选择、继电保护整定和校核、验算接地装置的接触电压和跨步电压、确定送电线路对通信线电磁危险影响等。当前, 短路电流过大问题已经日渐成为困扰国内外许多电网运行的关键性问题。

2. 短路计算方法

3. 短路功率法

短路功率是因在短路计算中以元件的短路容量来代替元件的阻抗而得名。短路功率法实质上是欧姆法的变形, 欧姆法的计算公式:Ik=Uc/Z, 即短路电流Ik大小完全取决于阻抗Z。而短路容量为Sk=Uc2/Z, 在无限大电源容量系统中Uc为常数, 因此Sk∝1/Z, 可见以元件的短路容量来替代其阻抗, 与阻抗一样可表述元件在短路中的作用。

(1) 画出计算电路图, 并标明各元件的参数 (与计算无关的原始数据一概除去) ;

(2) 画出相应的等值电路图 (采用方框的形式) , 并注明短路计算点;

(3) 对各元件进行编号, 并分别独立计算各元件的短路功率, 将结果填写于方框中;

(4) 依次按短路点化简等值电路, 对复杂的网络原件进行串、并、星、三角变换等进行等效变换, 求出电源至短路点的总短路功率;

(5) 求出各计算点的短路容量和短路电流;

(6) 根据题目要求, 计算各短路点所需的短路参数;

(7) 将计算结果列成表格形式表示。

4. 案例分析计算

某供电系统如图4-1所示, 已知电力系统出口断路器的断开容量为500MV·A, 变压器型号为S7-1000, 连接组别为Dyn11, 试求变电所低压0.38k V母线上k点短路的三相短路电流和短路容量。

(1) 计算三相短路容量

设电力系统短路容量为

电力线路短路容量为

电力变压器短路容量为

总短路容量 (网络化简) 得三相短路容量为

三相短路电流

(2) 计算各三相短路电流

1) 短路暂态电流和短路稳态电流等效为

2) 短路冲击电流最大值为

3) 短路冲击电流有效值为

5. 结论与展望

短路功率法在工程上主要应用在无限大容量电力系统三相短路计算中, 具有运算简单, 不要记忆很多公式, 不易出错等优点, 在计算不对称短路电流及大型电动机起动压降时更能体现出其简便准确的优点。但是计算误差相对较大, 对精确计算的场合不合适。

短路计算的方法很多, 每种方法都有各自的优点和缺点。只有熟练掌握电力系统短路电流计算, 科学合理地对系统进行分析, 准确地选择系统设备的相关参数, 才能使电力能源安全可靠地输入到各个用户, 才能为经济建设的发展发挥更加重要的作用。

摘要：本文简要介绍了短路功率法。再通过一个案例详细介绍了此方法在短路电流计算中的应用, 以供广大电力系统设计同仁及学者参考。

关键词：短路,计算,方法

参考文献

[1]工业与民用配电设计手册.中国航空工业规划设计研究院编.水利电力出版社, 1994.12.

[2]吕文杰.三相短路电流计算方法的探讨[M].四川电力技术, 2005.05

篇4：变压器 短路电流计算经验公式

发布者：admin发布时间：2010-9-27阅读：85次

电力 变压器变压器的短路电流计算有多个方法，很多手册中都有讲到，工业与民用配电设计手册第三版中有详细的说明，这里就不在赘述，大家自己看书去，还有短路电流计算的软件，也很方便，很多地方也有下载的，自己找吧。这里要说的是简单的经验公式，可以快速的计算出短路电流的大小，供大家参考。

380V低压侧短路电流计算：

1.Uk＝6％时 Ik＝25*Se

2.Uk＝4％时 Ik＝37*Se

上式中Uk：变压器的阻抗电压，记得好像是Ucc。

Ik：总出线处短路电流 A

Se：变压器容量 KVA

3。峰值短路电流＝Ik*2.55

4.两相短路电流＝Ik*0.866

5.多台变压器并列运行

篇5：零序电流保护课程设计

指导教师评语

报告（30）

总成绩

修改（40）

平时（30）

专

业：

电气工程及其自动化

班

级：

电气

XXX

姓

名：

XXXX

学

号：

XXXXXXXXX

指导教师：

XXXX

XX大学自动化与电气工程学院

2012

年X

月

X日

设计原始资料

1.1

具体题目

系统接线图如下图，发电机以发电机-变压器组方式接入系统，开机方式为两侧各开1台机，变压器T6

1台运行。参数为：

线路阻抗。

系统接线图

试对1、2进行零序保护的设计。

1.2

要完成的内容

⑴

请画出所有元件全运行时三序等值网络图，并标注参数；

⑵

分别求出1、2零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的定值，并校验灵敏度；

⑶

保护1、2零序Ⅰ、Ⅱ是否需要方向元件。

分析要设计的课题内容（保护方式的确定）

2.1

设计规程

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，110~220kV有效接地电力网线路，应按下列规定装设反应接地短路和相间短路的保护装置。

⑴

对于接地短路：

①

装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；

②

零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距离保护，并应装设一段或两段零序电流保护作为后备保护。

⑵

对于相间短路：

①

单侧电源单回线路，应装设三相多段式电流或电压保护，如不能满足要求，则应装设距离保护；

②

双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

2.2

本设计的保护配置

2.2.1

主保护配置

电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在110kV及以上电压等级的电网中。

2.2.2

后备保护配置

距离保护是利用短路发生时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，该比值反应故障点到保护安装处的距离，如果短路点距离小于整定值，则保护装置动作。

在保护1、2、3和4处配备三段式距离保护，选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式。

短路电流及残压计算

3.1

等效电路的建立

将本题中的系统简化成三序电压等值网络，即正序网络如图1所示；负序网络如图2所示；零序网络，图3所示。

图3.1

正序网络

图3.2

负序网络

图3.3

零序网络

3.2

保护短路点的选取

母线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流。

母线B处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护1和4的最大零序电流。

母线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3的最大零序电流。

3.3

短路电流的计算

整理线路参数

⑴

B母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。

单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

==1.5443(kA)

两相接地短路时

==1.6192(kA)

⑵

A母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。

故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

两相接地短路时

⑶

C母线分别发生单相接地和两相接地短路时的等值网络。单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

故障端口负序阻抗为

故障端口零序阻抗为

单相接地短路时

两相接地短路时

保护的配合及整定计算

4.1

主保护的整定计算

4.1.1

动作值（如动作电流）

⑴

1零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流

⑵

1零序Ⅱ段与下一条线路Ⅰ段配合，即与3的Ⅰ段配合分支系数

⑶

2零序Ⅰ段躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流

4.1.2

动作时间

保护1的Ⅰ段和2的Ⅰ段均为零序速断电流保护，故动作时间均为0s,保护1的Ⅱ段为限时零序电流速断，比Ⅰ段延迟一个△t,故保护1的Ⅱ段的动作时间为0.5s。

4.1.3

灵敏度校验

4.2

后备保护的整定计算

4.2.1

动作值（如动作电流）

⑴

保护1的Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流

⑵

保护2的Ⅲ段保护按躲开末端最大不平衡电流

4.2.2

动作时间

保护1的Ⅲ段保护与下段线路配合，动作时间比Ⅱ段的动作时间延迟△t，故动作时间为1s。

4.2.3

灵敏度校验

保护1的Ⅲ段保护,作为近后备保护

满足要求

作为远后备保护

满足要求

保护2的Ⅲ段保护,作为近后备保护

满足要求

综上可知：在零序电流保护的配置和保护中，保护1有I段、II段和III段，而保护2只配置I段、III段保护，整个系统的安全稳定运行。

继电保护设备的选择

电流互感器TA是将一次系统大电流转变为二次系统小电流的设备。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。

⑴

种类和型式的选择。35kV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式配电装置。

⑵

一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压和应满足：

一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。

⑶

准确级和额定容量的选择。对测量精确度要求较大的大容量发电机、系统干线、发电企业上网电量等宜用0.2级；装于重要回路的互感器，准确级采用0.2~0.5级。根据以上分析，选LJBJ-110kV干式电流互感器。

二次展开原理图的绘制

6.1

保护测量电路

保护1交流测量回路如图6.1,直流测量回路如图6.2；保护2交流测量回路如图6.3，直流测回路如图6.4。

图6.1

保护1交流测量回路

图6.2

保护1直流测量回路

图6.3

保护2交流测量回路

图6.4

保护2直流测量回路

6.2

保护跳闸电路

保护1跳闸回路如图6.1，保护2跳闸回路如图6.2。

图6.5

保护1跳闸回路

图6.6

保护2跳闸回路

保护的评价（结论）

对零序电流保护的评价：零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数。为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果。接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理。接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大。

当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护。特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越。因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数。

零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定。

参考文献

[1]

张保会,尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005:92-153.[2]

谭秀炳,铁路电力与牵引供电继电保护[M].城都:西南交通大学出版社,1993:100-134.[3]

篇6：短路电流计算及其控制措施的研究

改革开放以来, 我国经济社会取得了较快的发展, 社会用电量也随之快速增长, 在电力系统容量不断增长的同时, 短路容量与短路电流问题愈加凸显, 严重威胁着电力系统的稳定性与可靠性, 因此对系统短路电流进行计算并做好相关控制措施至关重要。本文主要对短路电流计算及其控制措施进行简要的分析和阐述。

1 短路电流的简介

短路故障是电力系统中十分常见的故障类型, 通常情况下线路绝缘被破坏、树枝及悬挂物等是造成短路的主要原因。单相接地短路是最常见的短路故障, 两相与三相短路的发生概率相对较低, 但两相与三相短路由于短路电流更大, 对系统的危害却更高。

由于短路时流过的电流通常是正常电流的几倍甚至几十倍, 因此会产生大量的热, 破坏线路设备的绝缘, 甚至使设备发生变形;另外过大的短路电流会导致电压降过高, 使系统的电压水平降低, 影响系统中的电动机的正常运行;不对称短路故障还会产生较大的不平衡电流, 影响系统的稳定性。

2 短路电流的计算

短路故障作为电力系统的常见故障, 发生频率较高, 为了保证在短路时短路电流不会对系统的正常运行造成影响, 因此需要对系统的短路电流进行计算。

对于110kv以下的中低压网络, 其短路计算一般分为三相短路计算以及单相短路计算, 通常情况下, 三相短路电流要大于单相短路电流, 对系统的影响也最大, 因此本文只对三相短路电流的计算进行分析和简介。

(一) 电气元件参数的计算

在计算110kv及以下的中低压网络的短路电流时, 首先要对网络中的电气元件进行计算, 通常情况下, 为了计算简便, 将各电器元件的参数都归算到低压0.4kv下, 然后根据线路连接方式和短路点求出短路总电阻与总电抗。

(1) 高压侧阻抗的折算

为了保证在折算前后系统铜耗以及无功功率不变这一原则, 可以利用下面公式对高压侧阻抗进行折算:

(2) 变压器阻抗的计算

对于系统中的变压器参数, 可以利用如下公式进行计算:

(二) 三相短路电流的计算

计算完短路阻抗后, 利用计算得到的阻抗值以及电源电压值用如下公式进行计算:

式中:Up--电源电压平均值;R, X--折算到电源电压侧的阻抗值;Izq--短路电流周期分量有效值;In--次暂态短路电流;I∞--短路电流稳态值。

当短路容量与系统容量相比可以忽略不计时, 将电源电压视为恒定值不变, 由于电压幅值不变, 所以短路稳态电流I∞等于短路超瞬变电流In等于短路电流周期分量Izq。若式中电压单位取伏特, 阻抗单位取毫欧, 则计算得到的短路电流单位为千安。

3 短路电流的控制措施

由于短路电流是正常工作电流的几倍甚至几十倍, 对电力系统有着较为严重的影响, 因此需要采取相关措施, 控制限制电力系统的短路电流。

(一) 电力系统网络结构方面

电力系统的结构和接线方式对短路电流有着明显的影响, 通过对电网结构的优化和调整, 能够使系统短路电流得到有效的降低, 一般来说主要采用选择电网接线方式, 运用线路电抗器, 运用分裂绕组变压器以及使用综合自动化装置等控制措施, 改变电力系统的网络结构, 降低短路电流。

对于系统中的大容量机组, 宜采用变压器不接地的运行方式, 以限制系统的接地短路电流, 同时选用单元接线方式, 避免单条母线上容量过度集中, 从而有效地降低了母线上的短路电流;对于变电所, 宜采用变压器分裂运行方式, 以降低变压器的短路电流;对于环型供电网络, 宜选择合适的断点, 将环网解开分裂运行, 从而可以显著降低短路电流。

(二) 电力系统设备选择方面

(1) 装设限流电抗器

在电力系统的线路中装设限流电抗器是一种有效的控制电缆中短路电流的措施, 其能够在系统发生短路故障时, 对电流进行有效的限制。限流电抗器通常装设在线路的出线端, 其能在临近点短路时发生限流作用, 通常其百分电流比为5%左右。

(2) 选用特殊变压器

除装设限流电抗器外, 还可以利用大阻抗变压器来限制低压侧的短路电流, 另外为了限制短路电流, 还应尽量避免自耦变压器作为系统联络变压器使用。

4 结束语

随着我国经济社会的不断发展, 我国社会用电量必将不断增长, 随着我国电网规模的不断扩大, 短路电流也将随之不断增大, 一旦超出断路器的能力范围, 将对电力系统的稳定性与可靠性产生巨大的威胁, 因此进行电力系统短路电流的计算并做好短路电流的控制措施十分必要, 对提高电力系统的稳定性与可靠性有着重要的意义。

参考文献

[1]贺健, 等.电网规划中短路电流限制措施的研究[J].中国电力交易, 2009, S3:121-122.

篇7：短路电流计算课程设计

在电力系统的设计和运行过程中, 不仅要考虑正常工作状态, 而且必须考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。实际运行表明, 破坏供电系统正常运行的故障, 多数为各种短路故障。所谓短路, 是指供电系统中不等电位的导体在电气被短接, 如相与相之间的短接, 或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。当发生短路时, 电源电压被短接, 短路回路阻抗很小, 于是在回路中流通很大的短路电流。

三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。目前, 三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而, 在进行三相短路电流计算时, 各设计、运行和研究部门等用的计算方法各不相同, 这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异, 以及短路电流限制措施的不同。如果短路电流计算结果过于保守, 有可能造成不必要的投资浪费:若要偏于乐观, 则将给系统的安全稳定运行埋下灾难型的隐患。因而, 在深入研究短路电流计算标准的基础上, 比较了不同短路电流计算条件对短路电流计算结论的影响, 以其能为电网短路电流的计算和限制提供更切合实际的方法和思路。

1 短路产生的原因及危害

产生短路的主要原因, 是供电系统中的绝缘被破坏。在绝大多数情况下, 绝缘的破坏是由于未及时发现和消除设备中的缺陷, 以及设计、安装和维护不当所造成的。例如过电压、直接雷击、绝缘材料的老化、绝缘配合不当和机械损坏等;运行人员错误操作, 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, 使绝缘加速老化或破坏;小电流系统中一相接地, 未能及时消除故障;在含有损坏绝缘的气体或固体物质地区。未考虑电气间隙与爬电距离 (应符含GB) 等, 此外, 在电力系统中的某些事故也可能直接导致短路, 如电杆倒塌、导线断线等;或动物、飞禽跨越导体时也会造成短路。

短路电流越大, 持续时间越长, 对故障设备的破坏程度越大。短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏力, 如果导体和它们的支架不够坚固, 可能遭到难以修复的破坏;这样大的短路电流即使通过的时间很短, 也会使设备和导体引起不能允许的发热, 从而损坏绝缘, 甚至使金属部分退失、变形或烧坏。短路时由于很大的短路电流经过网路阻抗, 必将损坏绝缘, 必将是网路产生很大的电压损失。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, 一旦电压低于额定电压40%以上时, 就会使供电受到严重影响或被迫中断;若在发电厂附近发生短路, 还可能使全电力系统运行解列, 引起严重后果。接地短路时, 接地相应出现的短路电流为不平很电流, 该电流所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, 严重时, 将危及通讯设备和人身的安全。

为了限制发生短路时所造成的危害和故障范围的扩大, 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。这就需要我们准确的计算短路电流的大小。

2 短路电流的计算及影响计算结果的因素

经典的短路电流计算方法为:取变比为1.0, 不考虑线路充电电容和并联补偿, 不考虑负荷电流和负荷的影响, 节点电压取1.0, 发电机空载。短路电流计算的标准主要有IEC标和ANSI标准, 我国采用的是IEC标准。

国际规定了短路电流的计算方法、计算条件。国际推荐的三相短路电流计算方法是等值电压源法, 其计算条件为: (1) 不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式; (2) 忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳; (3) 具有分接开关的变压器, 其开关位置均视为在主分接位置; (4) 不计弧电阻; (5) 35KV及以上系统的最大短路电流计算时, 等值电压源取标称电压的1.1, 但不超过设备的最高运行电压。

采用IEC标准进行短路电流计算时, 允许用户任意设定短路电流计算的初值条件。可设定的选项包括: (1) 变比选项:1.0或正常变比; (2) 考虑充电电容与否; (3) 计及并联补偿与否; (4) 节点电压值; (5) 发电机功率因素。变压器变比增大时, 从本母线出去的变压器比增加了, 变压器支路的等值阻抗将增加, 短路电流将减小;反之, 变压器支路的等值阻抗将减少, 短路电流将增加。变比的大幅度变化对短路电流的影响相对较小;除基于潮流的短路电流计算外, 短路电流计算一般均不考虑线路充电电容、线路高抗、低压并联电容器、电抗器等设备的影响。考虑并联补偿时, 短路电流的变化相对较小, 而且, 考虑并联补偿后, 短路电流的的变化有升有降, 其中, 若是容性补偿占主导影响, 短路电流增加, 反之, 则下降;考虑充电电容时, 短路电流的变化幅度较大;若同时考虑充电电容和并联补偿, 其影响是两者的叠加;在短路电流计算中, 除基于潮流的短路电流计算外, 发电机一般设为空载, 所以, 发电机的空载电势与其端电压相同。若发电机处于负载状态, 其空载电势将太子发电机端电压, 且在有功功率相同的情况下, 功率因素越低, 负载率越高, 电流越大, 空载电势就越大, 故障前短路点的母线电压也就越高, 所以短路电路就越大;另外节点电压的变化时, 基于等值电压源法的短路电流计算结果与电压值保持线性关系。

篇8：短路电流计算课程设计

短路电流翻译成英文为short-circuitcurrent,就是在电力系统运行中发生非正常连接时流过的电流,发生在相与相之间和相与中性线之间。短路电流的值比额定电流大得多,影响其值大小的主要因素是短路点和电源之间的电气距离。比如,发电机端发生短路时,此时产生的最大瞬时短路电流值是额定电流的10-15倍。在大容量电力系统中,短路电流的值可以达到数万安,破坏电气设备,大大降低电网内的电压,严重影响电流系统的安全运行。所以,为了预防或者是降低短路电流对电力系统的危害,需要对其进行计算。电力系统分析中非常重要的一部分内容就是短路电流的分析和计算。如果能够对短路电流进行准确的分析和计算,能够为整定继电保护和电气设备选择等提供良好的基础,还可以选用限制短路电流的元件。通常情况下,发生三相系统短路时有两相短路 (f2)、三相短路 (f3)、两短路接地f(1,1)、单相短路 (f1)4种基本类型。发生电力系统故障时,发生最多的为一相短路接地,占总故障比例数约为90%,其次是两相短路,发生故障概率最小的为三相短路,但是三相短路对电力系统的危害最为严重。因此,本文主要分析了低压厂用电系统三相短路电流的计算。

1 短路电流计算条件

1.1 对称短路电流的计算

在计算短路电流时,为了便于计算,通常会做一些假设 :(1)电力系统短路时,各个电源依旧保持同步,也就是各电势没有相角差。(2)对负荷进行近似估计。异步电动机通常被作为恒定电抗 ;1000KW以上电动机端点附近发生短路时,在计算短路电流时要考虑负荷反馈的影响。(3)在电力系统发生短路时,变压器和计算机等的磁路饱和忽略不计,因此电量计算和网络简化等可以应用求解线性电路的方法进行。(4)计算短路电流时,忽略过渡电阻的影响,认定所有短路均为金属性短路。(5)计算短路电流时,通常将电力系统当做三相对称,但是一些不对称故障处出现局部的除外。

1.2 短路电流周期分量的计算

短路电流周期分量的计算有三步,一是,对功率基值SB进行选取,电压基值UB=Uav,其中,Uav是电网的平均额定电压值 ;计算相关电气元件的阻抗标值,制作出等值电路图。(2)对等值电路进行简化,算出线路的短路点f至电源的总阻抗X∑。(3)计算f点三相短路电流周期分量初值及其它待求量,短路电流基准值。

1.3 不对称短路电流的计算

如果电力系统的短路点发生不对称短路,则需要按照电力系统的接线情况对短路点的各序电抗进行计算,将不对称短路进行转化成对称短路电流计算,转化时根据正序等效定则进行。

2 低压厂用电系统三相短路电流的计算分析

2.1 馈电网络电阻

电网发生短路时,经过变压器向短路点的馈电网络如图1所示。知道接点Q的对称短路电流初始值I^{k或者是对称短路n功率初始值SnK,变压器低压侧的阻抗ZS应该根据公式(1)进行计算。}

公式(1)中,ZS——其单位为mΩ,代表变压器低压侧的阻抗 ;SnK——其单位为MV?A,代表馈电网络在接点Q的对称短路功率初始值 ;U——其单位为k V,代表Q点的系统标称电压 ;t——分接开关在主分接位置时的变压器额定电压比 ;Ikn其值如下表1所示,代表电压系数。

计算三相短路电流时只需要考虑正序阻抗。如果根据公式(1)计算电阻的具体数值,可根据进行计算。

2.2 变压器的阻抗

计算短路电流时,只计算双绕组变压器供电系统的短路电流 ;变压器阻抗只需要考虑双绕组变压器的正序短路阻抗。多绕组或者是双绕组变压器的零序阻抗根据制造厂的给出值进行计算。变压器的阻抗计算公式如下(2)(3)(4)所示。

公式(2)(3)(4)式中——变压器低压侧的额定电压—变压器的额定容量—变压器的负载耗损 ;—变压器低压侧的额定电流 ;——电阻电压,%——阻抗电压,%。

2.3 线路的电阻电抗

关于线路电抗和电阻的计算公式,每个手册都有不一样的版本。因为短路电流不是精确值,它只是一个估算值,而且计算时涉及的参数较多,十分复杂,因此,本文中采取手册查询的方法,从里面找到相关的数值。由于计算单位线路长度有效电阻时受到温度的影响,因此,在计算三相最大短路电流时,需要设定导体温度,设置为20℃。

2.4 电动机阻抗

发生短路时,电网内连接的异步电动机会向短路点反馈短路电流。三相对称短路中反馈电流的值会迅速变小,如果电动机(组)的额定电流之和的大小不及电动机算出的对称短路电流初始值的百分之一,也就是,则不考虑电动机阻抗的影响。其中代表切断电动机时短路点近区的对称短路电流初始值,代表电动机(组)短路点近区的额定电流总和。

2.5 短路电流计算

2.5.1 单电源馈电的三相短路

对称短路电流初始值,按图1计算,即

式中,c UN为等效电压源 ;RK为短路电阻,等于馈电网络电阻、变压器绕组电阻和线路电阻之和,即RK=RS+Rr +RL;XK为短路电抗,等于馈电网络电抗、变压器绕 组电抗和 线路电抗 之和,即XK=XS+Xr +XL;ZK为短路阻抗,若短路阻抗中的电阻RK<0.3XK时,可以忽略电阻,用XK代替ZK。

以单电源馈电的短路是串联供电电路为例,短路电流峰值ip可按以下计算

公式(6)中,k为峰值系数,可近似计算k≈1.02+0.98e-3R/X,也可按三相短路电流计算国标中的曲线查出。

2.5.2 非网状电网馈电的三相短路

由多条并联支路电源馈电的三相短路如图2所示。在短路点的对称短路电流初始值Ink、开断电流Ib和稳态短路电流Ik均由各支路的Ink、Ib和Ik叠加而成。图2所示电路中 ,I nk=Ib=Ik,支路电流、 ,按式(5)计算。

以由多电源并联向短路点馈电为例计算电流高峰值ip,它是各个支路电流ip的总和。本文中不讨论网状电网内的三相短路电流计算。

3 低压系统短路电流计算应注意的问题

选择低压断路器的短路分断能力时,人为提高安全系数,选择的断路器分段能力较高的,提高整个设计成本的,造成资源浪费。因此,要采取措施改进此问题。低压系统三相最大短路电流值是选择断路器短路分断能力的依据。选择适当的断路器将保障配电系统的安全性、可靠性和经济性。校验低压断路器动作的灵敏度。为了提高低压断路器切断接地故障电流的可靠性,根据《低压配电设计规范》中的规定需要校验断路器定时或是瞬时限过电流脱扣器动作的灵敏度。单相接地故障电流是校验断路器瞬时或定时限过电流脱扣器动作的灵敏性。如果配电系统中的电动机数量较多,工作人员需要考虑电动机反馈电流的影响。

4 结束语