短路电流计算及电气设备选择杨.ppt

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1、第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.1 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.2短路的基本概念短路的基本概念无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路电流计算无限大容量电源系统的三相短路电流计算不对称短路电流的计算不对称短路电流的计算低压电网短路电流的计算低压电网短路电流的计算短路电流的热效应和电动效应短路电流的热效应和电动效应电气设备的选择及校验电气设备的选择及校验 导线和电缆截面的选择计算导线和电缆截面的选择计算 本本

2、章章 小小 结结习题与思考题习题与思考题本章内容本章内容短路的基本概念短路的基本概念 本章首先简述供配电系统短路的原因、危害、短路种类及短路计算的目本章首先简述供配电系统短路的原因、危害、短路种类及短路计算的目的；其次重点讲述无限大容量系统发生三相短路时的暂态过程、用标幺制的；其次重点讲述无限大容量系统发生三相短路时的暂态过程、用标幺制法计算短路回路元件阻抗和三相短路电流的方法；同时讲述不对称短路电法计算短路回路元件阻抗和三相短路电流的方法；同时讲述不对称短路电流及低压电网短路电流的计算；介绍短路电流的热效应和电动力效应及动、流及低压电网短路电流的计算；介绍短路电流的热效应和电动力效应及动、热

3、稳定度校验；最后讲述电气设备选择的一般方法及高低压电气设备的选热稳定度校验；最后讲述电气设备选择的一般方法及高低压电气设备的选择方法。择方法。一、短路的原因 用户供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产和生活的用户供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产和生活的需要。但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短需要。但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“短接短接”。短路发生的原因是多种多样的，主要有：短路发生的原因是

4、多种多样的，主要有：(1)电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化、绝缘材料机械损伤、电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化、绝缘材料机械损伤、设备缺陷未被发现和消除、设计安装有误等。设备缺陷未被发现和消除、设计安装有误等。(2)运行、维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理运行、维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。不善等。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.4短路的基本概念短路的基本概念 (3)自然灾害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水、大风、冰雪、地自然灾害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水、大风、冰

5、雪、地震等引起的线路倒杆、断线，鸟、老鼠及蛇等小动物跨越裸露的导体等。震等引起的线路倒杆、断线，鸟、老鼠及蛇等小动物跨越裸露的导体等。二、短路的危害 由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安甚常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压将大幅度下降。所以短路的至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压将大幅度下降。所以短路的后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有

6、如下几方面。后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几方面。(1)短路时会产生很大的电动力和很高的温度，使故障元器件和短路电路中的短路时会产生很大的电动力和很高的温度，使故障元器件和短路电路中的其他元器件损坏。其他元器件损坏。(2)短路时电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。短路时电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。(3)短路时会造成停电事故，而且短路越靠近电源，引起停电的范围越大，给短路时会造成停电事故，而且短路越靠近电源，引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失也越大。国民经济造成的损失也越大。(4)严重的短路会影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去严重的短路会影响电力系

7、统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。同步，造成系统解列。(5)单相对地短路时，电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信线路、信单相对地短路时，电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.5短路的基本概念短路的基本概念 由此可见，短路的后果是非常严重的。为保证电气设备和电网安全可由此可见，短路的后果是非常严重的。为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路

8、的一切原因；其次在发生短路后靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因；其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。为此，可采用快速动作的继电应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备(如电抗器如电抗器)等。等。三、短路的种类三、短路的种类 在三相供电系统中，短路的种类主要有在三相供电系统中，短路的种类主要有4种：种：(1)三相短路，是指供电系统中三相导线间发生对称性的短路，用三相短路，是指供电系统中三相导线间发生对称性的短路，用k(3)表表示，如图示，如图4.1(a)所示。所示

9、。(2)两相短路，是指三相供电系统中任意两相间发生的短路，用两相短路，是指三相供电系统中任意两相间发生的短路，用k(2)表示，表示，如图如图4.1(b)所示。所示。(3)单相短路，是指供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路，单相短路，是指供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路，用用k(1)表示，如图表示，如图4.1(c)、图、图4.1(d)所示。所示。(4)两相接地短路，两相接地短路是指中性点不接地的电力系统中两不两相接地短路，两相接地短路是指中性点不接地的电力系统中两不同相的单相接地所形成的相间短路，用同相的单相接地所形成的相间短路，用k(1.1)表示。如图表示。如图4.1(e)所示

10、；也指所示；也指两相短路又接地的情况，如图两相短路又接地的情况，如图4.1(f)所示。所示。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.6短路的基本概念短路的基本概念图图4.1 短路的类型短路的类型(虚线表示短虚线表示短路电流的路径路电流的路径)第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.7短路的基本概念短路的基本概念 上述的三相短路，属对称性短路；其他形式的短路，都属不对称上述的三相短路，属对称性短路；其他形式的短路，都属不对称短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路

11、的可能性最小。从短路电流大小来看，一般三相短路的短路电流值最大，可能性最小。从短路电流大小来看，一般三相短路的短路电流值最大，造成的危害也最严重；而两相短路的短路电流值最小。为了使电力系造成的危害也最严重；而两相短路的短路电流值最小。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择校验电气设备用的短路电流采用系统最大运行方式下的三相短路电择校验电气设备用的短路电流采用系统最大运行方式下的三相短路电流。而在继电保护流。而在继电保护(如过电流保护如过电流保护)的灵敏度计算中，则采用系统最小运的灵敏度计算中，则采用

12、系统最小运行方式下的两相短路电流。行方式下的两相短路电流。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.8短路的基本概念短路的基本概念1.短路电流计算的目的短路电流计算的目的 为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：大，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：(1)选择和校验电气设备。选择和校验电气设备。(2)进行继电保护装置的选型与整定计算。进行继电保护装置的选型与整定计算。(3)分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的

13、措施。分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。(4)确定电力线路对通信线路的影响等。确定电力线路对通信线路的影响等。四、短路电流计算的目的与基本假设四、短路电流计算的目的与基本假设 第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.9短路的基本概念短路的基本概念 2.短路电流计算的基本假设短路电流计算的基本假设 选择和校验电气设备时，一般只需近似计算在系统最大运行方式下可选择和校验电气设备时，一般只需近似计算在系统最大运行方式下可能通过设备的最大三相短路电流值。设计继电保护和分析电力系统故障时，能通过设备的最大三相短路电流值。设计继电保护和分析电力系统故障时，应

14、计算各种短路情况下的短路电流和各母线接点的电压。要准确计算短路应计算各种短路情况下的短路电流和各母线接点的电压。要准确计算短路电流是相当复杂的，在工程上多采用近似计算法。这种方法建立在一系列电流是相当复杂的，在工程上多采用近似计算法。这种方法建立在一系列假设的基础上，计算结果稍偏大。基本假设有：假设的基础上，计算结果稍偏大。基本假设有：(1)忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中各元件参数恒定。忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中各元件参数恒定。(2)忽略各元件的电阻。高压电网中各种电气元件的电阻一般都比电抗忽略各元件的电阻。高压电网中各种电气元件的电阻一般都比电抗小得多，各阻抗元件均可用一等值

15、电抗表示。但短路回路的总电阻大于总小得多，各阻抗元件均可用一等值电抗表示。但短路回路的总电阻大于总电抗的电抗的1/3时，应计入电气元件的电阻。此外，在计算暂态过程的时间常数时，应计入电气元件的电阻。此外，在计算暂态过程的时间常数时，各元件的电阻不能忽略。时，各元件的电阻不能忽略。(3)忽略短路点的过渡电阻。过渡电阻是指相与相或者相与地之间短接忽略短路点的过渡电阻。过渡电阻是指相与相或者相与地之间短接所经过的电阻。一般情况下，都以金属性短路对待，只是在某些继电保护所经过的电阻。一般情况下，都以金属性短路对待，只是在某些继电保护的计算中才考虑过渡电阻。的计算中才考虑过渡电阻。(4)除不对称故障处出

16、现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以看除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以看做三相对称的。做三相对称的。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.10无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析 电力系统的容量即为其各发电厂运转发电机的容量之和。实际电力系统的电力系统的容量即为其各发电厂运转发电机的容量之和。实际电力系统的容量和阻抗都有一定的数值。系统容量越大，则系统内阻抗就越小。容量和阻抗都有一定的数值。系统容量越大，则系统内阻抗就越小。无限大容量电源系统，指其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系无限大容量电源

17、系统，指其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供配电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所中母线上统，当用户供配电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所中母线上的电压能基本维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路回路总阻抗的的电压能基本维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%，或电力系统的容量超过用户供电系统容量，或电力系统的容量超过用户供电系统容量50倍时，可将电力系统看倍时，可将电力系统看作无限大容量电源系统。作无限大容量电源系统。对一般用户供配电系统来说，由于用户供配电系统的容量远比电力系统的对一般用户供配电系统来说，由于用户供配电

18、系统的容量远比电力系统的总容量小，而阻抗又较电力系统大得多。因此，用户供配电系统内发生短路时，总容量小，而阻抗又较电力系统大得多。因此，用户供配电系统内发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说可将电力系统看作电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说可将电力系统看作无限大容量电源系统。在等值电路图中表示为无限大容量电源系统。在等值电路图中表示为S和和X0。按无限大容量电源系统计算所得的短路电流是装置通过的最大短路电流。按无限大容量电源系统计算所得的短路电流是装置通过的最大短路电流。因此，在估算装置的最大短路电流时，就可以认为短路回路所接电源是无限大因此，在估算

19、装置的最大短路电流时，就可以认为短路回路所接电源是无限大容量电源系统。容量电源系统。一、无限大容量电源系统一、无限大容量电源系统 第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.11无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析 电力系统的短路故障往往是突然发生的。短路发生后，电系统就由工作电力系统的短路故障往往是突然发生的。短路发生后，电系统就由工作状态经过一个暂态过程状态经过一个暂态过程(或称短路瞬变过程或称短路瞬变过程)，然后进入短路后的稳定状态。，然后进入短路后的稳定状态。电流也将由原来正常的负荷电流突然增大，再经过暂态过程达到短路后的电流

20、也将由原来正常的负荷电流突然增大，再经过暂态过程达到短路后的稳态值。由于暂态过程中的短路电流比起稳态值要大得多，所以暂态过程稳态值。由于暂态过程中的短路电流比起稳态值要大得多，所以暂态过程虽然时间很短，但它对电气设备的危害远比稳态短路电流的危害要严重得虽然时间很短，但它对电气设备的危害远比稳态短路电流的危害要严重得多。因此，有必要对三相短路的暂态过程加以分析。多。因此，有必要对三相短路的暂态过程加以分析。图图4.2(a)是一个电源为无限大容量的用户供电系统发生三相短路时的电是一个电源为无限大容量的用户供电系统发生三相短路时的电路图。假设电源和负荷都是三相对称，则可取一相来分析，电路如图路图。假

21、设电源和负荷都是三相对称，则可取一相来分析，电路如图4.2(b)所示。所示。二、三相短路过渡过程分析二、三相短路过渡过程分析(a)三相电路图三相电路图(b)等效单相电路图等效单相电路图 图图4.2 无限大容量系统中发生三相短路无限大容量系统中发生三相短路第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.12无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析设电源相电压设电源相电压 ，正常负荷电流为，正常负荷电流为 。现现 0时短路时短路(等效为开关闭合等效为开关闭合)，则图，则图4.2(b)所示等效电路的电压方程为所示等效电路的电压方程为 (4-1)式中

22、式中 每相短路电流瞬时值；每相短路电流瞬时值；、短路回路的总电阻和总电感。短路回路的总电阻和总电感。这个微分方程的解为这个微分方程的解为 (4-2)式中式中 短路电流周期分量的幅值，短路电流周期分量的幅值，其中，其中 为短路回路的总阻抗；为短路回路的总阻抗；短路电流与电压之间的相角，短路电流与电压之间的相角，；短路回路的时间常数，短路回路的时间常数，；积分常数，其值由初始条件决定。积分常数，其值由初始条件决定。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.13无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析 当当 0发生三相短路瞬间，由于短路回路存

23、在着电感，因此电流不能发生三相短路瞬间，由于短路回路存在着电感，因此电流不能突变，即突变，即 ，故由正常负荷电流为，故由正常负荷电流为 与式与式(4-2)中中 相等并相等并代入代入 0，可求得积分常数为，可求得积分常数为 将上式代入式将上式代入式(4-2)即得短路电流为即得短路电流为 (4-3)在式在式(4-3)中，令中，令 ，为短路电流周期分量；为短路电流周期分量；为短路电流非周期分量。为短路电流非周期分量。由式由式(4-3)可以看出：当可以看出：当 时时(实际上经过实际上经过10个周期左右时间个周期左右时间)，0，这时，这时 (4-4)式中式中 短路稳态电流。短路稳态电流。，故由正常负荷电

24、流为第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.14无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析图图4.3给出无限大容量供电系统发生三相短路时前后电流、电压的变化曲线。给出无限大容量供电系统发生三相短路时前后电流、电压的变化曲线。图图4.3 4.3 无限大容量系统发生三相短路时前后电压、电流的变化曲线无限大容量系统发生三相短路时前后电压、电流的变化曲线第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.15无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析 从图从图4.3可以看出，短路电流在到达稳态值之前

25、，要经过一个暂态过程，可以看出，短路电流在到达稳态值之前，要经过一个暂态过程，这一暂态过程是短路非周期分量电流存在的那段时间。从物理概念上讲，这一暂态过程是短路非周期分量电流存在的那段时间。从物理概念上讲，短路电流周期分量是因短路后电路阻抗突然减小很多，而按欧姆定律应突短路电流周期分量是因短路后电路阻抗突然减小很多，而按欧姆定律应突然增大很多倍的电流；短路电流非周期分量则是因短路电路含有感抗，电然增大很多倍的电流；短路电流非周期分量则是因短路电路含有感抗，电路电流不可能突变，而按楞次定律感应的用以维持短路初瞬间路电流不可能突变，而按楞次定律感应的用以维持短路初瞬间(0时时)电电流不致突变的一个

26、反向衰减性电流。此电流衰减完毕后，短路电流达到稳流不致突变的一个反向衰减性电流。此电流衰减完毕后，短路电流达到稳定状态。定状态。三、有关短路的物理量三、有关短路的物理量1.短路电流周期分量短路电流周期分量 假设在电压假设在电压 0时发生三相短路，如图时发生三相短路，如图4.3所示。由式所示。由式(4-3)可知，短可知，短路电流周期分量为路电流周期分量为 (4-5)由于短路电路的电抗一般远大于电阻，即由于短路电路的电抗一般远大于电阻，即 ，90，因此短路初瞬间，因此短路初瞬间(0时时)的短路电流周期分量的短路电流周期分量闭合导体回路中的感应电流，其流向总是企图使感应电流自己激发的穿过回路面积的磁

27、通量，闭合导体回路中的感应电流，其流向总是企图使感应电流自己激发的穿过回路面积的磁通量，能够抵消或补偿引起感应电流的磁通量的增加或减少。能够抵消或补偿引起感应电流的磁通量的增加或减少。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.16无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析 式中式中 次暂态短路电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流周期次暂态短路电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流周期分量分量 的有效值。的有效值。(交流电电流有效值和最大值之间的恒定关系！交流电电流有效值和最大值之间的恒定关系！)在无限大容量供电系统中，由于系统母线电

28、压维持不变，所以其短路电流的在无限大容量供电系统中，由于系统母线电压维持不变，所以其短路电流的周期分量有效值周期分量有效值(用用 表示表示)在短路全过程中也维持不变，即在短路全过程中也维持不变，即 。也可用式也可用式(4-7)计算计算 (4-7)2.短路电流非周期分量短路电流非周期分量 短路电流非周期分量短路电流非周期分量 ，是用以维持短路初瞬间的电流不致突变而由电感，是用以维持短路初瞬间的电流不致突变而由电感上引起的自感电动势所产生的一个反向电流，如图上引起的自感电动势所产生的一个反向电流，如图4.3所示。由式所示。由式(4-3)可知，短可知，短路电流非周期分量为路电流非周期分量为 (4-8

29、)由于由于 90，1，故，故 (4-9)是按指数规律衰减的，经历是按指数规律衰减的，经历3 5 即衰减至零，短路的暂态过程结束，即衰减至零，短路的暂态过程结束，短路进入稳态。由衰减时间常数短路进入稳态。由衰减时间常数 知，电路中电阻越大，暂态过程越短知，电路中电阻越大，暂态过程越短促。暂态过程结束后的短路电流称为短路稳态电流，短路稳态电流只含短路电流促。暂态过程结束后的短路电流称为短路稳态电流，短路稳态电流只含短路电流的周期分量。的周期分量。(4-6)第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.17无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统的三相短路过程分析

30、3.短路全电流短路全电流 短路全电流短路全电流 就是其周期分量就是其周期分量 和非周期分量和非周期分量 之和，即之和，即 (4-10)某一瞬时某一瞬时 的短路全电流有效值的短路全电流有效值 是以时间是以时间t为中点的一个周期内的为中点的一个周期内的 的有效值的有效值 和和 在在 时刻的瞬时值时刻的瞬时值 的方均根值，即的方均根值，即 (4-11)4.短路冲击电流与冲击电流有效值短路冲击电流与冲击电流有效值 短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。由图短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。由图4.3所示短路全电流所示短路全电流 曲线可以看出，短路后经过半个周期曲线可以看出，短路后经过半个周期(

31、即即0.01s)达到最大值，此时的短达到最大值，此时的短路电流就是短路冲击电流路电流就是短路冲击电流 。短路冲击电流按式短路冲击电流按式(4-12)计算计算 (4-12)式中式中 短路电流冲击系数。短路电流冲击系数。从等效热效应得到的直接关系是，在阻值相等的电阻上功率等效，或者如果加上时间从等效热效应得到的直接关系是，在阻值相等的电阻上功率等效，或者如果加上时间就是放出的热量（能量）等效。由此得出电流或者电压的平方等效。就是放出的热量（能量）等效。由此得出电流或者电压的平方等效。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.18无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容

32、量电源系统的三相短路过程分析 当当 0，则，则 2；当；当 0，则，则 1。因此。因此1 1s时，可认为时，可认为tima tk。第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.50 短路时间短路时间t k为短路保护装置实际最长的动作时间为短路保护装置实际最长的动作时间top与断路器与断路器(开关开关)的断的断路时间路时间toc之之和，即和，即 tk top+toc (4-54)式中，式中，toc为断路器的固有分闸时间与其电弧延续时间之和。对于一般高压为断路器的固有分闸时间与其电弧延续时间之和。对于一般高压断路器断路器(如油断路器如油断路器)，可取，可取toc0.2s；对于

33、高速断路器；对于高速断路器(如真空断路器如真空断路器)，可，可取取t oc0.1s0.15s。根据式根据式(4-51)计算出的热量计算出的热量Q k，可计算出导体在短路后所达到的最高温，可计算出导体在短路后所达到的最高温度度 。但是这种计算，不仅比较繁复，而且涉及到一些难于准确确定的系。但是这种计算，不仅比较繁复，而且涉及到一些难于准确确定的系数，包括导体的电导率数，包括导体的电导率(它在短路过程中就不是一个常数它在短路过程中就不是一个常数)，因此最后计算的，因此最后计算的结果往往与实际出入很大，这里就不介绍了。结果往往与实际出入很大，这里就不介绍了。在工程设计中，一般是利用图在工程设计中，一

34、般是利用图4.11所示曲线来确定所示曲线来确定 。该曲线的横坐。该曲线的横坐标用导体加热系数标用导体加热系数 来表示，纵坐标表示导体周围介质的温度来表示，纵坐标表示导体周围介质的温度 。短路电流的热效应和电动效应短路电流的热效应和电动效应第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.51由由 查查 的步骤如下的步骤如下(图图4.12)：(1)先从纵坐标轴上找出导体在正常负荷时的温度先从纵坐标轴上找出导体在正常负荷时的温度 值；值；如果实际温度不知，可用手册所给的正常最高允许温如果实际温度不知，可用手册所给的正常最高允许温度。度。(2)由由 向右查得相应曲线上的向右查得相应

35、曲线上的 点。点。(3)由由 点向下查得横坐标轴上的点向下查得横坐标轴上的KL。(4)利用式利用式(4-55)计算：计算：(4-55)式中式中 A导体的截面积导体的截面积(mm2)；短路稳态电流短路稳态电流(kA)；tima短路发热假想时间短路发热假想时间(s)；KL、Kk分别为正常负荷和短路时导体加热系数分别为正常负荷和短路时导体加热系数(A2s/mm4)。(5)从横坐标轴上找出从横坐标轴上找出Kk值。值。(6)由由Kk向上查得相应曲线上的向上查得相应曲线上的 点。点。(7)由由 点向左查得纵坐标轴上的点向左查得纵坐标轴上的 值。值。短路电流的热效应和电动效应短路电流的热效应和电动效应图图4

36、.11 用来确定用来确定 k的曲线的曲线 图图4.12 由由 L查查 k的步骤说明的步骤说明 第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.52 供电系统在短路时，由于短路电流特别是短路冲击电流很大，因此相邻载供电系统在短路时，由于短路电流特别是短路冲击电流很大，因此相邻载流导体间将产生强大的电动力，可能使电器和载流部分遭受严重的破坏。因此，流导体间将产生强大的电动力，可能使电器和载流部分遭受严重的破坏。因此，电气设备必须具有足够的机械强度，以承受短路时最大电动力的作用，避免遭电气设备必须具有足够的机械强度，以承受短路时最大电动力的作用，避免遭受严重的机械性损坏。通常把电

37、气设备承受短路电流的电动效应而不至于造成受严重的机械性损坏。通常把电气设备承受短路电流的电动效应而不至于造成机械性损坏的能力，称为电气设备具有足够的电动稳定度。机械性损坏的能力，称为电气设备具有足够的电动稳定度。由由电工基础电工基础知，处在空气中的两平行导体分别通以电流知，处在空气中的两平行导体分别通以电流 、时，而时，而两导体的轴线距离为两导体的轴线距离为 ，档距，档距(即相邻的两支持点间距离即相邻的两支持点间距离)为为 ，则导体间的电，则导体间的电动力动力(单位为单位为N)为为 (4-56)式中式中 真空和空气的磁导率，真空和空气的磁导率，；Kf形状系数。形状系数。形状系数形状系数Kf与导

38、体截面形状和相对位置有关，只有当导体截面非常小、与导体截面形状和相对位置有关，只有当导体截面非常小、长度长度 比导体之间距离比导体之间距离 大得多，并且假定全部电流集中在导体轴线时，大得多，并且假定全部电流集中在导体轴线时，Kf才等于才等于1。但在实际计算中，对于圆截面和矩形截面导体，当导体之间距离足。但在实际计算中，对于圆截面和矩形截面导体，当导体之间距离足够大时，可以认为够大时，可以认为Kf1。在其他情况下，。在其他情况下，Kf1(如大工作电流的配电装置中各如大工作电流的配电装置中各相母线有多条时，条间距离很小相母线有多条时，条间距离很小)。因此，对于导体间的净空距离大于截面周。因此，对于

39、导体间的净空距离大于截面周长且每相只有一条矩形截面导体的线路，式长且每相只有一条矩形截面导体的线路，式(4-56)中取中取Kf1是适是适 用的。用的。二、短路电流的电动效应二、短路电流的电动效应短路电流的热效应和电动效应短路电流的热效应和电动效应第第4章章 短路电流计算及电气设备选择短路电流计算及电气设备选择4.53 如果三相线路中发生两相短路，则两相短路冲击电流如果三相线路中发生两相短路，则两相短路冲击电流 (单位为单位为A)通过通过两相导体时产生的电动力两相导体时产生的电动力(单位为单位为N)最大最大 (4-57)如果三相线路中发生三相短路，则三相短路冲击电流如果三相线路中发生三相短路，则

40、三相短路冲击电流 (单位为单位为A)在中在中间相产生的电动力间相产生的电动力(单位为单位为N)最大最大 (4-58)由于三相短路冲击电流与两相短路冲击电流有下列关系由于三相短路冲击电流与两相短路冲击电流有下列关系 =1.15因此三相短路与两相短路的最大电动力之比为因此三相短路与两相短路的最大电动力之比为 =1.15 (4-59)由此可见，三相线路发生三相短路时中间相导体所受的电动力比两相由此可见，三相线路发生三相短路时中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大，因此校验电器和载流部分的动稳定度，一般短路时导体所受的电动力大，因此校验电器和载流部分的动稳定度，一般都采用三相短路冲击电流

41、都采用三相短路冲击电流 或短路后第一个周期的三相短路全电流有效值或短路后第一个周期的三相短路全电流有效值 。短路电流的热效应和电动效应短路电流的热效应和电动效应2024年年4月月17日日第六节第六节 电气设备的选择及校验电气设备的选择及校验一、选择校验项目及条件一、选择校验项目及条件 电电气气设设备备的的选选择择，必必须须满满足足供供电电系系统统正正常常工工作作条条件件下下和和短短路路故故障障条条件件下下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。1.按正常工作条件选择按正常工作条件选择 按正常工作条件选择

42、，就是要考虑电气设备的环境条件和电气要求。按正常工作条件选择，就是要考虑电气设备的环境条件和电气要求。环环境境条条件件是是指指电电气气设设备备的的使使用用场场所所、环环境境温温度度，海海拔拔高高度度以以及及有有无无防防尘、防腐、防火、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。尘、防腐、防火、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。电电气气要要求求是是指指电电气气设设备备在在电电压压、电电流流频频率率等等方方面面的的要要求求，即即所所选选电电气气设设备备的的额额定定电电压压应应不不低低于于所所在在线线路路的的额额定定电电压压、电电气气设设备备的的额额定定电电流流应应不不小于该回路在各种合理运行方式下的

43、最大持续工作电流；即小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流；即续上页续上页 对对一一些些开开断断电电流流的的电电器器，如如熔熔断断器器、断断路路器器和和负负荷荷开开关关等等，则则还还有有断断流流能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。1）对对断断路路器器，其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大短短路路电电流。即流。即 2）对对负负荷荷开开关关，其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大负负荷荷电流。即电流。即 3）对对熔熔断断

44、器器，其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大短短路路电电流。即流。即（对非限流型熔断器）（对非限流型熔断器）（对限流型熔断器）（对限流型熔断器）额定开断电流：它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压额定开断电流：它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流。下，断路器能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流。续上页续上页 按按短短路路故故障障条条件件校校验验，就就是是要要按按最最大大可可能能的的短短路路故故障障时时的的力力稳稳定定性性和和热稳定性进行校验。热稳定性进行校验。2.按短路故障条件校验按短

45、路故障条件校验 对对于一般于一般电电器器，满足力稳定的条件是：，满足力稳定的条件是：电器的额定峰值耐受电流电器的额定峰值耐受电流 对对于一般于一般电电器器，满足热稳定的条件是：，满足热稳定的条件是：电器的电器的额额定短定短时时耐受耐受电电流有效流有效值值 对对于于载流导体，满足热稳定的条件是：载流导体，满足热稳定的条件是：导体的热稳定系数导体的热稳定系数二、高压断路器的选择与校验二、高压断路器的选择与校验 高高压压断断路路器器的的选选择择与与校校验验，主主要要是是按按环环境境条条件件选选择择结结构构类类型型，按按正正常常工工作作条条件件选选择择额额定定电电压压、额额定定电电流流并并校校验验开开

46、断断能能力力，按按短短路路故故障障条条件件校校验验动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。例例4-1 4-1 试试选选择择某某1010KV KV 高高压压配配电电所所进进线线侧侧的的高高压压户户内内真真空空断断路路器器的的型型号号规规格格。已已知知该该进进线线的的计计算算电电流流为为295295A A，配配电电所所母母线线的的三三相相短短路路电电流流周周期期分分量量有效有效值值为为3 3.2kA 2kA，继电继电保保护护的的动动作作时间为时间为1.11.1s s。解：初步选解：初步选VS1-12/630-16VS1-12/630-

47、16型进行校验，如表所示，所选正确。型进行校验，如表所示，所选正确。序序号号安装地点的电气条件安装地点的电气条件VS1VS1-12/630-16型断路器型断路器项项 目目数数 据据项项 目目数数 据据结结 论论1UN10kVUN.QF12 kV合格合格2Ic295AIN.QF630A合格合格33.2kAIoc16kA合格合格42.553.2kA=8.16kAiet40kA合格合格5(3.2kA)2(1.1+0.2)s=13.3kA2s(16 kA)24s=1024 kA2s合格合格三、高压熔断器的选择与校验三、高压熔断器的选择与校验 高高压压熔熔断断器器的的选选择择与与校校验验，主主要要是是按

48、按环环境境条条件件选选择择结结构构类类型型，按按正正常常工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力。工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力。高高压压熔熔断断器器的的额额定定电电流流应应不不小小于于它它所所安安装装的的熔熔体体电电流流。熔熔体体电电流流的的选选择应满足下列条件：择应满足下列条件：1 1）保保护护高高压压线线路路的的熔熔断断器器的的熔熔体体电电流流应应大大于于线线路路的的计计算算电电流流，一一般般取线路计算电流的取线路计算电流的1.11.11.31.3倍。倍。2）保保护护电电力力变变压压器器的的熔熔断断器器的的熔熔体体电电流流，考考虑虑到到变变压压器器的的正正常常过过负负荷

49、荷电电流流、励励磁磁涌涌流流（即即空空载载合合闸闸电电流流）及及低低压压侧侧电电动动机机自自起起动动引引起起的的尖尖峰峰电电流等因素，一般取一次侧额定电流的流等因素，一般取一次侧额定电流的1.52倍。倍。3）保保护护电电压压互互感感器器的的熔熔断断器器的的熔熔体体电电流流，因因互互感感器器二二次次侧侧负负荷荷很很小小，一般取为一般取为0.50.5A A。四、电流互感器的选择与校验四、电流互感器的选择与校验1.电压、电流的选择电压、电流的选择 电电流流互互感感器器的的额额定定电电压压应应不不低低于于装装设设地地点点电电路路的的额额定定电电压压；其其额额定定一一次电流应不小于电路的计算电流；而其额

50、定二次电流一般为次电流应不小于电路的计算电流；而其额定二次电流一般为5A。2.2.按准确级要求选择按准确级要求选择 电电流流互互感感器器满满足足准准确确级级要要求求的的条条件件，是是其其二二次次负负荷荷S2不不得得大大于于额额定定准准确级所要求的额定二次负荷确级所要求的额定二次负荷S2N，即即 S2NS2 对对于于保保护护用用电电流流互互感感器器来来说说，其其复复合合误误差差限限值值为为10%。生生产产厂厂家家给给出出电电流流互互感感器器的的误误差差为为10%时时一一次次电电流流倍倍数数K1（即即I1/I1N）与与最最大大允允许许二二次次负负荷荷阻阻抗抗|Z2al|的关系曲的关系曲线线。|Z2