mA短路电流计算.ppt

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1、中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件XmA短路电流计算 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第3章 短路电流的计算第一节第一节概述概述第二节第二节无限大容量电源系统供电时短路过程的分析无限大容量电源系统供电时短路过程的分析第三节第三节无限大容量电源无限大容量电源条件下短路电流的计算方法条件下短路电流的计算方法第四节第四节低压配电网中短路电流的计算低压配电网中短路电流的计算第六节第六节感应电

2、动机对短路电流的影响感应电动机对短路电流的影响第七节第七节供电系统中电气设备的选择与校验供电系统中电气设备的选择与校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第一节第一节 概述概述中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X1、短路的定义、短路的定义短路的定义短路的定义所谓短路是指电力系统中带电部分与大地所谓短路是指电力系统中带电部分与大地(包括设包括设备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等)之之间，以及不同相之间的短接。间，以及不同相之间的短接。(相与相或相与地短相与相或相与地短接接)这种短接可能是通过小阻抗的回路，或者是这种短接

3、可能是通过小阻抗的回路，或者是电弧的形式形成。电弧的形式形成。在中性点非有效接地系统中，短路故障主要在中性点非有效接地系统中，短路故障主要是各种相间短路，而单相接地不会造成短路，是各种相间短路，而单相接地不会造成短路，属于一种运行障碍。属于一种运行障碍。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2、短路原因、短路原因引起绝缘损坏的原因：引起绝缘损坏的原因：过电压过电压绝缘的自然老化和污秽绝缘的自然老化和污秽运行人员维护不周运行人员维护不周直接的机械损伤直接的机械损伤电力系统其他一些故障也可能导致短路：电力系统其他一些故障也可能导致短路：输电线路断线和倒杆事故输电线路断线和倒杆事故运行

4、人员违章操作运行人员违章操作鸟和小动物等跨接裸导体等鸟和小动物等跨接裸导体等中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X3 3、短路的类型、短路的类型三相短路三相短路中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X两相短路两相短路中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X单相单相(接地接地)短路短路单相短路单相短路两相接地短路两相接地短路两相接地短路两相接地短路中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X3、短路类型、短路类型中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xu短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热损坏；u短路电流产生很大的电动力，可能

5、使设备永久变形或严重损坏；u短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作；u短路可能使电力系统的运行失去稳定；u不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。4、短路危害、短路危害中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X5、短路的预防和限制措施、短路的预防和限制措施p认真执行运行规程，不断学习以提高电业人员的素质。严认真执行运行规程，不断学习以提高电业人员的素质。严格遵守操作计数规程和安全规程，避免误操作；在短路发格遵守操作计数规程和安全规程，避免误操作；在短路发生时，采取有效的措施将短路的影响限制在最小的范围内。生时，采取有效的措施将短

6、路的影响限制在最小的范围内。p作好设备的维护、巡视、检查，作好事故的预想和预防。作好设备的维护、巡视、检查，作好事故的预想和预防。p采用快速动作的继电保护和断路器，迅速隔离故障。使系采用快速动作的继电保护和断路器，迅速隔离故障。使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。统电压在较短的时间内恢复到正常值。p增大短路回路的阻抗，如在电路中装设限流电抗器等。增大短路回路的阻抗，如在电路中装设限流电抗器等。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X6、短路电流研究目的、短路电流研究目的选择：选择：导体和设备导体和设备校验：校验：短路时能承受瞬时冲击及热效应短路时能承受瞬时冲击及热效应整定和保护：

7、整定和保护：出现短路时能迅速和准确地切出现短路时能迅速和准确地切除故障除故障确定限流措施：确定限流措施：是否串联电抗器是否串联电抗器确定合理的主接线方式：确定合理的主接线方式：分列运行和并列运分列运行和并列运行行中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第二节第二节 无限大容量电源系统供电时短路无限大容量电源系统供电时短路过程的分析过程的分析中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X一、无限大容量电源一、无限大容量电源特点特点内阻为零内阻为零输出电压不随负载变化输出电压不随负载变化当用户的负荷容量远小于给它供电的电力系统容量时当用户的负荷容量远小于给它供电的电力系统容量时(

8、1/50)；当系统阻抗不大于短路回路总阻抗的当系统阻抗不大于短路回路总阻抗的5%10%时。时。实际中可以看作无限大容量供电系统的条件：实际中可以看作无限大容量供电系统的条件：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X二、短路过程分析二、短路过程分析基本过程基本过程-正常运行（负荷电流）正常运行（负荷电流）-发生短路发生短路-电流突然增大电流突然增大(周期分量加非周期分量周期分量加非周期分量)-稳定新值稳定新值(稳态短路电流稳态短路电流)。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X二、短路过程分析二、短路过程分析1、基本假设、基本假设u忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元

9、件参数恒忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元件参数恒定定u忽略元件的电阻忽略元件的电阻R，只考虑元件的电抗，只考虑元件的电抗X当当R=X/3时，忽略电阻，误差仅增大时，忽略电阻，误差仅增大5%。u忽略短路点的过渡电阻忽略短路点的过渡电阻u按对称分析按对称分析中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2、无限大电源容量的暂态过程、无限大电源容量的暂态过程电路对称，可以只取电路对称，可以只取一相讨论一相讨论中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X短路前电路中的电流为：式中：短路前电流的幅值 短路前回路的阻抗角 电源电压的初始相角，亦称合闸角；中国矿业大学信电学院电气工程研

10、究所供电技术电子课件X短路后电路中的电流应满足：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X短路的全电流可以用下式表示短路的全电流可以用下式表示 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，短路后回路的阻抗角，短路后回路的阻抗角，短路回路时间常数，短路回路时间常数，c 积分常数，由初始条件决定，即短路电流非周期积分常数，由初始条件决定，即短路电流非周期分量的初始值。分量的初始值。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X由于电路中存在电感，而电感中的电流不能由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前瞬间的电流应该等于短路发突变，则短路前瞬间的电流应该

11、等于短路发生后瞬间）的电流，生后瞬间）的电流，因此，短路的全电流为因此，短路的全电流为中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X3、短路电流波形、短路电流波形黄色曲线为短黄色曲线为短路电流波形，路电流波形，单调下降曲线单调下降曲线为非周期分量。为非周期分量。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X4、产生最大短路电流的条件、产生最大短路电流的条件在电源电压及短路地点不变的情况下，最大短在电源电压及短路地点不变的情况下，最大短路电流和路电流和Im、kl有关。有关。产生最大短路电流的条件产生最大短路电流的条件中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X4、产生最大短路

12、电流的条件、产生最大短路电流的条件满足以上条件的情况为：满足以上条件的情况为：（1 1）短路前电路处于）短路前电路处于空载状态空载状态，即，即（2 2）短路回路为）短路回路为纯感性回路纯感性回路，即回路的感抗比电阻大得多，即回路的感抗比电阻大得多，可以近似认为阻抗角可以近似认为阻抗角 ；（3 3）短路瞬间）短路瞬间电源电压过零值电源电压过零值，即初始相角，即初始相角 。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X5、三相短路的有关物理量、三相短路的有关物理量(1)短路电流次暂态值短路电流次暂态值 短路电流次暂态值是指短路以后幅值最大的一个周期（即短路电流次暂态值是指短路以后幅值最大的一

13、个周期（即第一个周期）的短路电流周期分量的有效值。在无限大容第一个周期）的短路电流周期分量的有效值。在无限大容量系统中，短路电流周期分量幅值保持不变。量系统中，短路电流周期分量幅值保持不变。(2)短路电流稳态值短路电流稳态值短路电流稳态值（短路电流稳态值（steadystatevalue）是指短路进入稳态后）是指短路进入稳态后短路电流的有效值。短路电流的有效值。无穷大容量电源系统发生三相短路时，短路电流周期分量的无穷大容量电源系统发生三相短路时，短路电流周期分量的幅值恒定不变，则幅值恒定不变，则中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X(3)短路电流冲击值短路电流冲击值短路电流冲击值

14、（短路电流冲击值（shockvalue），即在发生），即在发生最大短路电流的条件下，短路发生后约半个最大短路电流的条件下，短路发生后约半个周期出现短路电流最大可能的瞬时值。周期出现短路电流最大可能的瞬时值。n式中式中ksh称为冲击系数，称为冲击系数，1ksh2。n在高压供电系统中通常取在高压供电系统中通常取ksh=1.8；n低压供电系统中如容量为以下车间变电所的出口处发生短低压供电系统中如容量为以下车间变电所的出口处发生短路，常取路，常取ksh=1.3；中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X(4)短路冲击电流有效值（全电流有效值）短路冲击电流有效值（全电流有效值）短路冲击电流有效

15、值指的是短路后的第一个周期内短路冲击电流有效值指的是短路后的第一个周期内短路全电流的有效值。短路全电流的有效值。为了简化计算，可假定非周期分量在短路后第一个为了简化计算，可假定非周期分量在短路后第一个周期内恒定不变，取该中心时刻周期内恒定不变，取该中心时刻t=0.01s的电流值计的电流值计算。算。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X(5)短路功率短路功率短路功率又称为短路容量，它等于短路电流短路功率又称为短路容量，它等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积。均额定电压）的乘积。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供

16、电技术电子课件XI、ish、Ish和和I的意义的意义短路电流次暂态值短路电流次暂态值I，它是指短路瞬时，短路电流周期分量电流为最大，它是指短路瞬时，短路电流周期分量电流为最大幅值时所对应的有效值。此值通常用来作继电保护的整定近似和校验断幅值时所对应的有效值。此值通常用来作继电保护的整定近似和校验断路器的额定断流量。路器的额定断流量。短路电流冲击值短路电流冲击值ish，它是指在发生最大短路条件下，短路后，它是指在发生最大短路条件下，短路后0.01s时，短时，短路电流所出现的最大瞬时值。此值通常用来校验电气设备的动稳定性。路电流所出现的最大瞬时值。此值通常用来校验电气设备的动稳定性。短路电流冲击有

17、效值短路电流冲击有效值Ish，是指发生短路后的第一个周期内，全短路电流，是指发生短路后的第一个周期内，全短路电流的有效值。此值通常用来校验电气设备的动稳定性。的有效值。此值通常用来校验电气设备的动稳定性。短路电流稳态值短路电流稳态值I，它是指短路进入稳定状态后，短路电流的稳态有效，它是指短路进入稳定状态后，短路电流的稳态有效值。值。对于无限大容量电源系统的三相短路，对于无限大容量电源系统的三相短路，I=I=Iz=Ik。此值通常用来。此值通常用来校验电器和线路中载流部分的热稳定性。校验电器和线路中载流部分的热稳定性。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第三节第三节 无限大容量电源

18、条件下无限大容量电源条件下短路电流的计算方法短路电流的计算方法中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X对于无限大容量电源系统的三相短路，对于无限大容量电源系统的三相短路，I=I=Iz=Ik。为了简化计算，电压通常采用各级线路始末两端的平均电压为了简化计算，电压通常采用各级线路始末两端的平均电压Uav（线电压）（线电压）。标准电压等级的平均电压值标准电压等级的平均电压值(kV)标准电压标准电压0.1270.220.380.663平均电压平均电压0.1330.230.40.693.15标准电压标准电压61035110220平均电压平均电压6.310.537115231中国矿业大学信电学

19、院电气工程研究所供电技术电子课件X系统运行方式系统运行方式“运行方式运行方式”是指由于电力系统各开关状态不同，造成短路是指由于电力系统各开关状态不同，造成短路回路阻抗的变化，分为回路阻抗的变化，分为最大运行方式最大运行方式和和最小运行方式最小运行方式两种。两种。前者用以计算可能出现的最大短路电流，作为选择电气设备前者用以计算可能出现的最大短路电流，作为选择电气设备的依据；后者用以计算可能出现的最小短路电流，作为校验的依据；后者用以计算可能出现的最小短路电流，作为校验继电保护装置动作性能的依据。继电保护装置动作性能的依据。最大运行方式实际是将供电系统中的双回路电力线路和并联最大运行方式实际是将供

20、电系统中的双回路电力线路和并联的变压器均按并列运行处理，从而得到由短路点至系统电源的变压器均按并列运行处理，从而得到由短路点至系统电源的总阻抗最小，短路电流最大。的总阻抗最小，短路电流最大。同理，最小运行方式按实际可能的单列系统供电，阻抗最大，同理，最小运行方式按实际可能的单列系统供电，阻抗最大，短路电流最小。短路电流最小。主要在继电保护中用到。主要在继电保护中用到。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X通过对短路电流暂态过程的分析可知，在无限大容量电通过对短路电流暂态过程的分析可知，在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分量是源供电系统中发生三相短路时，短路电

21、流的周期分量是不变的，因此它的有效值也是不变的。不变的，因此它的有效值也是不变的。如下图如下图:(三相对称化归一相计算三相对称化归一相计算)1、求短路电流的基本原理、求短路电流的基本原理中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xp在在K点发生三相短路时，如短路回路的阻抗点发生三相短路时，如短路回路的阻抗R，X以以 表示，则三相短路电流的有效值为表示，则三相短路电流的有效值为式中：式中：pUav短路点所在线路的平均电压，短路点所在线路的平均电压，VpR，X短路回路的总电阻和总电抗，短路回路的总电阻和总电抗，。均已均已折算到短路点所在处的电压等级。折算到短路点所在处的电压等级。也即也即如

22、果短路回路中有变压器，就必须进行折算如果短路回路中有变压器，就必须进行折算。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X在工程设计中，高压供电系统的在工程设计中，高压供电系统的RX，为，为简化计算，若简化计算，若RX/3，可忽略，可忽略R，用，用X代替代替Z，同理在低压供电系统中，同理在低压供电系统中XR，若，若XR/3时时才才计计算算X的的影影响响。当当XR/3时，用时，用R代替代替Z，误差，误差5.4%，工程上允许。，工程上允许。p低低压压系系统统元元件件的的电电阻阻多多以以毫毫欧欧计计，因因此此用用有有名名值值法法比比较较方便。方便。p因因低低压压系系统统的的非非周周期期分分量量

23、衰衰减减快快，ksh值值在在11.3范范围围。ksh值值可可通通过过求求出出XR比比值值后后在在图图3-8中中的的曲曲线线查查出出，也也可按下式直接可按下式直接计计算：算：一般可取一般可取为为1.3。p考虑电弧电阻考虑电弧电阻中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X图图38 冲击系数冲击系数ksh与与XR比值的关系曲线比值的关系曲线中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X三相短路电流的计算三相短路电流的计算 电电源源至至短短路路点点的的总总阻阻抗抗包包括括变变压压器器高高压压侧侧系系统统、变变压压器器、低低压压母母线线及及配配电电线线路路等等元元件件的的阻阻抗抗及及开开

24、关关电电器、器、导线导线等的接触等的接触电电阻和阻和电电弧弧电电阻。阻。第六节第六节 感应电动机对短路电流感应电动机对短路电流的影响的影响中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X电动机对三相短路电流的影响电动机对三相短路电流的影响p供配电系统发生三相短路时，从电源点到短供配电系统发生三相短路时，从电源点到短路点的系统电压下降，严重时短路点电压可路点的系统电压下降，严重时短路点电压可将为零。将为零。p接在短路点附近运行的电动机的反电势可能接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处的系统残压，此时电动机大于电动机所在处的系统残压，此时电动机工作在发电状态，向短路点馈送短路电

25、流。工作在发电状态，向短路点馈送短路电流。p同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减，一般只考虑对冲击短路电流电流很快衰减，一般只考虑对冲击短路电流的影响。的影响。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X电动机对冲击短路电流的影响示意图电动机对冲击短路电流的影响示意图中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X电动机提供电动机提供的冲击短路电流为的冲击短路电流为式中：式中：电机种类电机种类同步同步异步异步调相机调相机综合负载综合负载1.10.91.20.80.20.20.160.35高压电动机：高压电动机：1.4-1.6;高压

26、电动机：高压电动机：1;中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X考虑电动机的影响后，冲击短路电流为考虑电动机的影响后，冲击短路电流为一般只在电动机附近三相短路时，感应电动机单机总一般只在电动机附近三相短路时，感应电动机单机总容量大于容量大于100kW，或电动机群总容量大于，或电动机群总容量大于100kW，考，考虑电动机的影响。虑电动机的影响。第七节第七节 供电系统中电气设备的供电系统中电气设备的选择及校验选择及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X 强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生:p电电动动力力效效应应，可可能能使

27、使电电气气设设备备和和导导体体受受到到破破坏坏或或产产生生永永久性变形久性变形;p热热效效应应，可可能能使使其其绝绝缘缘强强度度降降低低，加加速速绝绝缘缘老老化化甚甚至至损损坏。坏。p为为了了正正确确选选择择电电气气设设备备和和导导体体，保保证证在在短短路路情情况况下下也也不不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。损坏，必须校验其动稳定和热稳定。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X一、短路电流的力效应和热效应一、短路电流的力效应和热效应在在空空气气中中平平行行放放置置的的两两根根长长度度为为l、间间距距为为a的的导导体体中中分分别别通通有有电电流流 i1和和i2，则则其其相相互互间间

28、的的作作用用力力F(单单位位 N）可用下面公式来计算：可用下面公式来计算：1 1、短路电流的力效应、短路电流的力效应k：与载流体的形状和相对位置有关的：与载流体的形状和相对位置有关的形状系数形状系数。当导体长度远远大于当导体长度远远大于导体间距时，可以忽略导体形状的影响，即导体间距时，可以忽略导体形状的影响，即k 1。所以仅对母线需要所以仅对母线需要确定其形状系数。确定其形状系数。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X图图3-14 矩形母线的形状系数曲线矩形母线的形状系数曲线 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xu供供配配电电系系统统中中最最常常见见的的是是三三相

29、相导导体体平平行行布布置置在在同同一一平平面面里里的情况。的情况。如图所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流时，如图所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流时，可以证明中间相受力最大，大小为：可以证明中间相受力最大，大小为：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xu考考虑虑最最严严重重的的情情形形，即即在在三三相相短短路路情情况况下下，导导体体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：u上上式式就就是是选选择择校校验验电电气气设设备备和和母母线线在在短短路路电电流流作作用下所受冲击力效应的计算依据。用下所受冲击力效应的计算依据。中国矿业大

30、学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xp对于成套电气设备，因其长度、导线间的中心距、形状对于成套电气设备，因其长度、导线间的中心距、形状系数均为定值，故此力只与电流大小有关。系数均为定值，故此力只与电流大小有关。p因此成套电气设备动稳定的校验常用因此成套电气设备动稳定的校验常用设备极限通过电流设备极限通过电流表示。当成套设备允许表示。当成套设备允许极限通过电流峰值极限通过电流峰值大于大于短路电流短路电流冲击值冲击值时，或成套设备允许时，或成套设备允许极限通过电流有效值极限通过电流有效值大于大于短短路冲击电流有效值路冲击电流有效值时，设备的机械强度就能承受冲击电时，设备的机械强度就能承受冲击

31、电流的电动力，即电气设备满足动稳定的要求。流的电动力，即电气设备满足动稳定的要求。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2.短路电流的热效应短路电流的热效应电流通过电气设备和载流导体时，由于电阻电流通过电气设备和载流导体时，由于电阻损耗、涡流以及磁滞损耗等转变成热能，使损耗、涡流以及磁滞损耗等转变成热能，使电气设备和载流导体的温度升高。电气设备和载流导体的温度升高。当发热温度超过一定数值时，就会引起导体当发热温度超过一定数值时，就会引起导体机械强度的下降，绝缘材料的绝缘强度下降，机械强度的下降，绝缘材料的绝缘强度下降，导体连接部分的接触情况恶化，从而使电气导体连接部分的接触情况恶

32、化，从而使电气设备的使用年限缩短，甚至损坏电气设备。设备的使用年限缩短，甚至损坏电气设备。因此，对电气设备和载流导体都有规定的最因此，对电气设备和载流导体都有规定的最高允许温度。高允许温度。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xu因因为为短短路路以以后后继继电电保保护护装装置置很很快快动动作作，切切除除故故障障，因因此此短短路路持持续续时时间间很很短短，短短路路电电流流产产生生的的大大量量热热量量来来不不及及散散发发到到周周围围介介质质中中，可可以以认认为为全全部部热热量量被导体吸收，用来使导体的温度升高。被导体吸收，用来使导体的温度升高。u常常用用的的不不同同金金属属导导体体材

33、材料料均均有有规规定定的的短短时时发发热热最最高允许温度。见表高允许温度。见表3 33 3。u热热稳稳定定校校验验实实质质上上就就是是比比较较短短路路后后导导体体的的最最高高发发热热温温度度与与其其短短时时发发热热的的最最高高允允许许温温度度，若若前前者者不不超超过过后后者者则则该该设设备备热热稳稳定定性性满满足足要要求求，否否则则不不满满足要求。足要求。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X导导体种体种类类和材料和材料短路短路时导时导体允体允许许最最 高高 温温 度度 Nmax/0 0c c导导体体长长期允期允许许工工 作作 温温 度度N/0 0c c热稳热稳定系数定系数 C

34、C 值值铝铝母母线线及及导线导线、硬、硬铝铝及及铝锰铝锰合金合金硬硬铜铜母母线线及及导线导线200200300300707070708787171171钢钢母母线线（不与（不与电电器直接器直接连连接）接）钢钢母母线线（与（与电电器直接器直接连连接）接）410410310310707070707070636310kV10kV铝铝心油浸心油浸纸绝缘电缆纸绝缘电缆10kV10kV铜铜心油浸心油浸纸绝缘电缆纸绝缘电缆2002002202206060606095951651656kV6kV铝铝心油浸心油浸纸绝缘电缆纸绝缘电缆及及10kV10kV铝铝心不滴流心不滴流电缆电缆200200656590906k

35、V6kV铜铜心油浸心油浸纸绝缘电缆纸绝缘电缆及及10kV10kV铜铜心不滴流心不滴流电缆电缆22022065651501503kV3kV以下以下铝铝心心绝缘电缆绝缘电缆3kV3kV以下以下铜铜心心绝缘电缆绝缘电缆20020025025080808080铝铝心交心交联联聚乙聚乙烯绝缘电缆烯绝缘电缆铜铜心交心交联联聚乙聚乙烯绝缘电缆烯绝缘电缆200200230230909090908080135135铝铝心聚心聚氯氯乙乙烯绝缘电缆烯绝缘电缆铜铜心聚心聚氯氯乙乙烯绝缘电缆烯绝缘电缆130130130130656565656565100100表表3-3 导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温

36、度导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温度中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X它表示载流导体的温度对时间的变化曲线。它表示载流导体通过短它表示载流导体的温度对时间的变化曲线。它表示载流导体通过短路电流期间及切断电流后温度变化的情况。路电流期间及切断电流后温度变化的情况。0：导体周围介质温度；：导体周围介质温度；N：导体额定温度；：导体额定温度；k：导体最高温度；：导体最高温度；N：额定温升；：额定温升；k：短路：短路温升；温升；t0时刻发生短路，时刻发生短路，t1时刻短路被切除；时刻短路被切除；图图3-16 短路后导体温度对时间的变化曲线短路后导体温度对时间的变化曲线

37、 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xp要求要求k，必先求，必先求k。这便要求找出短路电流作用下发出的热量与。这便要求找出短路电流作用下发出的热量与导体温升之间的关系。导体温升之间的关系。p短路作用时间为短路作用时间为t1 t0；则在此时间段产生的热量：；则在此时间段产生的热量：Ikt：短路全电流；：短路全电流；R：导体电阻：导体电阻p由于由于Ikt在短路过程中并不是常数，其变化较复杂。工程上以短路在短路过程中并不是常数，其变化较复杂。工程上以短路稳态分量的有效值稳态分量的有效值I代替代替Ikt。将上式改为：。将上式改为：tj：短路电流作用的假想时间；：短路电流作用的假想时间；

38、tjz：短路电流周期分量作用的时间；：短路电流周期分量作用的时间；tjfi：短路：短路电流非周期分量作用的时间；电流非周期分量作用的时间；中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xp对于无限大容量电源系统，其短路电流周期分量保持不变，即对于无限大容量电源系统，其短路电流周期分量保持不变，即 I Iz，因此周期分量的假想时间，因此周期分量的假想时间tjz与短路电流的持续时间与短路电流的持续时间t相同，相同，也就是保护装置的动作时间也就是保护装置的动作时间tb和断路器切断电路的实际动作时间和断路器切断电路的实际动作时间(固有分闸时间固有分闸时间)tQF之和。之和。tb:随保护种类不同而不

39、同。随保护种类不同而不同。tQF:慢速动作取慢速动作取0.2s；其他取；其他取0.15s。p对于非周期分量的假想时间对于非周期分量的假想时间tjfi可按下各式计算：可按下各式计算：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xt0.1s,且且Tfi=0.05s时时 ，上式变为：，上式变为：故：故：tjfi=0.05s 而由前式可知：而由前式可知：在无限大容量电源供电系统中，当在无限大容量电源供电系统中，当tjz1s时，由于非周期分量衰减很快，产生的热量有限，相对而时，由于非周期分量衰减很快，产生的热量有限，相对而言可忽略。言可忽略。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xp上

40、述分析过程中，假设了短路过程是一个绝热过程，上述分析过程中，假设了短路过程是一个绝热过程，即短路电流作用产生的热量全部转化成了导体的温升。即短路电流作用产生的热量全部转化成了导体的温升。则可得短路过程的热平衡方程如下：则可得短路过程的热平衡方程如下：A：导体截面积：导体截面积l：导体长度；：导体长度；：导体材料电阻率；：导体材料电阻率；：导体材料密度；：导体材料密度；c：导体的比热容；：导体的比热容；p将上式整理可得：将上式整理可得：在导体材料确定后，在导体材料确定后，M值值仅为温度的函数；仅为温度的函数；Mk、MN值可查曲线。值可查曲线。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X图

41、图3-17 M=f()关系曲线关系曲线 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X图3-18 由N查k的步骤说明 利用利用图图3-17曲曲线线求求的步的步骤骤1)从纵坐标上找出导体在正常负从纵坐标上找出导体在正常负荷电流时的温度荷电流时的温度N值。值。2)2)由由向右向右查查得得对应对应于于该导该导体材料体材料曲曲线线上的上的a点，点，进进而求出而求出3)根据式根据式 可求出可求出4)4)由由计计算出的算出的值查值查出出对应对应曲曲线线上的上的b点，点，进进而求出而求出纵纵坐坐标标上的上的k值值。横坐横坐标标上的上的MN值值。若若Nmaxk，导体及电气设备满足热稳定要求。，导体及电气

42、设备满足热稳定要求。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件Xp工程工程设计设计中中，为为了了简简化化计计算，算，对对于于载载流流导导体体常采用在常采用在满满足足短路短路时发热时发热的最高允的最高允许许温度下所需温度下所需导导体的最小截面体的最小截面积积Amin来来校校验导验导体的体的热稳热稳定性。定性。p对对于于电电器器设备设备，出厂前都要，出厂前都要进进行行热稳热稳定校定校验验，从而确定了，从而确定了设备设备在在t时间时间内允内允许许通通过过热稳热稳定定电电流流It的数的数值值，根据短路，根据短路电电流流热热效效应应的等效法，即：的等效法，即：It为设备在为设备在t内能承受的热稳

43、定电流，内能承受的热稳定电流，可查产品样本。可查产品样本。t为为设备出厂时热稳定时间。设备出厂时热稳定时间。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则按按正正常常工工作作条条件件下下选选择择额额定定电电流流、额额定定电压及型号等，电压及型号等，按短路情况下校验热稳定和动稳定。按短路情况下校验热稳定和动稳定。二、供电系统中电气设备的选择及校验二、供电系统中电气设备的选择及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X（一）按正常工作条件选择电气设备（一）按正常工作条件选择电气设备 （1 1）环境）环境:选择电气设备时还应考虑设备的安

44、装地点、环境及选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。环境温度及防尘、防腐、防爆等。（2 2）电压）电压:电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。所接电网的最高运行电压。（3 3）电流）电流:电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。电流或计算电流。二、供电系统中电气设备的选择及校验二、供电系统中电气设备的选择及校验目前我

45、国普通电器产品的额定电流所规定的环境温度为目前我国普通电器产品的额定电流所规定的环境温度为40oC，应根据电气设备或载流导体所处的周围环境温度，应根据电气设备或载流导体所处的周围环境温度进行修正：进行修正：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X二、供电系统中电气设备的选择及校验二、供电系统中电气设备的选择及校验（二）按短路情况进行校验（二）按短路情况进行校验1 1短路动稳定校验短路动稳定校验当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超过设备的允许应力，即满足动稳定的条件：过设备的允许应力，即满足动稳定的条件：某些设备某些

46、设备(如电流互感器如电流互感器)由制造厂家提供动稳定倍数由制造厂家提供动稳定倍数kd，选，选择设备时要求：择设备时要求：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2 2短路热稳定校验短路热稳定校验前边已经讲过！前边已经讲过！对电流互感器要满足如下的热稳定关系：对电流互感器要满足如下的热稳定关系：二、供电系统中电气设备的选择及校验二、供电系统中电气设备的选择及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X（三）电气设备的选择与校验（三）电气设备的选择与校验供配电系统中的各种电气设备由于工作原供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同，选择及校验的项目也有所理和特性不同，

47、选择及校验的项目也有所不同。不同。具体参考表具体参考表34。二、供电系统中电气设备的选择及校验二、供电系统中电气设备的选择及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X（三）电气设备的选择与校验（三）电气设备的选择与校验1.1.断路器断路器高压断路器运行时应可以开断短路电流，所以断路器的额高压断路器运行时应可以开断短路电流，所以断路器的额定开断电流应不小于短路电流周期分量的有效值。定开断电流应不小于短路电流周期分量的有效值。当使用电压低于额定电压时当使用电压低于额定电压时校验时校验时中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X(三三)电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验

48、1.断路器断路器 在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验其断流容量。及动稳定和热稳定等因素外，还应校验其断流容量。（1）按工作环境选型）按工作环境选型 （2）按正常工作条件选择断路器的额定电压）按正常工作条件选择断路器的额定电压及额定电流及额定电流 （3）按短路电流校验动、热稳定性）按短路电流校验动、热稳定性动稳定性校验动稳定性校验若要断路器在通过最大短路电流时，不致损若要断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值不小于断路

49、器安装处的短路电流冲击值不小于断路器安装处的短路电流冲击值 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X 热稳定性校验热稳定性校验 当断路器在通过最大短路电流时，为使当断路器在通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：（4）断流容量的校验断流容量的校验 断路器能可靠切除短路故障的断路器能可靠切除短路故障的关键参数是它的关键参数是它的额定断流容量额定断流容量。因此，断路器的额定断。因此，断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至

50、于损坏路器在分断故障电流时不至于损坏 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2.高压隔离开关的选择高压隔离开关的选择按照一般条件选择按照一般条件选择按照短路进行动稳定和热稳定的校验。按照短路进行动稳定和热稳定的校验。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X3.3.电流互感器电流互感器 在高压电网中，计量仪表的电流线圈在高压电网中，计量仪表的电流线圈(如电流表、功率表如电流表、功率表等等)和继电保护装置中继电器的电流线圈都是通过电流互感和继电保护装置中继电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，器供电的。这样可以隔离高压电，有利于