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第四章 短路电流计算及电气设备的选择与校验 短路电流的基本概念 短路电流暂态过程 理想供电系统三相短路电流计算 短路电流的电动力效应及热效应 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(包括设备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等)之间，以及不同相之间的短接。(相与相或相与地短接) 这种短接可能是通过小阻抗的回路，或者是电弧的形式形成。 在中性点非有效接地系统中，短路故障主要是各种相间短路，而单相接地不会造成短路，属于不正常运行状态。 短路电流基本概念—短路原因 短路大多是由于电气设备载流部分的绝缘被损坏。引起绝缘损坏的原因有： 过电压 绝缘的自然老化和污秽 运行人员维护不周 直接的机械损伤。 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 运行人员违章操作 鸟和小动物等跨接裸导体等。 短路电流基本概念—短路种类 短路电流基本概念—短路危害 短路的危害 短路电流可能达到正常工作电流的几倍到几十倍，绝对值可达到几万甚至几十万安。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，损坏设备绝缘；另一方面，巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。 短路时往往会有电弧产生，它不仅烧坏故障元件本身，还可能烧坏周围设备危及人身安全。 很大的短路电流会使系统电压大幅度下降。严重时可能造成系统电压崩溃，出现大面积停电。 不对称接地短路故障将产生零序电流，它会在邻近的线路内产生感应电动势，造成对通信线路和信号系统的干扰。 短路的预防和限制措施 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；在短路发生时，采取有效的措施将短路的影响限制在最小的范围内。 作好设备的维护、巡视、检查，作好事故的预想和预防。 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。 增大短路回路的阻抗，如在电路中装设限流电抗器等。 短路电流基本概念—研究目的 选择：导体和设备 校验：短路时能承受瞬时冲击及热效应 整定和保护：出现短路时能迅速和准确地切除故障 确定限流措施：是否串联限流电抗器 确定合理的主接线方式和主要运行方式(分列运行和并列运行) 短路电流基本概念—基本假设 忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元件参数恒定 忽略元件的电阻R，只考虑元件的电抗X 当R=X/3时，忽略电阻，误差仅增大5%。 忽略短路点的过渡电阻 按对称分析 短路电流暂态过程 过程：正常电流（负荷电流）--电流突然增大(周期分量加非周期分量) --稳定新值(稳态短路电流，其有效值以I∞ 表示)。 暂态过程与电路参数和电源容量有关，分为有限容量与无限大容量两种情况。 无限大容量就是理想情况，特点是认为发生三相短路时电源电压数值不变。 无限大电源容量的暂态过程 电路对称，可以只取一相讨论 电压和电流方程 短路前的电压和电流为 短路电流的计算公式 短路电流由两部分组成：周期分量和非周期分量组成。 短路电流波形 黄色曲线为短路电流波形， 单调下降曲线为非周期分量。 产生最大短路电流的条件 短路电路近似于纯感性电路，即 短路发生前，电路为空载，即 发生短路瞬间（t=0），电压瞬时值恰好过零，即 短路电流冲击值 短路电流冲击值就是短路电流的最大瞬时值ish,有时也以短路电流冲击有效值Ish表示。 短路电流最大值出现在短路后约半个周期，即0.01s 计算公式如下（Ksh=1.8） ish = 1.8*1.414Ipe = 2.55I’’(短路电流冲击值) Ish = 1.52Ipe = 1.52I’’(短路电流冲击有效值) Ipe为周期分量初始值的有效值，习惯上又称为“次暂态电流”，以I’’表示。 短路容量 短路处的工作电压（一般用平均电压Uav）和短路电流周期分量Ipe所构成的三相功率。由如下公式计算： I’’、ish、Ish和I∞的意义 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。 短路电流冲击值ish，它是指在发生最大短路条件下，短路后0.01s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。 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I∞，它是指短路进入稳定状态后，短路电流的稳态有效值。对于无限大容量电源系统的三相短路，I∞=I’’=Ipe。此值通常用来校验电器和线路中载流部分的热稳定性。 平均电压 平均电压：为简化计算，电压通常采用各级线路的平均电压值