供配電技術(shù) 第章 短路計算與設(shè)備選擇

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1、第六章短路計算與設(shè)備選擇第一節(jié) 概述第二節(jié) 無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程第三節(jié) 供配電網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計算第四節(jié) 三相短路電流計算第五節(jié) 不對稱短路電流計算第六節(jié) 低壓電網(wǎng)短路電流計算第七節(jié) 短路效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗第八節(jié) 電氣設(shè)備的選擇與校驗思考題與習(xí)題第一節(jié) 概述A.什么叫短路？什么叫短路？相與相或相與地之間的直接相連相與相或相與地之間通過小阻抗相連稱短路。B.短路的原因短路的原因:設(shè)備元件的損壞、誤操作、惡劣氣候造成的倒桿斷線、雷電過電壓造成的絕緣破壞、鳥獸在裸露導(dǎo)線之間跨越或咬壞絕緣等。C.短路的危害：短路的危害：短路電流熱效應(yīng)短路電流力效應(yīng)電壓下降影響用戶正常工作不對稱短路時的電磁效應(yīng)D.短

2、路計算的意義：短路計算的意義：力求消除可能引起短路的一切隱患對短路后果有一個恰當(dāng)?shù)墓纼r一、短路計算的意義IkIkIka)C電源0BA(3)k負(fù)荷(3)(3)(3)二、短路的類型a).a).三相短路三相短路b).b).兩相短路兩相短路電 源0b)CIkBAIk(2)k負(fù) 荷(2)(2)續(xù)上頁負(fù)荷0c)C(1)kIk(1)電源BA負(fù)荷0d)NC(1)kIk(1)電源BAc）、d）單相短路(1,1)e)CkI0電源ABkI(1,1)k(1,1)負(fù)荷e）兩相接地短路(1,1)f)CkIkIA0電源kIB(1,1)負(fù)荷(1,1)k kf）兩相短路接地圖圖6l短路類型短路類型（a）三相短路（b）兩相短路（

3、e）兩相接地短路（f）兩相短路接地（c）（d）單相短路說明說明 三相短路屬對稱性短路；其它形式的短路，屬非對稱短路。運行經(jīng)驗表明，在中性點直接接地系統(tǒng)中，以單相短路故障最多，發(fā)生三相短路的可能性最小。但是，一般三相短路的短路電流最大，造成的危害也最嚴(yán)重。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下也能可靠地工作，因此作為選擇檢驗電氣設(shè)備用的短路計算，應(yīng)以三相短路為主。實際上，三相電路的分析也是分析研究其它非對稱短路的基礎(chǔ)。第二節(jié)第二節(jié)無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程 一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析“無限大系統(tǒng)無限大系統(tǒng)”：指電源容量相對于用戶供配電系統(tǒng)大得多的電

4、力系統(tǒng)。理想的無限大系統(tǒng)是不存在的，如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路電路總阻抗的510，或電力系統(tǒng)容量超過用戶供配電系統(tǒng)容量50倍時，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。對一般用戶供配電系統(tǒng)來說，由于其容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃?，而阻抗又較電力系統(tǒng)大得多，因此供配電系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所母線上的電壓幾乎維持不變，因此，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。（b）單相等效電路圖（a）三相電路圖一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析圖圖62 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析

5、tUumsin)sin(tIim設(shè)電源相電壓正常負(fù)荷電流 tUdtdiLiRmkksin如果t=0時刻突然短路，得電壓方程為LR、式中為短路回路的總電阻和總電感Ki為短路電流瞬時值解式微分方程得tkkmkCetIi)sin(一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析解式微分方程得tkkmkCetIi)sin(ZUImkm/22XRZ)(RXarctgk314LXRR式中 -短路電流周期分量幅值，其中-短路回路的總阻抗-短路電路的阻抗角-短路電路的時間常數(shù)C-積分常數(shù)，由電路初始條件（t=0）來確定。一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程分析一、無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過

6、程分析當(dāng)t=0時，由于短路電路存在著電感，電流不會突變，有：00kii 即sin()sin()tmkkmkiItiItCe等于將t=0代入即可求得積分常數(shù)：sinsinmkkmIIC因此，得短路全電流 npptmkkmkkmkiieIItIi)sinsin()sin(pi-短路電流周期分量 npi-短路電流非周期分量()0sin()2sin()npkkkmkktiiiItIt時則I-短路穩(wěn)態(tài)電流，即短路電流非周期分量衰減完畢以后的短路全電流 無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程無限大系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程短路電流周期分量是因短路后電路阻抗突然減小很多倍，按歐姆定律應(yīng)突然增大很多倍的電流；短路電流非周期

7、分量則是因短路電路含有感抗，電路電流不可能突變，而按楞次定律感生的用以維持短路初瞬間（t=0時）電流不能突變的一個反向衰減性電流。此電流衰減完畢后，短路電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。npptmkkmkkmkiieIItIi)sinsin()sin(無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流曲線如下圖：無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流曲線如下圖：ifi(0)i正常運行狀態(tài)0.01siz(0)i0O暫態(tài)穩(wěn)態(tài)t(t)ikuishi,uu2IizifinpptmkkmkkmkiieIItIi)sinsin()sin(二、有關(guān)短路的幾個物理量二、有關(guān)短路的幾個物理量2、短路電流非周期分量、短路電流非周期分量3、

8、短路全電流、短路全電流4、短路沖擊電流、短路沖擊電流短路沖擊電流短路沖擊電流1.在高壓電路中發(fā)生三相短路時，一般取8.1shK3.1shK2.在低壓電路中發(fā)生三相短路時，一般取IKeIiiishnppsh 2)1(201.0)01.0()01.0(LRsheeK01.001.011IKeIIiIIshnppsh 2201.022)01.0(2)01.0()1(21)2(Iish 55.2IIsh 51.1Iish 84.1IIsh 09.1第三節(jié)第三節(jié) 供配電網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計算供配電網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計算 短路電流計算的步驟：短路電流計算的步驟：繪出計算電路圖，如圖64所示。確定短路計算點。繪出等值電

9、路圖。如圖65所示。計算各元件的參數(shù)。計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法：短路電流計算的方法：標(biāo)么值法。用于1000V以上高壓系統(tǒng)。有名值法。用于1000V及以下低壓系統(tǒng)。標(biāo)么值即相對值標(biāo)么值即相對值。任一物理量的標(biāo)么值 ，為該物理量的實際有名值 ，與所選定的與實際有名值具有相同量綱的基準(zhǔn)值 的比值，即標(biāo)么值的概念標(biāo)么值的概念*dAAdAddAAA/*四個基準(zhǔn)量：基準(zhǔn)電壓Ud，基準(zhǔn)電流Id，基準(zhǔn)視在功率Sd，基準(zhǔn)阻抗Zd。在高壓系統(tǒng)中，一般忽略電阻而直接用電抗代替各主要元件的阻抗，只有短路回路總電阻大于總電抗的三分之一時，才考慮電阻的影響。這樣在標(biāo)么值四個基準(zhǔn)值中就用電抗基準(zhǔn)值Xd取代

10、了阻抗的基準(zhǔn)值。33UXISUI因為：33ddddddUX ISU I因此：標(biāo)么值的概念標(biāo)么值的概念額定電壓0.220.3836103560110154220330500平均額定電壓0.230.403.156.310.53763115162230345525表61 各電壓等級電網(wǎng)的額定電壓和平均額定電壓kV四個基準(zhǔn)值只需定出其中兩個，其他兩個即可據(jù)約束關(guān)系導(dǎo)出。一般是先選定基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud。通常取:Sd=100MVA或1000MVA；基準(zhǔn)電壓Ud取元件所處電網(wǎng)的短路計算電壓。短路計算電壓又稱平均電壓,我國各電壓等級電網(wǎng)的額定電壓和平均電壓對照值如表61所列。標(biāo)么值的概念標(biāo)么值的概念在

11、選定了基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud以后，可分別按下式計算Id和Xd。（618）（619）高壓電網(wǎng)中影響短路電流的主要元件有：變壓器電抗器電力線路發(fā)電機或電力系統(tǒng)下面分別講述它們的電抗標(biāo)么值計算。cdddU3SU3SId（一）、發(fā)電機和電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值（二）、電力變壓器的電抗標(biāo)么值（二）、電力變壓器的電抗標(biāo)么值(三)、電力線路的阻抗標(biāo)么值（四）、電抗器的電抗標(biāo)么值（四）、電抗器的電抗標(biāo)么值小結(jié)小結(jié)233333ddddddddddcdcdddUX ISU ISSIUUUUXSI（一）、發(fā)電機和電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值（一）、發(fā)電機和電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值 GNdGNcNGNdGNGdSSXUUSSXX

12、*2*)(ocdkddckcdssdSSSSSUSUXXX22*1、同步發(fā)電機的電抗標(biāo)么值2、電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值（二）、電力變壓器的電抗標(biāo)么值（二）、電力變壓器的電抗標(biāo)么值22*%100100kkdTccTdTNddTNUUSXUUXSSXS(三三)、電力線路的阻抗標(biāo)么值、電力線路的阻抗標(biāo)么值2020*cddcdWLWLUSlrSUlrXRR2020*cddcdWLWLUSlxSUlxXXX電阻標(biāo)么值電抗標(biāo)么值 （四）、電抗器的電抗標(biāo)么值（四）、電抗器的電抗標(biāo)么值 dXNXNdXXdUUIIXX100%*例例61例例61第四節(jié)第四節(jié) 三相短路電流計算三相短路電流計算*d2dd)3()3(*1

13、33XXSUUSXUIIIccckk*dd)3(*)3(XIIIIkk無限大容量系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)么值：三相短路電流周期分量有效值為：三相短路容量：*d*d)3()3(/33XSXIUIUSckck 例例62例例62例例62大型交流電動機對短路電流值存在一定的影響大型交流電動機對短路電流值存在一定的影響第五節(jié)第五節(jié) 不對稱短路電流計算不對稱短路電流計算一、兩相短路電流的計算如圖所示：忽略電阻時：三相短路電流為：比較得：)3()3()2()3()2(866.02323/kkkkkIIIII所以：第五節(jié)第五節(jié) 不對稱短路電流計算不對稱短路電流計算二、單相短路電流的計算 0)1(ZU

14、Ik20200)()(XXRRZTT小結(jié)小結(jié) 無限大系統(tǒng)中短路時，兩相短路電流和單相短路電流均較三相短路電流小，因此:用于選擇校驗電氣設(shè)備和導(dǎo)體穩(wěn)定度的短路電流，應(yīng)采用三相短路電流。兩相短路電流主要用于相間短路保護(hù)的靈敏度檢驗。單相短路電流主要用于單相短路保護(hù)的整定及單相短路熱穩(wěn)定度的校驗。第六節(jié)第六節(jié) 低壓電網(wǎng)短路電流計算低壓電網(wǎng)短路電流計算低壓電網(wǎng)短路電流計算的特點：各元件的電阻值較大，短路計算時不能忽略；短路電流非周期分量衰減快,沖擊系數(shù)一般在11.3范圍內(nèi);計算短路電流時采用有名值,各元件的阻抗采用m表示;短路電流通路中的導(dǎo)線阻抗、各種線圈的阻抗以及開關(guān)觸頭的接觸電阻都必須計入。一、低

15、壓電網(wǎng)元件阻抗計算一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算（一）系統(tǒng)電源電抗 22/3/,sckckcocXUIUSUSm式中，UC為平均電壓，V；kSocS和為電力系統(tǒng)的短路容量和出口斷路器的斷流容量，kVA。一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算（二）變壓器阻抗1、變壓器的電阻由于變壓器的短路損耗為222233(3)()()()kNTNcTNcTcTkNPI RSURSURURPmS 所以，式中,Uc為短路點的計算電壓V;SN為變壓器的額定容量kVA;Pk為變壓器的短路損耗kW;Uk%為變壓器的短路電壓百分值2、變壓器的電抗22%3/100/100%100kNTcNTCkCTNUI XUS XU

16、UUXmS因為，所以，（）一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算 （三）母線阻抗：40.1445 lg()mmDXLmb母線電抗：310()mLRmA母線電阻：（四）線路阻抗00WLWLRr lmXx lm，表64和表65列出了部分低壓電纜的阻抗值。低壓電纜的阻抗值低壓電纜的阻抗值 表6-4低壓三芯鋁芯各種絕緣電力電纜三相短路時的阻抗(m/m)低壓電纜的阻抗值低壓電纜的阻抗值 表6-5低壓四芯鋁芯各種絕緣電力電纜三相短路時的阻抗(m/m)（五）低壓電器的阻抗表6-6 表6-7 表6-8分別列出了電流互感器一次線圈阻抗,低壓斷路器過電流線圈阻抗以及各種開關(guān)的觸頭接觸電阻表6-6開關(guān)觸頭

17、的接觸電阻(m)一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算表6-7自動空氣開關(guān)過電流線圈的阻抗(m)（五）低壓電器的阻抗（五）低壓電器的阻抗表6-8電流互感器一次線圈電阻和電抗(m)表6-9 低壓電網(wǎng)“組合”電阻 電抗近似值 一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算小結(jié)一、低壓電網(wǎng)元件阻抗計算小結(jié)（四）線路阻抗 （一）系統(tǒng)電源電抗：22/sckcocXUSUSm，（二）變壓器阻抗變壓器的電抗 2%100kCTNUUXmS，2()cTkNURPmS，變壓器的電阻（三）母線阻抗40.1445 lgmmDXLmb，母線電抗310mLRmA，母線電阻00WLWLRr lmXx lm，二、低壓電網(wǎng)短路電流計算二、

18、低壓電網(wǎng)短路電流計算(3)(3)(3)2233kccIIIUUZRX（二）沖擊電流和短路全電流最大有效值（一）三相短路電流周期分量(3)221 2(1)shshshshiK IIKI1.3shK一般取，則1.841.09shshiIII（三）兩相短路電流周期分量)3()3()2(866.023kkkIII（四）單相短路電流周期分量(1)02200()()kUIZURX00RX、為“相零”回路的總電阻和總電抗；U為電源相電壓。式中 見表610表613 表6-10屋外架空鋁導(dǎo)線“相線中性線”回路的單位長度阻抗值表表611屋內(nèi)安裝在絕緣子上的架空鋁芯橡皮絕緣線“相線中性線”回路的單位長度阻抗值表61

19、2鋁線穿管敷設(shè)并利用電線管作中性線時“相線中性線”回路單位長度阻抗值 表表613變壓器單相阻抗表變壓器單相阻抗表 表中變壓器的單相阻抗已換算至低壓側(cè) 例例63圖68求圖68所示低壓配電網(wǎng)絡(luò)點短路時的三相短路電流周期分量和沖擊電流值。計算各元件阻抗計算各元件阻抗解：解：取 VUUavc400系統(tǒng)電抗：mSUXkcS80.010200400322變壓器阻抗：mSUPRNckT25.55004002.8)(222mSUUZNckT80.125004001004100%22mRZXTTT67.1122計算各元件阻抗計算各元件阻抗母線阻抗：mSLRLL61.0360321071033)(21mRL13.

20、02503210133mXLL34.16025026.14lg1445.07)(21mXL16.05012026.14lg1445.013計算各元件阻抗計算各元件阻抗電纜阻抗：由表64查得000.754/,0.075/rmm xmmmLrRL1.1216754.0404mLxXL2.116075.0404電流互感器阻抗：查表68得mXmRhh2.1,75.0HD2開關(guān)接觸電阻：查表66得0.08DRm自動空氣開關(guān)過電流線圈阻抗及觸頭電阻查表66、7得mRmXmRcqq65.0,55.0,74.0計算各元件阻抗計算各元件阻抗mRRRRRRRRRhcqDLLLLT31.2075.065.074.0

21、08.01.1213.061.025.543)21(mXXXXXXXXqhLLLLTS92.1655.020.120.116.034.167.118.043)21(mXRZ43.2692.1631.202222短路回路總阻抗計算計算K(3)點的短路電流點的短路電流考慮異步電動機的沖擊電流（僅計入D3電動機的影響）,查表63得 kAIk47.843.263400)3(因為 02.11XRsheK所以 kAIKIKikshshsh61.1247.802.1222)3(2.0,9.0*MMXE*2()2 4.5552 4.51.020.663 380 0.89 0.91sh MMMsh MN MN

22、Msh MiEXKIIKkA則總沖擊電流為：kAiiiMshshsh27.1366.061.12第七節(jié)第七節(jié) 短路效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗短路效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗l 短路電流通過電器和導(dǎo)體時產(chǎn)生的效應(yīng)：電動效應(yīng)：即產(chǎn)生很大的電動力，可能使設(shè)備損壞或產(chǎn)生永久性變形；熱效應(yīng)：產(chǎn)生很高的溫度，將加速絕緣老化，使絕緣強度降低，過高的溫度甚至使絕緣損壞。l 為了正確的選擇和校驗電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，確保其可靠地工作，必須對它們進(jìn)行短路電流的熱效應(yīng)及電動力效應(yīng)的穩(wěn)定性校驗。一、短路電流的電動力效應(yīng)和動穩(wěn)定度一、短路電流的電動力效應(yīng)和動穩(wěn)定度（一）短路時的最大電動力(3)(3)27310shlFiNa（二）、短路動穩(wěn)定度

23、的校驗條件)3(maxshii)3(maxshII1、一般電器或?qū)τ陔娏骰ジ衅?3(.12shTANdiIk式中:l-導(dǎo)體檔距;a-導(dǎo)體間距 圖圖6-9 三相母線水平排列三相母線水平排列 a)平放 b)豎放 一、短路電流的電動力效應(yīng)和動穩(wěn)定度一、短路電流的電動力效應(yīng)和動穩(wěn)定度2、硬母線 ca1硬銅母線（TMY）MPaa1401硬鋁母線（LMY）MPaa701WMc/(3)(810)MF l62hbW 母線材料的最大允許應(yīng)力(Pa)母線承受的最大計算應(yīng)力 母線承受的彎曲力矩母線的截面系數(shù) 當(dāng)母線的檔數(shù)為12時，取8；當(dāng)母線的檔數(shù)大于2時，取10 一、短路電流的電動力效應(yīng)和動穩(wěn)定度一、短路電流的電

24、動力效應(yīng)和動穩(wěn)定度3、絕緣子)3(1caFF絕緣子的最大允許載荷;如果手冊或樣本給出的是絕緣子的抗彎破壞載荷值,則應(yīng)乘以0.6 短路時作用于絕緣子上的計算力 母線在絕緣子上平放(圖6-9a)時：)3()3(FFc)3()3(4.1FFc母線在絕緣子上豎放(圖6-9b)時：例6-4 設(shè)例6-1所示系統(tǒng)變電所380V側(cè)母線上接有250kw的感應(yīng)電動機一臺,其cos=0.7,效率=0.75 該母線采用 LMY10010的硬鋁母線,水平放置,檔距為900mm,檔數(shù)大于2,相鄰兩相母線的軸線距離為160mm 試求該母線三相短路時所受的最大電動力,并校驗其動穩(wěn)定度解解:1.計算母線短路時所受的最大電動力由

25、例6-2知,380V母線的短路電流 kAikAIshk6.63,57.34)3()3(接于380V母線的感應(yīng)電動機額定電流(3).2500.7240.013 380 0.7 0.75N MkIkAI故需計入感應(yīng)電動機反饋電流的影響 該電動機的反饋電流沖擊值為 kAICKiMNMshMsh7.4724.015.6.因此母線在三相短路時所受的最大電動力為 NaliiFMshsh45451016.09.0)107.4106.63(310)(3723372.)3(例6-42.校驗?zāi)妇€短路時的動穩(wěn)定度母線在F（3）作用時的彎曲力矩為 mNlFM.409109.0454510)3(母線的截面系數(shù)為 352

26、210667.1601.01.06mhbW故母線在三相短路時所受到的計算應(yīng)力為 56214091.667 1024.5 10/24.570caMWN mMPaMPa所以,該母線滿足短路動穩(wěn)定度的要求 二、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度二、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度(一)圖610 短路時導(dǎo)體的溫度變化二、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度二、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度(一)圖611 短路發(fā)熱假想時間22()0ktiKk titQIRdtI Rt引入假想時間量可得熱：stIIttkki05.0)(05.02:kopocttt其中1kiktstt當(dāng)時取保護(hù)裝置實際最長的動作時間 斷路器的開斷時間 圖612 用來

27、確定k的曲線根據(jù)熱量Qk,可計算出導(dǎo)體在短路后所能達(dá)到的最高溫度k,但計算非常復(fù)雜，通常用圖612所示曲線來確定。圖613 由L查k的步驟說明根據(jù)熱量Qk,可計算出導(dǎo)體在短路后所能達(dá)到的最高溫度k iLktAIKK2)(二、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度二、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度(二)短路熱穩(wěn)定度的校驗條件ittItI2)3(22、導(dǎo)體(3)(3)min(3)miniikLigttAIIKKCt KAIC或 1、一般電器：kal導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)見附表2 表表614 例6-5 試校驗例6-4所述變電所380V側(cè)LMY母線的短路熱穩(wěn)定度 已知此母線的短路保護(hù)實際動作時間為0.6s,低壓斷路器的斷路

28、時間為0.1s 該母線正常運行時最高溫度為55解解:用L=55查圖6-12的鋁導(dǎo)體曲線,對應(yīng)的 424/105.0mmsAKL而 0.050.050.60.10.050.75ikopoctttts由例6-2知 AI3)3(1057.34又由例6-4知 210100mmA因此由式(6-58)得 34242434.57 100.5 10()0.75100 100.59 10/kKAs mm用Kk去查圖6-12中鋁導(dǎo)體的曲線可得 00max70200kkCC滿足短路熱穩(wěn)定度要求 例6-5另解另解:利用式6-63求母線滿足短路熱穩(wěn)定度的最小允許截面查附錄表2得 221/87mmsAC由表6-14查得K

29、g1.0,故最小允許截面為23)3(min344870.175.01057.34mmCKtIAgi由于母線實際截面A=10010=1000mm2Amin=344m2因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求第八節(jié)第八節(jié) 電氣設(shè)備的選擇與校驗電氣設(shè)備的選擇與校驗 一 高壓電氣設(shè)備選擇 原則要求：原則要求：根據(jù)實際工作特點,按照有關(guān)設(shè)計規(guī)范規(guī)定,在保證供配電安全可靠的前提下,力爭做到技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理 一般條件一般條件:(1)按正常工作條件選擇,包括電壓 電流 頻率 開斷電流等條件;(2)按短路條件校驗,包括動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定條件;(3)按工作環(huán)境條件選擇,如溫度 濕度 海拔等條件;選擇校驗項目：選擇校驗項目：由

30、于各種高壓電氣設(shè)備具有不同的性能特點,選擇與校驗條件不盡相同,高壓電氣設(shè)備的一般選擇與校驗項目見表6-15表表6-16 高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗項高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗項 電氣設(shè)備名稱額定電壓額定電流開斷能力短路校驗環(huán)境條件其它動穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷路器操作性能負(fù)荷開關(guān)操作性能隔離開關(guān)操作性能熔斷器上 下級間配合電流互感器二次負(fù)荷 準(zhǔn)確等級電壓互感器二次負(fù)荷 準(zhǔn)確等級支柱絕緣字穿墻套管母線電纜注:表中“”為選擇項目,“”為校驗項目 (一一)額定電壓和額定電流的選擇額定電壓和額定電流的選擇 電氣設(shè)備的額定電壓UN1應(yīng)不低于裝設(shè)地點電網(wǎng)的額定電壓UN2,即UN1UN2 (6-62)電氣設(shè)備的額定電流IN

31、應(yīng)不小于正常工作時的最大負(fù)荷電流Ic,即 INIc (6-63)u 我國目前生產(chǎn)的設(shè)備,設(shè)計時取周圍環(huán)境溫度40作為計算值,若實際使用時的環(huán)境溫度(取當(dāng)?shù)刈顭嵩碌钠骄罡邷囟?不是40,則電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)按下式修正max4040max40NNNNIIKII溫度修正系數(shù) 電氣設(shè)備允許最高溫度 實際使用時的環(huán)境溫度(二二)按環(huán)境條件選擇電氣設(shè)備的型式按環(huán)境條件選擇電氣設(shè)備的型式 選擇電器時,應(yīng)按裝設(shè)地點的環(huán)境條件選擇電氣設(shè)備的型式 如溫度,風(fēng)速 濕度 污穢 海拔 地震烈度等條件 由于戶外條件比戶內(nèi)差,故在制造上把設(shè)備分成戶內(nèi)型與戶外型兩種形式 當(dāng)戶外裝置處于特別惡劣的環(huán)境中,例如煤礦 化學(xué)工廠

32、等,就需要采用特殊絕緣構(gòu)造的加強型或高一級電壓的設(shè)備 為了適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境,電氣設(shè)備制造成普通型防爆型 濕熱型 高原型 防污型 封閉型等多種類型(三三)按短路條件校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定按短路條件校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 1.電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性校驗(1)斷路器 負(fù)荷開關(guān) 隔離開關(guān)等設(shè)備的動穩(wěn)定性應(yīng)滿足(3)(3)maxmaxshshiiII 或(2)電流互感器的動穩(wěn)定性應(yīng)滿足(3)支柱絕緣子及穿墻套管的動穩(wěn)定性應(yīng)滿足(4)硬母線的動穩(wěn)性應(yīng)滿足)3(.12shTANdiIk)3(1caFF1ac2/6cM WWb h，式中：114070aMPaTMYMPaLM

33、Y式中母線材料的最大允許應(yīng)力：母線所受到的最大計算應(yīng)力當(dāng)母線的檔數(shù)為12時 8)3(lFM 當(dāng)母線的檔數(shù)大于2時 10)3(lFM(3)(3)27310,()shlFiNa式中：2.電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性校驗(1)斷路器 負(fù)荷開關(guān) 隔離開關(guān) 穿墻套管等的熱穩(wěn)定性應(yīng)滿足ittItI2)3(2(2)電流互感器的熱穩(wěn)定性應(yīng)滿足(KhIN1)2(I(3)2tiKh,IN1由生產(chǎn)廠給出的電流互感器的1秒鐘熱穩(wěn)定倍數(shù)及一次側(cè)額定電流I(3),ti 短路穩(wěn)態(tài)電流值及熱效應(yīng)計算假想時間(3)母線及電纜的熱穩(wěn)定性校驗應(yīng)滿足(3)minitAAIC(四四)開關(guān)電器的開斷能力校驗開關(guān)電器的開斷能力

34、校驗 高壓隔離開關(guān)不允許帶負(fù)荷操作,不必校驗開斷能力 高壓斷路器 負(fù)荷開關(guān) 高壓熔斷器在選擇時,要校驗其開斷能力 高壓負(fù)荷開關(guān)應(yīng)滿足maxocOLII負(fù)荷開關(guān)的最大分?jǐn)嚯娏?最大負(fù)荷電流,可取為1.5Ic3Ic 高壓斷路器應(yīng)滿足 33maxmaxockockIISS或最大開斷電流 最大開斷電流 安裝點最大三相短路電流 安裝點最大三相短路容量 非限流型高壓熔斷器 3maxNOFFshII額定開斷容量 安裝地點的最大三相短路沖擊電流有效值 限流型高壓熔斷器 maxNOFFkII安裝處最大次暫態(tài)三相短路電流周期分量有效值,對無窮大容量系統(tǒng)即三相短路電流周期分量有效值(五五)電流互感器的選擇與校驗電流

35、互感器的選擇與校驗 電流互感器的選擇條件：電流互感器的選擇條件：額定電壓 額定電流 短路動熱穩(wěn)定 準(zhǔn)確度級 二次容量 前三個條件已經(jīng)述及，下面介紹后兩個選擇條件。(五五)電流互感器的選擇與校驗電流互感器的選擇與校驗(1)準(zhǔn)確度級 所謂電流互感器的準(zhǔn)確度級,是指電流互感器測量誤差的百分?jǐn)?shù) 電流互感器的準(zhǔn)確度級一般分為0.l(0.2)0.5 1 3 5以及保護(hù)用的5P 10P等級 在實驗室進(jìn)行精確測量多選用0.1或0.2級的電流互感器 在工程上用于連接瓦特表或瓦時表,并以此計量收取電費的,應(yīng)選用0.5級的電流互感器 在運行中只作監(jiān)視或估算電量用的,可選1 3級的電流互感器 供辨別被測值是否存在或大

36、致估算的儀表所用的電流互感器及供一般保護(hù)裝置用的電流互感器,可選用準(zhǔn)確度級為5級或5P 10P級的電流互感器 對差動保護(hù)用的電流互感器應(yīng)選用5P級的 如果一只電流互感器既要供給儀表又要供給保護(hù)裝置,可以選擇具有兩個鐵芯,不同準(zhǔn)確度級的電流互感器(五五)電流互感器的選擇與校驗電流互感器的選擇與校驗(2)二次容量或二次負(fù)載的校驗ZN2Z2Rm+Rwi+Rtou (6-70)或 SN2S2Sm+I22Rwi+I22Rtou (6-71)式中 Rm,Sm-電流互感器二次回路中所接儀表內(nèi)阻的總和與儀表所消耗容量的總和;Rwi-電流互感器二次聯(lián)接導(dǎo)線的電阻;Rtou-電流互感器二次連線的接觸電阻,一般取為

37、0.05儀表消耗的容量與其內(nèi)阻的關(guān)系為Sm=IN2Rm?？捎僧a(chǎn)品樣本或附錄表21中查得按規(guī)程要求聯(lián)接導(dǎo)線應(yīng)采用不得小于1.5 mm2的銅線,實際工作中常取2.5mm2的銅線當(dāng)截面選定之后,即可計算出聯(lián)接導(dǎo)線的電阻Rwi應(yīng)該指出 用一只電流互感器時電阻的計算長度應(yīng)取連接長度的2倍,用三只電流互感器接成完全星形接線時,由于中線電流近于零,則只取連接長度為電阻的計算長度 用兩只電流互感器接成不完全星形結(jié)線時,其二次公用線中的電流為兩相電流之向量和,其值與相電流相等,但相位差為60,故應(yīng)取連接長度的根號三倍為電阻的計算長度(六六)電壓互感器的選擇與校驗電壓互感器的選擇與校驗(1)額定電壓 電壓互感器一

38、次繞組線間額定電壓不應(yīng)低于網(wǎng)路的額定電壓,電壓互感器二次繞組線間額定電壓通常為100V(2)裝置類型 型式 電壓互感器應(yīng)根據(jù)安裝地點和使用條件選擇相應(yīng)的類型和型式 對6l0kV宜選擇3個單相澆注式三繞組的JDZJ型電壓互感器,接成兩個星形和一個開口三角形接線,見圖2-18(c)對35kV以上的宜選取單相油浸式三繞組的JDX6-35型和JCC型串級式電壓互感器 如果只作一般測量用也可以選取兩只單相的接成V-V接線 (3)準(zhǔn)確度級 電壓互感器的準(zhǔn)確度級,是指電壓互感器測量誤差的百分?jǐn)?shù)供功率測量 電能測量以及功率方向保護(hù)用的電壓互感器應(yīng)選擇0.5級或1級的,只供估計被測值的儀表和一般電壓繼電器的選用

39、3級電壓互感器為宜 (4)二次容量的校驗 為保證互感器的誤差不超出準(zhǔn)確度級所允許的誤差,電壓互感器二次側(cè)所接儀表和繼電器的總負(fù)荷S2,不應(yīng)超過所要求準(zhǔn)確級下的額定容量SN2,即SN2S2 S2為各儀表和繼電器所消耗容量的總和計算電壓互感器的各相負(fù)荷時,必須注意互感器與負(fù)荷的連接方式 當(dāng)互感器與負(fù)荷接線方式不一致時,每相負(fù)荷的計算公式可參考表6-16表表6-16 電壓互感器二次繞組負(fù)荷計算公式電壓互感器二次繞組負(fù)荷計算公式(七七)低壓電器的選擇低壓電器的選擇l 低壓電器的選擇和高壓電器的選擇一樣,除應(yīng)滿足電氣設(shè)備使用環(huán)境條件要求外,也應(yīng)按正常工作條件選擇,根據(jù)情況按短路故障條件進(jìn)行校驗1.按使用

40、環(huán)境條件選擇按使用環(huán)境條件選擇按環(huán)境特征選擇相應(yīng)的設(shè)備類型比如根據(jù)干燥 潮濕 特別潮濕 灰塵 化學(xué)腐蝕 高溫 火災(zāi)危險 爆炸危險 室內(nèi)室外等環(huán)境條件確定選擇開啟式 保護(hù)式 防塵式 密封式 防爆式 隔爆式等不同結(jié)構(gòu)特征的設(shè)備(七七)低壓電器的選擇低壓電器的選擇2.按正常工作條件選擇按正常工作條件選擇(1)電器設(shè)備的額定電壓應(yīng)不低于所在電網(wǎng)的額定電壓電器設(shè)備的額定頻率應(yīng)符合所在電網(wǎng)的額定頻率(2)電器設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于所在回路的計算電流如熔斷器熔體電流的選擇應(yīng)同時滿足正常運行時線路上的計算電流和起動時產(chǎn)生的尖峰電流兩個條件(3)對需帶負(fù)荷接通或斷開的電器設(shè)備,應(yīng)校驗其接通 開斷能力如刀開關(guān)斷開

41、的負(fù)荷電流不應(yīng)大于制造廠容許的開斷電流低壓熔斷器選擇時,要求上一級熔體電流應(yīng)比下一級熔體電流大24級自動空氣開關(guān)其瞬時或短延時動作過電流脫扣器的整定電流應(yīng)大于線路上的尖峰電流;其長延時動作過電流脫扣器的整定電流應(yīng)大于線路的計算電流,同時應(yīng)校驗過負(fù)荷時是否可靠動作(4)某些電器還應(yīng)按有關(guān)的專門要求選擇 如互感器還應(yīng)符合準(zhǔn)確度等級的要求等(七七)低壓電器的選擇低壓電器的選擇3.按短路工作條件校驗按短路工作條件校驗(1)可能通過短路電流的電器設(shè)備,應(yīng)滿足短路條件下的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求(2)需斷開短路電流的電器設(shè)備,應(yīng)滿足短路條件下的分?jǐn)嗄芰?對于熔斷器 低壓自動開關(guān)的脫扣器尚需按短路電流校驗其靈敏度

42、 低壓電器設(shè)備選擇校驗項目如表6-20所示 關(guān)于低壓電流互感器 電壓互感器 電容器及母線 絕緣子等的選擇校驗項目,與相應(yīng)的高壓設(shè)備相同 關(guān)于低壓斷路器和熔斷器保護(hù)性能的選擇詳見第七章有關(guān)章節(jié)的介紹,此處從略 表表6-20 低壓電器設(shè)備的選擇校驗項目低壓電器設(shè)備的選擇校驗項目電氣設(shè)備名稱電壓(V)電流(A)斷流能力(kA)短路電流校驗動穩(wěn)定熱穩(wěn)定低壓熔斷器校驗校驗校驗不校驗不校驗低壓刀開關(guān)一般可不校驗低壓負(fù)荷開關(guān)低壓斷路器(八八)高低壓成套開關(guān)柜的選擇高低壓成套開關(guān)柜的選擇 無論哪一種型號的高低壓開關(guān)柜,均根據(jù)柜中所安裝的設(shè)備構(gòu)成各種類型的一次接線方案,并給予不同的編號 選擇高低壓開關(guān)柜時,可根

43、據(jù)各類型開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)特點,柜內(nèi)設(shè)備配置及適用情況并結(jié)合現(xiàn)場實際環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)男吞?再結(jié)合配電裝置的主電路圖,由該型號高低壓開關(guān)柜一次接線方案中選出相適應(yīng)的編號,畫出各編號的布署圖,并填注其中裝設(shè)設(shè)備的型號 數(shù)量 規(guī)格以便核算投資,提出訂貨 必須說明必須說明,高低壓成套開關(guān)柜內(nèi)配置的電氣設(shè)備必須滿足前述各選擇條件要求例6-6 如圖6-14所示為某35/10kV總降壓變電所主接線簡圖,一臺主變壓器的容量為6300kVA,其短路電壓百分值為Uk%=7.5,變電所由無限大容量系統(tǒng)供電,10kV母線上短路電流為=18.8kA 作用于高壓斷路器的定時限保護(hù)裝置的動作時限為tp=l.4s,瞬時動作的保護(hù)裝置

44、的動作時限為0.05s,擬采用高速動作的高壓斷路器,其固有開斷時間為0.05s,滅弧時間為0.05s,斷路時間則為tOFF=0.05+0.05=0.1s,試選擇高壓斷路器QF與隔離開關(guān)QS 例6-6解解:通過所選斷路器的工作電流為)(364103630036300AUINW短路電流沖擊值為ish=2.55 I=2.5518.8=48(kA)短路電流熱效應(yīng)的假想時間為ti=tp+tOFF=1.4+0.1=1.5s根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)結(jié)合具體情況和選擇條件,由產(chǎn)品樣本或附錄表11 12選擇SN10-10I-600型的高壓斷路器GN2-10T/600型的隔離開關(guān),經(jīng)短路穩(wěn)定性校驗,均合格將計算數(shù)據(jù)和其額

45、定數(shù)據(jù)列于表6-17中,并選取CD10與CS6-lT型操作機構(gòu) 例例6-6選擇結(jié)果表選擇結(jié)果表選用SN10-10I-600型高壓斷路器和GN2-10-600型隔離開關(guān)數(shù)據(jù)表 計算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)SN10-10I/600GN2-10T/600UN=10kVUN=10kVUN=10kVIw=364AIN=600AIN=600AI=I=18.8kAINOFF=20.2kAish=48kAimax=52kAimax=52kAI2ti=18.821.5=530kA2sIt2t=20.224=1632 kA2sIt2t=2025=2000kA2s思考題思考題61 什么叫短路？短路故障產(chǎn)生的原因有哪些？短路對電

46、力系統(tǒng)有哪些危害？62 短路有哪幾種形式？哪種短路幾率最高？哪種短路危害最嚴(yán)重？63 什么叫無限大系統(tǒng)？無限大系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流將如何變化？64 什么叫短路沖擊電流和短路沖擊電流有效值？什么叫穩(wěn)態(tài)電流？65 如何考慮大型交流電動機對短路沖擊電流的影響？66 在無限大容量系統(tǒng)中，如何計算兩相短路電流和單相短路電流？67 低壓系統(tǒng)短路電流計算有何特點？68 什么叫短路電流的假想時間？如何求出？69 什么叫短路電流的電動效應(yīng)？動穩(wěn)定度如何進(jìn)行校驗？610 什么叫短路電流的熱效應(yīng)？熱穩(wěn)定度如何進(jìn)行校驗？611供電系統(tǒng)中各種高壓電氣設(shè)備一般選按正常運行條件選擇，按短路情況下進(jìn)行校驗，都有哪些條件

47、?612開關(guān)電器、電壓和電流互感器、各按哪些條件選擇?又按哪些條件校驗?何謂電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)與熱穩(wěn)定倍數(shù)。習(xí)題習(xí)題6-1 某一輸電線路長100km,x0=0.4/km 取Sd=100MVAUd=115V試求該線路的電抗標(biāo)么值6-2 一電抗器,XR%=4,UNR=6kV,INR=300A 取Sd=100MVA 當(dāng)平均電壓分別取6.3kV和3.15kV時,該電抗器的電抗標(biāo)么值是多少?習(xí)題習(xí)題6-3如圖所示，一地區(qū)變電所通過一條長4km的6kV電纜線路供電給某廠一個裝有兩臺并列運行的SL7-800型主變壓器的變電所 地區(qū)變電所出口斷路器的斷流容量為300MVA 試用標(biāo)么值法求該廠變電所6kV高

48、壓側(cè)和380V低壓側(cè)的短路電流Ik(3)I(3)I(3)ish(3)Ish(3)及短路容量Sk(3),并列出短路計算表習(xí)題習(xí)題6-4設(shè)習(xí)題6-3所述工廠變電所380V側(cè)母線采用8010mm2鋁母線,水平放置,兩相鄰母線軸線間距離為200mm,檔距為0.9m,檔數(shù)大于2 該母線上裝有一臺500kW的同步電動機,cos=1時,=94%試校驗此母線的動穩(wěn)定度6-5 設(shè)習(xí)題6-4所述380V側(cè)母線的短路保護(hù)動作時間為0.5s,低壓斷路器的斷路時間為0.05s 試校驗此母線的熱穩(wěn)定度習(xí)題習(xí)題6-6 供配電系統(tǒng)如下圖所示,各元件數(shù)據(jù)標(biāo)于圖中,求K1和K2點發(fā)生三相短路時短路電流的次暫態(tài)值 沖擊值和穩(wěn)態(tài)值習(xí)

49、題習(xí)題6-7某企業(yè)總降壓變電所的變壓器容量為10000kVA,電壓變比為35/l0kV,變壓器所配置的定時限過電流保護(hù)裝置的動 作 時 間 為 1.5 s,l 0 k V 母 線 上 最 大 短 路 電 流 為I=I=31.5kA,環(huán)境溫度0=35,試選擇變壓器l0kV側(cè)的高壓斷路器6-8 就習(xí)題6-7的條件,于變壓器l0kV出線上裝設(shè)三只電流互感器成三相完全星形接線供給儀表,其中A相接有一只lT1-A型電流表,一只1D1-W型功率表 DS864型與DX863-2型有功與無功電度表各一只的電流線圈 聯(lián)接導(dǎo)線擬采用1.5mm2的銅導(dǎo)線,其接觸電阻為0.05,電流互感器擬裝在JYN2-10型高壓開關(guān)柜中,其二次聯(lián)線的計算長度取4m,試選擇電流互感器