短路电流

更新时间:2024-04-07 04:14

短路电流 (short-circuit current )是电力系统在运行中 ,相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(即短路)时流过的电流。其值可远远大于额定电流 ,并取决于短路点距电源的电气距离。

基本信息

短路(Shortcircuit)是指在正常电路中电势不同的两点不正确地直接碰接或被阻抗(或电阻)非常小的导体接通时的情况。短路时电流强度很大,往往会损坏电气设备或引起火灾。电力系统在运行中,相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(即短路)时而流过非常大的电流。其电流值远大于额定电流,并取决于短路点距电源的电气距离。例如,在发电机端发生短路时,流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10~15倍。大容量电力系统中,短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

短路

三相系统中发生的短路有4种基本类型:三相短路,两相短路,单相对地短路和两相对地短路。其中,除三相短路时,三相回路依旧对称,因而又称对称短路外,其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中,以一相对地的短路故障最多,约占全部故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中,短路故障主要是各种相间短路。

发生短路时,电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态,一般需3~5秒。在这一暂态过程中,短路电流的变化很复杂。它有多种分量,其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波(0.01秒)时将出现短路电流的最大瞬时值,称为冲击电流。它会产生很大的电动力,其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。

计算目的

计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中,基于如下用途必须进行短路电流的计算:

⑴选择电气设备和载流导体,必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。

⑵选择和整定继电保护装置,使之能正确的切除短路故障。

⑶确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。

⑷保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏,尽量减少因短路故障产生的危害。

计算条件

1.假设系统有无限大的容量。用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。

具体规定:对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大。只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。

2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。

3.短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流。能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。

简化计算法

即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要。一些设计手册提供了简化计算的图表。省去了计算的麻烦,用起来比较方便。

在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念。

主要参数

Sd:三相短路容量(MVA),简称短路容量校核开关分断容量。

Id:三相短路电流周期分量有效值,简称短路电流校核开关分断电流和热稳定。

Ic:三相短路第一周期全电流有效值,简称冲击电流有效值校核动稳定。

ic:三相短路第一周期全电流峰值,简称冲击电流峰值校核动稳定。

x:电抗(Ω)。

其中系统短路容量Sd和计算点电抗x是关键。

标幺值

计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz)。将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标幺值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算)。

⑴基准

基准容量Sjz=100MVA。

基准电压Ujz规定为8级:230、115、37、10.5、6.3、3.15、0.4、0.23KV。

标么值计算

容量标幺值S*=S/Sjz。例如:当10KV母线上短路容量为200MVA时,其标么值容量为:S*=200/100=2。

电压标幺值U*=U/Ujz;电流标幺值I*=I/Ijz。

(3)无限大容量系统三相短路电流计算公式

短路电流标幺值:Id*=1/x*(总电抗标么值的倒数)。

短路电流有效值:Id=Ijz*I*d=Ijz/x*(KA).

冲击电流有效值:Ic=Id*√1+2(KC-1)2(KA),其中KC冲击系数,取1.8,所以Ic=1.52Id。

冲击电流峰值:ic=1.41*Id*KC=2.55Id(KA)。

当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC,取1.3。

这时:冲击电流有效值Ic=1.09*Id(KA)。

冲击电流峰值:ic=1.84Id(KA)。

掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单。但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等。

一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标幺值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流;设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流。

举例

发生短路常见原因之一是电池正极负极被低电阻的导线连接在一起。这时,较大的电流使得电源在短时间内提供大量的量。

强大电流使热量迅速的产生并大量积累,进而导致电池的爆炸或释放氢气电解质。较大电流通过的导线也可能过热,造成绝缘层损坏,引起火灾。电动机叶片被卡住,也可能会导致短路。

在电气设备中,短路通常是由于意外或绝缘层脱落。

短路还可能会导致电弧的产生。电弧是一种气体放电现象,电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。它对会对输电系统、配电系统以及电子设备造成损害。

危害

电力系统中出现短路故障时,系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降,可能破坏各发电厂并联运行的稳定性,使整个系统解列,这时某些发电机可能过负荷,因此,必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大,持续时间愈长,破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。短路电流的限制措施为保证系统安全可靠地运行,减轻短路造成的影响,除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外,还应尽快地切除短路故障部分,使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。

防范措施

一、做好短路电流的计算,正确选择及校验电气设备,电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。

二、正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流,采用速断保护装置,以便发生短路时,能快速切断短路电流,减少短路电流持续时间,减少短路所造成的损失。

三、在变电站安装避雷针,在变压器四周和线路上安装避雷器,减少雷击损害。

四、保证架空线路施工质量,加强线路维护,始终保持线路弧垂一致并符合规定。

五、带电安装和检修电气设备,注重力要集中,防止误接线,误操作,在带电部位距离较近的部位工作,要采取防止短路的措施。

六、加强治理,防止小动物进入配电室,爬上电气设备。

七、及时清除导电粉尘,防止导电粉尘进入电气设备。

八、在电缆埋设处设置标记,有人在四周挖掘施工,要派专人看护,并向施工人员说明电缆敷设位置,以防电缆被破坏引发短路。

九、电力系统的运行、维护人员应认真学习规程,严格遵守规章制度,正确操作电气设备,禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工,维护人员工作完毕,应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查,及时发现缺陷,迅速进行检修。

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