短路电流的计算按系统内「电网短路电流计算」

今天带来短路电流的计算按系统内「电网短路电流计算」，关于短路电流的计算按系统内「电网短路电流计算」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1前言

电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。

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.首先我们搞明白什么是短路电流计算？

2什么叫短路电流计算？

首先搞清楚什么是短路？系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地之间的短接。

短路电流计算是通过系统给定条件，对系统进行阻抗计算及网络变换，进而计算系统的各短路电流值，为系统主接线的比选、导体及设备的选择、继电保护的整定等提供依据。

1、供电系统的短路容量为无穷大或者以供电电源为基准的计算电抗大于等于3，为远端短路，否则为近端短路。

2、短路电流包括：

（1）对称短路电流交流（周期）分量初始值（有效值）Ik”、Id”

（2）对称短路电流交流（周期）分量稳态值（有效值）Ik 、Id

（3）远端短路：Id”=Id 近端短路：Id”＞Id

（4）对称短路电流直流（非周期）分量ifz0 、ifzt

（5）对称短路电流峰值ip、ich

3、所有短路电流的值都是以交流（周期）分量初始值（有效值）Ik”为基础计算而来的。

4、短路电源：系统、发电机、异步电动机、电容

3短路产生的原因及危害

1.短路故障产生的原因

（1） 设备原因

指电气设备、元件的损坏。如设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿导致短路；设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。

（2） 自然原因

由于气候恶劣，如大风、低温、导线覆冰等引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，导致设备过电压或绝缘被击穿等。

（3） 人为原因

工作人员违反操作规程，带负荷拉闸造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程，带接地刀闸合闸造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路；运行管理不善，造成小动物进入带电设备内形成短路事故等。

2 短路故障的危害

（1） 短路电流的热效应

巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。

（2） 短路电流的电动力效应

由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。

（3） 短路时系统电压下降

短路造成系统电压突然下降，给用户带来很大影响。例如，作为主要动力设备的异步电动机，其电磁转矩与端电压平方成正比。电压大幅下降将造成电动机转速降低甚至停止运转，给用户带来损失；同时，电压降低会造成照明负荷，如电灯突然变暗或一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。

（4） 不对称短路的磁效应

当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势，这对于附近的通信线路、铁路信号系统及其他电子设备、电动控制系统可能产生强烈干扰。

（5） 短路时的停电事故

短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大

（6） 破坏系统稳定性，造成系统瓦解

短路可能造成的最严重后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定性，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。

4短路电流计算主要目的

（1） 电气主接线比选

短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。

（2） 选择导体和电器

如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、绝缘子、电缆、架空线等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备电动力稳定度，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。

（3） 确定中性点接地方式

对于35 kV、10 kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。

（4） 验算接地装置的跨步电压和接触电压。

（5） 选择继电保护装置和整定计算

在考虑正确、合理地装设保护装置和校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流，而且也要计算两相短路电流，或根据需要计算单相接地电流等。

5短路的种类

在三相系统中，可能发生的短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相短路。

三相短路是对称短路，用k(3)表示，如图a所示。因为短路回路的三相阻抗相等，所以三相短路电流和电压仍然是对称的，只是电流比正常值增大，电压比额定值降低。三相短路发生的概率最小，只有5％左右，但它却是危害最严重的短路形式。

两相短路是不对称短路，用k(2)表示，如图b所示。两相短路的发生概率为10％～15％。

两相接地短路也是一种不对称短路，用k(1.1)表示，如图（c）、（d）所示。它是指中性点不接地系统中两个不同的相均发生单相接地而形成的两相短路，亦指两相短路后又接地的情况。两相接地短路发生的概率为10％～20％。

相短路用k(1)表示，如图（e）、（f）所示，也是一种不对称短路。它的危害虽不如其他短路形式严重，但在中性点直接接地系统中发生的概率最高，占短路故障的65％～70％。

（e） （f）

短路的类型

6计算步骤及内容

计算步骤：

（1）确定电流路径（短路电源 元件 短路点）：找出为短路点提供短路电流的电源和短路电流流经的所有元件。若是对称（三相）短路，只需确定正序网络即可，若为不对称短路，则需找出正序、负序、零序网络。

（2）计算元件阻抗：计算出短路电流流经的所有元件的阻抗标幺值或有名值。

（3）化简短路网络：将复杂的短路网络化简为电源加转移电抗的简单网络。

（4）求解短路电流值：计算出各个电源提供的短路电流，Id”、Id、ip、ifzt

计算内容:

（1） 短路点的选取短路点为各级电压母线、各级线路末端。

（2） 短路时间的确定根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时间。

（3） 短路电流的计算包括最大运行方式下最大短路电流、最小运行方式下最小短路电流以及各级电压中性点不接地系统的单相接地短路电流，计算的具体项目及其计算条件取决于计算短路电流的目的。

7短路电流计算条件

1）.基本假定

短路电流计算中，为简化分析，通常采用以下基本假定：

（1） 正常运行时，三相系统对称运行。

（2） 所有电源的电动势相位角相同。

（3） 系统中所有同步和异步电动机均为理想电机，即不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差120°电气角度。

（4） 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

（5） 同步电机都具有自动调整励磁装置。

（6） 不考虑短路点的电弧电阻。

（7） 不考虑变压器的励磁电流。

（8） 除计算短路电流的衰减时间常数和低压电网的短路电流外，元件的电阻略去不计。

（9） 输电线路的电容略去不计。

（10） 元件的计算参数取额定值。

2）.一般规定

（1） 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流应按本工程的规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划（一般为本工程预期投产后5～10年的发展规划考虑）。

确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式计算，不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式计算。

（2） 验算导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

8计算方法

1.标幺制法

标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺制法就是将电路元件各参数均用标幺值表示。在短路电流计算中通常涉及四个基准量，即基准电压Ud、基准电流Id、基准视在功率Sd和基准阻抗Zd。在高压系统中，由于回路电抗一般远大于电阻，为了方便，在工程上一般可忽略电阻，直接用电抗代替各元件的阻抗，这样Zd≈Xd。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺制法可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在高压系统中宜采用标幺制法进行短路电流计算。

2.有名值法

有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数，这种方法通常用于1 kV以下低压供配电系统短路电流的计算

9具体举例

1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.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种 “口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.
在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.

1.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(KA)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(KA) 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(KA) 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.

2.标么值
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),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).

(1)基准
基准容量 Sjz =100 MVA
基准电压 UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4 因为 S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16144

(2)标么值计算
容量标么值 S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量
S* = 200/100=2.
电压标么值 U*= U/UJZ ; 电流标么值 I* =I/IJZ

3无限大容量系统三相短路电流计算公式
短路电流标么值: I*d = 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=2.55 Id (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 =1.84 Id(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么值.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.
下面介绍一种 “口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.

3简化算法
【1】系统电抗的计算
系统电抗,百兆为一.容量增减,电抗反比.100除系统容量
例：基准容量 100MVA.当系统容量为100MVA时,系统的电抗为XS*=100/100＝1
当系统容量为200MVA时,系统的电抗为XS*=100/200＝0.5
当系统容量为无穷大时,系统的电抗为XS*=100/∞＝0
系统容量单位：MVA
系统容量应由当地供电部门提供.当不能得到时,可将供电电源出线开关的开断容量
作为系统容量.如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流为40KA.则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为XS*=100/692＝0.144.
【2】变压器电抗的计算
110KV, 10.5除变压器容量；35KV, 7除变压器容量；10KV{6KV}, 4.5除变压器容量.
例：一台35KV 3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875
一台10KV 1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813
变压器容量单位：MVA
这里的系数10.5,7,4.5 实际上就是变压器短路电抗的％数.不同电压等级有不同的值.
【3】电抗器电抗的计算
电抗器的额定电抗除额定容量再打九折.
例：有一电抗器 U=6KV I=0.3KA 额定电抗 X=4% .
额定容量 S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15
电抗器容量单位：MVA
【4】架空线路及电缆电抗的计算
架空线：6KV,等于公里数；10KV,取1/3；35KV,取 3％0
电缆：按架空线再乘0.2.
例：10KV 6KM架空线.架空线路电抗X*=6/3=2
10KV 0.2KM电缆.电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013.
这里作了简化,实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关,截面越大电抗越小.
【5】短路容量的计算
电抗加定,去除100.
例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2, 则短路点的短路容量
Sd=100/2=50 MVA.
短路容量单位：MVA
【6】短路电流的计算
6KV,9.2除电抗；10KV,5.5除电抗; 35KV,1.6除电抗; 110KV,0.5除电抗.
0.4KV,150除电抗
例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2, 短路点电压等级为6KV,
则短路点的短路电流 Id=9.2/2=4.6KA.
短路电流单位：KA
【7】短路冲击电流的计算
1000KVA及以下变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=Id, 冲击电流峰值ic=1.8Id
1000KVA以上变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=1.5Id, 冲击电流峰值ic=2.5Id
例：已知短路点{1600KVA变压器二次侧}的短路电流 Id=4.6KA,
则该点冲击电流有效值Ic=1.5Id,＝1.5*4.6＝7.36KA,冲击电流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA.
可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗{标么值}.但一定要包括系统电抗。