1、电力工程基础第四章 短路电流及其计算第四章 短路电流及其计算5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院2 4.1 概述概述 4.2 标幺制标幺制 4.3 无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 4.4*有限容量系统三相短路电流的实用计算有限容量系统三相短路电流的实用计算 4.5*不对称故障的分析计算不对称故障的分析计算 4.6*电动机对短路冲击电流的影响电动机对短路冲击电流的影响 4.7 低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 4.8 短路电流的效应短路电流的效应 4.1 概述 所谓短路所谓短路, ,是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之是指电力系统中
2、正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。间或相与地之间发生通路的情况。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院3 一、短路的原因及其后果一、短路的原因及其后果 u 短路的原因：短路的原因： u 短路的现象：短路的现象：F电气设备载流部分绝缘损坏；电气设备载流部分绝缘损坏；F运行人员误操作；运行人员误操作；F其他因素。其他因素。F电流剧烈增加；电流剧烈增加；F系统中的电压大幅度下降。系统中的电压大幅度下降。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院44.1 概述概述u 短路的危害：短路的危害： F短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能
3、导致设备短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁；过热而损坏甚至烧毁；F短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；甚至损坏；F短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备正常工作；短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备正常工作；F严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性。的稳定性。F不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱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，影响其正常工作电设备产生电磁干
4、扰，影响其正常工作 。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院54.1 概述概述 二、短路的种类二、短路的种类4-1短路的类型图e)d)ABCk(1,1)(1,1)kCBA电源ABCk(1)c)ABCk(2)b)a)(3)kCBA对称短路：对称短路：三相短路三相短路k（3）不对称短路：不对称短路：单相接地短路单相接地短路k（1）两相接地短路两相接地短路k（1,1）两相短路两相短路k（2）5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院64.2标幺制标幺制 一、概述一、概述 u 在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用有名值表在短路电流计算中，各电气量的数值，
5、可以用有名值表示，也可以用标幺值表示。示，也可以用标幺值表示。通常在通常在1kV以下的低压系统中以下的低压系统中宜采用有名值，而高压系统中宜采用标幺值。宜采用有名值，而高压系统中宜采用标幺值。 u 在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以只计在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以只计各主要元件的电抗而忽略其电阻。各主要元件的电抗而忽略其电阻。 二、标幺制的概念二、标幺制的概念某一物理量的标幺值某一物理量的标幺值* ，等于它的实际值，等于它的实际值A与所选定的与所选定的基准值基准值Ad的比值，即的比值，即 dAAA *5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院7
6、4.2标幺制标幺制u 基准值的选取基准值的选取通常先选定基准容量通常先选定基准容量 Sd和基准电压和基准电压Ud，则基准电流，则基准电流Id和基和基准电抗准电抗Xd分别为：分别为：dddUSI3dddddSUIUX23常取基准容量常取基准容量Sd=100MVA， 基准电压用各级线路的平均额基准电压用各级线路的平均额定电压，即定电压，即 。avdUU 指线路始端最大额定电压与末端最小指线路始端最大额定电压与末端最小额定电压的平均值。一般取线路额定电压的额定电压的平均值。一般取线路额定电压的1.05倍，见下表。倍，见下表。线路的额定电压与平均额定电压线路的额定电压与平均额定电压u 线路平均额定电压
7、：线路平均额定电压：5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院84.2标幺制标幺制 三、不同基三、不同基准标幺值之间的换算准标幺值之间的换算 电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的标幺值都是额定标幺值出的标幺值都是额定标幺值 ，进行短路电流计算时必须将它们，进行短路电流计算时必须将它们换算成统一基准值的标幺值。换算成统一基准值的标幺值。 换算方法是：换算方法是： 先将以额定值为基准的电抗标幺值还原为有名值，即先将以额定值为基准的电抗标幺值还原为有名值，即 *NXNNNNNSUXXXX2*选定选定Sd和和Ud，
8、则以此为基准的电抗标幺值为：则以此为基准的电抗标幺值为： 22*2*ddNNNddddUSSUXUSXXXXavNdUUU若取若取 ，则，则 NdNdSSXX*5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院94.2标幺制标幺制 四、电力系统各元件电抗标幺值的计算四、电力系统各元件电抗标幺值的计算 发电机：发电机：通常给出通常给出SN、UN和额定电抗标幺值，则和额定电抗标幺值，则 *NGXNdNGGSSXX*变压器：变压器：通常给出通常给出SN、UN和短路电压百分数和短路电压百分数 ， %kUNdkNdNTTSSUSSXX100%*式中，式中， 为变压器的额定电抗标幺值。为变压器
9、的额定电抗标幺值。 100%*kNTUX5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院104.2标幺制标幺制电抗器：电抗器：通常给出通常给出INL、UNL和电抗百分数，其中和电抗百分数，其中 %LX1001003%*NLNLLNLLXUXIX22*222*100%3100%dNLNLdNLdNLNLdLddNLNLLdLLUUSSXUUSSXUSIUXXXX 式中，式中， 为电抗器的额定容量。为电抗器的额定容量。 NLNLNLIUS3输电线路：输电线路：通常给出线路长度和每公里的电抗值，则通常给出线路长度和每公里的电抗值，则 2*ddWLdWLWLUSXXXX5/14/2022
10、南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院114.2标幺制标幺制 五、不同电压等级电抗标幺值的关系五、不同电压等级电抗标幺值的关系图图4-2 具有三个电压等级的电力网具有三个电压等级的电力网av3UUav2av1U图具有三个电压等级的电力网4-2kWL1WL3WL2IIT2T1IIII 设设k点发生短路，取点发生短路，取 ，则线路，则线路WL1的电抗的电抗X1折算折算到短路点的电抗到短路点的电抗 为：为：3avdUU1X 21312232121222111avavavavavavTTUUXUUUUXKKXX则则X1折算到第三段的标幺值为：折算到第三段的标幺值为： 2112321311*1av
11、davdavavdUSXUSUUXXXX各段元件参数的标幺值各段元件参数的标幺值只需用元件所在级的平只需用元件所在级的平均电压作为基准电压来均电压作为基准电压来计算，而无需再进行电计算，而无需再进行电压折算。压折算。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院124.2标幺制标幺制 六、短路回路总电抗标幺值六、短路回路总电抗标幺值 将各元件的电抗标幺值求出后，就可以画出由电源到短路将各元件的电抗标幺值求出后，就可以画出由电源到短路点的等值电路图，并对网络进行化简，最后求出短路回路总电点的等值电路图，并对网络进行化简，最后求出短路回路总电抗标幺值抗标幺值 。*X图图4-2的等效
12、电路图如图的等效电路图如图4-3所示。所示。4-24-3图 的等效电路图*WL3X54XT2*3XWL2*T1X21XWL1*k5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院134.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 一、由无限容量系统供电时三相短路的物理过程一、由无限容量系统供电时三相短路的物理过程 1. 无限容量系统的概念无限容量系统的概念u 无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系统的无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系统的容量容量为为 ，内阻抗为零。，内阻抗为零。 u 无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，电源母线上无限容量系统的特点：
13、在电源外部发生短路，电源母线上的的电压基本不变电压基本不变，即认为它是一个恒压源。，即认为它是一个恒压源。 u 在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的 5%10%时，就可认为该电源是无限大功率电源。时，就可认为该电源是无限大功率电源。说明：说明：无限大功率电无限大功率电源是一个相对概念，源是一个相对概念，真正的无限大功率电真正的无限大功率电源是不存在的。源是不存在的。 2. 由无限大功率电源供电的三相对称电路由无限大功率电源供电的三相对称电路 图图4-4所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电
14、路。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院144.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 图图4-4 无限容量系统中的三相短路无限容量系统中的三相短路短路前，系统中的短路前，系统中的A相电压和电流分别为相电压和电流分别为)sin(tUuma)sin(tIima短路后电路中的电流应满足：短路后电路中的电流应满足：)sin(tUdtdiLRimkk5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院15解微分方程得：解微分方程得：nppTtkpmTtkmkiiCetICetZUiaa)sin()sin(式中：式中：Ipm为短路电流周期分量的幅值
15、，；为短路电流周期分量的幅值，； 为短为短路后回路的阻抗角；路后回路的阻抗角；Ta为非周期分量电流的衰减时间常数，为非周期分量电流的衰减时间常数， ；为电源电压的相位角（合闸相位角）；为电源电压的相位角（合闸相位角）； Z为电源为电源至短路点的阻抗，；至短路点的阻抗，；C为积分常数，由初始条件为积分常数，由初始条件决定。决定。 ZUImpmkRLTa22)( LRZ由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。即路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。即 5/14/2022南京理工大学自动化学院南
16、京理工大学自动化学院16CIIkpmm)sin()sin(0)sin()sin(npkpmmiIIC 式中，式中，inp0为非周期分量电流的初始值；为短路前电流与电为非周期分量电流的初始值；为短路前电流与电压之间的相角。压之间的相角。 aTtkpmmkpmkeIItIi)sin()sin()sin( 在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，故在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，故 090kaTtpmmpmkeIItIicos)sin()cos(由上式可知，当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电由上式可知，当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电流的瞬时值为最大，短路情况最严重，其必备
17、的条件是：流的瞬时值为最大，短路情况最严重，其必备的条件是：5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院17F短路前空载（即短路前空载（即 ）0mIF短路瞬间电源电压过零值，即初始相角短路瞬间电源电压过零值，即初始相角 0aTtpmpmkeItIicos因此因此 对应的短路电流对应的短路电流的变化曲线如图的变化曲线如图4-5所示。所示。图图4-5 无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院184.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 二、三相短路冲击电
18、流二、三相短路冲击电流 在最严重短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲在最严重短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流，用击电流，用ish表示。表示。 由由图图4-5知，知，ish发生在短路后约半个周期（发生在短路后约半个周期（0.01s）。）。pshTpmTpmpmshIKeIeIIiaa2)1 (01. 001. 0其中，其中，短路电流冲击系数。短路电流冲击系数。 aT.sheK0101意味着短路电意味着短路电流非周期分量流非周期分量不衰减不衰减意味着不产生意味着不产生非周期分量非周期分量当电阻当电阻R=0时，时，2shKRXRLTa1001. 0eeaT1shK当电抗当电抗=
19、0时，时， ，001. 0eeaT0RXRLTa5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院194.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 1Ksh 2 因此因此pshIi55. 2F在高压电网中短路时，取在高压电网中短路时，取Ksh=1.8，则，则 F在发电机端部短路时，取在发电机端部短路时，取Ksh=1.9，则，则 pshIi69. 2F在低压电网中短路时，取在低压电网中短路时，取Ksh=1.3，则，则 pshIi84. 1 三、三相短路冲击电流有效值三、三相短路冲击电流有效值 任一时刻任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻的短路电流的有效值是指以时刻
20、t为中心的一个为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即 222222)(11TTTTttnptptttkktdtiiTdtiTI222) 1(21) 1(2shppshpKIIKI5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院20201. 022)01. 0(2)2(aTpptnppsheIIiII为了简化计算，为了简化计算， Ikt可取可取4.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 当当t=0.01s时，时，Ikt就是短路冲击电流有效值就是短路冲击电流有效值Ish。2222nptpnptptktiIIII psh
21、II62. 1当当Ksh=1.9时，时， ; 当当Ksh=1.3时，时， pshII09. 1pshII51. 1当当Ksh=1.8时，时，5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院214.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 四、三相短路稳态电流四、三相短路稳态电流三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流，其有效值用路全电流，其有效值用 表示。表示。 I在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期分在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值（习惯上用量有效值（习惯
22、上用Ik表示）始终不变，所以有表示）始终不变，所以有 kpIIIII 2 . 0I 式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬间式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬间（t=0s）时三相短路电流周期分量的有效值；为短路后）时三相短路电流周期分量的有效值；为短路后0.2s时三相短路电流周期分量的有效值。时三相短路电流周期分量的有效值。2 . 0I5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院224.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 五、无限大容量系统短路电流和短路容量的计算五、无限大容量系统短路电流和短路容量的计算 1短路电流短路电流
23、 *133XXXUUXUXUIIIddavddavdkk*13XUSIIIddkdk 短路容量：短路容量：*133XIIIIUIUSSSkdkddkavdkk*XSSSSdkdk kavkIUS3上式说明，短路电流的标幺值等于短路回路总电抗标幺值的倒数。上式说明，短路电流的标幺值等于短路回路总电抗标幺值的倒数。或或上式说明，短路容量的标幺值等于短路电流的标幺值，也等于短路回路上式说明，短路容量的标幺值等于短路电流的标幺值，也等于短路回路总电抗标幺值的倒数。总电抗标幺值的倒数。 若已知由电源至某电压级的短路容量若已知由电源至某电压级的短路容量Sk（MVA）或断路器的断流容量）或断路器的断流容量S
24、oc（MVA），则可用此式可求出系统），则可用此式可求出系统电抗的标幺值为：电抗的标幺值为：ocdkdSSSSSX*例例4-1 某丝绸炼染厂短路电流计算（书中某丝绸炼染厂短路电流计算（书中87页）页）5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院234.7低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 一、低压电网短路电流计算的特点一、低压电网短路电流计算的特点配电变压器容量远小于电力系统的容量，因此变压器一次配电变压器容量远小于电力系统的容量，因此变压器一次侧可以作为无穷大容量电源系统来考虑；侧可以作为无穷大容量电源系统来考虑；低压回路中各元件的电阻与电抗相比已不能忽略，所以计低压
25、回路中各元件的电阻与电抗相比已不能忽略，所以计算时需用阻抗值；算时需用阻抗值；低压网中电压一般只有一级，且元件的电阻多以低压网中电压一般只有一级，且元件的电阻多以m 计，所计，所以采用有名值计算比较方便。以采用有名值计算比较方便。 5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院24 二、低压电网中各主要元件的阻抗二、低压电网中各主要元件的阻抗1电力系统的电抗：电力系统的电抗： 式中，式中，Soc为电力系统出口的三相短路容量或高压断路器的断流为电力系统出口的三相短路容量或高压断路器的断流容量（容量（MVA）；）； UN为变压器为变压器低压侧低压侧的额定电压（的额定电压（V）。）。
26、 4.7低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 3210ocNSSUX（m） 变压器的阻抗变压器的阻抗 22222100%TTTNNkTNNkTRZXSUUZSUPR（m）式中式中, Pk、SN、UN的单位分别为的单位分别为kW、kVA和和V。32210NNkTSUPR（）5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院25.母线的阻抗母线的阻抗 4.7低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 u 电阻：电阻： 310AlRW（m）u 电抗：电抗： bslXavW4lg145. 0（m）式中，式中，为母线材料的电导率为母线材料的电导率m/（ mm2）；A为母线截为母线截面积（面
27、积（mm2）；）； l为母线长度（为母线长度（m）；）；b为母线宽度（为母线宽度（mm）；）；sav 为母线的相间几何均距（为母线的相间几何均距（mm）。）。 在工程实用计算中，可采用以下简化公式计算：在工程实用计算中，可采用以下简化公式计算： 母线截面积在母线截面积在500mm2以下时，以下时，母线截面积在母线截面积在500mm2以上时，以上时，lXW17. 0lXW13. 05/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院264其它元件阻抗其它元件阻抗 ：低压断路器过流线圈的阻抗、低压断路：低压断路器过流线圈的阻抗、低压断路器及刀开关触头的接触电阻、电流互感器一次线圈的阻抗及
28、器及刀开关触头的接触电阻、电流互感器一次线圈的阻抗及电缆的阻抗等可从有关手册查得。电缆的阻抗等可从有关手册查得。4.7低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 三、低压电网三相短路电流计算三、低压电网三相短路电流计算三相短路电流有效值：三相短路电流有效值： 22)3(3XRUIavk式中，和式中，和 为短路回路的总电阻和总电抗（为短路回路的总电阻和总电抗（m）；）；Uav为为低压侧平均线电压，取低压侧平均线电压，取400V。RX5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院27短路冲击电流短路冲击电流 4.7低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 由于低压电网的电阻较大，因此
29、短路电流的非周期分量衰由于低压电网的电阻较大，因此短路电流的非周期分量衰减要比高压电网快得多。所以只有在减要比高压电网快得多。所以只有在变压器低压侧母线附近变压器低压侧母线附近短路短路时，才考虑非周期分量对冲击电流的影响。时，才考虑非周期分量对冲击电流的影响。 )3(2kshshIKi图图4-21Ksh与的关系与的关系RX式中，式中，Ksh为短路电流冲为短路电流冲击系数，可根据短路回击系数，可根据短路回路中的比值从图路中的比值从图4-21中查得。中查得。 RX5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院284.7低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 3冲击电流有效值的计算
30、冲击电流有效值的计算 当当Ksh1.3时，时， 2)3(121）（shkshKII当当Ksh 1.3时，时， 02. 01)3(kkshTII式中，式中， 为短路回路的时间常数。为短路回路的时间常数。RXTk314四、低压电网不对称短路电流的计算四、低压电网不对称短路电流的计算( (不作要求）不作要求）TZ5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院29 一、短路电流的力效应一、短路电流的力效应4.8短路电流的效应短路电流的效应1两平行导体间的电动力两平行导体间的电动力两根平行敷设的载流导体，当其分别流过电流两根平行敷设的载流导体，当其分别流过电流i1、i2时，时，它们之间的
31、作用力为：它们之间的作用力为：721102sliKiF（N） 式中，式中，l为导体的长度（为导体的长度（m）；）；s为两导体为两导体轴线间的距离（轴线间的距离（m）；）；K为形状系数，对为形状系数，对圆形和管形导体取圆形和管形导体取1；对矩形导体，其值；对矩形导体，其值可根据可根据 和和 查图查图4-22求得。求得。 hbbshbm 图图4-22 矩形母线的形状系数矩形母线的形状系数ABCC AFFB CFB AA BFC AFFC BC AFFC BFB CB AFFA BA CF4 - 2 3三 相 母 线 的 受 力 情 况图ssk Aiik Bk Cib )a )ik Ck Biik
32、AssCBA5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院304.8短路电流的效应短路电流的效应2三相平行母线间的电动力三相平行母线间的电动力 当三相短路电流通过水平等距离排列的三相母线时，可分当三相短路电流通过水平等距离排列的三相母线时，可分为图为图4-23所示的两种情况：所示的两种情况：因短路电流周期分量的瞬因短路电流周期分量的瞬时值不会在同一时刻同方时值不会在同一时刻同方向，至少有一相电流方向向，至少有一相电流方向与其余两相方向相反。与其余两相方向相反。F边相电流与其余两相方向相反；边相电流与其余两相方向相反；F中间相电流与其余两相方向相反。中间相电流与其余两相方向相反。
33、 经分析知：当边相电流与其经分析知：当边相电流与其余两相方向相反时，余两相方向相反时，中间相（中间相（相）受力最大，相）受力最大，此时，此时，B相所受相所受电动力为：电动力为： 710)(2sliiKiFFFkCkAkBBCBAB（N） 5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院314.8短路电流的效应短路电流的效应 显然，最大电动力发生在中间相（显然，最大电动力发生在中间相（B相）通过最大冲击电相）通过最大冲击电流的时候，即流的时候，即7.max.10)(2sliiKiFCshAshBshB 若最大冲击短路电流发生在相（若最大冲击短路电流发生在相（ ），则的），则的合成值
34、将比合成值将比 略小，大约为略小，大约为 的的 倍。于是，三相平行倍。于是，三相平行母线的最大电动力可按下式计算：母线的最大电动力可按下式计算： Bshi.CshAshii.Bshi.Bshi.2372max103slKiFsh3短路时的动稳定校验短路时的动稳定校验u一般电器的动稳定校验：一般电器的动稳定校验： maxi式中，式中， 、 分别为电器的极限通过电流峰值和有效值。分别为电器的极限通过电流峰值和有效值。 maxImaxishi maxIshI 或或 5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院324.8短路电流的效应短路电流的效应u母线的动稳定校验：母线的动稳定校验
35、： calalc式中，式中， 为母线材料的允许应力，硬铜母线为母线材料的允许应力，硬铜母线137MPa，硬铝母，硬铝母线为线为69MPa； 为母线通过为母线通过 时产生的最大计算应力，按下时产生的最大计算应力，按下式计算：式计算： )3(shiWMc式中，式中，为母线通过时受到的最大弯曲力矩（为母线通过时受到的最大弯曲力矩（Nm）。）。)3(shi10maxlFM 当母线跨距数大于时：当母线跨距数大于时：8maxlFM 当母线跨距数为当母线跨距数为12时：时：图水平放置的母线4 - 2 4b )a )hbABCCBAhb5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院334.8短
36、路电流的效应短路电流的效应当矩形母线平放时，当矩形母线平放时，bh， 62hbW 为母线的截面系数（为母线的截面系数（m3）。）。当矩形母线竖放时，当矩形母线竖放时，bh， 62bhW 二、短路电流的热效应二、短路电流的热效应1短路时导体发热计算的特点短路时导体发热计算的特点F由于短路时间很短，可以认为短路过程是一个由于短路时间很短，可以认为短路过程是一个绝热过程；绝热过程；F由于导体的温度很高，导体的电阻和比热由于导体的温度很高，导体的电阻和比热不是常数，不是常数，而是而是随随温度而变化的；温度而变化的； 5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院34F由于短路电流的变化
37、规律复杂，直接计算短路电流在导体中由于短路电流的变化规律复杂，直接计算短路电流在导体中产生的热量是很困难的，通常采用产生的热量是很困难的，通常采用等效发热等效发热的方法来计算。的方法来计算。4.8短路电流的效应短路电流的效应短路时导体的发热计算短路时导体的发热计算图图4-25表示短路前后导体的温度变化情况。表示短路前后导体的温度变化情况。 图图4-25 短路前后导体的温度变化短路前后导体的温度变化ktktttktkRdtIRdtIQ02221u短路时产生的热量短路时产生的热量 u假想时间：假想时间： 在工程计算中常用在工程计算中常用短路电流的稳态值代替实际的短短路电流的稳态值代替实际的短路电流
38、来计算路电流来计算Qk，假定一个时间，假定一个时间tima，称为假想时间。，称为假想时间。imatktRtIRdtIk2025/14/202235南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院4.8短路电流的效应短路电流的效应假想时间的物理意义：短路稳态假想时间的物理意义：短路稳态电流在假想时间内产生的热量与电流在假想时间内产生的热量与实际短路电流在短路时间内所产实际短路电流在短路时间内所产生的热量相等。生的热量相等。 图图4-26 短路发热的假想时间短路发热的假想时间npimapimaimattt设设对无限大容量系统，对无限大容量系统， 则则kpimatt.QFprkttt为短路的延续时间。为
39、短路的延续时间。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院364.8短路电流的效应短路电流的效应F非周期分量假想时间只有在非周期分量假想时间只有在tk 1s时才考虑，时才考虑， 对无限大容量系统，对无限大容量系统， 则则 s。05. 0.npimat因此，总的假想时间为因此，总的假想时间为 ：05. 0pimaimatt3短路时的热稳定校验短路时的热稳定校验u一般电器的热稳定校验：一般电器的热稳定校验： tIt2imatI2 式中，式中，It为电器的热稳定试验电流；为电器的热稳定试验电流；t为热稳定试验时间（为热稳定试验时间（s）。）。5/14/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院37u母线、绝缘导线及电缆的热稳定校验：母线、绝缘导线及电缆的热稳定校验： 4.8短路电流的效应短路电流的效应可根据热稳定条件计算导体的最小允许截面积：可根据热稳定条件计算导体的最小允许截面积： imaimaLktCItKKIAmin2/mmsA式中，式中，C为导体的热稳定系数（为导体的热稳定系数（ ），查表），查表4-7； 为三为三相短路稳态电流（相短路稳态电流（A）。）。 I只要所选导线截面只要所选导线截面AAmin，热稳定就能满足要求。，热稳定就能满足要求。 例例4-3 （书中（书中111页）页）
