《供配电技术》第四章（4-1） 短路的原因、后果及其形式

母线在作用F(3)时的弯曲力矩为: F13806N×0.9m346Nm 10 母线的截面系数为: ∥、b2h(0.1m)2×0.01m=1667×103m3 6 因此母线在三相短路时所受到的计算应力为 346Nm =20.8×10°Pa=208MPa W1.667×10-m 而母线(LMY)的允许应力为: a1=70MPa>σ 由此可见,该母线满足短路动稳定度的要求。 二、短路电流的热效应与热稳定度校验 (一)短路电流的热效应 当线路发生短路时,短路电流将使导体温度迅速升髙。但短路后线路的保护装置很快 动作,切除短路故障,因此短路电流通过导体的时间很短,通常不会超过2-3s。所以在短 路过程中,可不考虑导体周围介质的散热,也就是可近似地认为在短路时间内导体与周围 介质是绝热的,短路电流在导体中产生的热量,完成全用来使导体温度升高。图4-10表示短 路前后导体的温升变化情况。 由于短路电流是一个变动的电流,而且含有非周期分量,因此要计算其短路在导体内产 生的热量Q和达到的最高温度是相当困难的。为此,引出一个“短路发热假象时 间”′灬,假设在此时间内以恒定的短路稳定电流l通过导体产生的热量,恰好与实际短路 电流或在实际短路时间t4内通过导体所产生的热量相等,如图4-11所示 短路发热假想时间可用下式近似地计算 tm=k+0.05 S 在无限大容量系统中发生短路,由于I"=l,因此 ima =tk+0.05s

母线在作用 (3) F 时的弯曲力矩为： N m F l N m M 346 · 10 3806 0.9 10 (3) =  = = 母线的截面系数为： 5 3 2 2 1.667 10 6 (0.1 ) 0.01 6 m b h m m W − =   = = 因此母线在三相短路时所受到的计算应力为： Pa MPa m N m W M c 20.8 10 20.8 1.667 10 346 · 6 5 3 =  =  = = −  而母线（LMY）的允许应力为：  a1 = 70MPa   c 由此可见，该母线满足短路动稳定度的要求。 二、短路电流的热效应与热稳定度校验 （一） 短路电流的热效应 当线路发生短路时，短路电流将使导体温度迅速升高。但短路后线路的保护装置很快 动作，切除短路故障，因此短路电流通过导体的时间很短，通常不会超过2-3s。所以在短 路过程中，可不考虑导体周围介质的散热，也就是可近似地认为在短路时间内导体与周围 介质是绝热的,短路电流在导体中产生的热量，完成全用来使导体温度升高。图4-10表示短 路前后导体的温升变化情况。 由于短路电流是一个变动的电流,而且含有非周期分量，因此要计算其短路在导体内产 生的热量 Qk 和达到的最高温度  k 是相当困难的。为此，引出一个“短路发热假象时 间” max t ,假设在此时间内以恒定的短路稳定电流  I 通过导体产生的热量，恰好与实际短路 电流 k i 或 k (t) I 在实际短路时间 k t 内通过导体所产生的热量相等,如图4-11所示. 短路发热假想时间可用下式近似地计算： s I I t t ima k 2 0.05          = +  在无限大容量系统中发生短路,由于 =  I I ,因此 t t s ima = k + 0.05

短路时间t为短路保护装置最长的时间t与断路器的断路时间t之和,即 对一般高压断路器(如油断路器),可取t内产生的热量为 Qk=korAt=12Rt 二)短路热稳定度的校验 (1)一般电器的热稳定校验条件 热稳定度校验条件为: 121≥3l (2)母线,电缆和绝缘导线的热稳定校验条件 第五节高低压电器的选择与校验 概述 髙低压电器按正常工作条件下选择,就是要考虑电器的环境条件和电器要求。环境条 件是指电器的使用场所(户内或户外)、环境温度,海拔高度以及有无防尘、防腐、防 火、防爆等要求。电器要求是指电器在电压、电流、频率等方面的要求;对一些开断电 流的电器,如熔断器、断路器和负荷开关等,则还有断流能力的要求 熔断器的选择与校验 (一)熔断器熔体电流的选择 1保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 1)熔体额定电流Ⅰ应不小于线路的计算电流l以使熔体在线路正常最大负荷下运 行时也不致熔断,即 ≥1 按GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》规定,应取为电容器额定电流的1.43-1.55 倍。 2)熔体额定电流Ⅰκ还应躲过线路的尖峰电流Ⅰ’以便熔体在线路出现尖峰电流时 也不致熔断,即 NFE≥K 3)熔断器保护还应与被保护的线路相配合,即:

短路时间 k t 为短路保护装置最长的时间 op t 与断路器的断路时间 oc t 之和,即 k op oc t = t + t 对一般高压断路器(如油断路器),可取t 内产生的热量为: ima t I k t Rdt I Rt k 2 0 2 Qk =  ( ) =  (二)短路热稳定度的校验 (1)一般电器的热稳定校验条件 热稳定度校验条件为： t ima I t I t 2 (3)   (2)母线,电缆和绝缘导线的热稳定校验条件 第五节 高低压电器的选择与校验 一 、概述 高低压电器按正常工作条件下选择,就是要考虑电器的环境条件和电器要求。环境条 件是指电器的使用场所（户内或户外）、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防 火、防爆等要求。电器要求是指电器在电压、电流、频率等方面的要求；对一些开断电 流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则还有断流能力的要求。 二、熔断器的选择与校验 （一）熔断器熔体电流的选择 1 保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 1）熔体额定电流 N FE I . 应不小于线路的计算电流 30 I 以使熔体在线路正常最大负荷下运 行时也不致熔断，即 . 30 I I N FE  按 GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》规定，应取为电容器额定电流的 1.43-1.55 倍。 2）熔体额定电流 N FE I . 还应躲过线路的尖峰电流 pk I ，以便熔体在线路出现尖峰电流时 也不致熔断，即： N FE KI pk I .  3）熔断器保护还应与被保护的线路相配合，即：

N.E≥Kola1 如果熔断器只做短路保护时,对电缆和穿管绝缘导线,取K。=2.5;对明敷绝缘导线, 取K=1.5 如果熔断器不只作短路保护,而且要求同时作过负荷保护时,则取Kα=1。 2保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择。 保护电力变压器的熔体电流,应满足下式要求: IBE=(1.5~2.0)r 1)熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流。 2)熔体电流还要躲过来自变压器低压侧的电动机自起动引起的尖峰电流。 3)熔体电流还要躲过变压器自身的励磁电流,这涌流是变压器空载投入时或着在外部 故障切除后突然恢复电压所产生的一个类似涌流的电流,可高达(8-10)l,与三相电 路突然短路时的短路全电流相似,也要衰减,但较之短路全电流的衰减较慢。 3、保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择 由于电压互感器二侧的负荷很小,因此保护髙压电压互感器的RN2型熔断器的熔体额定 电流为0.5A。 (二)熔断器规格的选择与校验 熔断器规格的选择与校验应满足下列条件: 1)熔断器的额定电压U应不低于所在线路额定电压Ux,即 2)熔断器的额定电流IA应不小于它所安装的熔体额定电流lF 3)熔断器断流能力的校验 ①限流熔断器(如RN、RT0)由于不能在短路达到冲击值之前灭弧,因此应满足下列 条件 ②非限流熔断器由于不能在短路电流达到冲击值之前灭弧,因此应满足下列条件: ≥

N.FE OL a1 I  K I 如果熔断器只做短路保护时，对电缆和穿管绝缘导线，取 KOL = 2.5 ；对明敷绝缘导线， 取 KOL = 1.5。 如果熔断器不只作短路保护，而且要求同时作过负荷保护时，则取 KOL = 1。 2 保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择。 保护电力变压器的熔体电流，应满足下式要求： N FE N T I I . 0 1 . = (1.5～2. ） 1）熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流。 2）熔体电流还要躲过来自变压器低压侧的电动机自起动引起的尖峰电流。 3）熔体电流还要躲过变压器自身的励磁电流，这涌流是变压器空载投入时或着在外部 故障切除后突然恢复电压所产生的一个类似涌流的电流，可高达（8-10） N FE I . ，与三相电 路突然短路时的短路全电流相似，也要衰减，但较之短路全电流的衰减较慢。 3、保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择 由于电压互感器二侧的负荷很小，因此保护高压电压互感器的RN2型熔断器的熔体额定 电流为0.5A。 （二）熔断器规格的选择与校验 熔断器规格的选择与校验应满足下列条件： 1）熔断器的额定电压 UN.FU 应不低于所在线路额定电压 UN ，即 UN.FU  UN 2）熔断器的额定电流 N FU I . 应不小于它所安装的熔体额定电流 N FE I . N FU N FE I I .  . 3)熔断器断流能力的校验 ①限流熔断器（如RN1、RTO）由于不能在短路达到冲击值之前灭弧，因此应满足下列 条件： (3) I I oc   ②非限流熔断器由于不能在短路电流达到冲击值之前灭弧，因此应满足下列条件： (3) oc sh I  I

③对具有断流能力上下限的熔断器其断流能力上限应满足上式的条件,而其断流能力 下限应满足下列条件: ≥1(2 熔断器不必校验其短路的动稳定度和热稳定度。 (三)熔断器保护灵敏度的检验 为了保证熔断器杂其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠地熔断,熔断器保护 的灵敏度必须满足下列条件 ≥K 例4-5有一台异步电动机、其额定电压为380伏,额定容量为18.5KW,额定电流为 35.5A,起动电流倍数为7。现拟采用BLV-1000-1×10型导线穿钢管敷设,采用RT0型熔断器 作保护电路。已知三相短路电流3最大可达4kA,单相短路电流I可达1.5kA。试选择熔 断器及其熔体额定电流,并进行校验。 解:1选择熔体的额定电流 按满足1E250=354及HE≥=03×354×7=74554来选择,查表可选 0-100型熔断器,其IPU=100A4,而熔体选Ix804 2校验熔断器的断流能力 查表得RT0-100型熔断器的l=50kA>"=13)=4kA,故此熔断器满足短流要 求 3校验熔断器的保护灵敏度 1500A 18.75>7 80A 因此熔断器也满足保护灵敏度要求。 4、校验熔断器保护与导线的配合 由表查得A=10mm2的BLV导线la1=41A 熔断器保护与导线之间的选择性配合 前后熔断器之间的配合,就是在线路发生短路故障时,靠近故障点的熔断器最先熔断, 切除短路故障,从而使系统的其它部分迅速恢复正常的运行

③对具有断流能力上下限的熔断器其断流能力上限应满足上式的条件，而其断流能力 下限应满足下列条件： (2) oc.min k I  I 熔断器不必校验其短路的动稳定度和热稳定度。 （三）熔断器保护灵敏度的检验 为了保证熔断器杂其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠地熔断，熔断器保护 的灵敏度必须满足下列条件： K I I S N FE k p =  . .min 例4-5 有一台异步电动机、其额定电压为380伏，额定容量为18.5KW，额定电流为 35.5A，起动电流倍数为7。现拟采用BLV-1000-1×10型导线穿钢管敷设，采用RTO型熔断器 作保护电路。已知三相短路电流 (3) k I 最大可达4kA，单相短路电流 (1) k I 可达1.5kA。试选择熔 断器及其熔体额定电流，并进行校验。 解：1 选择熔体的额定电流 按满足 I N.FE  I 30 = 35.5A 及 I N.FE  KI pk = 0.3 35.5A 7 = 74.55A 来选择，查表可选 RTO-100型熔断器，其 I N.FU = 100A ，而熔体选 I N.FE 80A 2 校验熔断器的断流能力 查表得RTO-100型熔断器的 I oc 50kA I I k 4kA (3) (3) =   = = ，故此熔断器满足短流要 求。 3 校验熔断器的保护灵敏度 18.75 7 80 1500 . .min = = =  A A I I S N FE k p 因此熔断器也满足保护灵敏度要求。 4、校验熔断器保护与导线的配合 由表查得 2 A = 10mm 的BLV导线 I a1 = 41A。 熔断器保护与导线之间的选择性配合 前后熔断器之间的配合，就是在线路发生短路故障时，靠近故障点的熔断器最先熔断， 切除短路故障，从而使系统的其它部分迅速恢复正常的运行

如图4-12a所示线路中,要保证前后两熔断器FU1和FU2的保护性,必须满足的条件是 >2,或051>1.512°也就是前后熔断器保护选择的条件为 即前一熔断器(FU1)根据其保护特性曲线查的的熔断时间,至少应为后一熔断器(FU2) 根据起保护性曲线査得的熔断时间的3倍,才能确定前后熔断器动作的选择性。如果不能满 足这一要求时,则应将前一熔断器的熔体电流提髙1-2级,再进行校验。 如果不用熔断器的保护性曲线来检验选择,则一般只有前一熔断器的熔体电流大于后 一熔断器的熔体电流2-3级以上,才有可能保证其动作的选择性。 三、低压熔断器的选择与校验 (一)低压熔断器过流熔断器的选择过电流脱扣器的额定电流Ixo应不小于电 路的计算电流l0,即 (二)低压熔断器过电流熔断器的整定 1、瞬时过电流拖扣器动作电流的整定 瞬时过电流拖扣器动作电流Jwo,应躲过线路尖峰电流/k l(o)≥Kp 式中,K,为可靠系数。对动作时间在0.02s以上的万能式断路器,可取1.35;对动作时间 在0.02以及以下的塑壳式熔断器,则宜取22.5。 2、短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定 短延时过电流脱扣器的动作电流J应躲过线路尖峰电流/nk, 式中,K为可靠系数,一般取1.2 短延时过电流脱扣器动作时间有0.2s、0.4s和0.6s等级,应按前后保护装置选择性要 求来确定前一级保护动作的时间应比后一级保护动作的时间长一个时间级差0.2s 3、长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定 长延时过电流脱扣器主要用来做过负荷保护,因此其动作电流l,应躲过线路的最大 负荷电流,即计算电流l30,满足下列条件

如图4-12a所示线路中，要保证前后两熔断器FU1和FU2的保护性，必须满足的条件是 1 2 t  t ,或 1 5 2 0.5t  1. t 。也就是前后熔断器保护选择的条件为 1 3 2 t  t 即前一熔断器（FU1）根据其保护特性曲线查的的熔断时间，至少应为后一熔断器（FU2） 根据起保护性曲线查得的熔断时间的3倍，才能确定前后熔断器动作的选择性。如果不能满 足这一要求时，则应将前一熔断器的熔体电流提高1-2级，再进行校验。 如果不用熔断器的保护性曲线来检验选择，则一般只有前一熔断器的熔体电流大于后 一熔断器的熔体电流2-3级以上，才有可能保证其动作的选择性。 三、 低压熔断器的选择与校验 （一）低压熔断器过流熔断器的选择 过电流脱扣器的额定电流 N OR I . 应不小于电 路的计算电流 30 I ，即 . 30 I I N OR  （二）低压熔断器过电流熔断器的整定 1、瞬时过电流拖扣器动作电流的整定 瞬时过电流拖扣器动作电流 op(o) I 应躲过线路尖峰电流 pk I op o rel pk I  K I ( ) 式中， Krel 为可靠系数。对动作时间在0.02s以上的万能式断路器，可取1.35；对动作时间 在0.02以及以下的塑壳式熔断器，则宜取2~2.5。 2、短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定 短延时过电流脱扣器的动作电流 op(s) I 应躲过线路尖峰电流 pk I ， op s rel pk I  K I ( ) 式中， Krel 为可靠系数，一般取1.2。 短延时过电流脱扣器动作时间有0.2s、0.4s 和0.6s等级，应按前后保护装置选择性要 求来确定前一级保护动作的时间应比后一级保护动作的时间长一个时间级差0.2s。 3、长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定 长延时过电流脱扣器主要用来做过负荷保护，因此其动作电流 op(l) I ,应躲过线路的最大 负荷电流，即计算电流 30 I ，满足下列条件：