短路電流速算基礎(chǔ)知識

一.概述

供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時,很大的短路電流會使電器設(shè)備過熱或受電動力作用而遭到損壞,同時使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低,因而破壞了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用電設(shè)備的正常工作.為了消除或減輕短路的后果,就需要計(jì)算短路電流,以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用限制短路電流的元件.

二.計(jì)算條件

1.假設(shè)系統(tǒng)有無限大的容量.用戶處短路后,系統(tǒng)母線電壓能維持不變.即計(jì)算阻抗比系統(tǒng)阻抗要大得多.

具體規(guī)定: 對于3~35KV級電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算,可以認(rèn)為110KV及以上的系統(tǒng)的容量為無限大.只要計(jì)算35KV及以下網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗.

2.在計(jì)算高壓電器中的短路電流時,只需考慮發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電抗,而忽略其電阻;對于架空線和電纜,只有當(dāng)其電阻大于電抗1/3時才需計(jì)入電阻,一般也只計(jì)電抗而忽略電阻.

3. 短路電流計(jì)算公式或計(jì)算圖表,都以三相短路為計(jì)算條件.因?yàn)閱蜗喽搪坊蚨喽搪窌r的短路電流都小于三相短路電流.能夠分?jǐn)嗳喽搪冯娏鞯碾娖?一定能夠分?jǐn)鄦蜗喽搪冯娏骰蚨喽搪冯娏?

三.簡化計(jì)算法

即使設(shè)定了一些假設(shè)條件,要正確計(jì)算短路電流還是十分困難,對于一般用戶也沒有必要.一些設(shè)計(jì)手冊提供了簡化計(jì)算的圖表.省去了計(jì)算的麻煩.用起來比較方便.但要是手邊一時沒有設(shè)計(jì)手冊怎么辦?下面介紹一種 “口訣式”的計(jì)算方法,只要記牢7句口訣,就可掌握短路電流計(jì)算方法.

在介紹簡化計(jì)算法之前必須先了解一些基本概念.

1.主要參數(shù)

Sd三相短路容量 (MVA)簡稱短路容量校核開關(guān)分?jǐn)嗳萘?BR>
Id三相短路電流周期分量有效值(KA)簡稱短路電流校核開關(guān)分?jǐn)嚯娏?BR>
和熱穩(wěn)定

IC三相短路第一周期全電流有效值(KA) 簡稱沖擊電流有效值校核動穩(wěn)定

ic三相短路第一周期全電流峰值(KA) 簡稱沖擊電流峰值校核動穩(wěn)定

x電抗(Ω)

其中系統(tǒng)短路容量Sd和計(jì)算點(diǎn)電抗x 是關(guān)鍵.

2.標(biāo)么值

計(jì)算時選定一個基準(zhǔn)容量(Sjz)和基準(zhǔn)電壓(Ujz).將短路計(jì)算中各個參數(shù)都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準(zhǔn)量的比值(相對于基準(zhǔn)量的比值),稱為標(biāo)么值(這是短路電流計(jì)算最特別的地方,目的是要簡化計(jì)算).

(1)基準(zhǔn)

基準(zhǔn)容量 Sjz =100 MVA

基準(zhǔn)電壓 UJZ規(guī)定為8級. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV

有了以上兩項(xiàng),各級電壓的基準(zhǔn)電流即可計(jì)算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4

因?yàn)?S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16144

(2)標(biāo)么值計(jì)算

容量標(biāo)么值 S* =S/SJZ.例如:當(dāng)10KV母線上短路容量為200 MVA時,其標(biāo)么值容量

S* = 200/100=2.

電壓標(biāo)么值 U*= U/UJZ ; 電流標(biāo)么值 I* =I/IJZ

3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算公式

短路電流標(biāo)么值: I*d = 1/x* (總電抗標(biāo)么值的倒數(shù)).

短路電流有效值: Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)

沖擊電流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC沖擊系數(shù),取1.8

所以 IC =1.52Id

沖擊電流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)

當(dāng)1000KVA及以下變壓器二次側(cè)短路時,沖擊系數(shù)KC ,取1.3

這時:沖擊電流有效值IC =1.09*Id(KA)

沖擊電流峰值: ic =1.84 Id(KA)

掌握了以上知識,就能進(jìn)行短路電流計(jì)算了.公式不多,又簡單.但問題在于短路點(diǎn)的總電抗如何得到?例如:區(qū)域變電所變壓器的電抗、輸電線路的電抗、企業(yè)變電所變壓器的電抗,等等.

一種方法是查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊,從中可以找到常用變壓器、輸電線路及電抗器的電抗標(biāo)么值.求得總電抗后,再用以上公式計(jì)算短路電流; 設(shè)計(jì)手冊中還有一些圖表,可以直接查出短路電流.

下面介紹一種 “口訣式”的計(jì)算方法,只要記牢7句口訣,就可掌握短路電流計(jì)算方法.
4．簡化算法

【1】系統(tǒng)電抗的計(jì)算

系統(tǒng)電抗，百兆為一。容量增減，電抗反比。100除系統(tǒng)容量

例：基準(zhǔn)容量 100MVA。當(dāng)系統(tǒng)容量為100MVA時，系統(tǒng)的電抗為XS*=100/100＝1

當(dāng)系統(tǒng)容量為200MVA時，系統(tǒng)的電抗為XS*=100/200＝0.5

當(dāng)系統(tǒng)容量為無窮大時，系統(tǒng)的電抗為XS*=100/∞＝0

系統(tǒng)容量單位：MVA

系統(tǒng)容量應(yīng)由當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供。當(dāng)不能得到時，可將供電電源出線開關(guān)的開斷容量

作為系統(tǒng)容量。如已知供電部門出線開關(guān)為W-VAC 12KV 2000A 額定分?jǐn)嚯娏鳛?0KA。則可認(rèn)為系統(tǒng)容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系統(tǒng)的電抗為XS*=100/692＝0.144。

【2】變壓器電抗的計(jì)算

110KV, 10.5除變壓器容量；35KV, 7除變壓器容量；10KV{6KV}, 4.5除變壓器容量。

例：一臺35KV 3200KVA變壓器的電抗X*=7/3.2=2.1875

一臺10KV 1600KVA變壓器的電抗X*=4.5/1.6=2.813

變壓器容量單位：MVA

這里的系數(shù)10.5，7，4.5 實(shí)際上就是變壓器短路電抗的％數(shù)。不同電壓等級有不同的值。

【3】電抗器電抗的計(jì)算

電抗器的額定電抗除額定容量再打九折。

例：有一電抗器 U=6KV I=0.3KA 額定電抗 X=4% 。

額定容量 S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 電抗器電抗X*={4/3.12}*0.9=1.15

電抗器容量單位：MVA

【4】架空線路及電纜電抗的計(jì)算

架空線：6KV，等于公里數(shù)；10KV，取1/3；35KV，取 3％0

電纜：按架空線再乘0.2。

例：10KV 6KM架空線。架空線路電抗X*=6/3=2

10KV 0.2KM電纜。電纜電抗X*={0.2/3}*0.2=0.013。

這里作了簡化，實(shí)際上架空線路及電纜的電抗和其截面有關(guān)，截面越大電抗越小。

【5】短路容量的計(jì)算

電抗加定，去除100。

例：已知短路點(diǎn)前各元件電抗標(biāo)么值之和為 X*∑=2, 則短路點(diǎn)的短路容量

Sd=100/2=50 MVA。

短路容量單位：MVA

【6】短路電流的計(jì)算

6KV，9.2除電抗；10KV，5.5除電抗; 35KV，1.6除電抗; 110KV，0.5除電抗。

0.4KV，150除電抗

例：已知一短路點(diǎn)前各元件電抗標(biāo)么值之和為 X*∑=2, 短路點(diǎn)電壓等級為6KV,

則短路點(diǎn)的短路電流 Id=9.2/2=4.6KA。

短路電流單位：KA

【7】短路沖擊電流的計(jì)算

1000KVA及以下變壓器二次側(cè)短路時：沖擊電流有效值Ic=Id, 沖擊電流峰值ic=1.8Id

1000KVA以上變壓器二次側(cè)短路時：沖擊電流有效值Ic=1.5Id, 沖擊電流峰值ic=2.5Id

例：已知短路點(diǎn){1600KVA變壓器二次側(cè)}的短路電流 Id=4.6KA，

則該點(diǎn)沖擊電流有效值Ic=1.5Id,＝1.5*4.6＝7.36KA,沖擊電流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA。

可見短路電流計(jì)算的關(guān)鍵是算出短路點(diǎn)前的總電抗{標(biāo)么值}.但一定要包括系統(tǒng)電抗

5. 舉例

系統(tǒng)見下圖.由電業(yè)部門區(qū)域變電站送出一路10KV架空線路,經(jīng)10KM后到達(dá)企業(yè)變電所, 進(jìn)變電所前有一段200M的電纜.變電所設(shè)一臺1600KVA變壓器. 求K1,K2點(diǎn)的短路參數(shù).


系統(tǒng)圖電抗圖合并電抗圖

系統(tǒng)容量: S=1.73*U*I=1.73*10.5*31.5=573 MVA

用以上口訣,很容易求得各電抗標(biāo)么值,一共有4個.

系統(tǒng)電抗 X0=100/573=0.175

10KM,10KV架空線路電抗 X1=10/3=3.333

200M,10KV 電纜線路電抗 X2=(0.2/3)*0.2=0.133

1600KVA 變壓器電抗 X3=4.5/1.6=2.81

請注意:以上電抗都是標(biāo)么值(X*)

將每一段電抗分別相加,得到K1點(diǎn)總電抗=X0+X1=3.51

K2點(diǎn)總電抗=X0+X1+X2+X3=6.45 (不是2.94 !)

再用口訣,即可算出短路電流

U (KV)X*Id (KA)IC (KA)ic (KA)Sd (MVA)

口訣5.5/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K110.53.511.562.374.028.5

口訣150/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K20.46.4523355915.5

用口訣算和用第3節(jié)公式算有什么不同 ?

用口訣算出的是實(shí)名制單位,KA,MVA,而用公式算出的是標(biāo)么值.

細(xì)心的人一定會看出,計(jì)算短路電流口訣中的系數(shù) 150、9.2、5.5、1.6. 實(shí)際上就是各級電壓基準(zhǔn)值.只是作了簡化.準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)該是144、9.16、5.5、1.56.

有了短路參數(shù)有什么用? 是驗(yàn)算開關(guān)的主要參數(shù).例:這臺1600KVA變壓器低壓總開關(guān)采用M25,N1.額定電流2500A, 額定分?jǐn)嚯娏?5KA.

驗(yàn)算: 變壓器額定電流為2253A

開關(guān)額定電流>變壓器額定電流; 開關(guān)額定分?jǐn)嚯娏?gt;短路電流 Id..驗(yàn)算通過.

【5】短路容量的計(jì)算

電抗加定，去除100。

例：已知短路點(diǎn)前各元件電抗標(biāo)么值之和為 X*∑=2, 則短路點(diǎn)的短路容量

Sd=100/2=50 MVA。

短路容量單位：MVA

【6】短路電流的計(jì)算

6KV，9.2除電抗；10KV，5.5除電抗; 35KV，1.6除電抗; 110KV，0.5除電抗。

0.4KV，150除電抗

例：已知一短路點(diǎn)前各元件電抗標(biāo)么值之和為 X*∑=2, 短路點(diǎn)電壓等級為6KV,

則短路點(diǎn)的短路電流 Id=9.2/2=4.6KA。

短路電流單位：KA

【7】短路沖擊電流的計(jì)算

1000KVA及以下變壓器二次側(cè)短路時：沖擊電流有效值Ic=Id, 沖擊電流峰值ic=1.8Id

1000KVA以上變壓器二次側(cè)短路時：沖擊電流有效值Ic=1.5Id, 沖擊電流峰值ic=2.5Id

例：已知短路點(diǎn){1600KVA變壓器二次側(cè)}的短路電流 Id=4.6KA，

則該點(diǎn)沖擊電流有效值Ic=1.5Id,＝1.5*4.6＝7.36KA,沖擊電流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA。

可見短路電流計(jì)算的關(guān)鍵是算出短路點(diǎn)前的總電抗{標(biāo)么值}.但一定要包括系統(tǒng)電抗

5. 舉例

系統(tǒng)見下圖.由電業(yè)部門區(qū)域變電站送出一路10KV架空線路,經(jīng)10KM后到達(dá)企業(yè)變電所, 進(jìn)變電所前有一段200M的電纜.變電所設(shè)一臺1600KVA變壓器. 求K1,K2點(diǎn)的短路參數(shù).


系統(tǒng)圖電抗圖合并電抗圖

系統(tǒng)容量: S=1.73*U*I=1.73*10.5*31.5=573 MVA

用以上口訣,很容易求得各電抗標(biāo)么值,一共有4個.

系統(tǒng)電抗 X0=100/573=0.175

10KM,10KV架空線路電抗 X1=10/3=3.333

200M,10KV 電纜線路電抗 X2=(0.2/3)*0.2=0.133

1600KVA 變壓器電抗 X3=4.5/1.6=2.81

請注意:以上電抗都是標(biāo)么值(X*)

將每一段電抗分別相加,得到K1點(diǎn)總電抗=X0+X1=3.51

K2點(diǎn)總電抗=X0+X1+X2+X3=6.45 (不是2.94 !)

再用口訣,即可算出短路電流

U (KV)X*Id (KA)IC (KA)ic (KA)Sd (MVA)

口訣5.5/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K110.53.511.562.374.028.5

口訣150/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K20.46.4523355915.5

用口訣算和用第3節(jié)公式算有什么不同 ?

用口訣算出的是實(shí)名制單位,KA,MVA,而用公式算出的是標(biāo)么值.

細(xì)心的人一定會看出,計(jì)算短路電流口訣中的系數(shù) 150、9.2、5.5、1.6. 實(shí)際上就是各級電壓基準(zhǔn)值.只是作了簡化.準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)該是144、9.16、5.5、1.56.

有了短路參數(shù)有什么用? 是驗(yàn)算開關(guān)的主要參數(shù).例:這臺1600KVA變壓器低壓總開關(guān)采用M25,N1.額定電流2500A, 額定分?jǐn)嚯娏?5KA.

驗(yàn)算: 變壓器額定電流為2253A

開關(guān)額定電流>變壓器額定電流; 開關(guān)額定分?jǐn)嚯娏?gt;短路電流 Id..驗(yàn)算通過