一.概述
供電網路中發生短路時,很大的短路電流會使電器裝置過熱或受電動力作用而遭到損壞,同時使網路內的電壓大大降低,因而破壞了網路內用電裝置的正常工作.為了消除或減輕短路的後果,就需要計算短路電流,以正確地選擇電器裝置、設計繼電保護和選用限制短路電流的元件.
二.計算條件
1.假設系統有無限大的容量.使用者處短路後,系統母線電壓能維持不變.即計算阻抗比系統阻抗要大得多.
具體規定: 對於3~35kv級電網中短路電流的計算,可以認為110kv及以上的系統的容量為無限大.只要計算35kv及以下網路元件的阻抗.
2.在計算高壓電器中的短路電流時,只需考慮發電機、變壓器、電抗器的電抗,而忽略其電阻;對於架空線和電纜,只有當其電阻大於電抗1/3時才需計入電阻,一般也只計電抗而忽略電阻.
3. 短路電流計算公式或計算圖表,都以三相短路為計算條件.因為單相短路或二相短路時的短路電流都小於三相短路電流.
能夠分斷三相短路電流的電器,一定能夠分斷單相短路電流或二相短路電流.
三.簡化計算法
即使設定了一些假設條件,要正確計算短路電流還是十分困難,對於一般使用者也沒有必要.一些設計手冊提供了簡化計算的圖表.省去了計算的麻煩.
用起來比較方便.但要是手邊一時沒有設計手冊怎麼辦?下面介紹一種 「口訣式」的計算方法,只要記牢7句口訣,就可掌握短路電流計算方法.
在介紹簡化計算法之前必須先了解一些基本概念.
1.主要引數
sd三相短路容量 (mva)簡稱短路容量校核開關分斷容量
id三相短路電流週期分量有效值(ka)簡稱短路電流校核開關分斷電流
和熱穩定
ic三相短路第一週期全電流有效值(ka) 簡稱衝擊電流有效值校核動穩定
ic三相短路第一週期全電流峰值(ka) 簡稱衝擊電流峰值校核動穩定
x電抗(ω)
其中系統短路容量sd和計算點電抗x 是關鍵.
2.標麼值
計算時選定乙個基準容量(sjz)和基準電壓(ujz).將短路計算中各個引數都轉化為和該引數的基準量的比值(相對於基準量的比值),稱為標麼值(這是短路電流計算最特別的地方,目的是要簡化計算).
(1)基準
基準容量 sjz =100 mva
基準電壓 ujz規定為8級. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 kv
有了以上兩項,各級電壓的基準電流即可計算出,例: ujz (kv)3710.56.30.4
因為 s=1.73*u*i 所以 ijz (ka)1.565.59.16144
(2)標麼值計算
容量標麼值 s* =s/sjz.例如:當10kv母線上短路容量為200 mva時,其標麼值容量
s* = 200/100=2.
電壓標麼值 u*= u/ujz ; 電流標麼值 i* =i/ijz
3無限大容量系統三相短路電流計算公式
短路電流標麼值: i*d = 1/x* (總電抗標麼值的倒數).
短路電流有效值: id= ijz* i*d=ijz/ x*(ka)
衝擊電流有效值: ic = id *√1 2 (kc-1)2 (ka)其中kc衝擊係數,取1.8
所以 ic =1.52id
衝擊電流峰值: ic =1.41* id*kc=2.55 id (ka)
當1000kva及以下變壓器二次側短路時,衝擊係數kc ,取1.3
這時:衝擊電流有效值ic =1.09*id(ka)
衝擊電流峰值: ic =1.84 id(ka)
掌握了以上知識,就能進行短路電流計算了.公式不多,又簡單.但問題在於短路點的總電抗如何得到?例如:區域變電所變壓器的電抗、輸電線路的電抗、企業變電所變壓器的電抗,等等.
一種方法是查有關設計手冊,從中可以找到常用變壓器、輸電線路及電抗器的電抗標麼值.求得總電抗後,再用以上公式計算短路電流; 設計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」的計算方法,只要記牢7句口訣,就可掌握短路電流計算方法.
4．簡化演算法
【1】系統電抗的計算
系統電抗，百兆為一。容量增減，電抗反比。100除系統容量
例：基準容量 100mva。當系統容量為100mva時，系統的電抗為xs*=100/100＝1
當系統容量為200mva時，系統的電抗為xs*=100/200＝0.5
當系統容量為無窮大時，系統的電抗為xs*=100/∞＝0
系統容量單位：mva
系統容量應由當地供電部門提供。當不能得到時，可將供電電源出線開關的開斷容量
作為系統容量。如已知供電部門出線開關為w-vac 12kv 2000a 額定分斷電流為40ka。則可認為系統容量s=1.
73*40*10000v=692mva, 系統的電抗為xs*=100/692＝0.144。
【2】變壓器電抗的計算
110kv, 10.5除變壓器容量；35kv, 7除變壓器容量；10kv, 4.5除變壓器容量。
例：一台35kv 3200kva變壓器的電抗x*=7/3.2=2.1875
一台10kv 1600kva變壓器的電抗x*=4.5/1.6=2.813
變壓器容量單位：mva
這裡的係數10.5，7，4.5 實際上就是變壓器短路電抗的％數。不同電壓等級有不同的值。
【3】電抗器電抗的計算
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*=*0.9=1.15
電抗器容量單位：mva
【4】架空線路及電纜電抗的計算
架空線：6kv，等於公里數；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=0.013。
這裡作了簡化，實際上架空線路及電纜的電抗和其截面有關，截面越大電抗越小。
【5】短路容量的計算
電抗加定，去除100。
例：已知短路點前各元件電抗標麼值之和為 x*∑=2, 則短路點的短路容量
sd=100/2=50 mva。
短路容量單位：mva
【6】短路電流的計算
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：已知一短路點前各元件電抗標麼值之和為 x*∑=2, 短路點電壓等級為6kv,
則短路點的短路電流 id=9.2/2=4.6ka。
短路電流單位：ka
【7】短路衝擊電流的計算
1000kva及以下變壓器二次側短路時：衝擊電流有效值ic=id, 衝擊電流峰值ic=1.8id
1000kva以上變壓器二次側短路時：衝擊電流有效值ic=1.5id, 衝擊電流峰值ic=2.5id
例：已知短路點的短路電流 id=4.6ka，
則該點衝擊電流有效值ic=1.5id,＝1.5*4.6＝7.36ka,衝擊電流峰值ic=2.5id=2.5*406=11.5ka。
可見短路電流計算的關鍵是算出短路點前的總電抗.但一定要包括系統電抗
5. 舉例
系統見下圖.由電業部門區域變電站送出一路10kv架空線路,經10km後到達企業變電所, 進變電所前有一段200m的電纜.變電所設一台1600kva變壓器.
求k1,k2點的短路引數.
系統容量: 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麼值,一共有4個.
系統電抗 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:以上電抗都是標麼值(x*)
將每一段電抗分別相加,得到k1點總電抗=x0 x1=3.51
k2點總電抗=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節公式算有什麼不同 ?
用口訣算出的是實名制單位,ka,mva,而用公式算出的是標麼值.
細心的人一定會看出,計算短路電流口訣中的係數 150、9.2、5.5、1.
6. 實際上就是各級電壓基準值.只是作了簡化.
準確計算應該是144、9.16、5.5、1.
56.有了短路引數有什麼用? 是驗算開關的主要引數.例:這台1600kva變壓器低壓總開關採用m25,n1.額定電流2500a, 額定分斷電流55ka.
驗算: 變壓器額定電流為2253a
開關額定電流》變壓器額定電流; 開關額定分斷電流》短路電流 id..驗算通過.
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