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短路电流速算基础知识

一.概述

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.

二.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.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.

3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.

三.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.
4．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；10KV6KV, 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

5. 举例

系统见下图.由电业部门区域变电站送出一路10KV架空线路,经10KM后到达企业变电所, 进变电所前有一段200M的电缆.变电所设一台1600KVA变压器. 求K1,K2点的短路参数.


系统图电抗图合并电抗图

系统容量: S=1.73*U*I=1.73*10.5*31.5=573 MVA

用以上口诀,很容易求得各电抗标么值,一共有4个.

系统电抗 X0=100/573=0.175

10KM,10KV架空线路电抗 X1=10/3=3.333

200M,10KV 电缆线路电抗 X2=(0.2/3)*0.2=0.133

1600KVA 变压器电抗 X3=4.5/1.6=2.81

请注意:以上电抗都是标么值(X*)

将每一段电抗分别相加,得到K1点总电抗=X0+X1=3.51

K2点总电抗=X0+X1+X2+X3=6.45 (不是2.94 !)

再用口诀,即可算出短路电流

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

口诀5.5/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K110.53.511.562.374.028.5

口诀150/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K20.46.4523355915.5

用口诀算和用第3节公式算有什么不同 ?

用口诀算出的是实名制单位,KA,MVA,而用公式算出的是标么值.

细心的人一定会看出,计算短路电流口诀中的系数 150、9.2、5.5、1.6. 实际上就是各级电压基准值.只是作了简化.准确计算应该是144、9.16、5.5、1.56.

有了短路参数有什么用? 是验算开关的主要参数.例:这台1600KVA变压器低压总开关采用M25,N1.额定电流2500A, 额定分断电流55KA.

验算: 变压器额定电流为2253A

开关额定电流>变压器额定电流; 开关额定分断电流>短路电流 Id..验算通过.

【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

5. 举例

系统见下图.由电业部门区域变电站送出一路10KV架空线路,经10KM后到达企业变电所, 进变电所前有一段200M的电缆.变电所设一台1600KVA变压器. 求K1,K2点的短路参数.


系统图电抗图合并电抗图

系统容量: S=1.73*U*I=1.73*10.5*31.5=573 MVA

用以上口诀,很容易求得各电抗标么值,一共有4个.

系统电抗 X0=100/573=0.175

10KM,10KV架空线路电抗 X1=10/3=3.333

200M,10KV 电缆线路电抗 X2=(0.2/3)*0.2=0.133

1600KVA 变压器电抗 X3=4.5/1.6=2.81

请注意:以上电抗都是标么值(X*)

将每一段电抗分别相加,得到K1点总电抗=X0+X1=3.51

K2点总电抗=X0+X1+X2+X3=6.45 (不是2.94 !)

再用口诀,即可算出短路电流

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

口诀5.5/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K110.53.511.562.374.028.5

口诀150/X*1.52* Id2.55 Id100/X*

K20.46.4523355915.5

用口诀算和用第3节公式算有什么不同 ?

用口诀算出的是实名制单位,KA,MVA,而用公式算出的是标么值.

细心的人一定会看出,计算短路电流口诀中的系数 150、9.2、5.5、1.6. 实际上就是各级电压基准值.只是作了简化.准确计算应该是144、9.16、5.5、1.56.

有了短路参数有什么用? 是验算开关的主要参数.例:这台1600KVA变压器低压总开关采用M25,N1.额定电流2500A, 额定分断电流55KA.

验算: 变压器额定电流为2253A

开关额定电流>变压器额定电流; 开关额定分断电流>短路电流 Id..验算通过