短路电流速算
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；10KV{6KV}, 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
最小短路容量是指所在地的电力系统在最小运行方式下，即系统具有最大的阻抗值时，发生短路后具有最小短路电流值时的短路容量。
该值是根据该地电力系统的所有相关参数计算出来的，既与本地用户的用电设备有关，又与电力系统的设备及运行方式有关。系统参数要向当地电网经营企业“索取”，向用户供电的每一个供电点的最小短路容量都是计算好了的，你测试地的最小短路容量值要根据上面的“索取”值，再进行计算。