短路电流的计算方法

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。

一、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。

二、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=100MVA

基准电压UJZ规定为8级.230,115,37,10.5,6.3,3.15,0.4,0.23KV

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200MVA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=2.55Id(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=1.84Id(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-VAC12KV2000A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35KV3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875

一台10KV1600KVA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=6KVI=0.3KA额定电抗X=4%.

额定容量S=1.73*6*0.3=3.12MVA.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：10KV6KM架空线.架空线路电抗X*=6/3=2

10KV0.2KM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=50MVA.

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。