供電網絡中發生短路時,很大的短路電流會使電器設備過熱或受電動力作用而遭到損壞,同時使網絡內的電壓大大降低,因而破壞了網絡內用電設備的正常工作.為了消除或減輕短路的后果,就需要計算短路電流,以正確地選擇電器設備、設計繼電保護和選用限制短路電流的元件.
計算條件
1.假設系統有無限大的容量.用戶處短路后,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: 對于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及以下網絡元件的阻抗.
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;對于架空線和電纜,只有當其電阻大于電抗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于三相短路電流.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.
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,對于一般用戶也沒有必要.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么辦?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.主要參數
Sd三相短路容量 (MVA)簡稱短路容量校核開關分斷容量
Id三相短路電流周期分量有效值(KA)簡稱短路電流校核開關分斷電流和熱穩定
IC三相短路第一周期全電流有效值(KA) 簡稱沖擊電流有效值校核動穩定
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.標么值
計算時選定一個基準容量(Sjz)和基準電壓(Ujz).將短路計算中各個參數都轉化為和該參數的基準量的比值(相對于基準量的比值),稱為標么值(電氣工程網。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)標么值計算
容量標么值 S* =S/SJZ.例如:當10KV母線上短路容量為200 MVA時,其標么值容量
S* = 200/100=2.
電壓標么值 U*= U/UJZ ; 電流標么值 I* =I/IJZ
3無限大容量系統三相短路電流計算公式
短路電流標么值: I*d = 1/x* (總電抗標么值的倒數).
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,取1.8
所以 IC =1.52Id
沖擊電流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)
當1000KVA及以下變壓器二次側短路時,沖擊系數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,就能進行短路電流計算了.公式不多,又簡單.但問題在于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么值.求得總電抗后,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.
簡化算法
【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{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*={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算
架空線：6KV，等于公里數；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*={0.2/3}*0.2=0.013。
這里作了簡化，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么值之和為 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么值之和為 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】短路沖擊電流的計算
1000KVA及以下變壓器二次側短路時：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{1600KVA變壓器二次側}的短路電流 Id=4.6KA，
則該點沖擊電流有效值Ic=1.5Id,＝1.5*4.6＝7.36KA,沖擊電流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA。
可見短路電流計算的關鍵是算出短路點前的總電抗{標么值}.但一定要包括系統電抗