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  • 頭條短路電流的簡易計算
    2020-02-26 作者:王曹榮  |  來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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    導語介紹了短路電流的簡易方法,并給出了簡易計算的應用實例。

    1. 引言

    工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)的安全運行至關重要。當供配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,系統(tǒng)必須能夠及時準確地切除故障線路,限制故障范圍的進一步擴大。斷路器作為切除短路故障的執(zhí)行元件,其自身動作的安全性不可忽視。

    斷路器必須具有一定的分斷能力,其額定運行短路分斷能力不能低于故障線路的短路電流。短路電流的大小無法從實際運行中測量,只能通過計算獲得。

    而短路電流的計算通常較多采用的是標么電抗法和短路功率法,這兩種方法較為復雜,對于一般的電氣作業(yè)人員不容易完全掌握。因此,在此介紹一種短路電流的簡易計算方法。

    2. 短路電流的簡易計算方法

    短路電流的簡易計算步驟分為四步:第一步,繪制已知的供配電系統(tǒng)的等效電路圖,計算短路點前每一個供電元件的相對電抗值;第二步,計算短路點前總的相對電抗值;第三步,計算短路點的短路容量和短路電流;第四步,計算短路沖擊電流。

    2.1 相對電抗值的簡易計算

    2.1.1 系統(tǒng)電抗的簡易計算

    系統(tǒng)的電抗可以將容量為100MVA時電抗約等于1作為基準。系統(tǒng)電抗與容量成反比,也就是說:當系統(tǒng)容量大于100MVA時,電抗減?。划斚到y(tǒng)容量小于100MVA時,電抗增大。例如系統(tǒng)容量為200MVA時,電抗可看作0.5;系統(tǒng)容量為50MVA時,電抗可看作2。對于工業(yè)企業(yè)來說,系統(tǒng)的電抗可認為是0。

    2.1.2變壓器電抗的簡易計算

    變壓器的電抗與變壓器一次側的電壓等級有關,具體如下:

    • 對于10kV(含6kV)變壓器,用4.5除以容量就約等于它的電抗。例如一臺10kV、1000kVA(1.0MVA)的變壓器,電抗約為4.5/1.0=4.5。
    • 對于35kV變壓器,用7除以容量就約等于它的電抗。例如一臺35kV、4000kVA(4.0MVA)的變壓器,電抗約為7/4=1.75。
    • 對于110kV變壓器,用10.5除以容量就約等于它的電抗。例如一臺110kV、10000kVA(10.0MVA)的變壓器,電抗約為10.5/10.0=1.05。

    2.1.3電抗器電抗的簡易計算

    電抗器電抗,可以用電抗器的相對額定值(%)除以容量后,再乘0.9計算而得。例如一臺10kV、500A(0.5kA)、4%的電抗器,其容量為1.73×10×0.5=8.65MVA,其電抗為4/8.65×0.9≈0.42。

    2.1.4架空線路和電纜電抗的簡易計算

    架空線路和電纜的電抗,與電壓等級、線路長度有關。具體如下:

    • 電壓6kV的架空線路,其電抗約等于線路的公里數(shù)。例如一條6kv、2km的架空線路的電抗約為2。
    • 電壓10kV的架空線路,其電抗約等于線路公里數(shù)的1/3。例如一條10kV、6km的架空線路的電抗約為2。
    • 電壓35kV的架空線路,其電抗約等于線路公里數(shù)的3%。例如一條35kV、100km的架空線路的電抗約為3。
    • 電壓110kV的架空線路,其電抗約等于線路公里數(shù)的3‰。一條110kV、600km的架空線路的電抗約為1.8。
    • 對于不同電壓等級電纜線路,其電抗可以先按架空線路計算后,再取其20%即可。例如一條10kV、6km的電纜線路的電抗約為2×20%=0.4。

    2.2 總的相對電抗值的計算

    短路點前所有供電元件的相對電抗值相加(按串并聯(lián)關系)求和,即為短路點前總的相對電抗值。

    2.3 短路容量和短路電流的簡易計算

    用100除以總的相對電抗值,即為短路點的短路容量。短路點的短路電流與線路的電壓等級有關,具體如下:

    • 0.4kV線路,用140除以總的相對電抗值約為短路電流。
    • 6kV線路,用9.2除以總的相對電抗值約為短路電流。
    • 10kV線路,用5.5除以總的相對電抗值約為短路電流。
    • 35kV線路,用1.6除以總的相對電抗值約為短路電流。
    • 110kV線路,用0.5除以總的相對電抗值約為短路電流。

    2.4 短路沖擊電流的簡易計算

    短路沖擊電流常用作校驗電氣設備和母線的重要數(shù)據(jù)。它包括三相短路沖擊電流的最大值和三相短路沖擊電流的峰值。

    • 三相短路沖擊電流的最大值約為短路電流的1.5倍。
    • 三相短路沖擊電流的峰值約為短路電流的2.5倍。

    3. 短路電流的簡易計算應用實例

    3.1 有一供配電系統(tǒng)如圖3.1.1所示,試計算短路點d處的短路電流。

    短路電流的簡易計算

    圖3.1.1 供配電系統(tǒng)簡圖

    短路電流的簡易計算

    圖3.1.2 等效電路圖

    (1)該供配電系統(tǒng)的等效電路圖如圖3.1.2所示。計算各供電元件的相對電抗值,并標于等效電路圖中。

    • 系統(tǒng):容量Sxt=∞,X*1=0。
    • 架空線路: X*2=50×3‰=0.15。
    • 變壓器:X*3=X*4=10.5÷20≈0.53。
    • 電抗器:X*5=4÷(1.73×6×0.3)×0.9≈1.16。

    (2) 計算短路點d前總的相對電抗值:

    • X*∑=X*1+ X*2+ X*3÷2+ X*5≈1.58。

    (3)計算短路點d處的短路容量和短路電流:

    • Sd=100÷1.58≈63.29MVA。
    • Id=9.2÷1.58≈5.82kA。

    (4)計算短路沖擊電流:

    • Ich=1.5 Id=1.5×5.82=8.73kA。
    • ich=2.5 Id=2.5×5.82=14.55kA。

    采用標么值計算法的計算結果分別為:Sd=63.2MVA、Id=5.8kA、Ich=8.8kA、ich=14.8kA。以上的簡易計算結果與之較為接近。

    3.2 某單位的供配電系統(tǒng)如圖3.2.1所示。試分別計算短路點d1、d2、d3處的短路電流。

    短路電流的簡易計算

    圖3.2.1 供配電系統(tǒng)簡圖

    短路電流的簡易計算

    圖3.2.2 等效電路圖

    (1) 該供配電系統(tǒng)的等效電路圖如圖3.1.2所示。計算各供電元件的相對電抗值,并標于等效電路圖中。

    • 系統(tǒng):容量Sxt=∞,X*1=0。
    • 架空線路:X*2=10×3℅=0.3。
    • 變壓器:X*3=7÷4=1.75、X*5=4.5÷1=4.5、X*7=4.5÷1.25=3.6。
    • 電纜:X*4=X*6=1÷3×20℅≈0.07。

    (2) 、(3)、(4)、(5)短路點d1、d2、d3處總的相對電抗值、短路容量、短路電流和短路沖擊電流的計算分別如下表:

    短路電流的簡易計算

     

    采用標么值計算法計算的結果如何,讀者可以計算并與之進行比較。

    4. 結束語

    在選擇供配電系統(tǒng)的電氣元件時,應根據(jù)短路電流來校驗它在短路狀態(tài)下的穩(wěn)定性。同時,在設計繼電保護裝置及選擇限制短路電流的電抗器時,也要進行短路電流的計算。了解和掌握短路電流的簡易計算方法,可以達到事半功倍的效果,對于每一位電氣作業(yè)人員的實際工作也具有非常重要的指導作用。

    (本文選編自《電氣技術》,作者為王曹榮。)