短路电流的简易计算寄应用实例

介绍了短路电流的简易方法,并给出了简易计算的应用实例。

1. 引言

工业企业供配电系统的安全运行至关重要。当供配电系统发生短路故障时,系统必须能够及时准确地切除故障线路,限制故障范围的进一步扩大。断路器作为切除短路故障的执行元件,其自身动作的安全性不可忽视。
断路器必须具有一定的分断能力,其额定运行短路分断能力不能低于故障线路的短路电流。短路电流的大小无法从实际运行中测量,只能通过计算获得。
而短路电流的计算通常较多采用的是标么电抗法和短路功率法,这两种方法较为复杂,对于一般的电气作业人员不容易完全掌握。因此,在此介绍一种短路电流的简易计算方法。

2. 短路电流的简易计算方法

短路电流的简易计算步骤分为四步:第一步,绘制已知的供配电系统的等效电路图,计算短路点前每一个供电元件的相对电抗值;第二步,计算短路点前总的相对电抗值;第三步,计算短路点的短路容量和短路电流;第四步,计算短路冲击电流。

2.1 相对电抗值的简易计算

2.1.1 系统电抗的简易计算
系统的电抗可以将容量为100MVA时电抗约等于1作为基准。系统电抗与容量成反比,也就是说:当系统容量大于100MVA时,电抗减小;当系统容量小于100MVA时,电抗增大。例如系统容量为200MVA时,电抗可看作0.5;系统容量为50MVA时,电抗可看作2。对于工业企业来说,系统的电抗可认为是0。
2.1.2变压器电抗的简易计算
变压器的电抗与变压器一次侧的电压等级有关,具体如下:
  • 对于10kV(含6kV)变压器,用4.5除以容量就约等于它的电抗。例如一台10kV、1000kVA(1.0MVA)的变压器,电抗约为4.5/1.0=4.5。
  • 对于35kV变压器,用7除以容量就约等于它的电抗。例如一台35kV、4000kVA(4.0MVA)的变压器,电抗约为7/4=1.75。
  • 对于110kV变压器,用10.5除以容量就约等于它的电抗。例如一台110kV、10000kVA(10.0MVA)的变压器,电抗约为10.5/10.0=1.05。
2.1.3电抗器电抗的简易计算
电抗器电抗,可以用电抗器的相对额定值(%)除以容量后,再乘0.9计算而得。例如一台10kV、500A(0.5kA)、4%的电抗器,其容量为1.73×10×0.5=8.65MVA,其电抗为4/8.65×0.9≈0.42。
2.1.4架空线路和电缆电抗的简易计算
架空线路和电缆的电抗,与电压等级、线路长度有关。具体如下:
  • 电压6kV的架空线路,其电抗约等于线路的公里数。例如一条6kv、2km的架空线路的电抗约为2。
  • 电压10kV的架空线路,其电抗约等于线路公里数的1/3。例如一条10kV、6km的架空线路的电抗约为2。
  • 电压35kV的架空线路,其电抗约等于线路公里数的3%。例如一条35kV、100km的架空线路的电抗约为3。
  • 电压110kV的架空线路,其电抗约等于线路公里数的3‰。一条110kV、600km的架空线路的电抗约为1.8。
  • 对于不同电压等级电缆线路,其电抗可以先按架空线路计算后,再取其20%即可。例如一条10kV、6km的电缆线路的电抗约为2×20%=0.4。

2.2 总的相对电抗值的计算

短路点前所有供电元件的相对电抗值相加(按串并联关系)求和,即为短路点前总的相对电抗值。

2.3 短路容量和短路电流的简易计算

用100除以总的相对电抗值,即为短路点的短路容量。短路点的短路电流与线路的电压等级有关,具体如下:
  • 0.4kV线路,用140除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 6kV线路,用9.2除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 10kV线路,用5.5除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 35kV线路,用1.6除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 110kV线路,用0.5除以总的相对电抗值约为短路电流。

2.4 短路冲击电流的简易计算

短路冲击电流常用作校验电气设备和母线的重要数据。它包括三相短路冲击电流的最大值和三相短路冲击电流的峰值。
  • 三相短路冲击电流的最大值约为短路电流的1.5倍。
  • 三相短路冲击电流的峰值约为短路电流的2.5倍。

3. 短路电流的简易计算应用实例

3.1 有一供配电系统如图3.1.1所示,试计算短路点d处的短路电流。
图3.1.1 供配电系统简图
图3.1.2 等效电路图
(1)该供配电系统的等效电路图如图3.1.2所示。计算各供电元件的相对电抗值,并标于等效电路图中。
  • 系统:容量Sxt=∞,X*1=0。
  • 架空线路: X*2=50×3‰=0.15。
  • 变压器:X*3=X*4=10.5÷20≈0.53。
  • 电抗器:X*5=4÷(1.73×6×0.3)×0.9≈1.16。
(2) 计算短路点d前总的相对电抗值:
  • X*∑=X*1+ X*2+ X*3÷2+ X*5≈1.58。
(3)计算短路点d处的短路容量和短路电流:
  • Sd=100÷1.58≈63.29MVA。
  • Id=9.2÷1.58≈5.82kA。
(4)计算短路冲击电流:
  • Ich=1.5 Id=1.5×5.82=8.73kA。
  • ich=2.5 Id=2.5×5.82=14.55kA。
采用标么值计算法的计算结果分别为:Sd=63.2MVA、Id=5.8kA、Ich=8.8kA、ich=14.8kA。以上的简易计算结果与之较为接近。
3.2 某单位的供配电系统如图3.2.1所示。试分别计算短路点d1、d2、d3处的短路电流。
图3.2.1 供配电系统简图
图3.2.2 等效电路图
(1) 该供配电系统的等效电路图如图3.1.2所示。计算各供电元件的相对电抗值,并标于等效电路图中。
  • 系统:容量Sxt=∞,X*1=0。
  • 架空线路:X*2=10×3℅=0.3。
  • 变压器:X*3=7÷4=1.75、X*5=4.5÷1=4.5、X*7=4.5÷1.25=3.6。
  • 电缆:X*4=X*6=1÷3×20℅≈0.07。
(2) 、(3)、(4)、(5)短路点d1、d2、d3处总的相对电抗值、短路容量、短路电流和短路冲击电流的计算分别如下表:
采用标么值计算法计算的结果如何,读者可以计算并与之进行比较。

4. 结束语

在选择供配电系统的电气元件时,应根据短路电流来校验它在短路状态下的稳定性。同时,在设计继电保护装置及选择限制短路电流的电抗器时,也要进行短路电流的计算。了解和掌握短路电流的简易计算方法,可以达到事半功倍的效果,对于每一位电气作业人员的实际工作也具有非常重要的指导作用。

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