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短路电流的简易计算

2011-05-31 20:23:51|  分类： 默认分类 |  标签： |字号大中小 订阅

短路电流 short-circuit current 电力系统在运行中 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并 取决于短 路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

短路电流分类

三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。

　　发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路 时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

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.

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.

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.

　　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.

　　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.

　　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

短路电流相关示意图

容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为XS*=100/692＝0.144。

　　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。

　　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

　　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。

　　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

　　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

　　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

　　短路电流的危害及防范措施
　1、电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。短路电流的限制措施为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。

　　2、防范措施

　　一是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。

　　二是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。

　　三是在变电站安装避雷针，在变压器四周和线路上安装避雷器，减少雷击损害。

　　四是保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。

　　五是带电安装和检修电气设备，注重力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。

　　六是加强治理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。

　　七是及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。

　　八是在电缆埋设处设置标记，有人在四周挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。

　　九是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修