計算條件
⒈假設系統有無限大的容量.用戶處短路後,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: 對於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及以下網路元件的阻抗.
⒉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;對於架空線和電纜,只有當其電阻大於電抗1/3時才需計入電阻,一般也只計電抗而忽略電阻.
⒊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於三相短路電流.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,對於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.
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) 簡稱衝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) 簡稱衝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.
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(相對於基準量的比值),稱為標么值(這是短路電流計算最特別的地方,目的是要簡化計算).
⑴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)37 10.5 6.3 0.4
因為 S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.56 5.5 9.16 144
⑵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)
衝擊電流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC衝擊係數,取1.8
所以 IC =1.52Id
衝擊電流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)
當1000KVA及以下變壓器二次側短路時,衝擊係數KC,取1.3
這時:衝擊電流有效值IC =1.09*Id(KA)
衝擊電流峰值: 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.但問題在於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.求得總電抗後,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.
口訣算法
系統電抗
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 10KV 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。
變壓器
110KV:10.5除變壓器容量
35KV:7除變壓器容量
6~10KV:4.5除變壓器容量。
例:一台35KV 3200KVA變壓器的電抗X*=7/3.2=2.1875
一台10KV 1600KVA變壓器的電抗X*=4.5/1.6=2.813
變壓器容量單位:MVA
這裡的係數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。
電抗器
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
架空線
架空線:6KV,等於公里數;10KV,取1/3;35KV,取 3‰例:10KV 6KM架空線。架空線路電抗X*=6/3=2
電纜
按架空線再乘0.2。
例:10KV 0.2KM電纜。電纜電抗X*={0.2/3}*0.2=0.013。
這裡作了簡化,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。
短路容量
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
短路電流
0.4KV,150除電抗
6KV:9.2除電抗
10KV:5.5除電抗
35KV:1.6除電抗
110KV,0.5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
短路沖流
1000KVA及以下變壓器二次側短路時:衝擊電流有效值Ic=Id,衝擊電流峰值ic=1.8Id
1000KVA以上變壓器二次側短路時:衝擊電流有效值Ic=1.5Id,衝擊電流峰值ic=2.5Id
例:已知短路點{1600KVA變壓器二次側}的短路電流 Id=4.6KA,
則該點衝擊電流有效值Ic=1.5Id,=1.5*4.6=7.36KA,衝擊電流峰值ic=2.5Id=2.5*4.6=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
ANSI/IEEE 標準短路電流計算相關標準:
以ANSI/IEEE 和UL標準為依據進行短路電流計算大致有如下標準:
標準 | 名稱 |
IEEE C37.04 IEEE C37.04f IEEE C37.04g IEEE C37.04h IEEE C37.04i IEEE C37.04 | 對稱電流的交流高壓迴路斷路器恆定結構標準和附錄 |
IEEE C37.010 IEEE C37.010b IEEE C37.010e IEEE C37.010 | 交流高壓迴路斷路器在對稱電流基礎上的套用指南和附錄 |
IEEE C37.013 | 交流高壓發電機迴路斷路器在對稱電流基礎上的額定值標準 |
IEEE C37.20.1 | 金屬閉合低壓電力斷路器開關盒標準 |
IEEE Std 399 | 電力系統分析— 棕皮書 |
IEEE Std 141 | 工網電力配電系統的紅皮書 |
IEEE Std 242 | IEEE 推薦的商業電力系統工業配置和保護實例的黃皮書 |
UL 489_9 | 澆鑄型迴路斷路器、澆鑄型開關和迴路斷路器外殼的安全標準 |
防範措施
一是做好短路電流的計算,正確選擇及校驗電氣設備,電氣設備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。
二是正確選擇繼電保護的整定值和熔體的額定電流,採用速斷保護裝置,以便發生短路時,能快速切斷短路電流,減少短路電流持續時間,減少短路所造成的損失。
三是在變電站安裝避雷針,在變壓器四周和線路上安裝避雷器,減少雷擊損害。
四是保證架空線路施工質量,加強線路維護,始終保持線路弧垂一致並符合規定。
五是帶電安裝和檢修電氣設備,注重力要集中,防止誤接線,誤操作,在帶電部位距離較近的部位工作,要採取防止短路的措施。
六是加強治理,防止小動物進入配電室,爬上電氣設備。
七是及時清除導電粉塵,防止導電粉塵進入電氣設備。
八是在電纜埋設處設定標記,有人在四周挖掘施工,要派專人看護,並向施工人員說明電纜敷設位置,以防電纜被破壞引發短路。
九是電力系統的運行、維護人員應認真學習規程,嚴格遵守規章制度,正確操作電氣設備,禁止帶負荷拉刀閘、帶電合接地刀閘。線路施工,維護人員工作完畢,應立即拆除接地線。要經常對線路、設備進行巡視檢查,及時發現缺陷,迅速進行檢修。