短路電流

短路電流

短路電流short-circuitcurrent電力系統在運行中,相與相之間或相與地(或中性線)之間發生非正常連線(即短路)時流過的電流。其值可遠遠大於額定電流,並取決於短路點距電源的電氣距離。例如,在發電機端發生短路時,流過發電機的短路電流最大瞬時值可達額定電流的10~15倍。大容量電力系統中,短路電流可達數萬安。這會對電力系統的正常運行造成嚴重影響和後果。發生的短路有4種基本類型:三相短路,兩相短路,單相對地短路和兩相對地短路。電力系統中出現短路故障時,系統功率分布的忽然變化和電壓的嚴重下降,可能破壞各發電廠並聯運行的穩定性,使整個系統解列。

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

短路電流相關示意圖短路電流相關示意圖

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
短路電流相關示意圖短路電流相關示意圖

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。

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