短路電流簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)

供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí)，很大的短路電流會(huì)使電器設(shè)備過熱或受電動(dòng)力作用而遭到損壞，同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低，因而破壞了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用電設(shè)備的正常工作。為了消除或減輕短路的后果，就需要計(jì)算短路電流，以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用限制短路電流的元件。

計(jì)算條件

1. 假設(shè)系統(tǒng)有無限大的容量，用戶處短路后，系統(tǒng)母線電壓能維持不變，即計(jì)算阻抗比系統(tǒng)阻抗要大得多。

具體規(guī)定：對(duì)于3~35kV級(jí)電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算，可以認(rèn)為110kV及以上的系統(tǒng)的容量為無限大，只要計(jì)算35kV及以下網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗。

2. 在計(jì)算高壓電器中的短路電流時(shí)，只需考慮發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電抗，而忽略其電阻;對(duì)于架空線和電纜，只有當(dāng)其電阻大于電抗1/3時(shí)才需計(jì)入電阻，一般也只計(jì)電抗而忽略電阻。

3. 短路電流計(jì)算公式或計(jì)算圖表，都以三相短路為計(jì)算條件，因?yàn)閱蜗喽搪坊蚨喽搪窌r(shí)的短路電流都小于三相短路電流，能夠分?jǐn)嗳喽搪冯娏鞯碾娖?，一定能夠分?jǐn)鄦蜗喽搪冯娏骰蚨喽搪冯娏鳌?/p>

簡(jiǎn)化計(jì)算基礎(chǔ)

即使設(shè)定了一些假設(shè)條件，要正確計(jì)算短路電流還是十分困難，對(duì)于一般用戶也沒有必要。一些設(shè)計(jì)手冊(cè)提供了簡(jiǎn)化計(jì)算的圖表，省去了計(jì)算的麻煩，用起來比較方便。但要是手邊一時(shí)沒有設(shè)計(jì)手冊(cè)怎么辦?下面介紹一種 “口訣式”的計(jì)算方法，只要記牢7句口訣，就可掌握短路電流計(jì)算方法。在介紹簡(jiǎn)化計(jì)算法之前必須先了解一些基本概念。

1. 主要參數(shù)

Sd——三相短路容量(MVA)簡(jiǎn)稱短路容量校核開關(guān)分?jǐn)嗳萘?

Id——三相短路電流周期分量有效值(kA)簡(jiǎn)稱短路電流，校核開關(guān)分?jǐn)嚯娏?/p>

和熱穩(wěn)定;

Ic——三相短路第一周期全電流有效值(kA) 簡(jiǎn)稱沖擊電流有效值，校核動(dòng)穩(wěn)定;

ic——三相短路第一周期全電流峰值(kA) 簡(jiǎn)稱沖擊電流峰值，校核動(dòng)穩(wěn)定;

x——電抗(Ω);

其中系統(tǒng)短路容量Sd和計(jì)算點(diǎn)電抗x是關(guān)鍵。

2. 標(biāo)么值

計(jì)算時(shí)選定一個(gè)基準(zhǔn)容量(Sjz)和基準(zhǔn)電壓(Ujz)，將短路計(jì)算中各個(gè)參數(shù)都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準(zhǔn)量的比值(相對(duì)于基準(zhǔn)量的比值)，稱為標(biāo)么值(這是短路電流計(jì)算最特別的地方，目的是要簡(jiǎn)化計(jì)算)。

(1)基準(zhǔn)

基準(zhǔn)容量 Sjz =100MVA

基準(zhǔn)電壓 Ujz規(guī)定為8級(jí)：230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 kV

有了以上兩項(xiàng)，各級(jí)電壓的基準(zhǔn)電流即可計(jì)算出來。

例如：Ujz=10.5kV

因?yàn)?S=1.73*U*I 所以Ijz =5.5kA

(2)標(biāo)么值計(jì)算

容量標(biāo)么值 S* =S/Sjz。

例如：當(dāng)10kV母線上短路容量為200MVA時(shí)，其標(biāo)么值容量S* = 200/100=2;

電壓標(biāo)么值 U*= U/Ujz;電流標(biāo)么值 I* =I/Ijz。

3. 無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算公式

短路電流標(biāo)么值：I*d = 1/x* (總電抗標(biāo)么值的倒數(shù));

短路電流有效值：Id= Ijz* I*d=Ijz/x*(kA);

沖擊電流有效值：Ic = Id *√1+2 (KC-1)2 (kA)，其中KC沖擊系數(shù)取1.8

所以Ic =1.52Id

沖擊電流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55Id(kA)

當(dāng)1000KVA及以下變壓器二次側(cè)短路時(shí)，沖擊系數(shù)KC取1.3

這時(shí)沖擊電流有效值Ic=1.09*Id(kA)

沖擊電流峰值ic =1.84 Id(kA)

掌握了以上知識(shí)，就能進(jìn)行短路電流計(jì)算了，公式不多又簡(jiǎn)單，但問題在于短路點(diǎn)的總電抗如何得到?例如：區(qū)域變電所變壓器的電抗、輸電線路的電抗、企業(yè)變電所變壓器的電抗等等。

一種方法是查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，從中可以找到常用變壓器、輸電線路及電抗器的電抗標(biāo)么值。求得總電抗后，再用以上公式計(jì)算短路電流。設(shè)計(jì)手冊(cè)中還有一些圖表，可以直接查出短路電流。

簡(jiǎn)化算法

【1】系統(tǒng)電抗的計(jì)算

系統(tǒng)電抗，百兆為一;容量增減，電抗反比;100除系統(tǒng)容量。例：

當(dāng)系統(tǒng)容量為100MVA時(shí)，系統(tǒng)的電抗為XS*=100/100=1

當(dāng)系統(tǒng)容量為200MVA時(shí),系統(tǒng)的電抗為XS*=100/200=0.5

當(dāng)系統(tǒng)容量為無窮大時(shí),系統(tǒng)的電抗為XS*=100/∞=0

系統(tǒng)容量單位：MVA

系統(tǒng)容量應(yīng)由當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供，當(dāng)不能得到時(shí)，可將供電電源出線開關(guān)的開斷容量作為系統(tǒng)容量。如已知供電部門出線開關(guān)為W-VAC 12KV 2000A 額定分?jǐn)嚯娏鳛?0KA。則可認(rèn)為系統(tǒng)容量S=1.73*40*10000V=692MVA，系統(tǒng)的電抗為XS*=100/692=0.144。

【2】變壓器電抗的計(jì)算

110KV，10.5除變壓器容量;35KV，7除變壓器容量;10KV{6KV}, 4.5除變壓器容量。例：

一臺(tái)35KV 3200KVA變壓器的電抗X*=7/3.2=2.1875

一臺(tái)10KV 1600KVA變壓器的電抗X*=4.5/1.6=2.813

變壓器容量單位：MVA

這里的系數(shù)10.5，7，4.5實(shí)際上就是變壓器短路電抗的%數(shù)，不同電壓等級(jí)有不同的值。

【3】電抗器電抗的計(jì)算

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=3.12MVA，電抗器電抗X*={4/3.12}*0.9=1.15

電抗器容量單位：MVA

【4】架空線路及電纜電抗的計(jì)算

架空線：6KV，等于公里數(shù);10KV，取1/3;35KV，取3%。

電纜：按架空線再乘0.2。例：

10KV 6KM架空線，架空線路電抗X*=6/3=2

10KV 0.2KM電纜.電纜電抗X*={0.2/3}*0.2=0.013.

這里作了簡(jiǎn)化,實(shí)際上架空線路及電纜的電抗和其截面有關(guān),截面越大電抗越小.

【5】短路容量的計(jì)算

電抗加定，去除100。

例：已知短路點(diǎn)前各元件電抗標(biāo)么值之和為 X*∑=2，則短路點(diǎn)的短路容量

Sd=100/2=50MVA.

短路容量單位：MVA

【6】短路電流的計(jì)算

6KV，9.2除電抗;10KV，5.5除電抗;35KV，1.6除電抗;110KV，0.5除電抗。0.4KV，150除電抗

例：已知一短路點(diǎn)前各元件電抗標(biāo)么值之和為 X*∑=2，短路點(diǎn)電壓等級(jí)為6KV，則短路點(diǎn)的短路電流 Id=9.2/2=4.6KA。

短路電流單位：KA

【7】短路沖擊電流的計(jì)算

1000KVA及以下變壓器二次側(cè)短路時(shí)：沖擊電流有效值Ic=Id，沖擊電流峰值ic=1.8Id;

1000KVA以上變壓器二次側(cè)短路時(shí)：沖擊電流有效值Ic=1.5Id，沖擊電流峰值ic=2.5Id。

例：已知短路點(diǎn){1600KVA變壓器二次側(cè)}的短路電流Id=4.6KA，則該點(diǎn)沖擊電流有效值Ic=1.5Id=1.5*4.6=7.36KA，沖擊電流峰值ic=2.5Id=2.5*4.6=11.5KA。

可見短路電流計(jì)算的關(guān)鍵是算出短路點(diǎn)前的總電抗{標(biāo)么值}，但一定要包括系統(tǒng)電抗。

舉例分析

系統(tǒng)見下圖。由電業(yè)部門區(qū)域變電站送出一路10KV架空線路，經(jīng)10KM后到達(dá)企業(yè)變電所，進(jìn)變電所前有一段200m的電纜，變電所設(shè)一臺(tái)1600KVA變壓器，求K1、K2點(diǎn)的短路參數(shù)。

系統(tǒng)容量: S=1.73*U*I=1.73*10.5*31.5=573 MVA，用以上口訣，很容易求得各電抗標(biāo)么值，一共有4個(gè)：

系統(tǒng)電抗 X0=100/573=0.175

10KM,10KV架空線路電抗 X1=10/3=3.333

200M,10KV 電纜線路電抗 X2=(0.2/3)*0.2=0.133

1600KVA 變壓器電抗 X3=4.5/1.6=2.81

請(qǐng)注意：以上電抗都是標(biāo)么值(X*)

將每一段電抗分別相加，得到K1點(diǎn)總電抗=X0+X1=3.51，K2點(diǎn)總電抗=X0+X1+X2+X3=6.45。再用口訣即可算出短路電流。

用口訣算和用第3節(jié)公式算有什么不同 ?

用口訣算出的是實(shí)名制單位kA，MVA。而用公式算出的是標(biāo)么值。

細(xì)心的人一定會(huì)看出，計(jì)算短路電流口訣中的系數(shù) 150、9.2、5.5、1.6。實(shí)際上就是各級(jí)電壓基準(zhǔn)值，只是作了簡(jiǎn)化，準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)該是144、9.16、5.5、1.56。

有了短路參數(shù)有什么用?

短路參數(shù)是驗(yàn)算開關(guān)的主要參數(shù)。例：這臺(tái)1600KVA變壓器低壓總開關(guān)采用M25，N1。額定電流2500A，額定分?jǐn)嚯娏?5KA。

驗(yàn)算：變壓器額定電流為2253A

開關(guān)額定電流>變壓器額定電流;開關(guān)額定分?jǐn)嚯娏?短路電流Id，驗(yàn)算通過。

審核編輯：湯梓紅。