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    短路電流的簡易計算

    短路電流 short-circuit current 電力系統在運行中 ,相與相之間或相與地(或中性線)之間發生非正常連接(即短路)時流過的電流。其值可遠遠大于額定電流,并 取決于短 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后果。

    短路電流分類

    三相系統中發生的短路有 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。其中,除三相短路時,三相回路依舊對稱,因而又稱對稱短路外,其余三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網絡中,以一相對地的短路故障最多,約占全部故障的90%。在中性點非直接接地的電力網絡中,短路故障主要是各種相間短路。

    發生短路時,電力系統從正常的穩定狀態過渡到短路的穩定狀態,一般需3~5秒。在這一暫態過程中,短路電流的變化很復雜。它有多種分量,其計算需采用電子計算機。在短路后約半個周波(0.01秒)時將出現短路電流的最大瞬時值,稱為沖擊電流。它會產生很大的電動力,其大小可用來校驗電工設備在發生短路 時機械應力的動穩定性。短路電流的分析、計算是電力系統分析的重要內容之一。它為電力系統的規劃設計和運行中選擇電工設備、整定繼電保護、分析事故提供了有效手段。

    供電網絡中發生短路時,很大的短路電流會使電器設備過熱或受電動力作用而遭到損壞,同時使網絡內的電壓大大降低,因而破壞了網絡內用電設備的正常工作.為了消除或減輕短路的后果,就需要計算短路電流,以正確地選擇電器設備、設計繼電保護和選用限制短路電流的元件.

    計算條件

    1.假設系統有無限大的容量.用戶處短路后,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: 對于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及以下網絡元件的阻抗.

    2.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;對于架空線和電纜,只有當其電阻大于電抗1/3時才需計入電阻,一般也只計電抗而忽略電阻.

    3. 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于三相短路電流.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,對于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.


    1.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) 簡稱沖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) 簡稱沖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.


    2.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  (相對于基準量的比值),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).

    (1)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)3710.56.30.4

    因為 S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16144

    (2)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)

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

    所以 IC =1.52Id

    沖擊電流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)

    當1000KVA及以下變壓器二次側短路時,沖擊系數KC ,取1.3

    這時: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,就能進行短路電流計算了.公式不多,又簡單.但問題在于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.求得總電抗后,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.


                      口訣式簡化算法
               1   系統電抗的計算

    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 12KV 2000A 額定分斷電流為40KA。則可認為系統

     

    短路電流相關示意圖

    容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系統的電抗為XS*=100/692=0.144。

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