短路電流的簡易計(jì)算

短路電流 short-circuit current 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)流過的電流。其值可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流，并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的10～15倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)數(shù)萬安。這會對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果。

短路電流分類

三相系統(tǒng)中發(fā)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(shí)，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(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。

發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài)，一般需3～5秒。在這一暫態(tài)過程中，短路電流的變化很復(fù)雜。它有多種分量，其計(jì)算需采用電子計(jì)算機(jī)。在短路后約半個(gè)周波（0.01秒）時(shí)將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時(shí)值，稱為沖擊電流。它會產(chǎn)生很大的電動力，其大小可用來校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動穩(wěn)定性。短路電流的分析、計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護(hù)、分析事故提供了有效手段。

供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí),很大的短路電流會使電器設(shè)備過熱或受電動力作用而遭到損壞,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: 對于3~35KV級電網(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?

簡化計(jì)算法

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,對于一般用戶也沒有必要.一些設(shè)計(jì)手冊提供了簡化計(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)簡稱短路容量校核開關(guān)分?jǐn)嗳萘?/p>

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(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) 簡稱沖擊電流有效值校核動穩(wěn)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(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,目的是要簡化計(jì)算).

(1)基準(zhǔn)

基準(zhǔn)容量 Sjz =100 MVA

基準(zhǔn)電壓 UJZ規(guī)定為8級. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV

有了以上兩項(xiàng),各級電壓的基準(zhǔn)電流即可計(jì)算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4

因?yàn)?S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16144

(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200 MVA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)