供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件.
一.计算条件
1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.
具体规定: 对于3~35kv级电网中短路电流的计算,可以认为110kv及以上的系统的容量为无限大.只要计算35kv及以下网络元件的阻抗.
2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.
3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.
二.简化计算法
即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种 “口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.
在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.
1.主要参数
sd三相短路容量 (mva)简称短路容量校核开关分断容量
id三相短路电流周期分量有效值(ka)简称短路电流校核开关分断电流
和热稳定
ic三相短路第一周期全电流有效值(ka) 简称冲击电流有效值校核动稳定
ic三相短路第一周期全电流峰值(ka) 简称冲击电流峰值校核动稳定
x电抗(ω)
其中系统短路容量sd和计算点电抗x 是关键.
2.标么值
计算时选定一个基准容量(sjz)和基准电压(ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(电工之家。这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).
(1)基准
基准容量 sjz =100 mva
基准电压 ujz规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 kv
有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: ujz (kv)3710.56.30.4
因为 s=1.73*u*i 所以 ijz (ka)1.565.59.16144
(2)标么值计算
容量标么值 s* =s/sjz.例如:当10kv母线上短路容量为200 mva时,其标么值容量
s* = 200/100=2.
电压标么值 u*= u/ujz ; 电流标么值 i* =i/ijz
3无限大容量系统三相短路电流计算公式
短路电流标么值: i*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).
短路电流有效值: id= ijz* i*d=ijz/ x*(ka)
冲击电流有效值: ic = id *√1 2 (kc-1)2 (ka)其中kc冲击系数,取1.8
所以 ic =1.52id
冲击电流峰值: ic =1.41* id*kc=2.55 id (ka)
当1000kva及以下变压器二次侧短路时,冲击系数kc ,取1.3
这时:冲击电流有效值ic =1.09*id(ka)
冲击电流峰值: ic =1.84 id(ka)
掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.
一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流; 设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.
下面介绍一种 “口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.
4．简化算法
【1】系统电抗的计算
系统电抗，百兆为一。容量增减，电抗反比。100除系统容量
例：基准容量 100mva。当系统容量为100mva时，系统的电抗为xs*=100/100＝1
当系统容量为200mva时，系统的电抗为xs*=100/200＝0.5
当系统容量为无穷大时，系统的电抗为xs*=100/∞＝0
系统容量单位：mva
系统容量应由当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量
作为系统容量。如已知供电部门出线开关为w-vac 12kv 2000a 额定分断电流为40ka。则可认为系统容量s=1.73*40*10000v=692mva, 系统的电抗为xs*=100/692＝0.144。
【2】变压器电抗的计算
110kv, 10.5除变压器容量；35kv, 7除变压器容量；10kv{6kv}, 4.5除变压器容量。
例：一台35kv 3200kva变压器的电抗x*=7/3.2=2.1875
一台10kv 1600kva变压器的电抗x*=4.5/1.6=2.813
变压器容量单位：mva
这里的系数10.5，7，4.5 实际上就是变压器短路电抗的％数。不同电压等级有不同的值。
【3】电抗器电抗的计算
电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。
例：有一电抗器 u=6kv i=0.3ka 额定电抗 x=4% 。
额定容量 s=1.73*6*0.3=3.12 mva. 电抗器电抗x*={4/3.12}*0.9=1.15
电抗器容量单位：mva
【4】架空线路及电缆电抗的计算
架空线：6kv，等于公里数；10kv，取1/3；35kv，取 3％0
电缆：按架空线再乘0.2。
例：10kv 6km架空线。架空线路电抗x*=6/3=2
10kv 0.2km电缆。电缆电抗x*={0.2/3}*0.2=0.013。
这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小。
【5】短路容量的计算
电抗加定，去除100。
例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为 x*∑=2, 则短路点的短路容量
sd=100/2=50 mva。
短路容量单位：mva
【6】短路电流的计算
6kv，9.2除电抗；10kv，5.5除电抗; 35kv，1.6除电抗; 110kv，0.5除电抗。
0.4kv，150除电抗
例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为 x*∑=2, 短路点电压等级为6kv,
则短路点的短路电流 id=9.2/2=4.6ka。
短路电流单位：ka
【7】短路冲击电流的计算
1000kva及以下变压器二次侧短路时：冲击电流有效值ic=id, 冲击电流峰值ic=1.8id
1000kva以上变压器二次侧短路时：冲击电流有效值ic=1.5id, 冲击电流峰值ic=2.5id
例：已知短路点{1600kva变压器二次侧}的短路电流 id=4.6ka，
则该点冲击电流有效值ic=1.5id,＝1.5*4.6＝7.36ka,冲击电流峰值ic=2.5id=2.5*406=11.5ka。
可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗{标么值}.但一定要包括系统电抗。