變壓器短路容量 - 短路電流計算公式 -短路沖擊電流的計算

1、變壓器短路容量 - 短路電流計算公式 -短路沖擊電流的計算一 . 概述供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時,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, 就需要計算短路電流, 以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計繼電保護和選用限制短路電流的元件。二 . 計算條件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. 即計算阻抗比系統(tǒng)阻抗要大得多。具體規(guī)定 : 對于 335KV 級電網(wǎng)中短路電流的計算, 可以認為 110KV 及以上的系統(tǒng)的容量為無限。 只要計算 35KV 及以下網(wǎng) 絡(luò)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(fā)電機、變壓器、電抗器的電抗 1/3 時才需計入電阻 , 一般也只計電抗而忽略電阻。短路電流計算公式或計算圖表, 都以三相短路為計算條件。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。三 . 簡化計算法即使設(shè)定了一些假設(shè)條件 , 要正確計算短路電流還是十分困難計算的麻煩.用起來比較方便.但要是手邊一時沒有設(shè)計手冊怎么辦路電流計算方法。, 而忽略其電阻; 對于架空線和電纜, 只有當其電阻大于電抗能 夠分斷, 對于一般用戶也沒有必要。 一些設(shè)計手冊提供了簡化計算的圖表省去了?下面介紹一種 “口訣式 ”的計算方法,只要記牢 7 句口訣 , 就

3、可掌握短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(shù)Sd 三相短路容量(MVA) 簡稱短路容量校核開關(guān)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(guān)分斷電流和熱穩(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 (W)其中系統(tǒng)短路容量Sd 和計算點電抗x 是關(guān)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(shù)都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準量的比值( 相對于基準量的), 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).

4、基準基準容量 Sjz =100 MVA基準電壓 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,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.U*= U/UJZ ; 電流標么值I* =I/IJZ3 無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算公式短路電流標么值： I*d = 1

5、/x* ( 總電抗標么值的倒數(shù)).短路電流有效值： Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)沖擊電流有效值： IC = Id * V1 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=2.55 Id (KA)1000KVA 及以下變壓器二次側(cè)短路時,沖擊系數(shù)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。公式不多的電抗、輸電線路的電抗、企業(yè)變電所變壓器的電抗,又簡單. 但問題在于短路

6、點的總電抗如何得到 ?例如, 等等。一種方法是查有關(guān)設(shè)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流 ; 設(shè)計手冊中還有一些圖表,可以直接查出短路電流。. 求得總電抗后區(qū)域變電所變壓器,再用公式計算短路電4簡化算法1 】系統(tǒng)電抗的計算系統(tǒng)電抗，百兆為一。容量增減，電抗反比?！翱谠E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。100 除系統(tǒng)容量例：基準容量100MVA 。當系統(tǒng)容量為 100MVA 時，系統(tǒng)的電抗為 XS*=100/100200MVA 時，系統(tǒng)的電抗為 XS*=100/200= 0.5當系統(tǒng)容量為無窮大時，系統(tǒng)的電抗為XS*=100/

7、s = 0系統(tǒng)容量單位： MVA系統(tǒng)容量應(yīng)由當?shù)毓╇姴块T提供。當不能得到時，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 額定分斷電流為 40KA則可認為系統(tǒng)容量S=1.73*40*10000V=692MVA,系統(tǒng)的電抗為 XS*=100/692= 0.144。2】變壓器電抗的計算110KV, 10.5 除變壓器容量； 35KV, 7 除變壓器容量； 10KV6KV, 4.5 除變壓器容量。例：一臺 35KV 3200KVA 變壓器的電抗 X*=7/3.2=2.1875一臺 10KV 1600KVA 變壓器的電抗X*=4.5/1.6=2

8、.813變壓器容量單位： MVA這里的系數(shù)10.5 ， 7 ， 4.5 實際上就是變壓器短路電抗的數(shù)。不同電壓等級有不同的值?！?3 】電抗器電抗的計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=3.12 MVA. 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算架空線： 6KV ，等于公里數(shù)； 10KV ，取 1/3 ； 35KV ，取 3 0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=210KV 0

9、.2KM 電纜。電纜電抗X*=0.2/3*0.2=0.013。 這里作了簡化，實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 】短路容量的計算電抗加定，去除100 。例：已知短路點前各元件電抗標么值之和為X* E=2,則短路點的短路容量Sd=100/2=50 MVA 。短路容量單位： MVA【 6 】短路電流的計算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：已知一短路點前各元件電抗標么值之和為 X*E=2, 短路點電壓等級為 6KV,則短路點的短路電流Id=

10、9.2/2=4.6KA。短路電流單位： KA【 7 】短路沖擊電流的計算1000KVA 及以下變壓器二次側(cè)短路時：沖擊電流有效值Ic=Id, 沖擊電流峰值ic=1.8Id1000KVA 以上變壓器二次側(cè)短路時：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 1600KVA 變壓器二次側(cè) 的短路電流 Id=4.6KA ，則該點沖擊電流有效值lc=1.5ld,= 1.5*4.6= 7.36KA, 沖擊電流峰值ic=2.5ld=2.5*406=11.5KA可見短路電流計算的關(guān)鍵是算出短路點前的總電抗標么值. 但一定要包括系統(tǒng)電抗。舉例系統(tǒng)見下圖?由電業(yè)部門區(qū)域變電站送

11、出一路10KV 架空線路 , 經(jīng) 10KM 后到達企業(yè)變電所, 進變電所前有一段200M 的電纜?變電所設(shè)一臺1600KVA 變壓器 .求 K1,K2 點的短路參數(shù).系統(tǒng)圖電抗圖合并電抗圖系統(tǒng)容量 ： S=1.73*U*l=1.73*10.5*31.5=573 MVA用以上口訣， 很容易求得各電抗標么值， 一共有 4 個 ?系統(tǒng)電抗 X0=100/573=0.17510KM,10KV 架 空線路電抗X1=10/3=3.333200M,10KV 電纜線路電抗X2=(0.2/3)*0.2=0.1331600KVA 變壓器電抗X3=4.5/1.6=2.81請注意 ： 以上電抗都是標么值(X*)將每一

12、段電抗分別相加 ， 得到 K1 點總電抗=X0+X1=3.51K2 點總電抗 =X0+X1+X2+X3=6.45 ( 不是 2.94 !)再用口訣,即可算出短路電流U (KV)X*ld (KA)lC (KA)ic (KA)Sd (MVA)口訣 5.5/X*1.52* Id2.55 Id100/X*K110.53.511.562.374.028.5口訣 150/X*1.52* Id2.55 Id100/X*K20.46.4523355915.5用口訣算和用第 3 節(jié)公式算有什么不同 ?用口訣算出的是實名制單位， KA,MVA, 而用公式算出的是標么值.細心的人一定會看出 ， 計算短路電流口訣中的

13、系數(shù)150、 9.2、 5.5、 1.6.實際上就是各級電壓基準值.只是作了簡化 .準確計算應(yīng)該是144 、 9.16、 5.5、 1.56.有了短路參數(shù)有什么用 ？ 是驗算開關(guān)的主要參數(shù).例 ： 這臺 1600KVA 變壓器低壓總開關(guān)采用 M25,N1. 額定電流2500A, 額定分斷電流55KA.驗算 ： 變壓器額定電流為 2253A一種實用的短路電流計算方法因為它們會破壞對用戶的供電和電氣設(shè)備的在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常的運行情況,還必須熟練正常工作。從電力系統(tǒng)的實際運行情況看，這些故障多數(shù)是由短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認識外,

14、掌握電力系統(tǒng)的短路計算。按照傳統(tǒng)的計算方法有標么值法和有名值法等。采用標么值法計算時，需要把不同電壓等級中元件的阻抗，根據(jù)同一基準值進行換算，繼而得出短路回路總的等值阻抗，再計算短路電流等。這種計算方法雖結(jié)果比較精確,但計算過程卜分復(fù)雜且公式多、難記憶、易出差錯。下面根據(jù)本人在實際工作中對短路電流的計算，介紹一種比較簡便實用的計算方法。、供電系統(tǒng)各種元件電抗的計算通常我們在計算短路電流時，首先要求出短路點前各供電元件的相對電抗值,為此先要繪出供電系統(tǒng)簡圖，并假設(shè)有關(guān)的短路點。供電系統(tǒng)中供電元件通常包括發(fā)電機、變壓器、電抗器及架空線路（包括電纜線路）等。目前，一般用戶都不直接由發(fā)電機供電,而是接

15、自電力系統(tǒng)，因此也常把電力系統(tǒng)當作一個元件”來看待。假定的短路點往往取在母線上或相當于母線的地方。圖1便是一個供電系統(tǒng)簡圖，其中短路點di前的元件有容量為無窮大的電力系統(tǒng)，70km的110kV架空線路及3臺15MVA的變壓器，短路點d2前則除上述各元件外，還有 6kV , 0.3kA ,相對額定 電抗（XDK%）為4 的電抗器一臺。F面以圖1為例，說明各供電元件相對電抗 （以下相對二字均略）的計算方法。100MVA時，系統(tǒng)電抗數(shù)值為1；當系統(tǒng)短路1、系統(tǒng)電抗的計算系統(tǒng)電抗，百兆為1,容量增減，電抗反比。本句話的意思是當系統(tǒng)短路容量為容量不為100MVA ,而是更大或更小時，電抗數(shù)值應(yīng)反比而變例

16、如當系統(tǒng)短路容量為200MVA 時，電抗便是 0.5(100/200=0.5）;當系統(tǒng)短路容量為 50MVA時，電抗便是2（100/50=2）Sxt=0.03=0.18。圖1中70km的110kV架空線路，則電抗為 70 0.003=0.21 。如果上述各電壓等 級的架空線路換為同長度的電纜線路，其電抗值應(yīng)分別為 ：6kV 等于 6/5=1.2 、 10kV 等于 2/5=0.4 、 35kV 等于 0.18/5=0.036 。計算所依據(jù)的公式是： X*XL=K.L/Up2 (4)式中L為線路的長度(單位km); K為系數(shù)：對6、10kV的電纜線路取8,架空線路取40;對35110kV架空線路

17、 取42.5; Up 取各級電壓的額定電壓即 6， 10 ， 35 ， 110kV 等。短路容量和短路電流計算、 短路容量(單位MVA): 求出短路點前的總電抗值, 然后用 100 除該值即可。計算依據(jù)的公式為 ： Sd=Sjz/X* 刀(5)例如圖 1 中 d1 點短路時 , 系統(tǒng)的短路容量計算, 其等效阻抗圖如圖 1(b) 所示 , 圖中每個元件均標有編號, 編號下面為元件的電抗值?？梢钥闯?，從電源到 d1 點的總電抗： X*X=0+0.21+0.7/3=0.443, 其短路容量Sd =100/0.443=225.73MVA, 從電源到 d2點的總電抗，應(yīng)再加上電抗器的電抗，即X*刀=0.

18、443+1.156=1.599，一貝U Sd =100/1.599=62.54MVA。、 短路電流的計算若6kV電壓等級，則短路電流(單位kA,以下同)等于9.2除總電抗X*刀(短路點前的，以下同);若10kV電壓等級，則等于5.5除總電抗X*E;若35kV電壓等級，則等于1.6除總電抗X*E;若110kV電壓等級，則等于 0.5除總電抗X*E;若0.4kV電壓等級，則等于 150除總電抗X*E o計算依據(jù)的公式是： ld=ljz/ X* 刀(6)式中 Ijz: 表示基準容量為 100MVA 時基準電流(kA) ， 6kV 取 9.2kA ， 10kV 取 5.5kA ， 35kV 取 1.6

19、kA ， 110kV 取 0.5kA， 0.4kV 則取 150kA o則圖 1 中 d1 點的短路電流為 ： Id1=9.2/0.443=20.77kA、 短路沖擊電流的計算計算方法 ： 對于 6kV 以上高壓系統(tǒng)， Ich 等于 Id 乘 1.5 ， ich 等于 Id 乘 2.5;對于 0.4kV 低壓系統(tǒng)，由于電阻較大， Ich 及 ich 均較小，所以實際計算中可取Ich=Id ， ich=1.8Id o則圖 1 中 d1 點的短路時： Ichd1=1.5 Id1 =1.5 20.77=31.155kA; i chd1=2.5 Id =2.5 20.77=51.925kA計算實例下面

20、舉一實際例子分別采用標么值法與本文所介紹的方法進行計算驗證。例如 ： 一供電系統(tǒng)如圖 2 所示，參數(shù)圖中所標，試分別用標么值法及本文所介紹的方法分別計算d1 ， d2 ， d3 點短路時的 Sd ，Id , Ich 及 ich。1、采用標么值法計算選取基準容量 Sj=100MVA ,基準電壓 Uj=Up由系統(tǒng)接線圖得其等效阻抗圖如圖2 (b)所示。Sxi=200MVA115kV37k VL=10km115kV2x5MVA63kVUd%=763kVR20.8MVAUd%=4.50.4kV0.4kV圖2某供電系統(tǒng)圖 各元件電抗標么值計算如下 系統(tǒng)：X*1=Sj/Sdxt=100/200=0.5X1

21、0 X (100/372)=0.3135kV 線路：X*2=X.L.(Sj/Up2)=0.42535kV 變壓器 B1: X*3=(ud%/100).(Sj/Seb)=7/5=1.4 6kV 變壓器 B2: X*4=(ud%/100).(Sj/Seb)=4.5/0.8=5.625則d1點短路時：總電抗值 X*Ed1= X*1+X*2 =0.5+0.31=0.81;取 Uj=37kVIj=Sj/(1.73237)=100/1.732 X 37=1.56(kA)Id 1=Ij/ X* 刀 d1 = 1.56/0.81=1.926(kA)Ichd1=1.52ld1=1.52X 1.926=2.928

22、(kA)ichd1=2.55Id1=2.55X1.926=4.91(kA)Sd1=Sj/ X* 刀 d 仁100/0.8 仁 123.5(MVA)d2點短路時:總電抗值 X*Ed2=X*1+ X*2 + X*3 /2=0.5+0.31+1.4/2=1.51;取 Uj=6.3kVIj=Sj/(1.7326.3)=100/1.732X6.3=9.16(kA)Id2=Ij/ X* 刀 d2=9.16/1.51=6.066(kA)Ichd2=1.52ld2=1.52X 6.066=9.22(kA)ichd2=2.55Id2=2.55X6.066=15.47(kA)Sd2=Sj/ X* 刀 d2=100

23、/1.51=66.23(MV A) d3點短路時:總電抗值 X*Ed3= X*1+ X*2 + X*3 /2+ X*4=0.5+0.31+1.4/2+5.625=7.135取 Uj=0.4kVIj=Sj/(1.732X0.4)=100/1.732X0.4=144.3(kA);Id3=Ij/ X* 刀 d3=144.3/7.135=20.224(kA)Ichd3=1.09ld3=1.09 X 20.224=22.04(kA)ichd3=1.84Id3=1.84X20.224=37.21(kA)2 、本文介紹的方法計算各元件的電抗值計算如下 :系統(tǒng)電抗值: X*1=100/200=0.535kV 架空線路電抗值:X*2=10 X 3%=0.335kV 變壓器 B1 電抗值 : X*3=7/5=1.46kV 變壓