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短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

阿瑞 • • 投稿 • 阅读 494

介绍了短路电流的简易方法，并给出了简易计算的应用实例。

短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

1. 引言

工业企业供配电系统的安全运行至关重要。当供配电系统发生短路故障时，系统必须能够及时准确地切除故障线路，限制故障范围的进一步扩大。断路器作为切除短路故障的执行元件，其自身动作的安全性不可忽视。

断路器必须具有一定的分断能力，其额定运行短路分断能力不能低于故障线路的短路电流。短路电流的大小无法从实际运行中测量，只能通过计算获得。

而短路电流的计算通常较多采用的是标么电抗法和短路功率法，这两种方法较为复杂，对于一般的电气作业人员不容易完全掌握。因此，在此介绍一种短路电流的简易计算方法。

2. 短路电流的简易计算方法

短路电流的简易计算步骤分为四步：第一步，绘制已知的供配电系统的等效电路图，计算短路点前每一个供电元件的相对电抗值；第二步，计算短路点前总的相对电抗值；第三步，计算短路点的短路容量和短路电流；第四步，计算短路冲击电流。

2.1 相对电抗值的简易计算

2.1.1 系统电抗的简易计算

系统的电抗可以将容量为100MVA时电抗约等于1作为基准。系统电抗与容量成反比，也就是说：当系统容量大于100MVA时，电抗减小；当系统容量小于100MVA时，电抗增大。例如系统容量为200MVA时，电抗可看作0.5；系统容量为50MVA时，电抗可看作2。对于工业企业来说，系统的电抗可认为是0。

2.1.2变压器电抗的简易计算

变压器的电抗与变压器一次侧的电压等级有关，具体如下：

  • 对于10kV（含6kV）变压器，用4.5除以容量就约等于它的电抗。例如一台10kV、1000kVA（1.0MVA）的变压器，电抗约为4.5/1.0＝4.5。
  • 对于35kV变压器，用7除以容量就约等于它的电抗。例如一台35kV、4000kVA（4.0MVA）的变压器，电抗约为7/4＝1.75。
  • 对于110kV变压器，用10.5除以容量就约等于它的电抗。例如一台110kV、10000kVA（10.0MVA）的变压器，电抗约为10.5/10.0＝1.05。

2.1.3电抗器电抗的简易计算

电抗器电抗，可以用电抗器的相对额定值（％）除以容量后，再乘0.9计算而得。例如一台10kV、500A（0.5kA）、4％的电抗器，其容量为1.73×10×0.5＝8.65MVA，其电抗为4/8.65×0.9≈0.42。

2.1.4架空线路和电缆电抗的简易计算

架空线路和电缆的电抗，与电压等级、线路长度有关。具体如下：

  • 电压6kV的架空线路，其电抗约等于线路的公里数。例如一条6kv、2km的架空线路的电抗约为2。
  • 电压10kV的架空线路，其电抗约等于线路公里数的1/3。例如一条10kV、6km的架空线路的电抗约为2。
  • 电压35kV的架空线路，其电抗约等于线路公里数的3％。例如一条35kV、100km的架空线路的电抗约为3。
  • 电压110kV的架空线路，其电抗约等于线路公里数的3‰。一条110kV、600km的架空线路的电抗约为1.8。
  • 对于不同电压等级电缆线路，其电抗可以先按架空线路计算后，再取其20％即可。例如一条10kV、6km的电缆线路的电抗约为2×20％＝0.4。

2.2 总的相对电抗值的计算

短路点前所有供电元件的相对电抗值相加（按串并联关系）求和，即为短路点前总的相对电抗值。

2.3 短路容量和短路电流的简易计算

用100除以总的相对电抗值，即为短路点的短路容量。短路点的短路电流与线路的电压等级有关，具体如下：

  • 0.4kV线路，用140除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 6kV线路，用9.2除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 10kV线路，用5.5除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 35kV线路，用1.6除以总的相对电抗值约为短路电流。
  • 110kV线路，用0.5除以总的相对电抗值约为短路电流。

2.4 短路冲击电流的简易计算

短路冲击电流常用作校验电气设备和母线的重要数据。它包括三相短路冲击电流的最大值和三相短路冲击电流的峰值。

  • 三相短路冲击电流的最大值约为短路电流的1.5倍。
  • 三相短路冲击电流的峰值约为短路电流的2.5倍。

3. 短路电流的简易计算应用实例

3.1 有一供配电系统如图3.1.1所示，试计算短路点d处的短路电流。

短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

图3.1.1 供配电系统简图

短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

图3.1.2 等效电路图

（1）该供配电系统的等效电路图如图3.1.2所示。计算各供电元件的相对电抗值，并标于等效电路图中。

  • 系统:容量Sxt＝∞，X*1＝0。
  • 架空线路: X*2＝50×3‰＝0.15。
  • 变压器：X*3＝X*4＝10.5÷20≈0.53。
  • 电抗器：X*5＝4÷（1.73×6×0.3）×0.9≈1.16。

（2） 计算短路点d前总的相对电抗值：

  • X*∑＝X*1+ X*2+ X*3÷2+ X*5≈1.58。

（3）计算短路点d处的短路容量和短路电流：

  • Sd＝100÷1.58≈63.29MVA。
  • Id＝9.2÷1.58≈5.82kA。

（4）计算短路冲击电流：

  • Ich=1.5 Id＝1.5×5.82＝8.73kA。
  • ich＝2.5 Id＝2.5×5.82＝14.55kA。

采用标么值计算法的计算结果分别为：Sd＝63.2MVA、Id＝5.8kA、Ich＝8.8kA、ich＝14.8kA。以上的简易计算结果与之较为接近。

3.2 某单位的供配电系统如图3.2.1所示。试分别计算短路点d1、d2、d3处的短路电流。

短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

图3.2.1 供配电系统简图

短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

图3.2.2 等效电路图

（1） 该供配电系统的等效电路图如图3.1.2所示。计算各供电元件的相对电抗值，并标于等效电路图中。

  • 系统:容量Sxt＝∞，X*1＝0。
  • 架空线路：X*2＝10×3℅＝0.3。
  • 变压器：X*3＝7÷4＝1.75、X*5＝4.5÷1＝4.5、X*7＝4.5÷1.25＝3.6。
  • 电缆：X*4＝X*6＝1÷3×20℅≈0.07。

（2） 、（3）、（4）、（5）短路点d1、d2、d3处总的相对电抗值、短路容量、短路电流和短路冲击电流的计算分别如下表：

短路容量与短路电流的关系（附短路电流的简易计算）

采用标么值计算法计算的结果如何，读者可以计算并与之进行比较。

4. 结束语

在选择供配电系统的电气元件时，应根据短路电流来校验它在短路状态下的稳定性。同时，在设计继电保护装置及选择限制短路电流的电抗器时，也要进行短路电流的计算。了解和掌握短路电流的简易计算方法，可以达到事半功倍的效果，对于每一位电气作业人员的实际工作也具有非常重要的指导作用。

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