王曹榮
(陜西漢江藥業(yè)集團股份有限公司,陜西 漢中 723000)
工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)的安全運行至關重要。當供配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,系統(tǒng)必須能夠及時準確地切除故障線路,限制故障范圍的進一步擴大。斷路器作為切除短路故障的執(zhí)行元件,其自身動作的安全性不可忽視。斷路器必須具有一定的分斷能力,其額定運行短路分斷能力不能低于故障線路的短路電流。短路電流的大小無法從實際運行中測量,只能通過計算獲得。而短路電流的計算通常較多采用的是標么電抗法和短路功率法,這兩種方法較為復雜,對于一般的電氣作業(yè)人員不容易完全掌握。因此,在此介紹一種短路電流的簡易計算方法。
短路電流的簡易計算步驟分為4步:①繪制已知的供配電系統(tǒng)的等效電路圖,計算短路點前每一個供電元件的相對電抗值;②計算短路點前總的相對電抗值;③計算短路點的短路容量和短路電流;④計算短路沖擊電流。
(1)系統(tǒng)電抗的簡易計算
系統(tǒng)的電抗可以將容量為100MVA時電抗約等于1作為基準。系統(tǒng)電抗與容量成反比,既當系統(tǒng)容量大于100MVA時,電抗減小;當系統(tǒng)容量小于100MVA時,電抗增大。例如系統(tǒng)容量為200MVA時,電抗可看作0.5;系統(tǒng)容量為50MVA時,電抗可看作2。對于工業(yè)企業(yè)來說,系統(tǒng)的電抗可認為是0。
(2)變壓器電抗的簡易計算
變壓器的電抗與變壓器一次側的電壓等級有關。
1)對于10kV(含6kV)變壓器,用4.5除以容量就約等于它的電抗。例如一臺10kV、1000kVA(1.0MVA)的變壓器,電抗約為4.5/1.0=4.5。
2)對于35kV變壓器,用7除以容量就約等于它的電抗。例如一臺35kV、4000kVA(4.0MVA)的變壓器,電抗約為7/4=1.75。
3)對于110kV變壓器,用10.5除以容量就約等于它的電抗。例如一臺110kV、10000kVA(10.0MVA)的變壓器,電抗約為10.5/10.0=1.05。
(3)電抗器電抗的簡易計算
電抗器電抗,可以用電抗器的相對額定值(%)除以容量后,再乘0.9計算而得。例如一臺10kV、500A(0.5kA)、4%的電抗器,其容量為1.73×10×0.5=8.65MVA,其電抗為4/8.65×0.9≈0.42。
(4)架空線路和電纜電抗的簡易計算
架空線路和電纜的電抗,與電壓等級、線路長度有關。具體如下:
1)電壓6kV的架空線路,其電抗約等于線路的公里數(shù)。例如一條6kV、2km的架空線路的電抗約為2。
2)電壓10kV的架空線路,其電抗約等于線路長度的1/3。
例如一條10kV、6km的架空線路的電抗約為2。
3)電壓35kV的架空線路,其電抗約等于線路長度的3%。例如一條35kV、100km的架空線路的電抗約為3。
4)電壓110kV的架空線路,其電抗約等于線路長度的3‰。一條110kV、600km的架空線路的電抗約為1.8。
5)對于不同電壓等級電纜線路,其電抗可以先按架空線路計算后,再取其20%即可。例如一條10kV、6km的電纜線路的電抗約為2×20%=0.4。
短路點前所有供電元件的相對電抗值相加(按串并聯(lián)關系)求和,即為短路點前總的相對電抗值。
用100除以總的相對電抗值,即為短路點的短路容量。短路點的短路電流與線路的電壓等級有關。
(1)0.4kV線路,用140除以總的相對電抗值約為短路電流。
(2)6kV線路,用9.2除以總的相對電抗值約為短路電流。
(3)10kV線路,用5.5除以總的相對電抗值約為短路電流。
(4)35kV線路,用1.6除以總的相對電抗值約為短路電流。
(5)110kV線路,用0.5除以總的相對電抗值約為短路電流。
短路沖擊電流常用作校驗電氣設備和母線的重要數(shù)據(jù)。它包括三相短路沖擊電流的最大值和三相短路沖擊電流的峰值。
(1)三相短路沖擊電流的最大值約為短路電流的1.5倍。
(2)三相短路沖擊電流的峰值約為短路電流的2.5倍。
(1)該供配電系統(tǒng)的等效電路圖如圖2所示。計算各供電元件的相對電抗值,并標于等效電路圖中。
圖1 供配電系統(tǒng)簡圖
圖2 等效電路圖
變壓器:X*3=X*4=10.5÷20≈0.53。
電抗器:X*5=4÷(1.73×6×0.3)×0.9≈1.16。
(2)計算短路點d前總的相對電抗值
(3)計算短路點d處的短路容量和短路電流
(4)計算短路沖擊電流
采用標么值計算法的計算結果分別為:Sd=63.2MVA、Id=5.8kA、Ich=8.8kA、ich=14.8kA。以上的簡易計算結果與之較為接近。
短路點d1、d2、d3處的短路電流
圖3 供配電系統(tǒng)簡圖
(1)該供配電系統(tǒng)的等效電路圖如圖4所示。計算各供電元件的相對電抗值,并標于等效電路圖中。
圖4 等效電路圖
系統(tǒng):容量Sxt=∞,X*1=0。
架空線路:X*2=10×3%=0.3。
變壓器:X*3=7÷4=1.75、X*5=4.5÷1=4.5、X*7=4.5÷1.25=3.6。
電纜:X*4=X*6=1÷3×20%≈0.07。
(2)、(3)、(4)、(5)短路點d1、d2、d3處總的相對電抗值、短路容量、短路電流和短路沖擊電流的計算分別如表1。
表1
采用標么值計算法計算的結果如何,讀者可以計算并與之進行比較。
在選擇供配電系統(tǒng)的電氣元件時,應根據(jù)短路電流來校驗它在短路狀態(tài)下的穩(wěn)定性。同時,在設計繼電保護裝置及選擇限制短路電流的電抗器時,也要進行短路電流的計算。了解和掌握短路電流的簡易計算方法,可以達到事半功倍的效果,對于每一位電氣作業(yè)人員的實際工作也具有非常重要的指導作用。
[1] 同濟大學工程系.工廠供電[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1984.
[2] 李西平.電工基礎與供電計算口訣[M].北京:機械工業(yè)出版社, 1992.