短路電流計算相關問題

2021-03-19 18:36:22 字數 7402 閱讀 7546

1樓:滑動

其實不復雜呀,知道電源內阻就全ok了。

詳情參考中國電子diy之家有關資料

2樓:千山楓葉

當發生三相短路時,由於負荷阻抗和部分線路阻抗被短路,所以電路中電流根據歐姆定律要突然增大。但是由於電路中存在電感,根據楞次定律,電流不能突變因而引起一個過渡過程,即短路暫態過程。最後短路電流達到一個新的穩定狀態。

短路電流穩定值:短路電流暫態過程之後的短路全電流,其有效值用i∞表示;有i"=ik=i∞

短路電流衝擊值:短路電流中最大瞬時值。高壓電路發生三相短路時,i=1.51i" i=2.55i"

1000kva及以下變壓器二次側或低壓電路發生三相短路時 i=1.1.09i" i=1.84i"

其中短路電流ik或i"可以用歐姆法或標么值法計算出來。

3樓:匿名使用者

二 短路的物理過程及計算方法

當突然發生短路時,系統總是由工作狀態經過一個暫態過程進入短路穩定狀態。暫態過程中的短路電流比其穩態短路電流大的多,雖歷時很短,但對電器裝置的危害性遠比穩態短路電流嚴重得多。有限電源容量系統的暫態過程要比無限大電源容量系統的暫態過程複雜的多,在計算建築配電工程三相短路電流時,都按無限大電源容量系統來考慮。

短路全電流ik由兩部分組成(ik=iz+if):一部分短路電流隨時間按正弦規律變化,稱為週期分量iz;另一部分因迴路中存在電感而引起的自感電流,稱為非週期分量if。

短路衝擊電流(短路電流峰值或短路全電流瞬時最大值)

ich=(1+e-0.01/ta) i″=kchi″

kch=1+e-0.01/ta—短路電流衝擊係數,取決於迴路時間常數ta=l/r的大小,一般在1.3~18範圍內變化。

當高壓回路發生短路時,因r

55i″ 短路衝擊電流週期分量有效值ich=1.52i″。當低壓電網中發生三相短路時,一般可概地取kch =1.

3 此時 ich=1.84i″ ich=1.09i″。

i″-t=0時短路電流週期分量有效值,也稱超瞬變短路電流有效值i″= i0.2 =id

i0.2——短路後0.2s的短路電流週期分量有效值

id 或i∞——穩態短路電流有效值

在高壓供電系統中常採用標麼值(相對值)法和兆伏安(mva)法來計算短路電流;在低壓供電系統中,常採用有名值法(絕對值法或歐姆法)來計算低壓回路短路電流。

三 計算例項

現通過例項介紹一下計算三相短路電流的各種方法,然後進行比較。插圖所示為金莊煤礦供電系統接線圖,已知電力部門鮑溝35kv變電所10kv母線最大短路容量為144mva,其餘引數已分別標在圖上。

兆伏安法即短路容量法,也叫短路功率法,是因在短路計算中以元件的短路容量來代替元件的阻抗而得名。兆伏安法實質上是歐姆法的變形,歐姆法的計算公式:id=ub/z,即短路電流id大小完全取決於阻抗z。

而短路容量為sd=ub2/z,在無限大電源容量系統中ub為常數,因此sd∝1/z,可見以元件的短路容量來替代其阻抗,與阻抗一樣可表述元件在短路中的作用。

用兆伏安法求出d1、 d2 、d4點的短路電流,計算過程如下:

1 計算各元件的短路容量

1) 電力系統:s1=144mva

2) 輸電線路:s2=ub12/x0×l

=10.52/0.341×2.5

=129mva

3) 下井電纜:s3=ub12/x0×l

=10.52/0.08×0.7

=1969mva

4) 地面低壓變壓器:s8=100se/ud%

=100×0.8/4.5

=17.8mva

s9=100se/ud%=100×0.63/4.5=14mva

兩臺變壓器分段執行,短路容量按最大一臺計算為178mva。

2簡化電路,計算各短路點三相短路容量及三相短路電流

1)地面變電所10kv母線短路容量及短路電流為:1/sd1=1/144+1/129,sd1=68mva

id1=sd1/√3×ub1

=68/√3×10.5=3.74ka

2)井下**變電所10kv母線短路容量及母線短路電流為:

1/sd2=1/144+1/129+1/1969,

sd2=65.8mva

id2=sd2/√3×ub1=65.8/√3×10.5

=3.62ka

3)地面變電所04kv低壓母線短路容量及短路電流為:1/sd4=1/144+1/129+1/17.8,sd4=14 mva

id4= sd4/√3×ub2=14/√3×0.4=20.2ka

標麼值法也叫相對值法,某一物理量的相對值為該物理量的實際值與某一選定的同單位的基準值之比。基準值有四個,即基準容量(常取 100mva),基準電壓ub=105un,基準電流ib=sb/ub,基準電抗xb=ub/ib=ub2/sb。

下面再用標麼值法計算d1、 d2 、d4點的短路電流,具體計算步驟如下:

1.選取基準容量為100mva,當基準電壓為ub1=10.5kv,基準電流ib1=100/√3×10.

5=5.5kaub2=0.4kv,基準電流ib2=100/√3× 0.

4=143.3ka

2.計算各元件的電抗標麼值(有些元件的電抗標麼值可用公式算出,也可查表求出):

電力系統:x1*=sb/sn=100/144=0.694

輸電線路:x2*=0.309×2.5=0.773

下井電纜:x3*=0.0726×0.7=0.0508

地面低壓變壓器:

x8*= ud% sb/100se

= 4.5×100×106/(100×800×103)

=5.63

x9*= ud% sb/100se

= 4.5×100×106/(100×630×103)

=7.14

3.計算各短路點的總電抗標麼值:

xd1*=0.694+0.773= 1.467

xd2*=0.694+0.773+0.0508= 1.52

xd4*=0.694+0.773+0.0508+5.63

= 7.15

4.d1、 d2 、d4點三相短路電流及短路容量:

id1= ib1/xd1*=5.5/1.467=3.75ka

sd1=ub1id1=×10.5×3.75=65.2mva

id2=5.5/1.52=3.6ka

sd2=×10.5×3.6=65.5mva

id4= ib2/xd2*=143.3/1.52=20.2ka

sd4=ub2 id2=×0.4×20.2=14mva

另外也可先求出總電抗標麼值後,求出各支路的計算電抗,再求出電流標麼值,最後計算各點三相短路電流及短路容量

1)求各支路的計算電抗值分別為

x′d1= xd1*×144/100=1.467×1.44=2.11

x′d2= xd2*×144/100=1.52×1.44=2.2

x′d4= xd4*×144/100=7.15×1.44=10.3

2)根據計算電抗值求出電流標麼值

i″ d1=u′/ x′d1=1/ 2.11=0.474

i″d2=u′/ x′d2=1/ 2.2=0.455

i″d4=u′/ x′d4=1/ 10.3=0.097

3) d1、 d2 、d4點三相短路電流及短路容量:

id1=i″d1 ×i1 =0.474×144/1.732×10.5

=3.75ka

sd1= i″d1×s1=0.474×144=65.2mva

同樣可求id2=3.6ka sd2= 65.5mva

id4=20.2ka sd4=14mva

歐姆法又叫有名單位制法,它是由於短路計算中的阻抗都採用有名單位「歐姆」而得名。用歐姆法計算短路電路的總阻抗必須把所有元件阻抗換算成歐姆值,凡通過變壓器互連的網路應各電壓元件的歐姆值統一算到短路點所處電壓的歐姆值。下面用歐姆法求出d1、d2、d4點的短路電流,計算過程如下:

(一)求出d1、d2點的短路電流

1 計算各元件的電抗及總電抗

1) 電力系統的電抗:

x1= ub12/s1= 10.52/144=0.765ω

2) 鮑溝變電所至礦變電所架空線路的電抗:

x2= x0×l=0.341×2.5=0.853ω

3)下井電纜的電抗為:

x3= x0×l=0.08×0.7=0.056ω

d1短路點的總電抗

xd1=x1+x2=0.765+0.853=1.618ω

d2短路點的總電抗

xd2= x1+x2+x3

=0.765+0.853+0.056=1.674ω

2.計算各短路點三相短路電流及短路容量

id1= ub1/√3×xd1

=10.5/√3×1.618=3.74ka

sd1=ubid1=×10.5×3.74=68mva

id2=ub1/√3xd2=10.5/√3×1.674

=3.62ka

sd2= ub id2=×10.5×3.62=65.8mv

(二)求出d4點的短路電流

1.計算各元件的電抗及總電抗

1) 電力系統的電抗:

x1=ub22/s1=0.42/144=0.0011ω=1.1mω

2) 鮑溝變電所至礦變電所架空線路的電抗:

x2= x0×l (ub2 /ub1)2

=0.341×2.5(0.4 /10.5)2

=0.00124ω=1.24mω

3)下井電纜的電抗為:

x3= 0.08×0.7(0.4 /10.5)2

=0.0000812ω=0.0812mω

4)地面低壓變壓器的電抗為:

x8= ud%/100×ub2/ se

=4.5/100×4002/800000

=0.009=9mω

x9=4.5%×4002/630000

=0.0114ω=11.4mω

d4短路點的總電抗

xd4= x1+x2+x3+x8

=1.11+1.24+0.0812 +9

= 11.43 mω

2.計算各短路點三相短路電流及短路容量

id4=ub2/√3×xd4

=400/√3×11.43=20.2ka

sd4=ub2 id4=×0.4×20.2

=14mva

四 計算方法的比較及說明

三種方法計算結果是相同的,兆伏安法優越性最明顯,特作說明如下:

(一) 兆伏安法計算短路電流,具有運算簡單,不要記憶很多公式,不易出錯等優點,在計算不對稱短路電流及大型電動機起動壓降時更能體現出其簡便準確的優點。兆伏安法計算過程較為簡單:先求出電源元件的短路容量和阻抗元件短路時的通過能力,然後進行網路(串聯、並聯及三角形變星形)簡化計算並求出短路點的短路容量,最後求出三相短路電流。

標麼值法計算過程較為繁瑣,計算步驟如下:

(1)按照供電系統圖繪製出等效電路圖,要求在圖上標出各元件的引數。

(2)選定基準容量和基準電壓,並按公式求出基準電流和基準電抗。

(3)求出供電系統各元件的電抗標麼值。

(4)求出由電源至短路點的總阻抗x*ξ

(5)按公式i* =1/ x*ξ求出短路電流標麼值,對無限大電源容量系統,短路電流週期分量保持不變,即i*″ = i*0.2= i* ∞

(6)求出短路電流、短路衝擊電流和短路容量

歐姆法計算過程也較為簡單:先求出各元件的阻抗值,然後根據公式計算出三相短路電流及短路容量。但用歐姆法要注意以下幾點:

1.電力系統的阻抗值,可由當地電業部門供給,但一般電力系統的電阻很小,可略去不計。電力系統的電抗值可由系統變電所高壓饋電母線上的最大短路容量來求出。

在高壓電路中,電抗遠比電阻大,所以一般只考慮電抗,不計電阻。而在低壓網路中一般不允許忽略電阻的影響,只有當短路電路的rξ≤xξ/3,才允許不計電阻值。低壓網路的短路阻抗一般很小,通常以mω計。

2.低壓元件如不太長的電纜和母線、線圈型電流互感器的一次線圈、自動空氣開關的過電流脫扣線圈及開關的觸頭等的阻抗,對低壓短路電流的大小都有影響,但為了簡化計算(使短路電流值偏於安全,容許不考慮佔迴路總阻抗不超過10%的元件),在一般短路計算中均可略去不計。

3.在利用標麼值法或歐法計算短路電路的阻抗時,假如電路內含有變壓器, 則電路內的各元件的阻抗都應該統一換算到短路計算點的平均額定電壓上去。

(二)在計算短路電流時,電路中各種引數的變化是很複雜的,影響的因素也很多,為簡化計算,在不影響工程計算精確度的情況下,常忽略一些因素的影響。

1.認為變壓器為理想變壓器,不考慮勵磁電流的影響;系統各元件的分佈電容忽略不計。

2.以供電電源為基準的電抗標麼值大於3,可認為電源容量為無限大的系統,短路電流的週期分量在短路全過程中保持不變。

3.短路前系統應是正常運**況下的接線方式,不考慮在切換過程中短時出現的接線方式。

4.設定短路迴路各元件的感抗為一常數,計算中只考慮電抗,不考慮有效電阻。只有當網路中總電阻大於總電抗1/3時,才計及有效電阻。

5.假定短路發生在短路電流為最大值的瞬間;所有電源的電動勢相位角相同,電源都在額定負荷下執行。

(三)當電網短路時,非同步電動機有時可能向短路點反饋電流,因為短路時,電網電壓下降,若電動機離短路點較遠時,其電勢可能小於外加電壓,電動機繼續從電網吸收功率,僅是電動機轉速下降而已。當電動機電勢大於外加電壓,此時電動機和發電機一樣,向短路點饋送電流。但由於反饋電流將電動機迅速制動,所以反饋衰減很快。

當非同步電動機的容量較小時,對短路衝擊電流影響較小,一般不予考慮。只有在靠近短路點處有大於1mw以上的電動機,或接於一處總容量大於1mw的幾臺電動機,在計算短路衝擊電流時,才把它們當作附加電源來考慮。

當電動機端頭處發生三相短路時,電動機的反饋衝擊電流ich=kche*″/x*″in

kch—電動機反饋電流衝擊係數,對高壓電機取1.4~1.6,對低壓電動機可取1。

e*″—非同步電動機次暫態電勢標麼值,取0.9

x*″—非同步電動機次暫態電抗標麼值,一般約為0.17,若知電動機起動電流,則x*″=in/iq

in —非同步電動機額定電流in=pn/uncosφ。

當d1點發生短路時,電動機的衝擊電流為

in1=(0.4+0.33)/(√3×10.5×0.8)

=0.051

ich1=√2×1.6×(0.9/0.17 )×0.051

=0.6ka

當d2點發生短路時,電動機的衝擊電流為

in2=2×0.9/(√3×10.5×0.8)=0.12ka

ich2=√2×1.6×(0.9/0.17 ) ×0.12

=1.4ka

短路故障點d1 d2處的短路衝擊電流分別為

ichd1=2.55id1 +ich1 =2.55×3.75+0.6

=10.2ka

ichd2=2.55id2 +ich2 =2.55×3.6+1.4

=10.6ka

參考文獻

1.《煤礦電工手冊·礦井供電(上)》顧永輝 範廷瓚等編著,煤炭工業出版社,2023年2月

2.《工業與民用配電設計手冊》中國航空工業規劃設計研究等編,水利電力出版社,2023年12月。

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