短路電流的簡(jiǎn)易計(jì)算

王曹榮

（陜西漢江藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司，陜西 漢中 723000）

1 引言

工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)供配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，系統(tǒng)必須能夠及時(shí)準(zhǔn)確地切除故障線路，限制故障范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。斷路器作為切除短路故障的執(zhí)行元件，其自身動(dòng)作的安全性不可忽視。斷路器必須具有一定的分?jǐn)嗄芰Γ漕~定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Σ荒艿陀诠收暇€路的短路電流。短路電流的大小無(wú)法從實(shí)際運(yùn)行中測(cè)量，只能通過(guò)計(jì)算獲得。而短路電流的計(jì)算通常較多采用的是標(biāo)么電抗法和短路功率法，這兩種方法較為復(fù)雜，對(duì)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(jiǎn)易計(jì)算方法。

2 短路電流的簡(jiǎn)易計(jì)算方法

短路電流的簡(jiǎn)易計(jì)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(jì)算短路點(diǎn)前每一個(gè)供電元件的相對(duì)電抗值；②計(jì)算短路點(diǎn)前總的相對(duì)電抗值；③計(jì)算短路點(diǎn)的短路容量和短路電流；④計(jì)算短路沖擊電流。

2.1 相對(duì)電抗值的簡(jiǎn)易計(jì)算

（1）系統(tǒng)電抗的簡(jiǎn)易計(jì)算

系統(tǒng)的電抗可以將容量為100MVA時(shí)電抗約等于1作為基準(zhǔn)。系統(tǒng)電抗與容量成反比，既當(dāng)系統(tǒng)容量大于100MVA時(shí)，電抗減小；當(dāng)系統(tǒng)容量小于100MVA時(shí)，電抗增大。例如系統(tǒng)容量為200MVA時(shí)，電抗可看作0.5；系統(tǒng)容量為50MVA時(shí)，電抗可看作2。對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的電抗可認(rèn)為是0。

（2）變壓器電抗的簡(jiǎn)易計(jì)算

變壓器的電抗與變壓器一次側(cè)的電壓等級(jí)有關(guān)。

1）對(duì)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(tái)10kV、1000kVA（1.0MVA）的變壓器，電抗約為4.5/1.0=4.5。

2）對(duì)于35kV變壓器，用7除以容量就約等于它的電抗。例如一臺(tái)35kV、4000kVA（4.0MVA）的變壓器，電抗約為7/4=1.75。

3）對(duì)于110kV變壓器，用10.5除以容量就約等于它的電抗。例如一臺(tái)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(jiǎn)易計(jì)算

電抗器電抗，可以用電抗器的相對(duì)額定值（%）除以容量后，再乘0.9計(jì)算而得。例如一臺(tái)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(jiǎn)易計(jì)算

架空線路和電纜的電抗，與電壓等級(jí)、線路長(zhǎng)度有關(guān)。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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度的3‰。一條110kV、600km的架空線路的電抗約為1.8。

5）對(duì)于不同電壓等級(jí)電纜線路，其電抗可以先按架空線路計(jì)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。

2.2 總的相對(duì)電抗值的計(jì)算

短路點(diǎn)前所有供電元件的相對(duì)電抗值相加（按串并聯(lián)關(guān)系）求和，即為短路點(diǎn)前總的相對(duì)電抗值。

2.3 短路容量和短路電流的簡(jiǎn)易計(jì)算

用100除以總的相對(duì)電抗值，即為短路點(diǎn)的短路容量。短路點(diǎn)的短路電流與線路的電壓等級(jí)有關(guān)。

（1）0.4kV線路，用140除以總的相對(duì)電抗值約為短路電流。

（2）6kV線路，用9.2除以總的相對(duì)電抗值約為短路電流。

（3）10kV線路，用5.5除以總的相對(duì)電抗值約為短路電流。

（4）35kV線路，用1.6除以總的相對(duì)電抗值約為短路電流。

（5）110kV線路，用0.5除以總的相對(duì)電抗值約為短路電流。

2.4 短路沖擊電流的簡(jiǎn)易計(jì)算

短路沖擊電流常用作校驗(yàn)電氣設(shè)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。

3 短路電流的簡(jiǎn)易計(jì)算應(yīng)用實(shí)例

3.1 有一供配電系統(tǒng)如圖1所示，試計(jì)算短路點(diǎn)d處的短路電流

（1）該供配電系統(tǒng)的等效電路圖如圖2所示。計(jì)算各供電元件的相對(duì)電抗值，并標(biāo)于等效電路圖中。

圖1 供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jì)算短路點(diǎn)d前總的相對(duì)電抗值

（3）計(jì)算短路點(diǎn)d處的短路容量和短路電流

（4）計(jì)算短路沖擊電流

采用標(biāo)么值計(jì)算法的計(jì)算結(jié)果分別為：Sd=63.2MVA、Id=5.8kA、Ich=8.8kA、ich=14.8kA。以上的簡(jiǎn)易計(jì)算結(jié)果與之較為接近。

3.2 某單位的供配電系統(tǒng)如圖3所示，試分別計(jì)算

短路點(diǎn)d1、d2、d3處的短路電流

圖3 供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

（1）該供配電系統(tǒng)的等效電路圖如圖4所示。計(jì)算各供電元件的相對(duì)電抗值，并標(biāo)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(diǎn)d1、d2、d3處總的相對(duì)電抗值、短路容量、短路電流和短路沖擊電流的計(jì)算分別如表1。

表1

采用標(biāo)么值計(jì)算法計(jì)算的結(jié)果如何，讀者可以計(jì)算并與之進(jìn)行比較。

4 結(jié)論

在選擇供配電系統(tǒng)的電氣元件時(shí)，應(yīng)根據(jù)短路電流來(lái)校驗(yàn)它在短路狀態(tài)下的穩(wěn)定性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置及選擇限制短路電流的電抗器時(shí)，也要進(jìn)行短路電流的計(jì)算。了解和掌握短路電流的簡(jiǎn)易計(jì)算方法，可以達(dá)到事半功倍的效果，對(duì)于每一位電氣作業(yè)人員的實(shí)際工作也具有非常重要的指導(dǎo)作用。

[1] 同濟(jì)大學(xué)工程系.工廠供電[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1984.

[2] 李西平.電工基礎(chǔ)與供電計(jì)算口訣[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1992.