高壓電動機配電相關的計算

（1中國石油工程建設公司北京設計分公司電氣室，北京 100101;

2中國石油集團濟柴動力總廠，濟南 250306）

摘 要：本文將從高壓電器元件計算的基本概念入手，結合“約旦石油終端”項目，對高壓電動機配電相關的計算做一探討。

關鍵詞：熱穩定校驗;動穩定校驗;斷路器;電流互感器;電纜

1 引言

石油化工企業的電氣設計經常涉及高壓電動機的配電，高壓配電設計不同于低壓，涉及到的計算較為復雜，不是簡單的查詢表格就可以得到相關數據，每一個電氣元器件參數都需要計算，否則會造成上下級之間不配合，保護元件不動作，嚴重時會燒壞電機、電纜，造成火災事故。

2 基本概念

（1）動穩定校驗。又稱額定峰值耐受電流，指在規定的使用和性能條件下，開關設備和控制設備在合閘位置能夠承載的額定短時耐受電流第一個大半波的電流峰值。

（2）熱穩定校驗。又稱額定短時耐受電流，指在規定的使用和性能條件下，在規定的短時間內，開關設備和控制設備在合閘位置能夠承載的電流有效值。

3 計算步驟

首先應確定高壓母線的三相短路電流，在約旦石油終端項目中電動機電壓等級為6kV，變電所6kV母線上的三相短路電流為17.65kA。

3.1 高壓電纜熱穩定校驗

公式：Smin≥（/C） ×103 ; Qt=I2t

Smin：高壓電纜允許最小截面;Qt：短路電纜熱效應;

I：6kV側三相短路電流值;t：短路電流持續時間

C：熱穩定系數;本項目中取t=0.5S，C=137，I=17.65kA

則Smin≥（/C） ×103

=/137×103

=91.05mm2 ;因此選3×95mm2電纜。

3.2 電流互感器熱穩定校驗

本項目所選電流互感器為LZZBJ9-10C1 "100/5 "15VA（測）/15VA（保） "200I1n（熱）/2.5Ith（動） "0.5/5P10

校驗公式：Qt≤Ith2t

電流互感器1S熱穩定電流為Ith=200I1n=200×100=20 kA

I1n：互感器1次額定電流;Qt：短路電纜熱效應;

t：短路電流持續時間，取1s ; I：6kV側三相短路電流值;

則Ith2t=202×1=400 kA2t ;短路電流熱效應交流分量：

Qz=I2t1=17.65×0.15=46.72 kA2t

t1：短路電路最小持續時間

短路電流熱效應直流分量Qf=Ted×I2 =0.2×17.652=62.3 kA2t

Ted：直流分量等效時間，取0.2s ;因此Qt=Qz+Qf=109.02 kA2t

Qtlt; Ith2t "滿足要求

3.3 電流互感器動穩定校驗

校驗公式：ip3

本項目中三相短路沖擊電流ip3=2.55×17.65=45kA ; ip3

3.4 電流互感器電流校驗

要求電流互感器額定一次電流宜按正常運行的實際負荷電流達到額定值的2/3左右，至少不小于30%（對S級為20%）選用。

本項目傳輸泵功率為450kW，電流約為43A，其二次電流I2=43/20=2.15A，互感器二次電流為Ie2=，5A，I2=43% Ie2。 滿足要求。

3.5 電流互感器阻抗校驗

校驗公式：25%Z≤Zfh≤100%Z ;Zfh：電流互感器實際二次阻抗;

Z：電流互感器額定阻抗; Zfh=k1Zcj+k2Rdx+Rjc

Zcj：表計的阻抗; Rjc：接觸電阻

Rdx：連接導線的電阻; k1，k2：導線接線系數、儀表或繼電器接線系數;

本項目中取k1=k2=1;Zcj=0.02;Rjc=0.08

Rdx=σl/S=4.3×0.2/4=0.215

Zfh=k1Zcj+k2Rdx+Rjc=0.02+0.08+0.215=0.29

σ：導線電阻率，本項目取4.3;l：電纜長度，本項目為0.2km;

S：電纜截面，4mm2 ;電流互感器額定二次阻抗Z= Se/ Ie22=15/25=0.6

Ie2：電流互感器額定二次電流，5A ; Zfh=52.5%Ze2 ;滿足要求

3.6 斷路器動穩定校驗

校驗公式：ip3≤imax

本項目中三相短路沖擊電流ip3=2.55×17.65=45kA

由樣本查的imax=75kA ;滿足要求。

3.7 斷路器熱穩定校驗

校驗公式：Qtlt; It2t ; Qt：短路電纜熱效應;

It：電器在ts時間內允許通過的額定短時耐受電流。

本項目中由互感器計算中得Qt=Qz+Qf=109.02 kA2t

查樣本得：It2t=31.52×4=3969 kA2t ; Qtlt; It2t 滿足要求。

4 設計心得

（1）計算時母線上的三相短路電流一定要計算準確，否則會影響所有高壓電器元件的選擇。

（2）阻抗校驗中導線阻抗應為二次回路使用的導線，額定二次電流為5A時，導線截面不小于4mm2 ，1A不小于2.5mm2。

參考文獻：

[1]工業與民用配電設計手冊[S].