短路電流簡(jiǎn)化計(jì)算法

即使設(shè)定了一些假設(shè)條件，要正確計(jì)算短路電流還是十分困難，對(duì)于一般用戶(hù)也沒(méi)有必要。一些設(shè)計(jì)手冊(cè)提供了簡(jiǎn)化計(jì)算的圖表。省去了計(jì)算的麻煩，用起來(lái)比較方便。

在介紹簡(jiǎn)化計(jì)算法之前必須先了解一些基本概念。

短路電流主要參數(shù)

S_d：三相短路容量(MVA），簡(jiǎn)稱(chēng)短路容量校核開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗳萘俊?/p>

Id：三相短路電流周期分量有效值，簡(jiǎn)稱(chēng)短路電流校核開(kāi)關(guān)分?jǐn)嚯娏骱蜔岱€(wěn)定。

I_c：三相短路第一周期全電流有效值，簡(jiǎn)稱(chēng)沖擊電流有效值校核動(dòng)穩(wěn)定。

i_c：三相短路第一周期全電流峰值，簡(jiǎn)稱(chēng)沖擊電流峰值校核動(dòng)穩(wěn)定。

x：電抗（Ω）。

其中系統(tǒng)短路容量S_d和計(jì)算點(diǎn)電抗x是關(guān)鍵。

短路電流標(biāo)幺值

計(jì)算時(shí)選定一個(gè)基準(zhǔn)容量（S_jz）和基準(zhǔn)電壓（U_jz)。將短路計(jì)算中各個(gè)參數(shù)都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準(zhǔn)量的比值（相對(duì)于基準(zhǔn)量的比值），稱(chēng)為標(biāo)幺值（這是短路電流計(jì)算最特別的地方，目的是要簡(jiǎn)化計(jì)算）。

⑴基準(zhǔn)

基準(zhǔn)容量S_jz=100MVA。

基準(zhǔn)電壓U_jz規(guī)定為8級(jí)：230、115、37、10.5、6.3、3.15、0.4、0.23KV。

⑵標(biāo)么值計(jì)算

容量標(biāo)幺值S*=S/S_jz。例如：當(dāng)10KV母線上短路容量為200MVA時(shí)，其標(biāo)么值容量為：S*=200/100=2。

電壓標(biāo)幺值U*=U/U_jz；電流標(biāo)幺值I*=I/I_jz。

(3)無(wú)限大容量系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算公式

短路電流標(biāo)幺值：I_d*=1/x*（總電抗標(biāo)么值的倒數(shù)）。

短路電流有效值：I_d=I_jz*I*d=I_jz/x*(KA).

沖擊電流有效值：I_c=I_d*√1 2(KC-1）2(KA），其中KC沖擊系數(shù)，取1.8，所以I_c=1.52Id。

沖擊電流峰值：i_c=1.41*I_d*KC=2.55I_d(KA)。

當(dāng)1000KVA及以下變壓器二次側(cè)短路時(shí)，沖擊系數(shù)KC，取1.3。

這時(shí)：沖擊電流有效值I_c=1.09*I_d(KA)。

沖擊電流峰值：i_c=1.84I_d(KA)。

掌握了以上知識(shí)，就能進(jìn)行短路電流計(jì)算了.公式不多，又簡(jiǎn)單。但問(wèn)題在于短路點(diǎn)的總電抗如何得到"_blank" href="/item/輸電線路">輸電線路的電抗、企業(yè)變電所變壓器的電抗，等等。

一種方法是查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，從中可以找到常用變壓器、輸電線路及電抗器的電抗標(biāo)幺值.求得總電抗后，再用以上公式計(jì)算短路電流；設(shè)計(jì)手冊(cè)中還有一些圖表，可以直接查出短路電流。

1.假設(shè)系統(tǒng)有無(wú)限大的容量。用戶(hù)處短路后，系統(tǒng)母線電壓能維持不變.即計(jì)算阻抗比系統(tǒng)阻抗要大得多。

具體規(guī)定：對(duì)于3~35KV級(jí)電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算，可以認(rèn)為110KV及以上的系統(tǒng)的容量為無(wú)限大。只要計(jì)算35KV及以下網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗。

2.在計(jì)算高壓電器中的短路電流時(shí)，只需考慮發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電抗，而忽略其電阻；對(duì)于架空線和電纜，只有當(dāng)其電阻大于電抗1/3時(shí)才需計(jì)入電阻，一般也只計(jì)電抗而忽略電阻。

3.短路電流計(jì)算公式或計(jì)算圖表，都以三相短路為計(jì)算條件。因?yàn)閱蜗喽搪坊蚨喽搪窌r(shí)的短路電流都小于三相短路電流。能夠分?jǐn)嗳喽搪冯娏鞯碾娖鳎欢軌蚍謹(jǐn)鄦蜗喽搪冯娏骰蚨喽搪冯娏鳌?/p>

計(jì)算短路電流的目的是為了限制短路的危害和縮小故障的影響范圍。在變電所和供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，基于如下用途必須進(jìn)行短路電流的計(jì)算：

⑴選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性。

⑵選擇和整定繼電保護(hù)裝置，使之能正確的切除短路故障。

⑶確定合理的主接線方案、運(yùn)行方式及限流措施。

⑷保護(hù)電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下不損壞，盡量減少因短路故障產(chǎn)生的危害。

三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有4種基本類(lèi)型：三相短路，兩相短路，單相對(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對(duì)稱(chēng)，因而又稱(chēng)對(duì)稱(chēng)短路外，其余三類(lèi)均屬不對(duì)稱(chēng)短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對(duì)地的短路故障最多，約占全部故障的90%。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。

發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài)，一般需3～5秒。在這一暫態(tài)過(guò)程中，短路電流的變化很復(fù)雜。它有多種分量，其計(jì)算需采用電子計(jì)算機(jī)。在短路后約半個(gè)周波（0.01秒）時(shí)將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時(shí)值，稱(chēng)為沖擊電流。它會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，其大小可用來(lái)校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流的分析、計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護(hù)、分析事故提供了有效手段。

供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路時(shí)，很大的短路電流會(huì)使電器設(shè)備過(guò)熱或受電動(dòng)力作用而遭到損壞，同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電壓大大降低，因而破壞了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用電設(shè)備的正常工作。為了消除或減輕短路的后果，就需要計(jì)算短路電流，以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用限制短路電流的元件。

短路（Shortcircuit）是指在正常電路中電勢(shì)不同的兩點(diǎn)不正確地直接碰接或被阻抗（或電阻）非常小的導(dǎo)體接通時(shí)的情況。短路時(shí)電流強(qiáng)度很大，往往會(huì)損壞電氣設(shè)備或引起火災(zāi)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)而流過(guò)非常大的電流。其電流值遠(yuǎn)大于額定電流，并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的10～15倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)數(shù)萬(wàn)安。這會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果。

發(fā)生短路常見(jiàn)原因之一是電池的正極與負(fù)極被低電阻的導(dǎo)線連接在一起。這時(shí)，較大的電流使得電源在短時(shí)間內(nèi)提供大量的能量。

強(qiáng)大電流使熱量迅速的產(chǎn)生并大量積累，進(jìn)而導(dǎo)致電池的爆炸或釋放氫氣和電解質(zhì)。較大電流通過(guò)的導(dǎo)線也可能過(guò)熱，造成絕緣層損壞，引起火災(zāi)。電動(dòng)機(jī)葉片被卡住，也可能會(huì)導(dǎo)致短路。

在電氣設(shè)備中，短路通常是由于意外或絕緣層脫落。

短路還可能會(huì)導(dǎo)致電弧的產(chǎn)生。電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，電流通過(guò)某些絕緣介質(zhì)（例如空氣）所產(chǎn)生的瞬間火花。它對(duì)會(huì)對(duì)輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)以及電子設(shè)備造成損害。

電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，系統(tǒng)功率分布的忽然變化和電壓的嚴(yán)重下降，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使整個(gè)系統(tǒng)解列，這時(shí)某些發(fā)電機(jī)可能過(guò)負(fù)荷，因此，必須切除部分用戶(hù)。短路時(shí)電壓下降的愈大，持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)，破壞整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性愈大。短路電流的限制措施為保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，減輕短路造成的影響，除在運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)努力設(shè)法消除可能引起短路的一切原因外，還應(yīng)盡快地切除短路故障部分，使系統(tǒng)電壓在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值。

一、做好短路電流的計(jì)算，正確選擇及校驗(yàn)電氣設(shè)備，電氣設(shè)備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。

二、正確選擇繼電保護(hù)的整定值和熔體的額定電流，采用速斷保護(hù)裝置，以便發(fā)生短路時(shí)，能快速切斷短路電流，減少短路電流持續(xù)時(shí)間，減少短路所造成的損失。

三、在變電站安裝避雷針，在變壓器四周和線路上安裝避雷器，減少雷擊損害。

四、保證架空線路施工質(zhì)量，加強(qiáng)線路維護(hù)，始終保持線路弧垂一致并符合規(guī)定。

五、帶電安裝和檢修電氣設(shè)備，注重力要集中，防止誤接線，誤操作，在帶電部位距離較近的部位工作，要采取防止短路的措施。

六、加強(qiáng)治理，防止小動(dòng)物進(jìn)入配電室，爬上電氣設(shè)備。

七、及時(shí)清除導(dǎo)電粉塵，防止導(dǎo)電粉塵進(jìn)入電氣設(shè)備。

八、在電纜埋設(shè)處設(shè)置標(biāo)記，有人在四周挖掘施工，要派專(zhuān)人看護(hù)，并向施工人員說(shuō)明電纜敷設(shè)位置，以防電纜被破壞引發(fā)短路。

九、電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)人員應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)規(guī)程，嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，正確操作電氣設(shè)備，禁止帶負(fù)荷拉刀閘、帶電合接地刀閘。線路施工，維護(hù)人員工作完畢，應(yīng)立即拆除接地線。要經(jīng)常對(duì)線路、設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，迅速進(jìn)行檢修。

中文名稱(chēng)

短路電流允許值

英文名稱(chēng)

short-circuit current capability

定　　義

在規(guī)定的短路持續(xù)時(shí)間內(nèi)，電氣設(shè)備允許通過(guò)的短路電流值。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），電力系統(tǒng)（二級(jí)學(xué)科）

中文名稱(chēng)

短路電流周期分量

英文名稱(chēng)

periodic component of short-circuit current

定　　義

電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路時(shí)，短路電流中所含的工頻交流分量。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），電力系統(tǒng)（二級(jí)學(xué)科）

限制短路電流一款被指定的短路保護(hù)電器(SCPD)所保護(hù)的漏電保護(hù)器。

被一指定的短路保護(hù)電器(SCPD)所保護(hù)的漏電保護(hù)器，在規(guī)定的使用和性能條件下，

在短路保護(hù)電器動(dòng)作時(shí)間內(nèi)所能承受的預(yù)期短路電流值。