短路计算电流.pdf
4.1 短路电流的计算4.1.1 短路计算的方法进行短路电流计算， 首先要绘制计算电路图。 在计算电路图上， 将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号， 然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算出电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上， 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单， 因此一般只需采用阻抗串、 并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。 最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法， 常用的有欧姆法 （又称有名单位制法， 因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名）和标幺制法（又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名）。4.1.2本设计采用标幺制法进行短路计算1标幺制法计算步骤和方法 (1)绘计算电路图， 选择短路计算点。 计算电路图上应将短路计算中需计入的所以电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。 (2)设定基准容量dS和基准电压dU，计算短路点基准电流dI。一般设dS=100MVA ，设dU=cU（短路计算电压）。短路基准电流按下式计算：3dddSIU (4-1) (3)计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。一般只计算电抗。电力系统的电抗标幺值*dsocSXS (4-2) 式中ocS电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA ） 。电力线路的电抗标幺值02dWLcSXX lU (4-3) 式中cU线路所在电网的短路计算电压（单位为kV） 。电力变压器的电抗标幺值*%100kdTNUSXS (4-4) 式中%kU变压器的短路电压（阻抗电压）百分值；NS变压器的额定容量（单位为kVA,计算时化为与dS同单位） 。(4) 绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。(5) 计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流：三相短路电流周期分量(3)kI、短路次暂态短路电流(3)I、短路稳态电流(3)I、短路冲击电流(3)shi及短路后第一个周期的短路全电流有效值（又称短路冲击电流有效值）(3)shI。(3)*dkIIX (4-5) 在无限大容量系统中，存在下列关系：(3)I=(3)I=(3)kI (4-6) 高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：(3)shi=2.55(3)I (4-7) (3)shI=1.51(3)I (4-8) 低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：(3)shi=1.84(3)I (4-9) (3)shI=1.09(3)I (4-10) (6) 计算短路容量(3)dkSSX (4-11) 系统500MVALGJ-150,8kmS9-80010.5kV0.4kVk1k2(1)(2)(3)(4)图 4-1 并列运行时短路计算电路2. 两台变压器并列运行时(1) 根据原始资料及所设计方案，绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-1 所示。(2) 确定短路计算基准值设定基准容量dS和基准电压dU，计算短路点基准电流dI, 设dS=100MVA ，dU=cU，即高压侧1dU=10.5kV, 低压侧2dU=0.4kV, 则11100MVA5.5kA3310.5kVdddSIU (4-12) 22100MVA144kA330.4kVdddSIU (4-13) (3) 计算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值*1100MVA0.2500MVAdocSXS (4-14) 式中ocS电力系统出口断路器的断流容量2）架空线路的电抗标幺值，查得LGJ-150 的单位电抗00.36/xkm，而线路长 8km,故*22100MVA0.3682.6(10.5kV)X (4-15) 3） 电力变压器的电抗标幺值， 查附录表 5-1 得 S9-800 的短路电压%kU=4.5，故6.58001001005.43MAVX (4-16) 6.534XX (4-17) (4) 绘制等效电路图，如图4-2 所示：22.6k1k2k310.26.536 .54图 4-2 并列运行时短路等效电路图(5) 求 k1 点（10.5kV 侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总阻抗标幺值*1210.22.62.8kXXX (4-18) 2）三相短路电流周期分量有效值(3)11*15.5kA1.96kA2.8dkkIIX (4-19) 3）三相短路次暂态电流和稳态电流(3)I=(3)I=(3)1kI=1.96kA (4-20) 4）三相短路冲击电流(3)shi=2.55(3)I=2.551.96kA=5.0kA (4-21) 5）第一个周期短路全电流有效值(3)shI=1.51(3)I=1.511.96kA=2.96kA (4-22) 6）三相短路容量(3)1100MVA35.7MVA2.8dkkSSX (4-23)（6）求 k2 点（0.4kV 侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总阻抗标幺值(4-24) 2）三相短路电流周期分量有效值(4-25) 3）三相短路次暂态电流和稳态电流(3)I=(3)I=(3)2kI=25.7kA (4-26) 4）三相短路冲击电流(3)shi=1.84(3)I=1.8425.7kA=47.29kA (4-27) 5）第一个周期短路全电流有效值(3)shI=1.09(3)I=1.0925.7kA=28.01kA (4-28) 6）三相短路容量(4-29) 3.两台变压器分裂运行时(1)绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-3 所示。 系统500MVALGJ-150,8kmS9-80010.5kV0.4kVk1k2k3(1)(2)(3)(4)图 4-3 分裂运行时短路计算电路(2) 基准值和短抗标幺值同并列运行时所算各值。(3) 绘制等效电路图，如图4-4 所示：22.6k1k2k310.235.645.6图 4-4 分裂运行时短路等效电路图(4)k1 点的短路计算值同并列运行时k1 点的计算值。(5)k2 点（0.4kV 侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1) 总阻抗标幺值(4-30)2)三相短路电流周期分量有效值KAXIIKdK14.174.8144)2(2)3(2(4-31) 3)三相短路次暂态电流和稳态电流KAIIIK14.17)3(2)3()3( (4-32) 4)三相短路冲击电流KAIish53.3114.1784.184.1)3( 3(4-33) 5)第一个周期短路全电流有效值KAIIsh68.1814.1709.109.1)3( )3(4-34) 6)三相短路容量MVAMVAXSSKdK90.114.8100*)2()3(4-35) (6)k3 点的短路计算值同k2 点的计算值。4. 短路电流计算结果短路电流计算结果见表4-1、表 4-2：表 4-1 并列运行时短路电流计算结果表 4-2 分列运行时短路电流计算结果比较变压器并列和分裂运行两种情况下的短路计算，可得出分裂运行时的低压侧短路电流较并列运行时有明显减小，因此，为降低短路电流水平， 所设计变电站通常情况下应分裂运行。4.2 变电站一次设备的选择与校验正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。 在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、 安全可靠、 运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经短路计算点三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA(3)kI(3)I(3)I(3)shi(3)shI(3)kSK1 1.96 1.96 1.96 5.0 2.96 35.7 K2 25.7 25.7 25.7 47.29 28.01 17.86 短路计算点三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA(3)kI(3)I(3)I(3)shi(3)shI(3)kSK1 1.96 1.96 1.96 5.0 2.96 35.7 K2 17.14 17.14 17.14 31.53 18.68 11.90 K3 17.14 17.14 17.14 31.53 18.68 11.90 济运行的需要。4.2.1 一次设备选择与校验的条件为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：(1) 按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。(2) 按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。(3) 考虑电气设备运行的环境条件和温度、 湿度、 海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。4.2.2 按正常工作条件选择1. 按工作电压选择设备的额定电压N eU不应小于所在线路的额定电压NU，即NeNUU (4-36) 2. 按工作电流选择设备的额定电流N eI不应小于所在电路的计算电流30I，即30.IIeN (4-37) 3. 按断流能力选择设备的额定开断电流ocI或断流容量ocS不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值kI或短路容量kS，即ockII (4-38) 或ockSS (4-39) 4.2.3 按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。1. 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验(1) 动稳定校验条件(3)maxshii (4-40) 或(3)maxshII (4-41) 式中maxi、maxI开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为 kA） ；(3)shi、(3)shI开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为 kA） 。(2) 热稳定校验条件2(3)2timaI tIt (4-42) 式中tI开关的热稳定电流有效值（单位为kA） ；t 开关的热稳定试验时间（单位为s） ；(3)I开关所在处的三相短路稳态电流（单位为kA） ；imat短路发热假想时间（单位为s） 。2. 电流互感器的短路稳定度校验(1) 动稳定校验条件(3)maxshii (4-43) 或3(3)1210esNshK Ii (4-44) 式中maxi电流互感器的动稳定电流（单位为kA） ；esK电流互感器的动稳定倍数（对1NI） ；1NI电流互感器的额定一次电流（单位为A） 。热稳定校验条件(3)imattIIt (4-45) 或(3)1imatNtK IIt (4-46) 式中tI电流互感器的热稳定电流（单位为kA） ；t 电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；tK电流互感器的热稳定倍数（对1NI） 。4.2.4 10kV侧一次设备的选择校验4-3 10kV 侧一次设备的选择校验选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数NUNI(3)kI(3)shi(3)2imaIt数据10kV 46.2A 1.96kA 5.0kA 7.31.91.962一次额定参数eNUeNIocImaxi2tI t设备型号参数高压少油断路器SN10-10I/630 10kV 630A 16kA 40kA 5122162高压隔离开关2001068GN10kV 200A 25.5kA 5005102高压熔断器RN2-10 10kV 0.5A 50kA 电压互感器JDJ-10 10/0.1kV 电压互感器JDZJ-10 310/310.310.kV 电流互感器LQJ-10 10kV 100/5A 户外隔离开关GW4-12/400 12kV 400A 25kA 50051024.2.5 380V 侧一次设备的选择校验选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数NU30I(3)kI(3)shi(3)2imaIt数据380V 总 1960A 17.1kA 31.46kA 228.50.7568一次设备型号参数额定参数NUNIocImaxi2tI t低压断路器DW15-2500 380V 2500A 60kA 低压断路器DZ20J-1000 DZ20J-1250 380V 1000A 1250A (大于30I) 一般30kA 低压断路器DZ20-630 380V 630A (大于30I) 一般30kA 低压刀开关HD13-1500/30 380V 1500A 低压刀开关HD13-1000/30 380V 1000A 电流互感器LMZJ1-0.5 500V 1500/5A 630/5A 电流互感器LMZ1-0.5 500V 400/5A 315/5A 200/5A 表 4-4 所选设备均满足要求。4.3 高低压母线的选择根据计算电流和 GB5005394 10kV 及以下变电所设计规范中的规定，10kV 母线选择 LMY-3(40 4)型母线，即母线尺寸均为40mm4mm；380V 母线选择 LMY-3 (100 8)+ 606 型母线，即相母线尺寸为100mm8mm,中性母线尺寸为 60mm6mm。5 变电所进出线和低压电缆选择5.1 变电所进出线的选择范围1.高压进线(1)如为专用线路，应选专用线路的全长。(2)如从公共干线引至变电站，则仅选从公共干线到变电站的一段引出线。(3)对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一般须经电缆引入，因此架空进线至变电站高压侧，往往需选一段引入电缆。2.高压出线(1)对于全线一致的架空出线或电缆出线，应选线路的全长。(2)如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变电站高压出线的选择只选这一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。3. 低压出线(1) 如采用电缆配电，应选线路的全长。(2) 如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电线路，则变电站低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线， 而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。5.2 变电所进出线方式的选择1.架空线。在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用。2.电缆。在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。5.3 变电所进出导线和电缆形式的选择1. 高压架空线(1)一般采用铝绞线。(2)当档距或交叉档距较长、电杆较高时，宜采用钢芯铝绞线。(3)沿海地区及有腐蚀性介质的场所，宜采用铜绞线或防腐铝绞线。2.高压电缆线(1)一般环境和场所，可采用铝芯电缆；但在有特殊要求的场所，应采用铜芯电缆。(2)埋地敷设的电缆，应采用有外护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能的场所，可采用塑料护套电缆或带有外护层的铅包电缆。3.低压电缆线(1)一般采用铝芯电缆，但特别重要的或有特殊要求的线路可采用铜芯电缆。(2)电缆沟内电缆，一般采用塑料护套电缆，也可采用裸铠装电缆。5.4 高压进线和低压出线的选择5.4.1 10kV高压进线的选择校验采用 LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用电源干线。(1) 按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流A30246.I及室外环境温度 25， 查附录表 16，选择 LGJ-35，其 25时的允许持续载流量alI=170A 30I，满足发热条件。(2) 校验机械强度。查附录表 14， , 钢芯铝绞线架空裸导线在310kV的允许最小截面为 252mm，所以 LGJ-35 满足机械强度要求。由于此线路很短，不需检验电压损耗。5.4.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验采用 YJL22-10000 型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。(1) 按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及土壤温度 21，查附录表 18，选择 3芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆， 其型号为225mm3-10000-YJL22，其alI=90A30I，满足发热条件。（2）校验短路热稳定。查得短路热稳定系数C=77 3minimatAIC (5-1) 220.7519602277mmmmA=252mm所以225mm3-10000-YJL22电缆满足要求。5.4.3 380V低压出线的选择1. 馈电给铸造车间的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。(1) 按发热条件选择。由计算电流30I=299.2A， 及该地区地下 0.8 米处全年最热月最高温度为21，初选2mm300)13(100022VLV，其AAIal2.299328，满足发热条件。(2) 校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至铸造车间距离约140m ，而1852mm的 铜 芯 电 缆 的km.R2500（ 按 缆 芯 工 作 温 度 75 计 ） ，00.07/Xkm，又铸造车间的W108kP30，varkQ105.830，因此由线路电压损耗的一般计算公式()NPRQXUU (5-2) 得：满足允许电压损耗5% 的要求。(3) 短路热稳定度检验。查得短路热稳定系数C=76 2231957675017100mmmm.CtIAima)(min (5-3) 式中imat为变电站高压侧过电流保护动作时间按0.5s 整定，再加上断路器断路时间 0.2s ，再加 0.05s 。由于前面所选 1502mm的缆芯截面，满足短路热稳定度要求， 因此选用的电缆型号为2240mm1)(3-1000-VLV22的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆。2. 馈电给锻压车间的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为30I=162.6A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为2120mm1)(3-1000-VLV22，其载流量为212A,经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。3. 馈电给仓库的线路由于仓库负荷太小，30P只有 16kW ， 直接从低压母线引线会造成浪费， 因此把它的负荷加到与它邻近的锻压车间，从锻压车间向其引线，对其供电。 锻压车间电缆选取过程中已经将电缆型号上调一级，经检验完全能满足对锻压车间和仓库的供电要求。4. 馈电给电镀车间的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为30I=189A ，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为2240mm1)(3-1000-VLV22，其载流量为 319A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。5. 馈电给工具车间的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为30I=168A ，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为220mm1)(3-1000-VLV221，其载流量为 212A ，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。6. 馈电给组装车间的线路由于组装车间就在变电站旁边， 因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线ZR-BV-750型 5 根（3 根相线， 1 根中性线， 1 根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。(1) 按发热条件选择。 由30I=212 A， 及环境温度（年最热月最高温度） 30，相线截面初选 1202mm，其30281alIAI，满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选为1202mm，与相线截面相同，即选用ZR-BV-750-11202mm塑料导线 5 根穿内径 80mm的硬塑管。(2) 校验机械强度。查得，穿管敷设的绝缘导线线芯的最小允许截面2min2.5Amm，因此上面所选 1202mm的相线满足机械强度要求。(3) 校 验 电 压 损 耗。 所 选 穿 管 线， 估 计 长 度50m，查 得 ， 所 选 导线00.153/Rkm，00.076/Xkm，又组装车间W104kP30，varkQ93.130，因此(5-4) (5-5) 满足允许电压损耗5% 的条件。7. 馈电给维修车间的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为30I=117A ，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为212013100022mm)(VLV，其载流量为212A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。8. 馈电给金工车间的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为30I=160A ，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为212013100022mm)(VLV，其载流量为 217A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。9. 馈电给焊接车间的线路采用 YJV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。由于热处理车间负荷较大， 线路计算电流为30I=900A ， 线路长度为 300m ，决定由两条线路对其供电。(1) 按发热条件选择。由计算电流30I=900A，及该地区地下0.7 1 米处全年最热月最高温度为21，初选2(2YJV221kV(3+1)400mm)，其AAAIal90013246172，满足发热条件。(2) 校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至铸造车间距离约300m ，而4002mm的 铜 芯 电 缆 的00.0601/Rkm（ 按 缆 芯 工 作 温 度60 计 ） ，0X=0.05/ km，又焊接车间的KW.P829330，vark.Q551430，因此由线路电压损耗的一般计算公式()NPRQXUU (5-6) 得：V.U1317238030050551430060108293%U%.)/.(%Ual5543801317满足允许电压损耗5% 的要求。(3) 短路热稳定度检验。查得短路热稳定系数C=115 ，则22mmmm81281157501710030.CtIAima)(min (5-7) 式中imat为变电站高压侧过电流保护动作时间按0.5s 整定，再加上断路器断路时间 0.2s ，再加 0.05s 。由于前面所选 4002mm的缆芯截面minA，满足短路热稳定度要求，因此选用的电缆型号为22(YJV221kV(3+1)400mm )。10. 馈电给锅炉房的线路采用 VLV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为30I=137A ，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为2240mm1)(3-1000-VLV22，其载流量为 319A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。11. 馈电给热处理车间的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。由于热处理车间负荷较大，线路计算电流为30I=338.2A，线路长度为 70m ，决定由两条线路对其供电。(1) 按发热条件选择。由30I=338.2A，及地下 0.8 米处全年最热月最高温度为21 ， 初 选2 (230013100022mm)(VLV)， 其A.IAIal233834730，满足发热条件。(2) 校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至热处理车间距离约70m ，而 2402mm的铝芯电缆的km/.R060100，km/.0500X，又热处理车间的KWP15830，vark.Q815630，因此由线路电压损耗的计算公式得：V.U61138005007015617006010158 (5-8)%U%.%)/.(%Ual5420100380611 (5-9) 满足允许电压损耗5% 的要求。(3) 短路热稳定度校验。所选 3002mmminA=2242mm，满足短路热稳定度要求。12. 馈电给生活区的线路采用 BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。(1) 按发热条件选择。 由30I=94.4A，及室外环境温度25，初选 BLX-1000-150，其 25时的A.IAIal49417530，满足发热条件。(2) 校验机械强度。查表得最小允许截面2min16Amm，因此 BLX-1000-150 满足机械强度要求。(3) 校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至生活区负荷中心距离约170m ，而 BLX-1000-150 的km/.R6600，km/.X3300（按线间几何均距 0.8m 计） ，又生活区的kWP5630，vark.Q92630，因此V.U79738017033092617066056 (5-10) %U%.%)/.(%Ual5052100380797 (5-11) 因此，电压损耗满足要求，BLX-1000-150型钢芯铝绞线架空敷设。综合以上所选变电站进出线和低压电缆型号规格见表5-1。根据本设计计算选择最后的变电所系统图见附录一。表 5-1 变电站进出线和低压电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV 电源进线LGJ-35钢芯铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆2mmYJL2531000022交联电缆（直埋）380V 低压出线至铸造车间2mm)(VLV15013100022交联电缆 （直埋）至锻压车间2mm)(VLV12013100022交联电缆 （直埋）至电镀车间2mm)(VLV24013100022交联电缆 （直埋）至工具车间2mm)(VLV12013100022交联电缆 （直埋）至组装车间ZR-BV-750-11202mm铝芯线 5 根穿内径80mm 硬塑管至维修车间2mm)(VLV12013100022交联电缆 （直埋）至金工车间2mm)(VLV12013100022交联电缆 （直埋）至焊接车间2(2YJV221kV(3+1)400mm)交联电缆（直埋）至锅炉房2mm)(VLV24013100022交联电缆 （直埋）至热处理车间2mm)(VLV30013100022)交联电缆（直埋）至生活区2mmBLX15011000橡皮线（三相四线架空）
