《短路电流计算实例》PPT课件.ppt

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1、短路電流簡介及計算實例短路電流簡介及計算實例簡報內容計算故障電流的目地故障電流的來源故障型態故障電流計算之步驟設備阻抗參考值對稱/非對稱故障電流標么法計算步驟MVA法計算步驟計算實例計算故障電流的目地線路發生事故(短路或接地)時，事故點會接受電源及設備所提供電流稱為故障電流。故障電流值可用來選擇保護裝置保護裝置(CB)之額定之額定啟斷值啟斷值、額定瞬時、額定瞬時值及保護電驛電流設定點值及保護電驛電流設定點。當故障發生時，保護裝置(CB)須能承受故障電流產生能量，有效將故障點切離系統，避免事故擴大。故障電流的來源電力系統在發生短路故障一瞬間，故障電流來源如下：電源(供電局)發電機同步電動機感應電

2、動機電容器故障電流的來源發電機:發生短路故障時，發電機之激磁及速度仍繼續，其產生感應的電壓感應的電壓提供電力系統短路電流的來源，短路電流之大小受到發電機及線路的阻抗限制。短路瞬間故障電流極大，隨時間衰減至某隨時間衰減至某一穩定值一穩定值。故障電流的來源同步電動機:事故發生時，因故障使系統電壓發生很大的壓降；此時同步電動機自系統中所接收的電能不足以驅動其負載。但電動機因慣慣性性持續運轉，持續運轉，其激磁機仍在激磁中；此時同步電動機如同發電機，提供系統故障電流。電動機轉速會漸慢，故障電流亦漸減小。故障電流的來源感應電動機:感應電動機當故障發生後因慣性作用使其慣性作用使其成為發電機作用，提供故障電流

3、。感應電動機沒有直流激磁，磁場之磁力線乃來自於定部之剩磁定部之剩磁，其磁力線當故障發生，會因電源電壓失去而衰減，故其所供應之短路故障電流突降經數週後完全消失。故障電流的來源電容器:在發生短路事故時，電容器所儲存電能，會向故障點放電，提供系統故障電流。因電容器儲存能量不大，且為時間極短之高頻電流，故電力電容器在故障電流方面通常不計。故障電流的來源供電局故障電流的來源故障電流故障型態故障型態常見的故障型態如下：三相短路故障兩相短路故障(相間短路)兩相短路接地故障單相接地故障 一般考量三相短路故障。因三相短路故障電流最大；單相線對地故障之機率比三相短路故障小的很多。故障電流計算之步驟故障電流計算之步

4、驟 1.整理單線圖2.轉換單線圖為阻抗圖並標上阻抗數值。(單線圖上有提供系統故障電流之電流源及電路元件)3.簡化阻抗為故障點之等效阻抗。4.計算短路故障電流或短路故障仟伏安。故障電流計算之步驟故障電流計算之步驟轉換單線圖為阻抗圖Fault point定基值Sb=750KVA,Vb=480V化,簡成阻抗圖Fault point求故障點短路電流。設備阻抗參考值故障時線路須考慮之阻抗：電源短路阻抗變壓器之阻抗匯流排的阻抗電纜的阻抗(series impedance)故障點阻抗電動機的電抗計算短路電流時，一般皆簡單地將旋轉電機之電抗分為：Xd次暫態電抗，為發生短路時第一週波的電抗值 Xd暫態電抗，為發

5、生短路0.5秒至2秒的電抗值 Xd 同步電抗，為計算穩態短路電流的電抗值 設備阻抗參考值比流器之電抗比流器之電抗 17比流器以1000KVA為基準值之電抗標么值框架容量(AF)X基準電壓(m)110V190V208V220V380V440V1003.60.29750.09970.083210.074790.024930.018701501.80.14870.04990.041610.037410.012470.009352000.960.07930.02660.022190.019950.006650.004992500.660.05450.01830.015260.013710.004570

6、.003433000.5040.04160.01400.01650.010470.003490.002624000.3240.02670.008970.007490.0067320.0022440.001685000.2160.01780.005980.0049930.0044880.0014960.001126000.1920.01590.005320.0044380.0039900.0013300.001008000.1200.00990.003320.0027740.0024930.0008310.00062100040000.0720.00590.001990.0016640.0014

7、970.0004990.00037設備阻抗參考值低壓斷路器之電抗低壓斷路器之電抗18無熔絲開關(NFB)以1000KVA為基準值之電抗標么值框架容量(AF)X基準電壓(m)110V190V208V220V380V440V501003.60.09760.09970.08320.07430.04490.01862250.960.07930.02660.02210.01980.006650.004964008000.1920.01590.00530.004430.003960.001330.000993100040000.0720.00590.001990.001660.001480.000500.

8、000372對稱/非對稱故障電流計算後所得故障電流值為短路電流之交流有效對稱計算後所得故障電流值為短路電流之交流有效對稱，但，但保保護裝置啟斷電流時間短護裝置啟斷電流時間短，當，當電流電流直流成份未衰減前便會啟直流成份未衰減前便會啟斷，所以斷，所以保護裝置須以非對稱故障電流來選定啟斷器之啟保護裝置須以非對稱故障電流來選定啟斷器之啟斷容量斷容量。K值(非對稱係數)對稱/非對稱係數表1.本表示用於第一半週之最大非對稱值2.依據NEMA規格ABI-1964所列公式計算而得3.K值可依線路X/R值，依上表查表得知電抗及k值選用分 類電 路 電 壓在 系 統 中 之 位 置乘數(K值)電抗值之選用發電機

9、同步換流器同步電容器變頻器同步電動機感應電動機電力斷路器啟斷容量(或責務)8週或更慢(一般情形)5週一般情形5仟伏以下高於600伏高於600伏高於600伏601至5仟伏在對稱短路容量低於500MVA之任一地點接近發電廠遠離發電廠(X/R小於10)*1.0*1.11.61.5次暫態次暫態暫態暫態不計不計瞬間額定電流容量次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態高壓熔絲最大有效電流啟斷容量各式熔絲包括限流熔絲非限流熔絲高於600伏601至15仟伏系統中任一處遠離發電廠(X/R小於4)1.61.2次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態高壓附熔絲電動機操作器最大有效電流啟斷容量各種額定馬力2400 及4160

10、伏系統中任一處1.6次暫態次暫態次暫態高壓電動機操作器啟斷容量斷路器或接觸器斷路器或接觸器斷路器或接觸器601至5仟伏601至5仟伏601至5仟伏系統中任一處系統中任一處遠離發電廠(X/R小於10)1.01.61.5次暫態暫態不計瞬間額定電流容量次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態600伏以下之保護器啟斷容量或瞬間額定電流容量斷路器及熔絲附裝斷路器或熔絲之低壓電動機操作器600伏以下600伏以下系統中任一處系統中任一處1.251.25次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態次暫態註註:如該處三相對稱短路電流在如該處三相對稱短路電流在500MVA500MVA以上者，該以上者，該K K值應增加值應增加0.1

11、0.1對稱/非對稱故障電流K值(非對稱係數)瞬間電流容量瞬間電流容量(Instantaneous current capacity)：計算瞬間電流容量時，K值之選用原則如下：1.600V以上高壓系統，一般情形，K=1.6 2.5000V以下，600V以上，且無局部自備發電機之系統，K=1.5 3.600V以下之開關設備，若X/R值 不明時，可取K=1.25 4.配電系統有較長的電纜時，依實際X/R值，按非對稱係數表計算 0.5週波時的K值。應配合設備之裝置地點以選用暫態、次暫態電抗及應配合設備之裝置地點以選用暫態、次暫態電抗及K K值值標么法故障電流計算基本的公式:歐姆定律歐姆定律I=V/ZI

12、=V/ZV：故障點於正常狀態系統電壓Z：自電源至故障點間阻抗電路上所連接的變壓器及設備，其表示的電抗係以其額定容量為基準時之百分阻抗並非歐姆值。為簡便計算，將電路各部分阻抗依選定之基準KVA及基準電壓改為標么值或百分率值再計算。標么法計算步驟先設定KV及KVA之基值為KVb及KVAb，再將由電源(含前述三種故障源)至故障點間阻抗轉換成標么值，然後串、並聯計算後，得到故障點的總組抗值Zpu。經過標么之計算後得到故障點的三相故障電流Is=KVAb/(3xKVbxZpu)=Ib/Zpu標么法計算步驟1、選定基準值(電壓,電流,阻抗及仟伏安皆可選作基值)一般設電壓基值Vb（KV）及仟伏安基值Sb（KV

13、A）。電流基值Ib（KA）及阻抗基值Zb即可求出。2、由歐姆值之阻抗與標么(PU)值之轉換3、變更基值時轉換公式標么法計算步驟4、合併各阻抗 以故障點為中心，將阻抗串聯及並聯方法，將阻抗圖化簡成由故障點看入之等效阻抗。5、求出短路故障電流 Isy:對稱故障電流 Iasy:非對稱故障電流計算實例計算實例(1)-(1)-標么法Z02計算實例計算實例(1)-(1)-標么法計算實例計算實例(2)-(2)-標么法Fault point定基值Sb=750KVA,Vb=480V化,簡成阻抗圖Fault point求故障點短路電流。計算實例計算實例(2)-(2)-標么法交流穩態分析對稱電流 因為故障點在低壓端

14、(480v)低壓側(X/R6)較小所以電流消失較快，K值一般選擇較小值1.25。puIpusy24.21052.01)(=047.0/)(=+mtrsXXXAkIIIbpusysy19160348075024.21)(=AAkIIsyasy239511916025.1=X=MVAMVA法法計算步驟短路容量MVA法，基本上是歐姆法的修正，歐姆法中之阻抗是電路中各線段或設備阻抗之總和，阻抗的倒數為導納，因此系統阻抗之總和等於各線段導納倒數之和。當一電路在單位電壓時短路，其最大短路電流或其短路容量MVASC值等於此電路之導納值，短路容量MVASC值與導納值及阻抗值之關係既明，電路中各線段及設備之阻抗

15、即可直接轉換為MVASC值，再予合併計算。如圖所示可以得到下列各式：如電路阻抗Z()=0.01，電壓V=13.8KV則該線段短路容量為 MVAMVA法法計算步驟實際上所謂MVA法是將電路每一線段設備區分，每一部分視同單獨接在無限匯流排之情況下，計算部分個別短路容量MVAsc值，然後合併計算至故障點，即可得到總短路容量MVAsc值。1、配電線路通常以阻抗歐姆值表示，其短路容量 MVAs=(線路額定電壓KV)2/Z()2、發電機、電動機及變壓器等通常以pu值或阻抗百分率表示其短路容量 MVAsc=各項設備額定容量(MVA)/Zpu MVAMVA法法計算步驟MVA串聯-當作阻抗並聯計算。MVA並聯-

16、當作阻抗串聯計算。計算實例計算實例(1)-MVA(1)-MVA 法法計算實例計算實例(1)-MVA(1)-MVA 法法短路容量MVAsc求得後，電壓22.8KV，短路電流值計算如下：某工廠配電系統如下圖所示，其中：TR1：主變壓器，69/3.3KV，5000KVA，阻抗5%。TR2：配電變壓器，3.3KV/220V，1000KVA，阻抗4%。M1：同步電動機，2000HP，Xd=10%，Xd=20%。M2：感應電動機，1000HP，Xd=20%。設配電變壓器之負載為1000KVA之等效電動機，其Xm=20%，試求(1)CB1之瞬間電流容量(2)CB1之電流啟斷容量。(3)CB2之電流啟斷容量計

17、算實例計算實例(2)-MVA(2)-MVA 法法電源側短路容量變壓器(TR1)短路容量變壓器(TR2)短路容量同步機短路容量，次暫態感應電動機短路容量，次暫態暫態計算實例計算實例(2)-MVA(2)-MVA 法法 (1)CB1瞬時短路電流計算 考慮MVAm及K=1.6，短路容量運算如下圖所示。計算實例計算實例(2)-MVA(2)-MVA 法法(2)CB1短路電流啟斷容量計算 考慮MVAm及K=1 短路容量運算如下圖所示對稱短路容量為100.9MVACB1啟斷容量=非對稱短路容量=100.9MVA計算實例計算實例(2)-MVA(2)-MVA 法法計算實例計算實例(2)-MVA(2)-MVA 法法

18、(3)CB2短路電流啟斷 容量計算考慮MVAm及K=1.25 短路容量運算如右圖所示20+5+90.9=115.9MVA25/115.9=20.564MVA20.564+5=25.56MVA計算實例計算實例(3)(3)用下例來看計算低壓端短路故障時忽略CT及BUS之阻抗是否恰當?50example51瞬時容量:故障發生時瞬時最大電流;高壓側故障K選1.6啟斷容量:故障發生6週後,感應機不再提供電流;同步機改用較大之暫態電抗.k值選1在F1故障時52在F2故障時啟斷容量:低壓側K值選1.2553exampleFault point54Fault point考慮CT及BUS阻抗下55Fault p

19、oint忽略CT及BUS阻抗下計算低壓端短路故障時不宜忽略CT及BUS之阻抗56example6 lines一般600v以下之低壓系統X/R6電阻不宜忽略57以X/R6近似推導出R=0.25/6=0.0417F1故障時之故障電流相較於F258單相短路故障電流計算單相短路故障電流計算 不論是接地或短路均屬非對稱故障，及故障電流會因各相序不同而不相同。為簡化計算起見以各相均相等來考慮。單相系統短路時，則需考慮導線的阻抗以二倍計算。計算短路電流時，電源的阻抗為三相系統時的兩倍，其餘計算方式則相同。Fault point59example60單相3線制變壓器阻抗 是以220為基準當110v短路時只有一半被短路因為變壓器構造的關係:61單相50KVA的變壓器，阻抗為(1.2+j3.0)%，二次側為單相三線110/220V，電源側三相短路容量為100MVA，其二次側110V的相線與中性點短路故障，試求非對稱短路電流。example查表得k=1.055報告完畢報告完畢!謝謝指教謝謝指教!