短路电流计算.docx
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短路电流计算
短路电流计算
短路电流分类
三相系统中发生的短路有4种基本类型：
三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。
其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。
在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%。
在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。
发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。
在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。
它有多种分量，其计算需采用电子计算机。
在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。
它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路
短路电流相关示意图
时机械应力的动稳定性。
短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。
它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。
供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。
为了消除或减轻短路的后果，就需要计算短路电流，以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。
计算短路电流的目的
计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。
在变电所和供电系统的设计和运行中，基于如下用途必须进行短路电流的计算：
（1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
（2）选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。
（3）确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。
（4）保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害。
计算条件
1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.
具体规定:
对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.
2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.
3.短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.
简化计算法
即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?
下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.
在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.
1.主要参数
Sd三相短路容量（MVA）简称短路容量校核开关分断容量
Id三相短路电流周期分量有效值（KA）简称短路电流校核开关分断电流
和热稳定
IC三相短路第一周期全电流有效值（KA）简称冲击电流有效值校核动稳定
ic三相短路第一周期全电流峰值（KA）简称冲击电流峰值校核动稳定
x电抗（Ω）
其中系统短路容量Sd和计算点电抗x是关键.
2.标么值
计算时选定一个基准容量（Sjz）和基准电压（Ujz）.将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值
短路电流相关书籍
（相对于基准量的比值）,称为标么值（这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算）.
（1）基准
基准容量Sjz=100MVA
基准电压UJZ规定为8级.230,115,37,10.5,6.3,3.15,0.4,0.23KV
有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例:
UJZ（KV）：
37,10.5,6.3,0.4
因为S=1.73*U*I所以IJZ（KA）1.56，5.5，9.16，1.44
（2）标么值计算
容量标么值S*=S/SJZ.例如:
当10KV母线上短路容量为200MVA时,其标么值容量
S*=200/100=2.
电压标么值U*=U/UJZ;电流标么值I*=I/IJZ
3无限大容量系统三相短路电流计算公式
短路电流标么值:
I*d=1/x*（总电抗标么值的倒数）.
短路电流有效值:
Id=IJZ*I*d=IJZ/x*（KA）
冲击电流有效值:
IC=Id*√1+2（KC-1）2（KA）其中KC冲击系数,取1.8
所以IC=1.52Id
冲击电流峰值:
ic=1.41*Id*KC=2.55Id（KA）
当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC,取1.3
这时:
冲击电流有效值IC=1.09*Id（KA）
冲击电流峰值:
ic=1.84Id（KA）
掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?
例如:
区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.
一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流;设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.
下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.
口诀式简化算法
1.系统电抗的计算
系统电抗，百兆为一。
容量增减，电抗反比。
100除系统容量
例：
基准容量100MVA。
当系统容量为100MVA时，系统的电抗为XS*=100/100=1
当系统容量为200MVA时，系统的电抗为XS*=100/200=0.5
当系统容量为无穷大时，系统的电抗为XS*=100/∞=0
系统容量单位：
MVA
系统容量应由当地供电部门提供。
当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量
作为系统容量。
如已知供电部门出线开关为W-VAC12KV2000A额定分断电流为40KA。
则可认为系统
短路电流相关示意图
容量S=1.73*40*10000V=692MVA,系统的电抗为XS*=100/692=0.144。
2.变压器电抗的计算
110KV：
10.5除变压器容量
35KV：
7除变压器容量
6~10KV：
4.5除变压器容量。
例：
一台35KV3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875
一台10KV1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813
变压器容量单位：
MVA
这里的系数10.5，7，4.5实际上就是变压器短路电抗的%数。
不同电压等级有不同的值。
3.电抗器电抗的计算
电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。
例：
有一电抗器U=6KVI=0.3KA额定电抗X=4%。
额定容量S=1.73*6*0.3=3.12MVA.电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15
电抗器容量单位：
MVA
4.架空线电抗的计算
架空线：
6KV，等于公里数；10KV，取1/3；35KV，取3%0
例：
10KV6KM架空线。
架空线路电抗X*=6/3=2
5.电缆电抗的计算
按架空线再乘0.2。
例：
10KV0.2KM电缆。
电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013。
这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小。
6.短路容量的计算
电抗加定，去除100。
例：
已知短路点前各元件电抗标么值之和为X*∑=2,则短路点的短路容量
Sd=100/2=50MVA。
短路容量单位：
MVA
7.短路电流的计算
0.4KV，150除电抗
6KV：
9.2除电抗
10KV：
5.5除电抗
35KV：
1.6除电抗
110KV，0.5除电抗
例：
已知一短路点前各元件电抗标么值之和为X*∑=2,短路点电压等级为6KV,
则短路点的短路电流Id=9.2/2=4.6KA。
短路电流单位：
KA
8.短路冲击电流的计算
1000KVA及以下变压器二次侧短路时：
冲击电流有效值Ic=Id,冲击电流峰值ic=1.8Id
1000KVA以上变压器二次侧短路时：
冲击电流有效值Ic=1.5Id,冲击电流峰值ic=2.5Id
例：
已知短路点{1600KVA变压器二次侧}的短路电流Id=4.6KA，
则该点冲击电流有效值Ic=1.5Id,=1.5*4.6=7.36KA,冲击电流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA。
可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗{标么值}.但一定要包括系统电抗
ANSI/IEEE标准短路电流计算相关标准：
以ANSI/IEEE和UL标准为依据进行短路电流计算大致有如下标准：
短路电流相关示意图
标准
名称
IEEEC37.04IEEEC37.04fIEEEC37.04gIEEEC37.04hIEEEC37.04iIEEEC37.04
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