低压电热稳定校验的计算

低压电热稳定校验的计算在民用建筑物中低压配电线路广泛分布于建筑物各处，而且发生短路故障的机率也较大，为了保证人身安全和配电可靠，应正确的选择电线电缆的截面。当系统某点发生短路时,短路电流引起的热效应会导致导线的截流部分产生高热，损坏导线的绝缘，如果导线截面选择不当，甚至可能酿成火灾。本文主要讨论在低压网络短路时，导线的热稳定问题，以及在确定的导线截面时，为了满足热稳定要求，导线允许的最小长度。1计算短路电流的简化条件对电线、电缆进行热稳定校验，首先要计算短路电流。由于电网的运行方式经常变化，低压网络中的负载种类繁多（电动机负载、变频晶闸管装置等），低压网络中的短路种类不同（三相短路，两相短路，单相短路等），因此要准确地计算短路电流很困难的，但是为了满足工程设计的需要，可以进行一些条件的简化。（1）在通常情况下，低压网络距发电机电源的距离很远，此时的两相短路电流不会大于三相短路电流。在单项短路情况下，电缆电线的阻抗比三相短路时大很多，所以单相短路电流也不会大于三相短路电流，在一般情况下，低压网络中三相短路电流最大，在校验电缆的热稳定时，也以三相短路电流作为基本计算。考虑到在民用建筑中有许多单相负荷，也就有可能发生单相短路。（2）如果在低压网络中降压变压器的容量不超过供电系统容量的5％时，一旦发生短路时，可以认为降压变压器的高压侧端电压不变。另外由于低压网络中的电阻较大，当低压短路时，低压短路电流的非周期分量衰减得很快。（3）在民用建筑物中，单台异步电动机的容量一般都不超过100KW（大型冷冻机组除外），当在靠近短路点接有异步电动机的总容量小于100KW时，由于异步电动机所馈出的电流衰减很快，因此当在这些电动机端头处发生三相短路时，电动机的反馈电流可以忽略不计。（4）当变频调速的电动机在减速或停机时，会使晶闸管装置处于逆变状态，并瞬间向电网反馈电流，如果此时发生低压侧短路，则可能向短路点反馈电流，但这个时间很短，反馈电流可以忽略不计。当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1％时，应计入电动机反馈电流的影响。再适当考虑补偿电容的影响（电动机和补偿电容使短路电流的增值之和，一般不会超过短路电流的10％）.（5）为了简化短路电流的计算，偏于安全考虑，可以忽略一些元件的阻抗，例如：不考虑低压断路器过电流保护线一次线圈的阻抗等。而只考虑电力系统的电抗，低压母线，降压变压器及电缆电线的阻抗。2电路元件的阻抗计算（1）a.电力系统的电抗计算及变压器阻抗的计算公式：见参考文献【2】。电力系统的电抗见表1.b.表2时根据几个主要厂家的变压器损耗计算出的变压器电阻和阻抗。c.计算单项短路电流时，需要计算变压器的相零阻抗。当变压器的选择的连接为DYn11时，变压器的零序阻抗比正序阻抗大约相等，当变压器的的连接YYn0时，变压器的零序阻抗比正序阻抗大很多。由于变压器采用DYn11的连接方式有许多优点：为3次谐波提供环流通路，可抑制3次谐波电流；有利于单相接地故障的切除；能充分利用变压器的设备能力。一般情况下变压器都采用DYn11的连接方式。为了简化计算，并考虑到安全可靠，可以认为变压器零序阻抗等于正序阻抗（相阻抗），此时计算单相短路电流，可以认为变压器的零序阻抗等于三相短路阻抗。归算到0.4KV侧的系统阻抗（mΩ）表1系统的短路容量（MVA）25305075100200250300350400500750∞系统电抗（mΩ）6.45.33.22.11.60.80.640.530.460.40.320.213010/0.4KV干式变压器相阻抗值（归算到0.4KV侧）表2生产变压器容量（KVA）25050080010001250160020002500厂家阻抗（mΩ）RXRXRXRXRXRXRXRXABB（上海）SCR96.5024.772.8812.501.6011.901.209.530.927.620.685.960.534.800.403.80西门子（志亨）SCLB96.7024.772.8812.501.6011.901.209.520.917.630.685.960.534.900.413.70顺德SC（B）96.1724.802.7512.501.6511.801.209.520.937.620.695.930.534.900.403.90顺德SC（B）107.0024.603.1212.401.7411.801.309.510.997.610.735.930.584.770.443.81国标GB/T102888.3024.203.7612.302.1011.801.539.481.177.600.865.940.584.750.523.80注：变压器阻抗电压百分比值Ud％，变压器容量为500KVA以下时取4％；变压器容量为630KVA以上时取6％.（2）低压母线的阻抗计算公式见参考文献【2】。计算三相短路时母线相电阻和相电抗及计算单相短路电流时，母线的相零回路电抗和阻抗可由表3查出。（3）电线电缆的阻抗计算聚氯乙烯绝缘的电线电缆工作温度是70℃，交联聚乙烯绝缘的电缆电线工作温度90℃，在进行短路电流计算时，应取接近工作温度的阻抗值。三相电缆电线的电阻抗值见表4.单相短路的计算阻值，见表5单相短路计算阻抗比三相短路时的阻抗大很多。当从变压器带短路点之间是由两种不同截面的电缆或变截面是预支分支电缆组成时，这时应将电缆归算到同一截面，此时的电缆等效长度L的近似计算公式见参考文献【2】。当导线或电缆并联时，其阻抗应采用同截面单根电缆阻抗的一半。3低压网络短路电流的计算三相短路电流及单相短路电流的计算见参考文献【2】。计算单相短路时，由于高压系统中零序电流无通路，故不计高压系统的零序阻抗，变压器的零序阻抗比正序、负序阻抗大，为了简化计算并使短路电流值偏于安全，可以认为变压器的零序阻抗等于正序阻抗，低压母线和电线电缆的阻抗可参考表3和表5.4电缆的热稳定校验及计算实例当短路持续时间不大于5秒时，绝缘导体的热稳定按下式进行校验；S≧（I/K）t……（1）式中：S为绝缘导体的线芯截面（mm2）I为短路电流有效值（A）t为在已经到达允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用时间（s）K为不同绝缘介质的热稳定计算系数见表6.短路电流的持续时间时由两部分或三部分组成。t=t1+t2+t3……（2）式中：t为短路电流的持续时间（s）t1为空气断路器燃弧时间（一般为0.01～0.02s）t2为空气断路器固有动作时间（NS系列为0.04s）t2为空气断路器短延时时间（s）当电线电缆在短路时的热稳定校验不能满足要求，而又不想增大导线截面，可用熔断器作为短路保护此时的电缆线路允许不作热稳定校验。例1：供电系统的短路容量为400MVA；供电的干式变压器容量为1250KVA，接线组别为DYn11；铜母线规格为3（125×10）+63×10，长度为8m，母线相间距为350mm；由低压母线至供电点选用YJV-3×35+2×16的电缆13m，断路器短路时瞬动，当在电缆末端发生三相短路时，对电缆进行热稳定校验。1）计算电路各元件阻抗：查表1得系统电抗为Xs=0.4mΩ查表2得变压器电抗为XB=7.6mΩ电阻为RB=1.17mΩ查表3得铜线电抗为XM=0.168×8=1.344mΩ电阻为RM=0.017×8=0.136mΩ查表4得电缆电抗为XD=0.08×13=1.04mΩ电阻为RD=0.622×13=8.086mΩ因此电路总电抗为X∑=Xs+XB+XM+XD=10.384mΩ总电阻为R∑=RB+RM+RD=9.392mΩ总阻抗为Z=2∑2∑X+R=14mΩ2）三相短路电流的计算：I3=U/（3Z）=400/（1.732×14）=16.496KA3）电缆热稳定校验由于断路器的燃弧时间及固有动作时间之间和约为0.05秒；查表6得热稳定系数K=142；因此：（I/K）×t=16496×05.0/142=26mm2S=35mm2﹥26mm2所以此电缆截面满足热稳定校验的要求。也可以直接查表8对应变压器为1250KVA，短路时间为0.05秒，YJV电缆截面为35mm2查得电缆长度为4.1m。本例中选用电缆长度为13m﹥4.1m，故热稳定通过。例2：供电系统的短路容量为500MVA；供电的干式变压器容量为1000KVA，接线组别为DYn11;铜母线规格为3（100×8）+80×6.3，长度为5m，母线相间距为350mm；PEN线与邻近相线距离为200mm；由低压母线至供电点选用VV-5×16的电缆15m，断路器短路时瞬动，当在电缆末端发生单相短路相，对电缆进行热稳定校验。1）计算电路各元件阻抗：查表1得系统电抗为Xs=0.32mΩ查表2得变压器电抗为XB=9.48mΩ电阻为RB=1.53mΩ查表3得铜线电抗为XM=0.386×5=1.344mΩ电阻为RM=0.069×5=0.136mΩ查表5得电缆电抗为XD=0.25×15=3.75mΩ电阻为RD=4.5×15=67.5mΩ因此电路总电抗为X∑=Xs+XB+XM+XD=15.43mΩ总电阻为R∑=RB+RM+RD=69.375mΩ总阻抗为Z=2∑2∑X+R=71.081mΩ2）三相短路电流的计算：I3=U/Z=230/71.081=3.235KA3）电缆热稳定校验由于断路器的燃弧时间及固有动作时间之间和约为0.05秒；查表6得热稳定系数K=115；因此：（I/K）×t=3235×05.0/115=6.3mm2S=16mm2﹥6.3mm2所以此电缆截面满足热稳定校验的要求。也可以直接查表8对应变压器为1000KVA，短路时间为0.05秒，VV电缆截面为16mm2查得电缆长度为8.2m。本例中选用电缆长度为15m﹥8.2m，故热稳定通过。5电缆满足热稳定条件的最小长度下面提供了在满足热稳定要求时，不同截面低压电缆的最小允许长度，详见表7～表10.