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摘 要：通过短路计算，介绍工厂成套开关柜高压电器的选择和校验实例。
关键词：短路计算、动稳定和热稳定效验
在供电系统运行的故障，其中绝大多数的严重故障就是短路。产生短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是由绝缘老化、过电压、机械损伤、天气等造成。短路的基本类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。第一种短路为对称短路，其余都是不对称短路，其中出现单相短路的机率最大，三相短路的机率最小，但在配电系统中，三相短路的后果最严重，因而以此来选择电气设备。在变电所和供电系统中设计和运行中，必须进行短路电流计算，校验高压电器及导体的热稳定性和机械强度以及选择和整定继电保护装置，使之能正确的切断短路故障。
为了保证高压电器及开关柜的可靠运行，高压电器及开关柜应按照下列条件：
1、按主要额定特性参数（电压、电流、频率、开断电流等）；
2、按短路条件进行动稳定、热稳定校验；
3、按承受过电压能力及绝缘水平选择；
4、按环境条件（温度、湿度、海拔等）；
5、按各类高压电器及开关柜的不同特点选择。
在工厂配电设计中，除应满足各项技术要求和当地环境条件，同时还要结合工程的具体条件及要求综合考虑。
一般采用标么制计算短路电流，简化短路电路后，求得电源至短路点间的等值总阻抗。需要特别注意电动机对短路电流的影响：1、同步电机按同步发电机计算短路电流。
2、高压异步电机只有在计算电动机附近短路点的短路冲击电流值时才予以考虑。
下面通过一个实例介绍通过短路电流计算过程，选择高压电器及导体。
某钢厂电气室有2路10kV电源进线，10kVI、II段母线下均有有1台7000kW同步机、其他异步电动机和其他负荷。10kV高压配电系统为单母线分段系统，正常工作时母线为分段运行，两路电源同时工作，当其中一路工作电源故障时，另一路电源可带全部负荷。
一、高压电器和导体的选择和校验
1、原始数据如下
最大运行方式时：Sdmax=597MVA；最小运行方式时：Sdmin=308MVA。
2、选定基准参数
基准容量：Sj=100MVA；基准电压：Uj=10.5kV ；基准电流：Ij=5.499kA
3、电路元件标幺值及短路电流计算
（1）系统阻抗：
系统最大阻抗：Xmax=Sj/Sdmax=0.168；系统最小阻抗：Xmin=Sj/Sdmin=0.325
（2）电源线路阻抗标幺值（忽略线路电阻）
进线电缆选用YJV-8.7/10kV 4*3（1*400）电缆，L=0.5km，X185=0.082，XL=L*0.25*X=0.012
（3）电源线路阻抗+系统阻抗
∑Xmax=Xmax+XL=0.18；∑Xmin=Xmax+XL=0.337
（4）同步机反送电流
X"d= xd"%*Ur2/（100*Sr）=1.488（ 此处按有名值计算）
xd"%为同步电机的超瞬态电抗百分值，查表取15；
Sr为同步电机的额定容量MVA，Sr =7.0/cosa= 7.778MV，cosa取0.9；
XW=L*0.5*X =0.25*0.5*0.082=0.010，X"W为线路上的电抗，电缆选用两根YJV-8.7/10kV 1（3*185），L=0.25km，X185 =0.082；
I"k=E"/（1.732*（X"d+XW））=4.045kA，
工程计算中可以认为E"≈UrG，UrG=1.05Un，取10.5kV；
因此，变电所10kV母线最大短路电流：I"k=Ij/Xmax+I"k=34.67kA；
变电所10kV母线最小短路电流： I"k=Ij/∑Xmin=16.33kA；暂不考虑此段母线上高压电动机的反馈电流。
断路器ZN63A-12额定开断电流为40kA，满足分断能力的要求。
（6）三相短路电流峰值iP和全电流最大有效值Ip
由于短路点远离发电厂，短路电流的总电阻较小，总电抗较大（R∑≤1/3X∑）时，Tf≈0.05s，取Kp=1.8，ip=2.55*I"k = 2.55*34.67=88.41kA；Ip=1.51*I"k=1.51*34.67=52.35kA
（7）短路的热效应
由于工厂配电系统一般属于远端短路，短路电流交流分量在短路过程中不发生衰减，即I"k=I0.2=Ik，即Qz=I kt2t。
=180.3kA2·s
Teq为直流分量等效时间，取0.05s；
t—短路时间持续时间，真空断路器一般为高速开断，取0.1s。
高压电器短路电流动稳定校验表
高压电器短路电流热稳定校验表
=109.54
C为热稳定系数，选用交联聚乙烯铜芯电缆，取137。由此母线上导体最小截面为120mm2。
二、其他设备的选择
隔离开关和联装的接地开关之间，应设置机械联锁。对于隔离开关开合容性和感性小电流的要求，目前国家标准正在考虑中，此处使用的隔离开关仅作为检修时的明显断开点。
母线上有高压电动机时要考虑操作过电话的影响，应采取适当的限压措施，使相间和相对地的过电压，均能起到可靠的限制。这里选用配置氧化锌避雷器JPTHYZ-12.7。避雷器，又称过电压限制器，是保护电气设备免受瞬态过电压的危害、限制续流的持续时间和幅值的一种装置。当过电压出现时，避雷器两端子间的电压不超过规定值，使电器设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统迅速恢复正常状态。
在工程设计中，高压电器及导体的选择必须根据具体情况，并按照一定的技术条件进行短路稳定校验，使其在工作运行中安全、稳定、可靠。■
参考文献
【1】 工业与民用配电设计手册第三版.
【2】 钢铁企业电力设计手册.
【3】 刘介才编工厂供电.
关键词：短路计算、动稳定和热稳定效验
在供电系统运行的故障，其中绝大多数的严重故障就是短路。产生短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是由绝缘老化、过电压、机械损伤、天气等造成。短路的基本类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。第一种短路为对称短路，其余都是不对称短路，其中出现单相短路的机率最大，三相短路的机率最小，但在配电系统中，三相短路的后果最严重，因而以此来选择电气设备。在变电所和供电系统中设计和运行中，必须进行短路电流计算，校验高压电器及导体的热稳定性和机械强度以及选择和整定继电保护装置，使之能正确的切断短路故障。
为了保证高压电器及开关柜的可靠运行，高压电器及开关柜应按照下列条件：
1、按主要额定特性参数（电压、电流、频率、开断电流等）；
2、按短路条件进行动稳定、热稳定校验；
3、按承受过电压能力及绝缘水平选择；
4、按环境条件（温度、湿度、海拔等）；
5、按各类高压电器及开关柜的不同特点选择。
在工厂配电设计中，除应满足各项技术要求和当地环境条件，同时还要结合工程的具体条件及要求综合考虑。
一般采用标么制计算短路电流，简化短路电路后，求得电源至短路点间的等值总阻抗。需要特别注意电动机对短路电流的影响：1、同步电机按同步发电机计算短路电流。
2、高压异步电机只有在计算电动机附近短路点的短路冲击电流值时才予以考虑。
下面通过一个实例介绍通过短路电流计算过程，选择高压电器及导体。
某钢厂电气室有2路10kV电源进线，10kVI、II段母线下均有有1台7000kW同步机、其他异步电动机和其他负荷。10kV高压配电系统为单母线分段系统，正常工作时母线为分段运行，两路电源同时工作，当其中一路工作电源故障时，另一路电源可带全部负荷。
一、高压电器和导体的选择和校验
1、原始数据如下
最大运行方式时：Sdmax=597MVA；最小运行方式时：Sdmin=308MVA。
2、选定基准参数
基准容量：Sj=100MVA；基准电压：Uj=10.5kV ；基准电流：Ij=5.499kA
3、电路元件标幺值及短路电流计算
（1）系统阻抗：
系统最大阻抗：Xmax=Sj/Sdmax=0.168；系统最小阻抗：Xmin=Sj/Sdmin=0.325
（2）电源线路阻抗标幺值（忽略线路电阻）
进线电缆选用YJV-8.7/10kV 4*3（1*400）电缆，L=0.5km，X185=0.082，XL=L*0.25*X=0.012
（3）电源线路阻抗+系统阻抗
∑Xmax=Xmax+XL=0.18；∑Xmin=Xmax+XL=0.337
（4）同步机反送电流
X"d= xd"%*Ur2/（100*Sr）=1.488（ 此处按有名值计算）
xd"%为同步电机的超瞬态电抗百分值，查表取15；
Sr为同步电机的额定容量MVA，Sr =7.0/cosa= 7.778MV，cosa取0.9；
XW=L*0.5*X =0.25*0.5*0.082=0.010，X"W为线路上的电抗，电缆选用两根YJV-8.7/10kV 1（3*185），L=0.25km，X185 =0.082；
I"k=E"/（1.732*（X"d+XW））=4.045kA，
工程计算中可以认为E"≈UrG，UrG=1.05Un，取10.5kV；
因此，变电所10kV母线最大短路电流：I"k=Ij/Xmax+I"k=34.67kA；
变电所10kV母线最小短路电流： I"k=Ij/∑Xmin=16.33kA；暂不考虑此段母线上高压电动机的反馈电流。
断路器ZN63A-12额定开断电流为40kA，满足分断能力的要求。
（6）三相短路电流峰值iP和全电流最大有效值Ip
由于短路点远离发电厂，短路电流的总电阻较小，总电抗较大（R∑≤1/3X∑）时，Tf≈0.05s，取Kp=1.8，ip=2.55*I"k = 2.55*34.67=88.41kA；Ip=1.51*I"k=1.51*34.67=52.35kA
（7）短路的热效应
由于工厂配电系统一般属于远端短路，短路电流交流分量在短路过程中不发生衰减，即I"k=I0.2=Ik，即Qz=I kt2t。
=180.3kA2·s
Teq为直流分量等效时间，取0.05s；
t—短路时间持续时间，真空断路器一般为高速开断，取0.1s。
高压电器短路电流动稳定校验表
高压电器短路电流热稳定校验表
=109.54
C为热稳定系数，选用交联聚乙烯铜芯电缆，取137。由此母线上导体最小截面为120mm2。
二、其他设备的选择
隔离开关和联装的接地开关之间，应设置机械联锁。对于隔离开关开合容性和感性小电流的要求，目前国家标准正在考虑中，此处使用的隔离开关仅作为检修时的明显断开点。
母线上有高压电动机时要考虑操作过电话的影响，应采取适当的限压措施，使相间和相对地的过电压，均能起到可靠的限制。这里选用配置氧化锌避雷器JPTHYZ-12.7。避雷器，又称过电压限制器，是保护电气设备免受瞬态过电压的危害、限制续流的持续时间和幅值的一种装置。当过电压出现时，避雷器两端子间的电压不超过规定值，使电器设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能使系统迅速恢复正常状态。
在工程设计中，高压电器及导体的选择必须根据具体情况，并按照一定的技术条件进行短路稳定校验，使其在工作运行中安全、稳定、可靠。■
参考文献
【1】 工业与民用配电设计手册第三版.
【2】 钢铁企业电力设计手册.
【3】 刘介才编工厂供电.