380 V低壓四芯電力電纜相對(duì)N線短路電流計(jì)算

王旅

(湖北華電襄陽(yáng)發(fā)電有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441141)

1 問題的提出

發(fā)電廠中，380 V廠用電系統(tǒng)主要供給低壓電動(dòng)機(jī)、照明、檢修等負(fù)荷，是發(fā)電廠負(fù)荷的重要組成部分。380 V廠用電系統(tǒng)短路電流可以通過查閱《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》［1］(以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》)得出，《手冊(cè)》上已經(jīng)繪制了標(biāo)準(zhǔn)短路電流曲線，即一定的變壓器(容量、短路阻抗)、電纜和接地扁鋼截面積下，短路電流與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系，供設(shè)備選型和繼電保護(hù)定值整定。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，《手冊(cè)》上的曲線已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)在滿足最小短路阻抗的前提下［2］，現(xiàn)場(chǎng)變壓器短路阻抗與《手冊(cè)》上有時(shí)相差較大。

(2)低壓四芯電力電纜(以下簡(jiǎn)稱低壓電纜)中性導(dǎo)體(N線)的標(biāo)稱截面積發(fā)生很大變化，見表1(3×主線標(biāo)稱截面積+中性線標(biāo)稱截面積)。由于N線標(biāo)稱截面積增大，導(dǎo)致導(dǎo)體電阻減小，從而使短路電流增大。

(3)380 V廠用電系統(tǒng)以往采用TN－C接線形式，中性導(dǎo)體與保護(hù)導(dǎo)體(PE線)合為保護(hù)中性導(dǎo)體(PEN線)。計(jì)算相對(duì)PEN線短路電流時(shí)，零回路阻抗取N線、電纜內(nèi)護(hù)層金屬和接地扁鋼阻抗的并聯(lián)［1］?，F(xiàn)今，380 V廠用電系統(tǒng)動(dòng)力中心(PC)和電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)廣泛設(shè)計(jì)成TN－S接地系統(tǒng)［3］，該系統(tǒng)中N線與PE線僅在電源中性點(diǎn)處連接并接地，其他地方二者嚴(yán)格分開，PC與MCC的PE線分別就近通過接地扁鋼接入主地網(wǎng)。N線和PE線短路時(shí)回路阻抗差別很大，必須嚴(yán)格區(qū)分。

鑒于以上原因，380V廠用電系統(tǒng)短路電流曲線在實(shí)際運(yùn)用中受到了很大限制。本文僅探討PC至MCC低壓電纜相對(duì)N線短路電流計(jì)算方法，給出短路電流隨電纜長(zhǎng)度的變化關(guān)系。

表1 部分新、舊型號(hào)低壓電纜標(biāo)稱截面積對(duì)比 mm2

2 低壓電纜阻抗的確定

導(dǎo)體電阻值取額定溫升下的阻值，參照《手冊(cè)》，對(duì)于塑料絕緣的低壓電纜，導(dǎo)體溫度取65℃。65℃時(shí)導(dǎo)體直流電阻阻值R65=R20［1+α20(65－20)］，式中:α20為20℃時(shí)電阻溫度系數(shù);R20為20℃時(shí)導(dǎo)體直流電阻阻值。在工程計(jì)算中，可近似取α20=0.004/℃［4］，R65=1.18R20，銅、鋁導(dǎo)體 R20典型值見文獻(xiàn)［4］。

由于低壓電纜標(biāo)稱截面積一般不超過240 mm2，因此可以忽略集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，并近似認(rèn)為導(dǎo)體交流電阻值等于直流電阻值。為便于分析，假定低壓電纜65℃直流電阻值，相線為Rph，N線為RN。

低壓電纜電抗值出廠時(shí)一般不會(huì)給出，該值基本不隨電纜標(biāo)稱截面積的變化而變化。參照《手冊(cè)》，典型電抗值如下:相線正序電抗Xph1=0.08 mΩ/m，負(fù)序電抗等于正序電抗，零序電抗 Xph0=0.10 mΩ/m;N線零序電抗XN=0.13 mΩ/m。

3 變壓器阻抗的確定

低壓廠用變壓器一般采用三相三柱式接線，聯(lián)結(jié)組別為Dyn11，變壓器容量SrT(MV·A)、高低壓繞組額定電壓UrTHV及UrTLV(kV)、短路阻抗標(biāo)幺值ukr、負(fù)載損耗PkrT(kW)等可從變壓器出廠試驗(yàn)報(bào)告中獲得，零序阻抗一般不會(huì)提供。

歸算至低壓側(cè)變壓器正(負(fù))序阻抗為

式中:RTLV，XTLV分別為正(負(fù))序電阻和電抗的有名值。

4 相對(duì)N線短路電流計(jì)算公式推導(dǎo)［6－11］

假定低壓電纜L(m)處發(fā)生相對(duì)N線短路，短路電流為 I－KN，低壓電纜并聯(lián)根數(shù)為n。

相線正(負(fù))序阻抗為

相線零序阻抗為

N線零序阻抗為

5 算例

某輸煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站MCC由380 V輸煤PC經(jīng)1根低壓電纜(3×150mm2+70mm2，銅芯)供電，電纜長(zhǎng)度為477 m。計(jì)算相對(duì)N線短路電流時(shí)，變壓器高壓側(cè)可看作無(wú)窮大電源系統(tǒng)。

變壓器參數(shù):SrT=1.6 MV·A，ukr=0.082 6，PkrT=12.207 kW，UrTHV/UrTLV=6.3 kV/0.4 kV，零序阻抗未給出。

變壓器計(jì)算數(shù)據(jù):ZrTLV=100 mΩ，uRr=0.7629 ×10－2，uXr=8.224 7 × 10－2，=0.762 9+j 8.2247 mΩ，則

導(dǎo)體電阻計(jì)算數(shù)據(jù):相線R20=0.124 mΩ/m，N線R20=0.268 mΩ/m，Rph=1.18×0.124 mΩ/m=0.1463(mΩ/m)，RN=1.18 × 0.268 mΩ/m=0.3162(mΩ/m)。

表2 相對(duì)N線短路電流與L的關(guān)系

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了TN－S接地系統(tǒng)中380 V廠用電系統(tǒng)低壓電纜相對(duì)N線短路電流的計(jì)算方法，計(jì)算過程可用Excel實(shí)現(xiàn)。改變變壓器和低壓電纜參數(shù)，就可以得到不同的曲線簇，在工程計(jì)算中十分方便。

［1］能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè):電氣一次部分［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1989.

［2］GB 1094.5—2008電力變壓器:承受短路的能力［S］.

［3］GB 14050—2008系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求［S］.

［4］GB/T 3956—2008 電纜的導(dǎo)體［S］.

［5］GB/T 15544.1—2013三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算 第1部分:電流計(jì)算［S］.

［6］IEC 60909－4—2001短路電流計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)分析［S］.

［7］DL/T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［8］任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.3版.北京:中國(guó)電力工業(yè)出版社，2005.

［9］孫淑琴，李昂.電力系統(tǒng)分析［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［10］王錫凡.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.

［11］劉天琪.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析理論與方法［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.