低壓配電系統(tǒng)熱穩(wěn)定校驗分析

尹金玲

(大連城建設計研究院有限公司，大連 116011)

0 引言

在低壓配電設計中，配電線路保護保證著整個配電系統(tǒng)的正常運行與故障處理，對人身安全和財產(chǎn)保護起著重要的作用。作為對短路保護十分重要的一個因素，電纜截面的正確選擇非常重要，需要對每個配電系統(tǒng)中的每個回路進行熱穩(wěn)定校驗，但工作量比較繁瑣。因此筆者利用Excel軟件，針對不同容量的變壓器以及低壓配電柜配出不同規(guī)格截面的電纜，計算并分析滿足熱穩(wěn)定校驗情況下，配電距離與截面的關(guān)系。為配電系統(tǒng)設計中電纜截面的選擇作參考，簡化計算過程，提高工作效率，保證配電的安全性。

1 計算公式

首先計算短路電流，然后根據(jù)短路電流對導體或連接件產(chǎn)生的熱效應來進行熱穩(wěn)定校驗。

1.1 熱穩(wěn)定校驗公式

根據(jù)GB 50054-2011《低壓配電設計規(guī)范》，絕緣導體的熱穩(wěn)定校驗應符合下列規(guī)定。

(1)當短路持續(xù)時間≤5s時，絕緣導體的熱穩(wěn)定按式(1)進行校驗：

(1)

式中，S為絕緣導體的線芯截面，mm2；I為短路電流有效值(方均根值)，A；tk為在已達到正常運行時的最高允許溫度的導體上升至極限溫度的時間，s；k 為不同絕緣、不同線芯材料的系數(shù)k值，按規(guī)定選取。

(2)當短路持續(xù)時間<0.1s時，應計入短路電流非周期分量的影響。

(3)當短路持續(xù)時間>5s時，應計入散熱影響。

1.2 短路電流計算公式

低壓網(wǎng)絡三相短路電流初始值可按式(2)計算：

(2)

式中，Un為網(wǎng)絡標稱電壓(線電壓)，V，220/380V網(wǎng)絡為380V；c 為電壓系數(shù)，計算三相短路電流時取1.05；Zk、Rk、Xk分別為短路電路總阻抗、總電阻、總電抗，mΩ。

1.3 短路電流熱效應

(3)

式中，Ith為熱等效短路電流，kA；m為短路電流非周期分量的熱效應系數(shù)；n為短路電流交流分量的熱效應系數(shù)；配電網(wǎng)中發(fā)生短路時(遠端短路)，通常取n=1；對于短路持續(xù)時間≥0.5s的遠端短路，可近似取m+n=1。

1.4 細化熱穩(wěn)定校驗公式

(4)

2 參數(shù)的選取

根據(jù)上文中的公式，在計算過程中，有幾個參數(shù)是需要綜合因素加以考慮的。

2.1 短路點的選擇

低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，大部分情況是三相短路電流最大，所以，本文取三相短路電流來進行線路的熱穩(wěn)定校驗。由于電纜故障最容易發(fā)生在電纜接頭處，且在電纜首端發(fā)生故障時故障電流并不通過電纜本身。計算短路電流時短路點選擇在電纜終端或第一個中間接頭處。

2.2 保護電器動作時間

采用斷路器保護時，短路保護電器短路保護動作時間為兩種，查《配四》可得，第一種是瞬時脫扣器的全分斷時間(包括滅弧時間)極短，一般為10～30ms，即tk<0.1s；第二種是短延時脫扣器的動作時間一般為0.1～0.4s。根據(jù)斷路器產(chǎn)品廠家提供的短路保護電器短路保護動作時間為0.07s，根據(jù)保守原則，本文采用tk=0.07s作為短路保護電器短路保護動作時間。

2.3 材料的系數(shù)

不同絕緣、不同線芯材料的系數(shù)k值的選?。号潆娤到y(tǒng)采用的電纜一般為交聯(lián)聚乙烯絕緣導體，查《配四》可得，k值選取為143。

2.4 高壓側(cè)短路容量

10/0.4kV變壓器高壓側(cè)短路容量與高壓側(cè)阻抗、相保阻抗(歸算至400V)的數(shù)值有關(guān)系，高壓側(cè)短路容量越大，系統(tǒng)電抗、電阻越小，進而短路電流越大。本文選高壓側(cè)短路容量為500MVA時的系統(tǒng)電阻、電抗參與短路電流計算。

2.5 短路電流非周期分量的熱效應系數(shù)m

m與f×Tk和kd有關(guān)，由《配四》圖4.3-10查曲線可得出。其中f為額定頻率，單位Hz；Tk為持續(xù)短路時間；kd=1.02+0.98e-3R/X，為計算系數(shù)，由R/X決定，通過《配四》圖4.3-5查曲線并計算得出。

2.6 熱效應電流倍數(shù)kr值

(1)短路持續(xù)時間<0.1s時，校驗絕緣導體截面積應該計入短路電流非周期分量影響；根據(jù)f×Tk=50×0.07=0.35(本文選Tk=0.07s)和不同kd值對應的m值(查《配四》圖4.3-10)，可計算得出熱效應電流倍數(shù)kr值。如表1所示，為熱效應電流倍數(shù)kr值(其中，n=1)。

熱效應電流倍數(shù)kr值 表1

根據(jù)本文實例，R/X=0.07，查《配四》圖4.3-5，取kd為1.75，所以表1可以得出，熱效應電流倍數(shù)kr取1.2。

(2)短路持續(xù)時間≥0.5s的遠端短路，可近似取m+n=1。熱效應電流倍數(shù)kr取1。

3 實例

3.1 計算流程

下面就自維變電站不同變壓器容量，低壓配電柜配出電纜采用YJV-1.0kV時，采用不同規(guī)格截面的電纜以調(diào)整配電長度，滿足熱穩(wěn)定校驗的情況進行計算。流程圖見圖1，相關(guān)公式及參數(shù)選擇見前文所述。

3.2 計算結(jié)果

不同變壓器容量(kVA)，低壓配電柜配出的不同規(guī)格截面(mm2)電纜滿足熱穩(wěn)定校驗情況下的最短配電長度，如表2所示。

3.3 結(jié)果分析

(1)由表2可以看出：1)同一容量變壓器，配電設備距變壓器越近，其電纜截面要求越大，才能滿足熱穩(wěn)定要求；2)隨著變壓器容量加大，配出電纜的距離電纜越長，對大截面電纜配電長度要求就越低，所以配出小截面電纜時，一定要進行熱穩(wěn)定校驗；3)數(shù)值為 “*”表示配電柜配出該規(guī)格截面電纜時不需要進行熱穩(wěn)定校驗，均能滿足要求。

圖1 設計流程圖

滿足熱穩(wěn)定校驗下電纜末端或電纜第一個接頭處距配出柜的距離/m 表2

(2)低壓配柜配出到配電箱，最小距離大約5m，按表2計算結(jié)果來看，可總結(jié)出變壓器配出最小截面電纜，如表3所示。

變壓器配出最小截面電纜 表3

4 結(jié)束語