论低压配电系统设计短路冲击系数的取值问题

论低压配电系统设计短路冲击系数的取值问题

在低压配电系统的设计计算中，要进行电气设备安装点三相短路电流、短路冲击电流的计算，用予校验所选设备是否满足动、热稳定条件。在计算短路冲击电流时，常用冲击电流系数法，即用冲击系数乘以三相短路电流计算短路冲击电流。目前，开关设备生产厂家已充分考虑了我国低压配电网络的实际情况，现有的低压开关设备在动、热稳定条件等方面都有足够的安全裕量；但是在成套低压开关设备的主母排，动稳定条件随成套设备的型号不同有较大的差异，因选取不同的冲击系数出现不同的电动力效应计算结果，从而影响了动稳定条件校验的结论。笔者查阅了相关的技术资料，发现在设计计算中有两个相差较大的冲击系数，一个是选用在高压电网短路计算常用的冲击系数，取值为k im=1.8，短路冲击电流峰值为

;另一个是在工厂配电设计中使用的冲击系数K im=1.3，冲击电流瞬时值为。可见，选取不同的冲击系数的计算结果相差了1.386倍。根据母排动稳定条件校验计算公式，电动应力与短路冲击电流峰值的平方成正比，那么，用上述两个不同冲击系数计算得的电动应力相差了1.3862=1.92倍。对同一安装地点的同型设备，采用不同冲击系数进行动稳定校验就有可能得出相反的结论，影响了工程设计的正确性。二、冲击系数与电路参数的关系在低压配电网中发生三相短路，可将电源等效为无限大容量电源，短路全电流由幅值恒定的周期分量电流和按e指数规律衰减的非周期分量电流(直流分量)叠加而成。当电路在短路前处于空载状态，而短路恰好发生在短路电流周期分量取幅值的时刻，对50Hz工频电路，最大短路电流峰值、即短路冲击电流在短路后约0.01s时出现，冲击电流i im算式为：

式中：冲击系数K im=

〔[1+e-0.01/T]〕；T是时间常数，与短路回路的电路参数T=XΣ/ωRΣ有关，其中XΣ是电源至短路点的总电抗，ω是角频率，RΣ是电源至短路点的总电阻；I K(3)是三相短路周期分量电流有效值。从上述算式可知，冲击系数的大小取决于电路的时间常数，即电路参数。在10kV 及以上高压电网中，电阻仅占总阻抗的6～7%，因此，时间常数T仅约为0.045s，所以有K im=1.8。但在低压电网中，电阻所占的比例较大，沿用高压电网中短路计算使用的冲击系数，计算结果偏于保守。若选取工厂配电设计中使用的冲击系数K im=1.3，当计及主高压回路时，得到的结论则可能造成安全裕度不足。下面以示例说明冲击系数选取范围：设110kV 变电站10kV母线三相短路电流为16kA，变电站出线电缆型号是YJV22—240、长度为0.2km，到用户的架空线路是LGJ—240、长度为1km，用户配电变压器型号是S9—500kVA、变比

为10/0.4kV、阻抗电压百分数V%为4%；短路点设在低压出线开关出口处，系统接线图见例图。经计算得短路回路总电阻和总电抗及冲击系数

RΣ=4.32Ω,XΣ=14.22Ω,K im=1.385 可见，此例得出的冲击系数介于高压电网短路计算与工厂配电设计冲击系数取值之间。三、结论根据以上分析，笔者在上述系统结构的条件下，对S9系列不同容量配电变压器计算其短路总电阻、总电抗及冲击系数，计算结果参见表1。

注：此表所设定的系统参数与上例是一致的。

Kim Kim

另外，笔者还就两个不同、有代表性的系统结构，即假设在110kV变电站10kV母线三相短路电流为12kA，用户配电变压器安装在变电站附近(架空线长度为0)，对S9系列不同容量配电变压器计算其短路总电阻、总电抗及冲击系数，所得到的结果与表1相差很少。对目前使用的其它系列配电变压器，如S8、S11等，因配电变压器短路试验参数相同，经计算得到的结果也与表1基本相同。因此，表1所列出的冲击系数具有一定的代表性，解决了冲击系数取值不同所造成的矛盾，提高了工程设计的正确性。为方便工程设计计算，在低压配电系统设计中，可按配电变压器的容量不同选取不同的短路冲击系数，建议：500kVA及以

下容量的配电变压器，冲击系数K im=1.414,500kVA以上

容量的配电变压器，冲击系数K im=1.485, 这既可简化冲击系数取值计算，又可满足工程计算的准确度要求。参考文献[1]刘介才《工厂供电简明设计手册》机械工业出版社.1993 [2]苏文成《工厂供电》机械工业出版社.1990 [3]何仰赞等《电力系统分析(上)》华中理工大学出版社.1996