尹金玲

(大連城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，大連 116011)

0 引言

在低壓配電設(shè)計(jì)中，配電線路保護(hù)保證著整個(gè)配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行與故障處理，對(duì)人身安全和財(cái)產(chǎn)保護(hù)起著重要的作用。作為對(duì)短路保護(hù)十分重要的一個(gè)因素，電纜截面的正確選擇非常重要，需要對(duì)每個(gè)配電系統(tǒng)中的每個(gè)回路進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)，但工作量比較繁瑣。因此筆者利用Excel軟件，針對(duì)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(jì)算并分析滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)情況下，配電距離與截面的關(guān)系。為配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電纜截面的選擇作參考，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，提高工作效率，保證配電的安全性。

1 計(jì)算公式

首先計(jì)算短路電流，然后根據(jù)短路電流對(duì)導(dǎo)體或連接件產(chǎn)生的熱效應(yīng)來(lái)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

1.1 熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式

根據(jù)GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定。

(1)當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間≤5s時(shí)，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定按式(1)進(jìn)行校驗(yàn)：

(1)

式中，S為絕緣導(dǎo)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(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度的導(dǎo)體上升至極限溫度的時(shí)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(dāng)短路持續(xù)時(shí)間<0.1s時(shí)，應(yīng)計(jì)入短路電流非周期分量的影響。

(3)當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間>5s時(shí)，應(yīng)計(jì)入散熱影響。

1.2 短路電流計(jì)算公式

低壓網(wǎng)絡(luò)三相短路電流初始值可按式(2)計(jì)算：

(2)

式中，Un為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱電壓(線電壓)，V，220/380V網(wǎng)絡(luò)為380V；c 為電壓系數(shù)，計(jì)算三相短路電流時(shí)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(yīng)

(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(yīng)系數(shù)；n為短路電流交流分量的熱效應(yīng)系數(shù)；配電網(wǎng)中發(fā)生短路時(shí)(遠(yuǎn)端短路)，通常取n=1；對(duì)于短路持續(xù)時(shí)間≥0.5s的遠(yuǎn)端短路，可近似取m+n=1。

1.4 細(xì)化熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式

(4)

2 參數(shù)的選取

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

2.1 短路點(diǎn)的選擇

低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，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(lái)進(jìn)行線路的熱穩(wěn)定校驗(yàn)。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(shí)故障電流并不通過(guò)電纜本身。計(jì)算短路電流時(shí)短路點(diǎn)選擇在電纜終端或第一個(gè)中間接頭處。

2.2 保護(hù)電器動(dòng)作時(shí)間

采用斷路器保護(hù)時(shí)，短路保護(hù)電器短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為兩種，查《配四》可得，第一種是瞬時(shí)脫扣器的全分?jǐn)鄷r(shí)間(包括滅弧時(shí)間)極短，一般為10～30ms，即tk<0.1s；第二種是短延時(shí)脫扣器的動(dòng)作時(shí)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(hù)電器短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.07s，根據(jù)保守原則，本文采用tk=0.07s作為短路保護(hù)電器短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

2.3 材料的系數(shù)

不同絕緣、不同線芯材料的系數(shù)k值的選取：配電系統(tǒng)采用的電纜一般為交聯(lián)聚乙烯絕緣導(dǎo)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(jìn)而短路電流越大。本文選高壓側(cè)短路容量為500MVA時(shí)的系統(tǒng)電阻、電抗參與短路電流計(jì)算。

2.5 短路電流非周期分量的熱效應(yīng)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(shí)間；kd=1.02+0.98e-3R/X，為計(jì)算系數(shù)，由R/X決定，通過(guò)《配四》圖4.3-5查曲線并計(jì)算得出。

2.6 熱效應(yīng)電流倍數(shù)kr值

(1)短路持續(xù)時(shí)間<0.1s時(shí)，校驗(yàn)絕緣導(dǎo)體截面積應(yīng)該計(jì)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(duì)應(yīng)的m值(查《配四》圖4.3-10)，可計(jì)算得出熱效應(yīng)電流倍數(shù)kr值。如表1所示，為熱效應(yīng)電流倍數(shù)kr值(其中，n=1)。

熱效應(yīng)電流倍數(shù)kr值 表1

根據(jù)本文實(shí)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(yīng)電流倍數(shù)kr取1.2。

(2)短路持續(xù)時(shí)間≥0.5s的遠(yuǎn)端短路，可近似取m+n=1。熱效應(yīng)電流倍數(shù)kr取1。

3 實(shí)例

3.1 計(jì)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(shí)，采用不同規(guī)格截面的電纜以調(diào)整配電長(zhǎng)度，滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)的情況進(jìn)行計(jì)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(jì)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(yàn)情況下的最短配電長(zhǎng)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(shè)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(zhǎng)，對(duì)大截面電纜配電長(zhǎng)度要求就越低，所以配出小截面電纜時(shí)，一定要進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)；3)數(shù)值為 “*”表示配電柜配出該規(guī)格截面電纜時(shí)不需要進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)，均能滿足要求。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)下電纜末端或電纜第一個(gè)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(jì)算結(jié)果來(lái)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(yǔ)