低压配电屏馈出电缆最小截面分析

低压配电系统配出电缆最小截面计算摘要对于低压配电系统，利用Excel计算出满足热稳定校验的不同容量变压器出线电缆最小标称截面,供设计时参考使用。关键词低压配电系统短路电流热稳定校验电缆最小截面作为向大部分用电设备供电的低压配电系统，其安全可靠运行显得尤为重要。短路故障是目前电气系统中最常见的故障之一，在电气设计过程中我们应根据配电系统的结构计算出配电系统各级的短路电流，并以此作为设计依据来校验配电系统各个元器件的参数。本文通过一个实例来计算不同容量的配电系统的低压短路电流及出线电缆的最小截面。规定：“绝缘导体的热稳定校验应符合下列规定：一、当短路持续时间不大于5s时，绝缘导体的热稳定应按下式进行校验：式中S——绝缘导体的线芯截面（mm2I——短路电流有效值（均方根值At——在已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间（sK——不同绝缘的计算系数。二、不同绝缘、不同线芯材料的K值，应符合表4.2.2的规定。路电流非周期分量的影响；大于5s时应计入散热的1短路电流计算的特点及公式1.1低压短路电流计算的特点a.低压配电系统中配电变压器的容量要比高压供电系统容量小得多，故当变压器的容量不大于其高压供电系统容量5%时，可认为变压器高压侧的端电压在短路时保持不变。b.低压配电系统中各元器件的电阻值相对较大，因而在低压短路电流计算时一般不忽略。c.低压配电系统电压等级一般只有一级，除变压器外，其它各元器件的阻抗都用mΩ表示，因而在低压短路电流计算时采用有名制较为方便。1.2低压配电系统中各元器件阻抗的计算图1所示为某低压配电系统的一部分，系统各元器件的阻抗可按以下各式计算，单位均为mΩ。πR1.2.1πR2式中：Sk——系统短路容量，MVA；-X2数学模型的建立现以一个简单的变配电系统来建立计算模型X2数学模型的建立现以一个简单的变配电系统来建立计算模型，该工程由室外引来一路10kV电缆线路，10kV配电系统采用单母线分段运行，配电变压器选用SCB9-10/0.4（D，yn11）-AF（IP20）干式变压器。低压配电系统采用单母线分段运行，低压配电屏选用GCS抽屉式开关柜，低压配电系统（局部）见图1。在低压配出电缆截面设计选择中应对每个出线回路进行热稳定校验，小截面、短距离的电缆更应引起设计者的重视，我们可依据变压器容量ST及短路阻抗uk%粗略地按Ik计算出不同容量的配电变压器出口K1处的最大短1.2.2变压器阻抗计算式中：ST·N——变压器额定容量，kVA；T·N·2—变压器低压侧额定电压，V；ΔPCu——变压器短路损耗，kW；uk%——变压器阻抗电压百分值。1.2.3母线阻抗计算式中：L——母线长度，m；S——母线截面，V；Dp——母线相间几何均距，mm，1.2.4电缆阻抗计算电缆单位长度的阻抗可由《工业与民用配电设计手册》（第三版）表4-25得知。1.2.5低压电器的阻抗电流互感器一次绕组阻抗，低压断路器过流线圈阻抗、开关触头接触1.3K2处短路电流的计算我们暂且认为低压配电系统三相阻抗相等，故可按下列各式分别计算出K2处三相短路电流周期分量有效值/kA、冲击系数Ksh、冲击电流ish/kA及全电流最大有效值Ich/kA：2.1用于配出电缆最小截面校验的短路点的确定《工业与民用配电设计手册》提出，校验电缆热稳定时，短路点按下述情况确定：a.不超过制造长度的单根电缆，短路发生在电缆末端。b.有中间接头的电缆，短路发生在每一缩减电缆截面线段的首端；电缆线段为等截面时，则短路发生在下一段电缆的首端，即第一个中间接头处。c.无中间接头的并列连接的电缆，短路发生在并列点后。由此该短路点应取在给变配电室内配电箱供电的电缆末端较为合适，且也符合工程实际。对于该段电缆的长度按多长计算较为合适呢？显然过长其短路电流偏小、过短其短路电流偏大，均不能较为准确地反应其真实短路电流。因为低压配电柜高度一般为装高度一般距地为1.5m。故本文中该段电缆按2.2用于计算短路电流的变配电系统参数的确定10kV电缆未计入，系统基准电压Ud=400V；b.针对不同变压器容量的低压配电系统各主要元器件作了如下配置，其各元器件的主要参数如表4所示。2.3不同容量变压器低压配电系统ĸ2处配出线电缆最小截面的计算a.假设图1中配电柜配出回路短路电流的最大值发生在K2处（柜内分开关出线端5m长电缆处因此以K2处的短路电流作电缆最小截面热稳定校验。b.由于塑壳开关的动作时间一般都在0.02s左时应计入短路电流非周期分量的影响。因此按式（1）校验时，式中短路电流有效值I应代入式（5）中的三相短路全电流最大有效值Ich。表1电流互感器（型号：LQG-1）一次绕组阻抗变比表2开关触头接触电阻、低压断路器过流线圈阻抗额定电流/A低压断路器电阻刀开关———隔离开关—————过流线圈过流线圈电抗表3对应不同容量变压器出口处的最大短路电流容量uk%4444666688度笔者确定如下：母线L1为d.为了方便计算，将以上计算公式及相关的系统参数输入Excel表格中（见表5自动计算出相应的数据，实现配出电缆最小截面的自动计算，其计算流程图，如图2所示。e.通过对不同变压器容量的低压配电系统的配出电缆进行迭代计算可得出图3所示的曲线。从曲线图上可以看出，对于计算截面值在给定电缆曲线（粗蓝线）上方的表示该给定电缆截面不符合热稳定校验要求，反之表示该给定电缆截满足热稳定校验要求。表4变压器及低压配电系统配置变压器每相母线规格母线截面2母线宽度总进线开关/A总进线开关消耗功率/W总进线电流互感器变比容量ITN/Auk%4444666688表5低压配电系统短路电流及配出电缆最小截面计算序号系统各元件参数系统各元器件阻抗12系统短路容量/MVA3变压器uk%64母线L1长度/m规格225总进线开关—6总进线电流互感器7母线L2长度/m规格28母线L3长度/m规格29柜内分开关柜内电流互感器配出电缆长度/m规格2—5总计系统短路电流Ksh配出电缆最小截面电缆最小截面Smin2（热稳定校验所用计算时间tjs=0.02s）2.4计算结果通过对计算结果的整理，得到对应不同容量变压器满足热稳定校验的配出电缆最小标称截面，如表6所示。表6对应不同容量变压器配出电缆最小标称截面容量最小标称截面23几点说明a.表6所提供的数据应在按载流量选定电缆截面后，再按热稳定校验所选电缆是否满足要求。如设计中采用聚氯乙烯铜芯电缆，也可采用表6数据。两种电缆出线处的短路电流相差小于5%，可忽略不计。b.文中的数据是按变压器分列运行计算的，若变压器为并列运行，三相短路电流值则要成倍加大，交联聚乙烯电缆的最小标称截面也要相应增大。c.文中按断路器瞬动保护进行热稳定校验，不适用于延时保护。d.对于带有限流功能的塑壳断路器，如施耐德电气公司的CompactNS断路器采用了双旋转触头。每极都有一个独立的密封分断单元，两个灭弧室，当发生短路故障时，电动斥力迅速增大动静触头快速斥开。分断过程中产生的电弧，相当于在回路中串联了两个大的空气阻抗，短路电流被显著限制。因此应按产品样本所提供的允通能量曲线（I2t）进行热稳定校验。参考文献［1］中机中电设计