动热稳定
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发布时间：2022-12-11 04:44
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时间：2024-01-09 17:16
高压断路器、 电流互感器、 、 母线 电缆短路 电流( 动、 热稳定) 校验公式
王永华
（ 安徽省建筑设计研究院， 安徽
摘
合肥
230001 ）
要： 要想做到安全供电， 在设计变电所时应对所采用的高压断路器、 电流互感器、 母线、 电缆等进行必要的短路电流（ 动、 稳 定 ） 校 验 ， 为 热
此又必须进行短路电流计算， 从而求出最大短路电流值， 用以校验电气设备的动、 热稳定及分断能力和继电保护装置， 还需求出最 小 短 路 电 流 值 ， 用作校验继电保护装置灵敏系数和校验电动机起动的依据。 关键词： 短路电流； 动热稳定； 高压断路器； 电流互感器
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高压断路器额定短路开断电流值（ kA） 与高压柜 高压主母线额定电流值 A） 的配比关系 （
从 审 查 图 纸 来 看 ， 很 多 图 纸（ 变 电 所 ） 高 压 柜 高 压 主 母 线
表1 母 线 电流 （ A） 低 中 高 开关开断值（ kA）
与高压断路器额定短路开断电流值严重失配， 如断路 器 开 断 电 流为 25kA 却只配 30×4 铜排， 更有甚者高压断路器开断电流 选用 31．5kA， 而高压主母线却配 40×5 铜排。笔者问为何如此 配 置 ， 设 计 人 却 说 只 有 2 台 500kVA 变 压 器 ， 额 定 电 流 只 有 下表格为高压断路器额定短路开断电流 57A， 有的是随笔所标。 值（ kA） 与高压柜主母线的标准配置。表 1 为高压断路器额定 短路开断电流值与主母线额定载流量的基本配置（ 环境温度按
25 800 1000 1250
31．5 1250 1600 2000
40 2000 2500 3150
1．1 动稳定
当 开 关 、 备（ 母 线 、 流 、 压 互 感 器 、 缘 子 、 缆 等 ） 设 电 电 绝 电 流过冲击短路电流时， 将产生很大的作用力， 如果大于开 关 、 设 备所能承受的作用力， 必将遭到破坏， 为此必须对开关设备进 行动稳定校验。
30℃ 计 ） ， 如 高 压 断 路 器 若 采 用 31．5kA， 其 高 压 柜 主 母 线 载 流
量不得小于 1250A， 最大载流量可为 2000A， 设计选用 1600A 比较稳妥。高压主母线的选择与所带的变压器容量大小和台数 无关， 它是根据高压断路器开断电流值来配置的； 而高压断路 器开断值又是根据高压主母线处发生短路时的短路电 流 ， 来 合 理选择断路器开断电流值的。为此又必须对高压柜上高压主母 热稳定校验） 。 线进行短路电流校验（ 动、
1．2 热稳定
在发生短路时， 开关设备在短路电流作用下， 会产生很高 的温度。 如果超过该设备所能允许的最高温度， 就会被烧毁。 为 此， 必须对开关设备进行热稳定校验， 以保证设备安全运行。 从动稳定与热稳定定义上来看， 对开头设备 进 行 短 路 电 流 校验， 一个是以短路时的稳态电流来校验的， 一个是以短路时 流过的冲击电流来校验的， 两者的短路电流值是有很大差异 的。 即动稳定是按冲击电流来校验的 ic＝2．55Id ， Id 为三相短路电 流周期分量有效值（ 即所求的短路电流） ， Ic 是三相短路冲击电 流（ 却三相短路第 1 周全电流峰值） 。而热稳定是 通 过 稳 态 短 路 电 流（ 即 为 三 相 短 路 电 流 周 期 分 量 有 效 值 ） 即 I∞＝Id 具 体 标
收稿日期： 2006－ 03－ 21 作者简介： 王永华（ 1943－ ） ， 男， 高级工程师， 原为安徽省建筑设计研究 院副 总 工 程 师（ 首 任 电 气 总 工 ） ， 历 任 全 国 建 筑 电 气 情 报 网 理 事 ， 全 国 建筑物标准化装置委员会委员， 全国智能建筑情报网理事， 安徽省智能 建筑学会副理事长及学会供配电专业委员会主任 委 员 ， 主持 设 计 大 型 工程数 10 项， 在省内外公开发表建筑电气论文 10 余篇。
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安徽建筑
2006年第3期
识： —— Id —三相短路电流周期分量有效值（ kA） —— Sd—三相短路容量（ MVA） —— I＇＇— 次暂态短路电流（ 即三相短路电流周期分量第一周 的有效值） （ kA） —— I∞—三相短路电流稳态有效值（ kA） —— ic —三相短路冲击电流（即三相短路电流第 1 周全电流峰 值） （kA）， ic＝Id×2．55 —— I0．2—短路开始到 0．2s 时的三相短路电流有效值（ kA） —— S0．2—短路开始到 0．2s 时的三相短路容量有效值（ MVA） —— Ic—三相短路电流第 1 周全电流有效值（ kA） Id×1．52 从上式可看出， 要对开关设备进行动、 热稳定校 验 ， 必 须 先 要计算出短路电流 Id。另外， 由于系统容量为无限大， 因此短路 电流的周期分量在短路的整个时间内是恒定的， 属于远端短 路， 即 Id ＝I＇＇ ＝I0．2 ＝I∞。表 2 为部分设备应校验的项目。
部分设备应校验的项目（ V） 设备名称 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电流互感器 电压互感器 母线 电 压 电 流 遮断容量 （ MVA） 短路电流校验 动稳定 热稳定 表2
由样本查出
ic（3 ）、c（3 ） —三相短路冲击电流峰值及全电流有效值（kA） I ——
现以 VD4 和 VS1 断路器为例： 若取开 关 额 定 短 路 开 断 电 流 为 25kA， 其 额 定 峰 值 耐 受 电 流（ 峰 值 ） 及 额 定 短 路 关 合 电 流 （ 峰值） 皆 为 63kA， 即 是 额 定 短 路 开 断 电 流 的 2．5 倍 （ 25×
2．5＝63kA） ； 若现计算出短路电流为 Id ＝22．23kA，
按公式： iC＝2．55Id＝2．55×22．23kA＝56．7kA
imax≥ic（3） ， imax＝63kA ， ic＝56．7kA ， 63kA≥56．7kA
即动稳定校验满足要求。
② 热稳定： I∞≤I?! t 或 I∞≤I?! tjx t t 式中： I∞— 短路稳态电流（ kA） ——
—— （ It — 设备在 ts 秒） 内允许通过的热稳定电流（ kA） 由样本查出 —— tjx— 假想时间（ s） —— （ tjx— t＋0．05 s）
t 为短路延续时间， 其为保护继电器整定动作时 间 与 开 关
动作时间之和。 按 25kA 额定短路电流开断值的 VD4 或 VS1， 其 在 3s 秒 ） （ 热稳定电流有效值也为 25kA（样本 ）。 t 为 1s 秒） 得出 tjx＝1．05s （ （ 秒） ， 此时 I∞＝22．23kA， It＝25kA。 按公式： I∞≤I?! t t
（ kV）
（ A）
√ √ √ √ √ √ √
设备的额 定电压和 线路电压 应相符
√ √ √ √ √
√ √
√ √ √
√ √ √
√ √ √
22．23kA≤25kA×1．02＝25．5kA
即热稳定符合要求。
2．2 电流互感器 2．2．1 动稳定
? ic（3 ）≤Kdw ! 2 ? te×10－ 3 I
√
设备的额 遮断容量 定电流应 应大于短 大于工作 路容量 电流
√
按三相暂 态短路电 流 ic 或 按 Ic 校验
√
按三相稳 态短路电 流 I∞（ Id） 校验
说明
2．2．2 热稳定
? I∞≤ Ite Kt ×10－ 3 ! tjx 式中： ic（3） — 三相短路电流冲击峰值（ kA） —— —— I∞— 短路稳态电流（ kA） —— Kdw— 电流互感器动稳定倍数（ 由样本查出） —— Ite— 电流互感器一次电流（ A） —— tjx— 假想时间（s） ， tjx＝ t＋0．05（s） 其解释见上面第 3 行 —— Kt— 电 流 互 感 器 的 1s（ 秒 ） 热 稳 定 倍 数（ 可 由 样 本查出） 注： Kt — 1s 秒） 热稳定倍数为 75 —— （ —— Kdw— 电流互感器动稳定倍数 200／5 及以下为 150 ， 300／5￣400／5 为 130
负荷开关、 熔断器遮断容 量 有 多 大 。 从表 2 可看出断路器、 可 以 根 据 断 路 器 数 据 即 所 选 用 的 是 25kA 还 是 31．5A 或 40kA 反算一下， 就可得出此开关的最大遮断容量。现以 25kA 为例。
Sd＝ ! 3 ? JZ Ijz＝1．732×10．5×25＝454．65MVA V? 也就是说采用 25kA 断路器其最大遮断容量为 454．6MVA。
超过此短路容量即*力遮（ 开） 断了。事实上若真 计 算 出 短 路电流为 25kA， 其高压断 路 器 额 定 短 路 电 流 开 断 电 流 应 选 用 电流、 遮断容量皆为大于数值。 31．5kA。表中电压、
基准容量为 100MVA 时的基准电流（ kA） 平均额定电压 （ kV） 基准电流（ kA） 表3
① 现 仍 以 Id ＝22．23kA 为 例 来 校 验 300／5 电 流 互 感 器 动 稳
115 0．5 37 1．56 10．5 5．5 6．3 9．16 3．15 0．4 0．23
定是否符合动稳定要求：
18．3 144．3 251
Id ＝22．23kA ic （3） ＝2．55Id ＝2．55×22．23kA＝56．7kA Ite＝300 Kdw ＝130
按动稳定公式： ? ic（3）≤Kdw ! 2 ? te×10－ 3 I 56．7kA≤130×1．41×300／1000
Kt ＝75
2
断路器、 隔离开关、 负荷开关、 电流互感器及母线
的动、 热稳定校验公式
隔离开关、 负荷开关 2．1 断路器、
① 动稳定： imax≥ic（3 ）或 Imax≥Ic（3 ）
式中：
56．7kA≤55kA， 经校验不符合要求。
现改 CT 为 350／5 或 400／5 ， 此时 Ite 由 300 变为 350 。 按公式： ic（3 ）≤Kdw ! 2 ? te×10－ 3 ? I
imax、max—设 备 的 极 限 通 过 电 流 峰 值 及 有 效 值（ kA） I ——
56．7kA≤130×1．41×350／1000
2006 No．3
本刊特稿
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56．7kA≤64．2kA
经校验符合要求。 若计算的短路电流 Id 远远低于 22．23kA， 则电流互感器即可 相应的下降。现以高压柜内主母线处短路容量为 300MVA（ 系统 短 路 容 量 ） 为 例 ： Sdxt＝300MVA， 基 准 容 量 仍 是 100MVA， 即
电流互感器动稳定及热稳定近似值
电流互感器 内部动稳定时允 一次额定电流 许通过冲击电流 热稳定允许通过稳态短路电流
表4
当假想时间为
I∞（Id）（kA）
0．5（s） 1．1 1．6 2．1 3．2 4．2 5．3 7．9 10．6 15．9 21．2 31．8 42．3 1（s） 0．8 1．1 1．5 2．3 3．0 3．8 5．6 7．5 11．2 15．0 22．5 30．0 1．5（s） 0．6 0．9 1．2 1．8 2．4 3．1 4．6 6．1 9．2 12．2 18．3 24．4 2（s） 0．5 0．8 1．1 1．6 2．1 2．7 4．0 5．3 7．9 10．6 15．9 21．2
tjx（s）
2．5（s） 0．5 0．7 0．9 1．4 1．9 2．4 3．5 4．7 7．0 9．4 14．1 18．8
（A） 10 15 20 30 40 50 75 100 150 200 300 400
ic（KA）
2．1 3．2 4．2 6．4 8．5 10．6 15．9 21．2 31．8 42．3 55．2 73．6
Sjz＝100MVA。现不考虑线路电缆阻抗， 只标系统阻抗 X＊ 即可求出 X＊ ＝ Sjz ／Sdxt ＝100／300＝0．33 欧姆。再根据 Id＝Ijz／X＊ ＝5．5／0．33＝16．67kA
（ 短路电流） 。以上 Sjz 为基准容量， Sdxt 为系统短路容量， Ijz 为基准电 流。 现再校验用 200／5 电流互感器、 短 路 电 流 为 16．67 的 动 稳 定是否达到要求： 由于 Id＝ 16．67kA， ic （3）＝ 2．55Id＝42．5kA， Kdw＝150 ，
Ite＝200 。
代入公式： ic（3）≤Kdw " 2 ? te×10－ 3 ? I
42．5kA≤150×1．41×200／1000 42．5kA≤42．3kA
只能说基本符合要求， 必要时可用 250／5CT。
② 再按热稳定公式分别对 300／5 ， 350／5 及 200／5 进行校验。 a． 仍 按 Id＝22．23kA， 其 时 稳 态 短 路 电 流 I∞ ＝Id ＝22．23kA， Ite＝350 ， Kt＝75 ， tjx＝1 。
代入公式： I∞≤Ite Kt ／ " tjx ×10－ 3 ?
—— ic（3）—三相短路冲击电流峰值（ kA） —— Smin—导体所需最小截面（ mm2） —— ijx—假想时间（ s） —— I∞—短路稳态电流（ A ）
3．2 热稳定 ① 铜母线： Smin＝ I∞ " tjx 165 ② 铝母线： Smin＝ I∞ " tjx 95
22．23kA≤350×75／ " 1 ×10－ 3 22．23kA≤18．61kA
经校验不符合热稳定要求。 为此需更换 400／5 或 500／5CT 才可符合要求， 但 CT 过大会 对过电流整定及上下级配合比带来很大麻烦与不便。
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电
缆
b． 若 按 Id＝16．67kA ，I∞＝16．67kA， Ite＝350 ， Kt＝75 ， tjx＝1 ， 来 校 验
热稳定： I∞≤Ite Kt ／ " tjx ×10－ 3 ?
热稳定校验：
①10kV 铜芯电缆 Smin＝ I∞ " tjx 165 ②10kV 铝芯电缆 Smin＝ I∞ " tjx 95
式中： Smin—导体所需最小截面（ mm2） —— —— tjx—假想时间（ s） —— I∞—短路稳态电流（ A） 以上为高压断路器、 电流互感器、 母线的动、 稳 定 的 校 验 热 及电缆的热稳定校验。对于柔性（ 非刚性） 安装的设 备 只 需 进 行热稳定校验。另外按 建筑电气设计手册》上说明， 下列设备 《 可不必进行短路电流校验（ 动、 热稳定校验） 。
16．67kA≤350×75／ " 1 ×10－ 3 16．67kA≤18．61kA
符合要求（ 热稳定） 。 总之， 是由计算短路电流 Id 数值来决定的。有的终端变电 所离开闭所距离很远， 系统阻抗较大， 其系统短路容量很 小 ， 其 短路电流甚至不足 10kA， 为 此 电 流 互 感 器 一 次 电 流 也 就 相 对 较小。 实际上在求（ 计算） 出短路电流后， 即可根据暂 态 短 路 ， 短 路电流 ic 或 Ic 对电流互感器进行动稳定直接查表校验， 再按 稳 态短路电流 I∞ Id） 进行热稳定直接查表 4 校验。 （
3
母
线
3．1 动稳定 !js＝1．7b L2 （ ic（3）） 2×10－ 3， 当母线横放时 W＝ 0．167bh2； 当 ? a W 母线竖放时 W＝ 0．167b2h 。
式中： !js—母线计算机械应力 （kg／cm ） ——
2
a． 用熔断器保护的电器及导体； b． 用限流电阻保护的电器及导体（ 如互感器的引线） ； c． 架空电力线路； d． 当断路器断流容量符合要求时； e． 负荷开关当变压器容量为 1000kVA 及以下时；
2
—— !y—母线允许机械应力（kg／cm ）， 铜母线!y＝1400kg／cm ， 铝母线 !y＝700kg／cm2
2
f． 隔离开关： 35kV 级户内及户外型。 10kV 的隔离开关（ 户
内 ） 当 供 电 容 量（ 变 压 器 ） 为 1000kV 及 以 下 时 ； 10KV 的 户 外 隔离开关在 Sd≤100kVA 时； 6kV 的 隔 离 （ 户 外 ） 开 关 在 Sd≤
—— W—抗弯矩（ cm2） —— L—支柱绝缘子间距离（ cm） —— a—母线相间中心距离（ cm） —— b—母线厚度（ cm） —— h—母线宽度（ cm）
60MVA 时； g． 电缆 70mm2 以上时； h． 电流互感器变比较大时， 75／5 以上的。
