低压断路器短路分断能力选择

吴素娟 孙远军 彭正星 李林东

摘要：低压断路器短路分断能力是选择低压断路器关键参数，而短路电流是选择低压断路器分断能力的依据，通过改变变压器阻抗电压值可改变短路电流。本文通过工程实例研究改变变压器阻抗电压值来选择合理的低压断路器短路分段能力。

关键词：短路分断能力、变压器阻抗电压、短路电流。

1简介

低压断路器短路分断能力关系到断路器能否安全可靠的发挥作用，也直接影响到盘柜的价格，在计算和选择过程中要综合考虑各方面因素。本文通过工程实例计算证实变压器阻抗电压提高，将电压偏差、母线及机端压降限制在合理范围内，在理论上是可行的，在投资上是经济合理的。

2 案例分析

某石化装置负荷等级为二级，设低压配电室一座;低压计算负荷为1953.4kVA，其中电动机功率合计为1660kW;根据计算负荷并考虑其他因素，变压器选择为2台SCB10-2500，6.3±2x2.5%/0.4kV，Dyn11;低压系统接线为单母分段;最大运行方式下变压器高压侧短路阻抗标幺值（）为;系统可按无限大容量系统考虑。变压器额定容量。

2.1 短路电流计算仿真

采用ETAP软件分别模拟仿真变压器在常规阻抗电压以及两种情况下短路电流。

从模拟仿真计算结果可以看出Bus2处发生短路时的短路电流为系统提供的短路电流与电动机反馈电流之和。根据以上计算，要选择常规阻抗电压6%的变压器，低压断路器短路分断能力需选择70kA;而变压器阻抗电压为12%时，低压断路器短路分断能力只要选择50kA即可。

2.2 变压器阻抗电压提高对系统的影响

阻抗电压12%的变压器属于非常规设备，因此有必要对该阻抗电压下系统运行参数受到的影响进行分析。终端配电用电力变压器阻抗电压提高对系统的不利影响主要有两方面，一是负荷变化时低压侧电压偏差增大，二是低压侧电动机起动时母线和机端的压降增大。以下是针对本文案例所做的阻抗电压分别为6%和12%时两种不利影响的计算和对比。

2.2.1 负荷变化时电压偏差计算和对比

本文变压器电压偏差是指变压器一次绕组施加额定电压，空载与负载两种情况下，二次侧端电压之差（）与二次侧额定电压之比，即

根据变压器简化等效电路的向量图求电压变化率，如图3：

为一次侧额定电压，为负载时折算到一次侧电压，负载系数。

本案例中，取，取。将变压器分接开关调至0档，当变压器高压侧为稳定的系统标称电压6.3kV时，变压器空载电压比低压系统标称电压高5%，即空载。

a.变压器阻抗电压时，从变化，即根据2-1式从变化。在变压器90%负载情况下，

b.变压器阻抗电压时，从变化，从变化。在变压器90%负载情况下，即。

结论：在变压器阻抗电压分别为6%、12%的情况下，空载、90%负载时的电压偏差均满足相关标准。

2.2.2 ETAP模拟仿真电动机起动时母线电压和机端电压的计算和对比

预接负荷，最大一台低压电动机额定功率，线路为2根长40m的3×120mm?铜芯电缆，电动机为全压启动方式。

软件仿真得出，电动机起动时母线电压相对值约为94%，电动机起动时端子电压相对值约为92%。，电动机起动时母线电压相对值约为90%，电动机起动时端子电压相对值约为88%。

结论：阻抗电压6%和12%两种情况下最大一台低压电动机启动时机端和低压母线上的电压损失均满足相关规范要求。

3 考虑技术和经济因素后断路器短路分断能力的选择

3.1 以某国内一线品牌低压断路器为参考，计算本案例不同短路分断能力低压断路器总价，数量来自本项目低压系统图的统计数据。本案例采用70kA分断能力断路器总价约为76.24万元，本案例采用50kA分断能力断路器总价约为51.7万元。

3.2 以某国内一线品牌变压器为参考，选择不同阻抗电压价格对比。SCB10-2500，6.3±2x2.5%/0.4kV，Dyn11的变压器，阻抗电压为6时价格约为23.1万;阻抗电压为12时价格约为24.1万。

3.3 通过对低压断路器和变压器价格进行综合比较，方案二较方案一总价少23.5万元，故方案二投资经济合理。

总结论：通过提高变压器阻抗电压来限制低压侧短路电流，从而降低低压断路器短路分断能力，在理论上是可行的，在投资上也是經济合理的。

参考文献：

[1]工业与民用供配电设计手册/中国航空规划设计研究总院有限公司组编.-4版.北京：中国电力出版社，2016.12

[2]电机学/汤蕴璆编著.—4版. —北京：机械工业出版社，2011.5