380 V低压四芯电力电缆相对N线短路电流计算

王旅

(湖北华电襄阳发电有限公司，湖北 襄阳 441141)

1 问题的提出

发电厂中，380 V厂用电系统主要供给低压电动机、照明、检修等负荷，是发电厂负荷的重要组成部分。380 V厂用电系统短路电流可以通过查阅《电力工程电气设计手册》［1］(以下简称《手册》)得出，《手册》上已经绘制了标准短路电流曲线，即一定的变压器(容量、短路阻抗)、电缆和接地扁钢截面积下，短路电流与电缆长度的关系，供设备选型和继电保护定值整定。随着电力工业的发展，《手册》上的曲线已经不能满足现场实际需要，主要表现在以下几个方面。

(1)在满足最小短路阻抗的前提下［2］，现场变压器短路阻抗与《手册》上有时相差较大。

(2)低压四芯电力电缆(以下简称低压电缆)中性导体(N线)的标称截面积发生很大变化，见表1(3×主线标称截面积+中性线标称截面积)。由于N线标称截面积增大，导致导体电阻减小，从而使短路电流增大。

(3)380 V厂用电系统以往采用TN－C接线形式，中性导体与保护导体(PE线)合为保护中性导体(PEN线)。计算相对PEN线短路电流时，零回路阻抗取N线、电缆内护层金属和接地扁钢阻抗的并联［1］。现今，380 V厂用电系统动力中心(PC)和电动机控制中心(MCC)广泛设计成TN－S接地系统［3］，该系统中N线与PE线仅在电源中性点处连接并接地，其他地方二者严格分开，PC与MCC的PE线分别就近通过接地扁钢接入主地网。N线和PE线短路时回路阻抗差别很大，必须严格区分。

鉴于以上原因，380V厂用电系统短路电流曲线在实际运用中受到了很大限制。本文仅探讨PC至MCC低压电缆相对N线短路电流计算方法，给出短路电流随电缆长度的变化关系。

表1 部分新、旧型号低压电缆标称截面积对比 mm2

2 低压电缆阻抗的确定

导体电阻值取额定温升下的阻值，参照《手册》，对于塑料绝缘的低压电缆，导体温度取65℃。65℃时导体直流电阻阻值R65=R20［1+α20(65－20)］，式中:α20为20℃时电阻温度系数;R20为20℃时导体直流电阻阻值。在工程计算中，可近似取α20=0.004/℃［4］，R65=1.18R20，铜、铝导体 R20典型值见文献［4］。

由于低压电缆标称截面积一般不超过240 mm2，因此可以忽略集肤效应和邻近效应，并近似认为导体交流电阻值等于直流电阻值。为便于分析，假定低压电缆65℃直流电阻值，相线为Rph，N线为RN。

低压电缆电抗值出厂时一般不会给出，该值基本不随电缆标称截面积的变化而变化。参照《手册》，典型电抗值如下:相线正序电抗Xph1=0.08 mΩ/m，负序电抗等于正序电抗，零序电抗 Xph0=0.10 mΩ/m;N线零序电抗XN=0.13 mΩ/m。

3 变压器阻抗的确定

低压厂用变压器一般采用三相三柱式接线，联结组别为Dyn11，变压器容量SrT(MV·A)、高低压绕组额定电压UrTHV及UrTLV(kV)、短路阻抗标幺值ukr、负载损耗PkrT(kW)等可从变压器出厂试验报告中获得，零序阻抗一般不会提供。

归算至低压侧变压器正(负)序阻抗为

式中:RTLV，XTLV分别为正(负)序电阻和电抗的有名值。

4 相对N线短路电流计算公式推导［6－11］

假定低压电缆L(m)处发生相对N线短路，短路电流为 I－KN，低压电缆并联根数为n。

相线正(负)序阻抗为

相线零序阻抗为

N线零序阻抗为

5 算例

某输煤系统转运站MCC由380 V输煤PC经1根低压电缆(3×150mm2+70mm2，铜芯)供电，电缆长度为477 m。计算相对N线短路电流时，变压器高压侧可看作无穷大电源系统。

变压器参数:SrT=1.6 MV·A，ukr=0.082 6，PkrT=12.207 kW，UrTHV/UrTLV=6.3 kV/0.4 kV，零序阻抗未给出。

变压器计算数据:ZrTLV=100 mΩ，uRr=0.7629 ×10－2，uXr=8.224 7 × 10－2，=0.762 9+j 8.2247 mΩ，则

导体电阻计算数据:相线R20=0.124 mΩ/m，N线R20=0.268 mΩ/m，Rph=1.18×0.124 mΩ/m=0.1463(mΩ/m)，RN=1.18 × 0.268 mΩ/m=0.3162(mΩ/m)。

表2 相对N线短路电流与L的关系

6 结束语

本文介绍了TN－S接地系统中380 V厂用电系统低压电缆相对N线短路电流的计算方法，计算过程可用Excel实现。改变变压器和低压电缆参数，就可以得到不同的曲线簇，在工程计算中十分方便。

［1］能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册:电气一次部分［M］.北京:中国电力出版社，1989.

［2］GB 1094.5—2008电力变压器:承受短路的能力［S］.

［3］GB 14050—2008系统接地的型式及安全技术要求［S］.

［4］GB/T 3956—2008 电缆的导体［S］.

［5］GB/T 15544.1—2013三相交流系统短路电流计算 第1部分:电流计算［S］.

［6］IEC 60909－4—2001短路电流计算标准分析［S］.

［7］DL/T 5153—2002火力发电厂厂用电设计技术规定［S］.

［8］任元会.工业与民用配电设计手册［M］.3版.北京:中国电力工业出版社，2005.

［9］孙淑琴，李昂.电力系统分析［M］.北京:机械工业出版社，2012.

［10］王锡凡.现代电力系统分析［M］.北京:科学出版社，2003.

［11］刘天琪.现代电力系统分析理论与方法［M］.北京:中国电力出版社，2007.