变压器的短路电压 Uk=4%,可以用来估算二次端子三相短路电流:对一台 500 kVA、二次额定线电压 400 V 的三相变压器,在上游电源视为无限强、只计变压器阻抗等简化条件下,结果约为 18.0 kA。这不是所有 500 kVA 变压器的短路电流,也不能直接用作断路器选型结果。
Uk=4% 是什么意思
短路电压也常以阻抗百分数 %Z 表示。试验时将二次绕组短接,一次侧施加较低电压并逐渐升高,直到二次电流达到额定值;此时一次施加的电压占一次额定电压的百分比,就是该条件下的短路电压。例如 4% 表示达到额定电流所需电压为额定一次电压的 4%,不是正常运行时二次电压固定下降 4%。[1]
500 kVA、400 V 的 18 kA 怎么算
以下是教学算例,并非实测:三相变压器额定容量 S=500 kVA,二次额定线电压 U=400 V=0.4 kV,Uk=4%;假设一次侧电源无限强,短路发生在二次端子且为三相金属性短路,忽略外部线路阻抗及其他电源贡献。计算的是简化的对称交流短路电流有效值,不是峰值。
- 先求二次额定线电流:In=S÷(√3×U)=500 kVA÷(√3×0.4 kV)≈721.7 A。这里使用三相线电压,不是相对中性线电压。
- 将百分数化成标幺值:4%÷100=0.04。按上述假设,Isc≈In÷0.04=721.7÷0.04≈18,042 A,即约 18.0 kA。也可直接写成 In×100÷Uk%,但不能把数字 4 直接当成 0.04 使用。[2]
同样的容量和电压、其他假设不变时,若 Uk 为 5%,估算值为 721.7÷0.05≈14.4 kA;阻抗越大,按这个简化模型算出的短路电流越小。实际设备应查铭牌和试验资料,不能把 4% 当作所有容量或所有产品的统一值。
为什么现场不能直接拿 18 kA 选断路器
18 kA 是上述假设下变压器二次端子的初步估算,并非安装点的完整短路计算。实际电源阻抗、变压器阻抗偏差、运行电压和线路阻抗会影响结果;电动机或其他电源也可能向故障点馈送电流。故障位置改变时,线路阻抗也随之改变。单相接地等故障的计算条件不同,不能直接套用此三相结果。[1]
选型时先确定断路器的安装点和电源运行方式,收集上游短路容量、变压器铭牌及阻抗试验数据、线路长度和规格、其他电源与电动机资料,交由电气设计人员计算该点的预期短路电流。再按适用标准和产品资料,将计算工况与断路器在相应电压下的分断能力及配电设备的短路耐受能力核对,并检查保护配合。最大故障电流用于设备能力核对,较小故障电流也要用于检查保护能否可靠动作;不能仅凭 18 kA 宣布 10 kA 不够或 25 kA 一定足够。[2]
Uk 对运行和并列的影响
阻抗影响负载下电压变化,但不能仅凭 Uk 百分数断言电压降就是多少:阻抗的电阻、漏抗分量以及负载功率因数都会影响结果。比较不同变压器时,降低短路电流的需求还要与电压变化及保护配合一起考虑。[2]
两台变压器拟并列时,除核对变比、极性、相位关系、联结和分接位置外,也要比较阻抗及其电阻与电抗比例。在其他并列条件相容时,标幺阻抗较小的变压器可能承担较大的相对负荷,提前过载;仅看 Uk 是否相近仍不足以确认可以并列。扩容询价可提供现有设备铭牌、分接表、容量和阻抗试验资料,让设计人员核对负荷分配。分接头的调压问题可参考变压器 ±2×2.5% 分接的调法。[2]