低压系统短路电流计算与断路器选择

低压系统短路电流计算与断路器选择
低压系统短路电流计算是电气设计中的一项重要组成部分，计算数据量大，过程繁琐，设计人员大多以经验估算，常常影响设计质量，甚至埋下安全隐患。

本文拟在通过对低压短路电流的计算简述以及实例介绍，说明低压断路器的选择及校验方法。

在设计中，短路电流计算与断路器选择的步骤如下：
①简单估算低压短路电流；
②确定配电中心馈出电缆满足热稳定的最小截面；
③选择合适的低压断路器；
④合理选择整定值，校验灵敏度及选择性。

1.低压短路电流估算
1.1短路电流的计算用途
短路电流的计算用途主要有以下几点：
①校验保护电器的整定值，如断路器、熔断器的分断能力应大于安装处最大预期短路电流。

②确定保护电器的整定值，使其在短路电流对开关电器及线路器材造成破坏之前切断故障电路。

③校验开关电器及线路器材的动热稳定是否满足规范和实际运行的要求。

1.2短路电流的计算特点
短路电流计算的特点：
①用户变压器容量远小于系统容量，短路电流周期分量不衰减。

②计入短路各元件有效电阻，但不计入元件及设备的接触电阻和电抗。

③因线路电阻较大，不考虑短路电流非周期分量的影响。

④变压器接线方式按D、yn11考虑。

1.3短路电流的计算方法
短路电流计算的方法：
——三相短路电流或单相短路电流kA；
式中 I
k
——短路回路总阻抗mΩ（包括系统阻抗、变压器阻抗、母 Z
k
线阻抗及电缆阻抗等，其中阻抗还包括电阻、电抗、相保电阻、相保电抗） U——电压V（用于三相短路电流时取230，用于单相短路电流时取220）
1.4短路电流的计算示例
下面通过范例来叙述低压短路电流的计算过程。

1.5分析结论
①系统容量一般为固定值，变压器出口短路电流取决于变压器容量及阻抗
电压百分数。

变压器容量越大，短路电流也越大。

②设备端的短路电流取决于电缆的阻抗，即截面大小，截面越大，短路电
流也越大。

2.配电中心馈出电缆的最小截面
断路器应该在短路电流对电缆及元器件产生的热效应及机械力危害之前分断短路回路。

这就对电缆截面的选择有一定的要求，不能只根据负荷计算电流来选择。

电缆截面的校验公式如下：
当短路电流持续时间不大于5s时式1
当短路持续时间小于0.1s时（断路器厂家提供数值）式2
式中 S——绝缘导体的线芯截面，mm2；
I——预期短路电流有效值，A;
t——短路电流持续时间，s；
k——计算系数，交流铜芯电缆取143；
通过示例，用式1计算，最小馈线截面为16mm2，用式2计算，采用施耐德NSX断路器时，最小馈线截面为6mm2电缆。

由于式2的计算与各断路器厂家提供的数据有关，不具备通用性，故采用式1计算比较稳妥。

故针对本示例，低压配电柜出线电缆最小截面为16mm2，才能满足热稳定的要求。

3.选择合适的断路器
低压断路器按类别可分为选择型与非选择型，可以调整约定跳闸时间的即为选择型，非选择型的跳闸时间由断路器的特性曲线确定。

选择性断路器具有良好的上下级配合关系，但必须整定好各项参数。

选择断路器通常要选择其类别、额定电流、脱扣器额定电流、短路容量等。

选择原则：
①变压器低压出线断路器应按远期安装的变压器容量来选择其额定电流，但断路器整定值按近期变压器容量整定；
②接于同一段母线上的进出线断路器应尽量选择同一短路容量的断路器，
且根据计算结果不用选择太高，以免增加整体造价，但不能选择微型断路器；
③低压配电柜的进出线断路器有条件的情况下，应尽量使用选择型断路
器，避免因越级跳闸造成大面积停电。

④各配电箱或控制箱总进线应选择隔离开关或负荷开关，不要选择断路器，
避免增加一级断路器级间配合。

4.断路器整定及校验
4.1断路器整定
变压器低压主开关与低压配电柜馈出线开关需要整定，再下一级的回路断路器只需按选择即可，无需再整定。

断路器的整定：
额定电流：
长延时整定： tr=0~400s
短延时整定：Iset2=5*Ic ts=0~0.5s(变压器低压主开关可选0.5s，配电中心馈出线开关可选0.2s)
瞬时整定：Iset3=10*Ic
式中 Ic——线路负荷计算电流，A；
Ir——断路器脱扣器额定电流，A;
In——断路器壳架额定电流，A；
Iz——导体的允许载流量，A；
Iset1 tr——长时限整定值及约定跳闸时间，A s；
Iset2 ts——短时限整定值及约定跳闸时间，A s；
Iset3——瞬时整定值，A；
4.2断路器的校验
4.2.1断路器的灵敏度校验
断路器的灵敏度校验准则：被保护线路末端的单相接地短路电流不应小于断路器瞬时或短延时整定的1.3倍。

1.3其实是一个可靠系数，准则的实质就是线路末端发生短路时，断路器能可靠动作。

通常变压器低压主开关均不能满足这个要求，解决方法是取消主开关的瞬动保护。

如遇某些回路满足不了灵敏度要求，可以采用增大电缆截面或用熔断器来保护的方式。

4.2.2断路器的选择性配合校验
断路器的选择性配合校验准则：
①上下级断路器特性曲线不相交即可，某些断路器具有限流功能，其说明书注明上下级断路器额定电流之比大于2，即可不相交；
②上级断路器短延时整定电流应大于下级断路器瞬时整定电流的1.3倍；
③上级断路器整定电流应大于下级断路器整定电流的1.3倍；
5.建议
①低压短路电流计算属于估算，实际可能存在一定偏差，但其仍可以为断路器及电缆选择提供重要的依据，建议设计人员应计算短路电流。

②变压器低压主开关与配电柜各出线开关均应示意出其整定值，并在图纸中表示，以方便现场调试，并为断路器的校验提供依据。