低压短路电流计算
低压系统短路电流的计算
低压系统短路电流的计算概述：一、基本概念1.短路电流：电力系统中在电气设备两个相或相与地之间产生的短路电流。
2.非感性负荷：电阻负荷和感性负荷的总和。
3.短路阻抗：电力系统在短路点的阻抗。
4.X/R比：电力系统短路时，电感阻抗与电阻的比值。
二、计算方法1.对称短路电流计算对称短路电流计算是指短路时三相之间电气参数相等，无损耗和非感性负荷的情况下的短路电流计算。
1.1系统等效短路电流计算方法该方法适用于系统短路电流的初步估算，一般采用简化的计算模型。
1.1.1电抗率法通过系统的等效电抗率和额定电流来计算短路电流。
电抗率与系统电抗的比为系统等效电抗率。
短路电流的计算公式为：Isc = K × In其中，Isc为短路电流，K为系统等效电抗率，In为额定电流。
采用一个合适的变比将电源侧的短路电流转换到负荷侧。
定比法适用于主变电站、变电站等。
1.2单相短路电流计算方法单相短路电流计算是指只考虑一相短路时的电流值。
1.2.1滑块法通过测量一相的电压、电流和功率因数，并利用滑块器计算短路电流。
该方法适用于事故现场的短路电流测量。
1.2.2暂态法通过测量电流波形的快速变化以及额定电流计算短路电流。
该方法适用于有标称线路电压的暂态短路。
2.不对称短路电流计算不对称短路电流计算是指考虑非感性负荷、非对称运行和非对称故障时的短路电流计算。
不对称短路电流计算需要引入负荷的电抗率和相角、电源的电抗率和相角等因素。
2.1非对称短路电流计算方法非对称短路电流的计算一般采用叠加法或K方法。
2.1.1叠加法将正序短路电流、负序短路电流和零序短路电流分别计算后，再进行叠加得到总的不对称短路电流。
K方法是一种通过电抗率和相角来计算不对称短路电流的方法。
具体计算步骤较为复杂，需要手动计算。
三、简化计算方法除了上述详细的计算方法外，还存在一些简化的计算方法。
例如，利用已知的短路电阻和短路电压、安培-欧姆定律、Thévenin定理等。
低压三相短路电流计算
目录一、低压短路电流计算 (2)1、三相短路电流周期分量计算 (2)2、三相短路冲击电流计算 (2)3、三相短路电流第一周期（0.02S）全短路电流有效值计算 (3)4、电动机晶闸管装置对短路电流的影响 (3)二、配电变压器出口侧总断路器的短路校验 (14)1、额定短路分断能力（I cn）的校验 (14)2、额定短路接通能力（I cm）的校验 (15)3、额定短时耐受电流（Icw）的校验 (16)TaZ eI 01.0''*2-TaeKch 01.01-+=Tae01.0-εεR X Ta 314=一、 低压短路电流计算1、 三相短路电流周期分量计算三相短路电流周期分量按下式计算：式中I Z ’’ …………三相短路电流周期分量有效值，KA ； Up …………低压网络平均额定线电压，Up 取400V ；Z ε …………每相总阻抗,m Ω； R ε …………每相总电阻,m Ω； X ε …………每相总电抗,m Ω。
低压网络一般以三相短路电流为最大，与中性点是否接地无关。
2、 三相短路冲击电流计算电源供给的短路冲击电流值，按下式计算：式中 i chx …………………三相短路冲击电流，KA ；………………三相短路电流周期分量的峰值，KA ；…………三相短路电流非周期分量，KA ； …………三相短路电流冲击系数；………………三相短路电流非周期分量衰减系数；………………三相短路电流非周期分量衰减时间常数，S 。
)11(*322''------------------+=εεX R Up I Z )21(**2)1(2*2*2''01.0''01.0''''-----=+=+=--Z TaZ TaZ Z chx I Kch eI e I I i ''2ZI如果电路内只有电抗(R ε=0)，则Ta=∝，Kch=2，即短路电流非周期分量不衰减。
04-低压短路电流计算课件
短路电流速查表
详见附录 第67页
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两台变压器并联运行时的短路
● 思考题： ● 两台同容量变压器并联运行，变压器低压侧短路电流为25KA ● 确定进线及馈线断路器的分断能力
D1
分断能力校验
●断路器分断能力应不小于预期最大短路电流 Ics (Icu)＞Iscmax Icu－断路器极限短路分断能力 Ics－断路器运行短路分断能力 Iscmax－安装点预期最大短路电流
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阻抗法计算短路电流
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短路电流的计算方法（续）
●合成法： 当不掌握电源参数时，可以根据回路首端已知的短路电流，
Isc1=
U/ 3 Zsc + ZLn
Isc (0)=
U/ 3 Zsc + Z (0)
9
短路电流的计算方法
●阻抗法： 用于计算三相系统中任一点的短路电流，该方法具有高的
计算精度
Isck =
U20 = 3 Zk
U20 3 Rk2 + Xk2
U20: 变压器二次侧空载线电压 Zk : 故障点电源侧每相总阻抗
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低压系统短路电流的计算
低压系统短路电流的计算一、低压系统短路电流的定义低压系统短路电流是指在电力系统中出现短路故障时，电路中的电流急剧增大，达到最大值的电流。
通常情况下，短路电流可以分为对称电流和不对称电流。
对称电流是指短路电流的三个相位之间的电流幅值相等，相位角相差120度，是对称的。
而不对称电流是指短路电流的三个相位之间的电流幅值和相位角不相等，是不对称的。
二、低压系统短路电流的计算方法1.全电气法全电气法是通过全部的电气参数来计算短路电流的方法，可以精确计算短路电流的大小和波形。
其计算步骤如下：(1) 短路电流的基本公式为：Isc=U/Z，其中Isc为短路电流，U为电压，Z为总阻抗。
(2)计算电源电压：U=Un*1.05，其中Un为额定电压。
(3)计算负荷侧电压：Uf=Un*1.05*UF，其中Un为额定电压，UF为负荷变压器的变比。
(4)计算变压器阻抗：Zt=(Zp*左箭头Uf^2)/P，其中Zp为变压器的阻抗，左箭头表示反箭头。
(5)计算线路阻抗：Zl=Rl+左箭头Xl，其中Rl为线路的电阻，Xl为线路的电抗。
(6)计算电压降：∆U=左箭头Uf*Zt/(Zt+Zl)，其中左箭头Uf为电压的发生器。
(7)计算短路电流：Isc=∆U/(Zt+Zl)，其中∆U为电压降。
(8)计算短路电流的对称分量。
2.阻抗法阻抗法是通过系统的等值视为许多等效电阻串联来计算短路电流的方法，简化了计算过程。
其计算步骤如下：(1)确定总接线方式：单相式、三相四线式、三相三线式。
(2)计算设备的最小对称短路容量。
(3)计算电阻和电抗的等效值。
(4)确定短路发生位置，选择发生最大短路的点。
三、低压系统短路电流的影响因素1.电源容量：电源的容量越大，短路电流也越大。
2.发电机励磁特性：励磁特性的增加将使短路电流增大。
3.电源内阻：电源内阻越小，短路电流越大。
4.电源电压：电源电压的升高将使短路电流增大。
5.发电机的发电能力：发电机的发电能力和同步电机、逆功率保护的设备容量成正比，其短路电流也将增加。
低压系统短路电流计算和断路器选择
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与实例介绍，说明低压断路器的选择与校验方法。
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，校验灵敏度与选择性。
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与线路器材造成破坏之前切断故障电路。
③校验开关电器与线路器材的动热稳定是否满足规X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，但不计入元件与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：式中 I k——三相短路电流或单相短路电流kA；Z k——短路回路总阻抗mΩ（包括系统阻抗、变压器阻抗、母线阻抗与电缆阻抗等，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X例来叙述低压短路电流的计算过程。
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与阻抗电压百分数。
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与元器件产生的热效应与机械力危害之前分断短路回路。
低压短路电流计算方法
一、短路原因及危害短路是电力系统中常见的故障之一，它是指供配电系统中相导体之间或者相导体与大地之间不通过负载阻抗而直接电气连接所产生的。
产生短路电流的主要原因有绝缘老化或者机械损伤；雷击或高电位浸入；误操作；动、植物造成的短路等。
发生短路时会产生很大的短路电流，短路电流会产生很大的电动力和很高的温度，也就是短路的电动效应和热效应，可能会造成电路及电气装置的损坏；短路将系统电压骤减，越靠近短路点电压越低，严重影响设备正常运行；还有发生短路后保护装置动作，从而造成停电事故，越靠近电源造成停电范围越大；对于电子信息设备可能会造成电磁干扰。
短路电流可以分为：三相短路，两相短路，单相短路。
两相短路分为相间短路和两相接地短路。
单相短路可以分为相对地短路和相对中性线短路。
一般三相短路电流值最大，单相短路电流值最小。
二、计算短路电流的意义1 选择电器。
《低压配电设计规范》GB 50054—2011第3.1.1的5和6条关于选择低压电器需要考虑短路电流的有关规定如下：电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求；用于断开短路电流的电器应满足短路条件下的接通能力和分断能力。
2 选择导体。
《低压配电设计规范》GB 50054—2011第3.2.2的3条关于选择电缆需要考虑短路电流的有关规定如下：导体应满足动稳定与热稳定的要求；3 断路器灵敏度校验。
《低压配电设计规范》GB 50054—2011第6.2.4条关于低压断路器灵敏度校验有关规定如下：当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
4 根据 IEC60364-434.2 和IEC60364-533.2 条文中的规定，必须计算在回路首端的预期最大短路电流和回路末端的预期最小短路电流。
5 预期最大短路电流用在：断路器的分断能力；电器的接通能力；电气线路和开关装置的热稳定性和动稳定性。
6 预期最小短路电流主要用在：断路器脱扣器和熔断器灵敏度校验。
低压短路电流计算方法
低压短路电流计算方法1.叠加法：叠加法是指根据电路的拓扑结构将电流按照一定规律分解为各个分支的电流，然后将分解得到的电流叠加起来得到总短路电流。
具体步骤如下：a.将电路进行拓扑分析，识别主要的电流路径和分支。
b.对于每个独立的电流路径，根据欧姆定律计算分支电流。
c.将所有的分支电流按照一定规律叠加起来得到总短路电流。
2.阶梯法：阶梯法是一种逐步逼近的计算方法，通过多次迭代计算来逐渐接近准确的短路电流值。
具体步骤如下：a.将电路按照一定的分段长度进行划分。
b.对于每个分段，根据该分段的阻抗和电压计算出该分段的短路电流。
c.将所有的分段电流按照一定规律相加得到总短路电流。
d.如果总短路电流与目标值相差较大，则根据目标值和当前计算出的电流值之间的比例关系，适当调整分段长度，重新计算得到更接近目标值的短路电流。
e.重复上述步骤，直到计算出的短路电流与目标值相差较小为止。
3.复杂阻抗法：复杂阻抗法是一种基于阻抗的计算方法。
在复杂阻抗法中，电路中的各个元件以及其连接方式都被看作是阻抗，根据电路中各个元件的阻抗和连接方式计算出整个电路的阻抗，然后通过欧姆定律计算出电流。
具体步骤如下：a.将电路的各个元件和连接方式视为阻抗。
b.根据不同的电源类型，将电源的阻抗和电动势视为已知量。
c.根据电路中各个元件的阻抗和连接方式计算出整个电路的复阻抗。
d.根据欧姆定律和基尔霍夫定律，利用复阻抗和电源的复电动势计算出电流。
以上就是低压短路电流计算的三种常用方法。
在实际应用中，根据电气系统的特点和计算要求，选择合适的方法进行电流计算，确保电气设备的稳定运行和系统的可靠性。
井下低压供电短路电流及开关整定计算
井下低压供电短路电流及开关整定计算背景在煤矿等井下工作场所中，电力供应系统的稳定运行对生产安全和效率至关重要。
而低压供电系统的短路电流及开关整定则是保证系统稳定运行的关键之一。
低压供电系统低压供电系统是指额定电压不超过1000V的电力供应系统。
其主要组成部分包括配电变压器、进线柜、配电柜及安全开关等元器件。
短路电流短路电流指电路中出现短路时，通过电路的最大电流值。
其大小直接影响着电气设备的选择及保护。
计算方法1.计算出每一级接口的短路电流，逐级递推至源端，求得最终短路电流；2.通过短路电流计算出所需的保险丝、熔断器等保护装置的额定电流值；3.根据保护装置的额定电流值来选定开关的额定电流值。
计算公式短路电流的计算公式如下：$$ I_{k,min} = \\frac{U_{k}}{Z_{k}}\\times Z_{i} $$其中，I k,min为第k级接口处的最小对称短路电流（A）；U k为第k级接口额定电压（V）；Z k为第k级接口等效阻抗（Ω）；Z i为由k级接口到i级接口的等效（阻、抗、感）阻抗（Ω）。
开关整定开关整定是指使开关在保护系统中有良好的协调功能并满足故障保护需求的一系列技术措施。
其目的是在短时间内使所在电路迅速地脱离故障电路，以保护电器设备的正常运行。
整定原则在进行开关整定时，需要遵循以下原则：1.整定值正常情况下应小于额定电流；2.整定因素应能反映电路的故障情况；3.各保护元件整定应相互协调，以避免“重叠”或“漏保”等情况出现；4.整定后应进行试验，以验证其准确性。
开关整定计算开关整定的计算方法如下：$$ T = k\\times I^{m-1} $$其中，T为开关的动作时间（s）；k为常数；I为短路电流（A）；m为指数。
数值可以根据所选用的保护器系列确定。
如在选择Siemens的SICAM SR系列时，可以根据确定的参数值来计算出开关整定的数值。
结论低压供电系统的稳定运行对于各类生产场所来说至关重要。
低压侧三相短路交流分相有效值简便算法
低压侧三相短路交流分相有效值简便算法(阻抗电压是将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）与额定电压的比值百分数。
)最大短路电流=变压器的二次侧额定电流/变压器的阻抗电压Id=Ie/Uk% Ie=Se/（1.732xUe）Id=100xSe/(1.732xUexUk)其中：Se---变压器额定容量kVAIe---变压器低压的额定电流AUe---变压器低压的额定电压VUk---变压器的阻抗电压百分数Id---变压器低压侧母线出三相短路电流 A一、1000kVA变压器为例：1000kVA配电变压器阻抗电压6%1、低压侧三相短路电流交流分量有效值=1000/1.732/0.4/0.06=24056A2、三相短路电流峰值（短路全电流最大瞬时值）（含交流分量和直流分量）=2.55*交流分量有效值=61342A3、全电流最大有效值=1.51* 交流分量有效值=36324A《工业与民用配电设计手册》中低压侧短路电流计算方式：各种不同品牌的低压开关柜，其垂直母线的动热稳定性参数不尽相同。
例如GCS，它的垂直母线的峰值耐受电流是105kA，短时耐受电流是50kA，两者之比是2.1，符合GB7251.1-2013表7的要求；对于MNS，它的垂直母线的峰值耐受电流是176kA，短时耐受电流是80kA，两者之比是2.2，也符合GB7251.1-2013表7的要求既然主母线的峰值耐受可以达到250kA，为何垂直母线的峰值耐受才176kA呢。
垂直母线的长度短，自然它承受的短路电流电动力就小了。
值得注意的是：短路电流的大小与工作电流无关，并不是垂直母线的运行电流比水平母线要小，它的峰值耐受电流就小。
一旦在垂直母线上发生短路后，流过垂直母线和水平母线上的短路电流是一样大的，只不过垂直母线上的短路电流因为短路线路阻抗的原因其规模会比水平母线要小。
民用建筑电气设计数据手册。
低压系统短路电流的计算
Z (0) Z (0) 3 Z (0) p
R(0) R(0) 3R(0) p
X (0)
X (0)
3
X
(0)
p
TN接地系统低压网络的相保阻抗与各序阻抗的 关系为
Z p
Z (1) Z (2) Z (0) 3
Rp
即系统的阻抗相比之 下比较小时：
RT2
X
2 T
/
Rs2
X
2 s
2
对于无限大电源的短路，变压器低压 侧短路时的短路电流周期分量不衰减，
I k I I z
在发电机母线，冲击系数去1.9，升压变压器高压侧去1.85， 线路其他地方取1.8，低压（0.4kv）取1.3.
低压网络两相 短路电流与三 相短路电流的 关系也和高压 系统一样，此 时，由于低压 网络远离发电 机，故发电机 参数影响很小， 故可得：
变压器高压侧系统的电 阻、电抗(归算到400V
侧)．mΩ；
变压器低压 侧母线段的 电阻、电抗，
mΩ；
变压器的电阻、电
抗(归算到400V
侧)．mΩ；
配电线路 的电阻、 电抗，mΩ；
一台变压器供电的低压网络三相短 路电流计算电路图
低压系统的短路通常看成无限大电源的短路
当变压器的阻抗与系 统的阻抗之比满足以 下条件，则可看成无 限大电源的短路：
X (0) X (0)s X (0)T X (0)m X (0)L
低压网络电路元件阻抗的计算
在计算三相短路电流时，元件阻抗 指的是元件的相阻抗，即相正序阻 抗。因为已经三相系统是对称的， 发生三相短路时只有正序分量存在， 所以不需要特别提出序阻抗的概念。
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I Sc2=
U 2×Zsc
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不同的短路电流（续）
●相对中性线故障
ZL ZLn ZSC
~
V ZLn
U/ 3 Isc1= Zsc + Z Ln
●相对地故障
ZL ZSC
~
Z(0)
短路电流速查表
详见附录 第67页
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两台变压器并联运行时的短路
● 思考题： ● 两台同容量变压器并联运行，变压器低压侧短路电流为25KA ● 确定进线及馈线断路器的分断能力
D1
A
信
50kA
利用上级配电柜出线已知的三相短路电 流，查找下级配电柜进线预期的三相短 路电流
B
信
Isc3≈？kA
举例：
已知：变电所母线预期三相短路电流为50kA，出线电缆为铜芯交联电缆 ，截面185mm2，长度50m，请估算下级配电柜预期三相短路电流值。
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电缆热稳定校验
●当短路持续时间不大于5s时，绝缘导体的热稳定应按 下式校验： S≥ Isc √t K
S－绝缘导体的线芯截面 ( mm2)
Isc －短路电流有效值 ( A )
t －导体内短路电流持续作用的时间 ( s ) K－不同绝缘的计算系数
Usc (%) 在变压器出线端 Isc 分断能力 瞬时脱扣设定 总配电柜引出线 Isc 分断能力 瞬时脱扣设定 二次配电柜的首端 Isc 分断能力 瞬时脱扣设定 末端配电柜的首端 Isc 分断能力 瞬时脱扣设定 末端配电 断路器 二级配电 断路器 总配电柜 出线断路器 主断 路器
功率因数 同时系数 暂载率 预见的增长系数
短路电流的计算方法（续）
●合成法： 当不掌握电源参数时，可以根据回路首端已知的短路电流， 计算回路末端的短路电流
U IscB = = IscA U/ IscA+ Zc
IscA:上级短路电流 IscB: 线路末端短路电流 Zc: 回路阻抗 U: 系统标称相电压
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电缆热稳定校验
●绝缘材料的 K 值，供计算短路电流热效应用
导体材质 铜 绝缘材料 pvc 聚氯乙烯 60C 橡胶 85C 橡胶 90C 交联聚乙烯 油浸纸 矿物质 －导体 －中间接头盒及密封剂 pvc 聚氯乙烯 60C 橡胶 85C 橡胶 90C 交联聚乙烯 油浸纸 限定起始 温度 C 70 60 85 90 80 70 105 70 60 85 90 80 限定最终 温度 C 160/140 200 220 250 160 160 250 160/140 200 220 250 160 K 115/103 141 134 143 108 115 135 76/68 93 89 94 71
第四章 低压短路电流计算
一般规定
●根据 IEC60364-434.2 和 IEC60364-533.2 条文中的规定，必须计 算在回路首端的预期最大短路电流和回路末端的预期最小短路电流。 ●预期最大短路电流确定： ●断路器的分断能力, Ics(Icu) 应大于或等于预期最大短路电流 Isc ●电器的接通能力 Icm ●电气线路和开关装置的热稳定性和动稳定性 ●预期最小短路电流确定： ●当下列情况时，选择脱扣器 (曲线) 和熔断器： ●人身保护取决于所选的脱扣器和熔断器 (TN-IT 系统) ●电缆很长时 ●电源阻抗大 (机组) 时 ●在所有情况下，保护装置应与电缆的热效应 I2t ≤ K2S2 相适应
3 Zk
=
U20 3
Rk2 + Xk2
U20: 变压器二次侧空载线电压 Zk : 故障点电源侧每相总阻抗
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阻抗法计算短路电流
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D2
D1
D2
D3
D3
D4
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短路电流估算方法举例
●方法一：公式法，适用于主配电柜 Ie Isc ≈ ≈25Sn (kA) Uk Isc：变压器二次侧预期三相短路电流 Ie： 变压器二次侧额定电流 Uk：变压器阻抗电压(%)
信
信
举例：
已知：三相电力变压器 S=2000KVA, 10/0.4KV, 变压器阻抗电压Uk=6%, 计算变压器二次侧预期三相短路电流。
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短路电流估算方法举例（续）
●方法二：查表法，适用于分配电和末端
U U + Zc IscA
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短路电流速查表
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短路电流的计算方法（续）
●传统法： 当不掌握给定回路电源侧的阻抗或短路电流时，可用这种 方法计算线路末端的最小短路电流 Iscmin或单相对地故障 电流 Id 具体方法将在接地系统的故障分析中详细介绍。
V Z(0)
U/ 3 Isc (0)= Zsc + Z (0)
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短路电流的计算方法
●阻抗法： 用于计算三相系统中任一点的短路电流，该方法具有高的 计算精度 Isck = U20
铝
注：表中对限定最终温度和 K 列出二个值，较低的值用于截面积大于 300mm2 的电缆。
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短路电流计算步骤
上方侧短路容量 Ssc
高压/低压 变压器额定值
导体特性 母线： 长度 宽度 厚度 电缆： 绝缘材料 单芯或多芯 长度 截面 环境： 环境温度 敷设方式 并列敷设回路数
-馈电线 -额定电流 -电压降
负荷额 定 值
Schneider Electric - LVFDI training – Chen Xiliang – 201503
最终引出线末端的 Isc
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短路电流的定义
● 短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之间，发生 一起阻抗极小的故障而引起的过电流
Zt R X
Schneider Electric - LVFDI training – Chen Xiliang – 201503 2
分断能力校验
●断路器分断能力应不小于预期最大短路电流 Ics (Icu)＞Iscmax
Icu－断路器极限短路分断能力
Ics－断路器运行短路分断能力 Iscmax－安装点预期最大短路电流
2
Zt
2
U I sc Zt
A
U R2 X 2
X
U
ZI
B
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不同的短路电流
●三相故障
ZL Zsc
ZL ZL
~
V
U/ 3 I sZL
U Zsc