短路电流计算及电气设备的选择校验
短路电流计算在电气设备选型中的运用
短路电流计算在电气设备选型中的运用摘要：短路电流计算是变电站电力系统运行和维护的基础工作，本文通过对国内目前采用的短路电流的计算方法以及存在问题进行了初步探讨，以其为变电站的运行和维护等相关工作提供一些指导。
关键字：变电站；短路电流；计算；电力系统1 变电站电力系统短路的分类电气设备和载流导体的选择、继电保护、自动装置的整定、限制短路电流措施的确定都需进行短路电流计算。
电力系统短路分为对称短路和不对称短路两种类型。
运行经验表明，上述各种类型的短路中，最常见的是单相短路，约占短路总故障的65%-70%，两相短路约占10%-15%，两相接地短路约占10%-20%，三相短路约占5%。
三相短路发生的概率虽然较低，但它却是各种短路故障中最严重的一种。
之所以称其为最严重故障，并不是短路电流最大，而是对系统的危害最大。
2 三相短路电流计算方法的探讨三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。
在进行计算时,各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同,这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异,以及短路电流限制措施的不同。
如果短路电流计算结果偏于保守,有可能造成不必要的投资浪费;若偏于乐观,则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。
经典的变电站短路电流计算方法为：取变比为1.0不考虑线路充电电容和并联补偿，不考虑负荷电流和负荷的影响，节点电压取1.0发电机空载。
短路电流计算的标准主要有IEC标准和ANSI标准,中国采用的是IEC标准。
国标规定了短路电流的计算方法、计算条件。
国标推荐的三相短路电流计算方法是等值电压源法,其计算条件为：①不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式；②忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳；③具有分接开关的变压器,其开关位置均视为在主分接位置；④不计弧电阻；⑤35kV及以上系统的最大短路电流计算时，等值电压源取标称电压的1.1(计算中额定电压的1.05pu)，但不超过设备的最高运行电压。
短路电流的计算是为了正确选择和校验电气设备
短路电流的计算是为了正确选择和校验电气设备，使其满足电流的动、热稳定性的要求。
对于低压开关设备和熔断器等，还应按短路
电流校验其分断能力。
计算短路电流时，首先要选择好短路点，短路点通常选择在被保护线路的始、末端。
始端短路点用于计算最大三相短路电流，用于校
验设备和电缆的动、热稳定性；末端用于计算最小二相短路电流，用
于校验继电保护整定值的可靠性。
短路电流的计算方法有解释法和图表法，主要以解释法为主。
一、短路电流的计算公式
1、三相短路电流计算：
I K(3)=U N2/{√3·[(∑R)2+(∑X)2]1/2}
式中：I K(3) 三相短路电流，安；
U N2 变压器二次侧额定电压，对于127、380、660伏电网，分别取133、400、690伏；
∑R、∑X短路回路内一相的电阻、电抗的总和，欧。
2、二相短路电流计算：
I K(2)=U N2/{2·[(∑R)2+(∑X)2]1/2}
式中：I K(2) 二相短路电流，安；
3、三相短路电流与二相短路电流值的换算
I K(3)=2 I K(2)/√3=1.15 I K(2)
或I K(2)=0.866 I K(3)
二、阻抗计算
S N 变压器额定容量，KVA。
发电厂电气课程设计四电气设备选择和校验
▉ 高压熔断器选择—熔管额定电流选择
2. 额定电流选择
熔断器的额定电流选择，包括熔管的额定电流和熔体 的额定电流的选择。
（1）熔管额定电流的选择 为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏，高 压熔断器的熔管额定电流应满足下式的要求，即
I Nft I Nfs
式中 INft—熔管的额定电流 INfs—熔体的额定电流
（2）电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次 额定电流最大值的倍数kmo一动稳定电流倍数表示，故内部
2K I i 动稳定可用下式校验
mo N1 sh
式中 Kmo，IN1 —由生产厂给出的电流互感器的动稳定倍 数及一次侧额定电流。
ich —故障时可能通过电流互感器的最大三相 短路电流冲击值。
▉ 电压互感器一次回路额定电压选择
电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之
一，为了保障电气设备的可靠运行，电气设备必须按正常 工作条件进行选择，按短路状态进行校验。选择与校验的 一般条件有：
（1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电 流等选择；
（2）按短路条件包括动稳定、热稳定校验； （3）按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。
▉ 高压熔断器选择—熔体额定电流选择
（2）熔体额定电流选择 为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外 的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及 以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下
式选择，即 I Nfs KImax
式中 K—可靠系数（不计电动机自启动时K=1.1~1.3， 考虑电动机自启动时K=1.5~2.0）；
▉ 短路条件校验—短路电流计算条件
为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理 性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的 短路电流应按下列条件确定。
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。
电气设备的选择与校验知识
(6-18)
式中 K2——可靠系数(对限流式高压熔断器，当一台电力电容器时
K2=1.5～2.0；当一组电力电容器时K2=1.3～1.8)；
IN.C——电力电容器回路的额定电流。
(3) 熔断器开断电流校验。
I Noc Ish
(6-19)
对断于器非，I k限在流电熔流断达器最，大选值择之时前用电冲路击已电切流断的，有可效不值计非I sh周进期行分校量验的；影对响于，限而流采熔用
为了便于比较，必须求出短路时作用在绝缘子帽上
的计算作用力Fc
其中
Fc
Fmax
H1 H
(N)
(6-21)
H1 H b h / 2
式中 H——绝缘子高度；
H1——绝缘子底部到母线中心线的高度(mm)；
b ——母线支持片的厚度，一般竖放矩形母线
图6-4 绝缘子受力示意图
= M F，(3当) L挡8 数大于2时， ＝ M F，(3)LL为10母线的挡距；
W
──母线的截面系数(m3)，当母线水平放置时(图4.13)，
W b2h 6
，此处
b为母线截面的水平宽度，h为母线截面的垂直高度，b和h的单位均为m。
不作为母线的矩形硬导线，其动稳定度校验条件和校验方法与硬母 线一样。
I N.FE = K1I max
(6-17)
式中 K1——可靠系数(不计电动机自起动时K1=1.1～1.3；考虑电动机自起
动时K1=1.5～2)。
用于保护电力电容器的高压熔断器，当系统电压升高或波形畸变引起
回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误动作，其熔体额定电流可按
下式选择
I N.FE K2 I Ngc
I t2t
低压系统短路电流计算和断路器整定
第28卷 第6期2021年6月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.282021 No.6低压系统短路电流计算和断路器整定庄 馨，张 浩（北京石油化工工程有限公司，北京 100107）摘 要：短路故障是电气故障中最常见、危害最大的一类，短路电流计算是低压配电系统设计的重要环节之一。
石油化工工程项目设计中，用电设备特别是电动机的功率都较大，发生短路时，往往需要考虑电动机反馈电流的影响。
因此，短路电流的计算及断路器的整定变得较为复杂。
本文拟在通过对低压系统短路电流的计算以及结合工程项目实例，说明存在大功率异步电动机的低压系统中断路器的选择整定及校验方法。
关键词：短路电流；断路器整定；过电流脱扣器；异步电动机中图分类号：TM74 文献标志码：ACalculation of Current in Short-Circuit and Setting of CircuitBreaker for Low Voltage SystemZhuang Xin ，Zhang Hao（Beijing Petrochemical Engineering Co., LTD., Beijing, 100107,China）Abstract：Short circuit fault is the most common and harmful electrical fault. The short-circuit current calculation is an import part of the low voltage distribution system design. In petrochemical engineering project design, the power of electric equipment, especially motor, is very high. When short circuit occurs, the influence of motor feedback current should be considered. Therefore, the calculation of short circuit current and the setting of circuit breaker become more complicated. This paper explains the setting and calibration method of circuit breaker in low voltage system with high power asynchronous motor by the calculation of low-volt-age system short-circuit current and combined with the engineering project example.Key words：short-circuit current；circuit breaker setting；overcurrent release；asynchronous motorDOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2021.06.007文章编号：1671-1041(2021)06-0033-050 引言在三相交流系统中，短路电流值因短路类型及短路点发生的位置不同而有较大差异。
短路电流计算的基本步骤和注意事项
短路电流计算方法的基本步骤和注意事项一.概述供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件.二.一般计算条件1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.三、短路电流计算步骤1．确定计算条件，画计算电路图1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。
2运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。
3)根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。
4）选电气设备：选择正常运行方式画计算图；5）短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。
6）继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。
2．画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。
标号与计算图中的应一致。
3．网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。
⑴. 星—角变换公式 角—星变换公式⑵.等值电源归算（1） 同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2） 至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；直接连于短路点上的同类型发电机可归并；四、注意事项短路电流的计算是为了正确选择和校验电气设备，使其满足电流的动、热稳定性的要求。
短路电流计算及电气设备的选择校验知识
短路电流计算及电气设备的选择校验知识
短路电流计算是指在电气系统中由于短路故障引起的电流计算。
在进行电气设备的选择校验时，必须对短路电流进行准确计算，以确保所选设备符合系统的安全标准。
短路电流计算通常需要考虑电源系统的额定电流、电压、阻抗和负载特性等因素。
通过计算短路电流，可以确定系统的短路容量，并据此选择合适的电气设备和保护装置。
在进行电气设备的选择校验时，需要对短路电流进行验证。
首先，需要检查所选设备的额定短路容量是否符合系统的实际短路电流。
如果设备的额定短路容量小于系统的短路电流，那么设备可能无法有效地保护系统，并且可能会造成设备损坏、火灾等不良后果。
另外，还需要考虑设备的故障持续时间和过电压保护能力。
一旦系统发生短路故障，设备需要能够快速、可靠地切断电路，以避免损坏其他设备或引发安全事故。
因此，设备的过载保护能力和短路切断能力也是选择校验的重要指标。
总而言之，短路电流计算及电气设备的选择校验是电气工程中非常重要的部分。
通过准确计算和验证短路电流，可以确保所选设备能够有效地保护电气系统，提高系统的安全性和可靠性。
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短路全电流ik.t 短路冲击电流ish
ik iz i fi
Ik.t
I
2 z
i2 fi.t
0.01
ish iz(0.01) i fi(0.01) 2I z (1 e Tf i )
ish ksh 2I z
短路冲击电流有效值Ish
Ish
I I 2 z (0.01)
2 fi ( 0.01)
Uav 3 | Z |
U av
3
R2
X
2
Uav 1.05U N
在高压电路的短路计算中，通常只计电抗，不计电阻。故
一、标幺值法
I (3) z
U av 3X
标幺值
A*
A Aj
按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sj和基准电压Uj。
2020/11/13
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基准容量，工程设计中通常取 S j 100MVA
U
2 N
.T
100 SNT
uk
%
U
2 N
.T
标幺值
X
* T
XT
Xj
100
SN .T
U
2 av
uk % S j 100 SNT
Sj
短路电路中各主要元件的电抗标么值求出以后，即可利用其等效电路
图进行电路化简求总电抗标么值。
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三、三相短路电流的计算 无限大容量系统三相短路周期分量有效值的标么值按下式计算:
二、短路过程的简单分析
R∑
X∑
R∑
X∑
k(3)
RL
u
XL
G
ik
G
Q电源
b)
a)
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续上页
等效电路的电压方程为
Rik
L
dik dt
Um sin t
解之得,短路电流为
t
ik Izm sin(t k ) Ce Tf i
短路前负荷电流为
i Im sin(t )
当t＝0时，由于短路电路存在着电感，因此电流不会突变，即ik0=i0＝
基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压为基准电压，即取
基准电流
U j Uav 1.05U N
Ij
Sj 3U j
Sj 3U av
基准电抗
Xj
Uj
U
2 av
3I j S j
二、供电系统各元件电抗标幺值
1）电力系统的电抗标幺值
X
* S
XS
X
j
U
2 av
Sk
U
2 av
Sj
S j Sk
Sk为电力系统变电所高压馈电线出口处的短路容量。
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续上页
2）电力线路的电抗标幺值
X
* WL
X WL
X
j
x0 L
U
2 av
x0 L
Sj
U
2 av
Sj
式中， L为线路长度，x0为线路单位长度的电抗，可查手册。
3）电力变压器的电抗标幺值
因为
uk % (
3I
N
XT
U
N
.T
)
100
( S N T
XT
U
2 N .T
)
100
所以
XT
uk
%
ik
iz
ifi
i,u
shi
fi(0) i
u
u
i
O
0.01s
z(0) i
i0
正常运行状态
暂态
2I∞
稳态
t(ωt)
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三、有关短路的物理量
短路电流周期分量iz 短路电流非周期分量ifi
iz Izm sin(t k )
t
t
i f i I zme Tf i 2I ze Tf i
i f i.0 I zm
电流、短路冲击电流、稳态短路电流等。
2020/11/13
第二节 无限大容量电源供电系统
无限大容量电源，就是指电源内阻抗为零，供电容量相对于用户负 荷容量大得多的电力系统，不管用户的负荷如何变动甚致发生短路时， 电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压均维持不变。
电源
负荷
0
k(1)
电源 0
c)
A
(1,1)
B
Ik
C
Ik(1,1)
k(1,1)
电源
负荷
0
A
B
C
Ik(1)
N
d)
A
(1,1)
B
Ik
C
Ik(1,1)
负荷
k(1)
k(1,1)
负荷
e)
f)
三、计算短路电流的目的
进行短路计算的目的是正确选择和检验电气设备及其保护装置。三相短
路电流是选择和检验电气设备的基本依据。另外还要用到不对称短路的短路
0.01
I z2 ( 2I ze ) Tf i 2
短路稳态电流I∞
Ish 1 2(ksh 1)2 Iz I∞= Iz.t = Iz
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第三节 无限大容量电源条件下 短路电流的计算方法
在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分
量的幅值和有效值是不变的。
I (3) z
第四章 短路电流计算 及电气设备的选择校验
3.1 概述 3.2 无限大容量电源供电系统的短路过程分析 3.3 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 3.4 低压电网中短路电流的计算 3.5 短路电流的效应 3.6 电气设备的选择与校验
2020/11/13
第一节 概 述
一、短路及其原因、后果 短路是指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间 发生的低阻性短接。 造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误 操作、鸟兽危害等。 在供电系统中发生短路故障后，短路电流往往要比正常负荷电流大许 多倍，有时高达几十万安培。 当它通过电气设备时，温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏；同时产 生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；短路会使系统电压骤降，影 响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会 造成停电；不对称短路的短路电流会产生较强的不平衡交变磁场，对通信 和电子设备等产生电磁干扰等。
2020/11/13
二、短路的类型
在供电系统中，短路的基本类型有三相短路(a)、两相短路(b)、单相
短路(c,d)和两相接地短路(e,f)。
A
I(k3)
k(3)
电源 0
B
I(k3)
C
I(k3)
负荷
a)
电源 0
A
Ik(2)
B
Ik(2)
C
k(2)
负荷
b)
2020/11/13
续上页
电源 0
A
B
C
Ik(1)
I (3) z
I (3) z
Ij
U av 3X
Sj 3U j
U
2 av
SjX
1
X
*
由此可得三相短路电流周期分量有效值：
其他短路电流：
I (3) z
I
(3) z
I
j
Ij
X
*
I (3)
I (3) z
ish 2.55I z
Ish 1.51I z
ish 1.84Iz
Ish 1.09Iz
（对高压系统） （对低压系统）
Im sin ，可求得积分常数，即
C Izm sin k Im sin
则得短路电流
t
ik Izm sin(t k ) (I zm sin k Im sin )e Tf i
iz i fi
式中，iz为短路电流周期分量; ifi为短路电流非周期分量。
2020/11/13
续上页
无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：