低压短路电流计算方法
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。
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。
低压配电系统短路电流计算
若取 =1m，则单位长度的电感为：
＝
＝
＝0.145
4.单位长度的母线相保电抗可按下式计算
式中: --相母线正序电抗
--相母线负序电抗
--相母线零序电抗
--保护母线零序电抗
由于：
式中： --相母线至保护母线的互几何均距， ， ， ， 为相母线至保护母线之间的距离 cm
0.71
0.71
4.40
4.40
4.40
三、低压主母线阻抗（M—Main busbar）
1.母线交流电阻可按下式计算：
Rm=Kjf Klf 20
式中： 20—母线温度为20℃时的电阻率，铜母线取0.0172 -mm2/m，铝母线取0.0282 -mm2/m。
---母线长度 m
A—母线截面 mm2
Kjf—集肤效应系数，见表3
19.45
（80，13）
400
4.30
4.30
4.30
（33，70）
4.30
（14，10）
15.40
15.40
（159，20）
15.40
（63，33）
500
5.10
3.26
3.26
（25，70）
3.26
（10，74）
12.38
12.38
（127，50）
12.38
（50，75）
630
4.5
6.20
2.50
本资料中列出了高压系统、配电变压器、低压主母线，配电线路的相阻抗及相保阻抗。相阻抗供计算三相短路电流用，相保阻抗供计算单相短路电流用。应该说明，单相接地短路的短路电流除经由PE或PEN线流回外，尚有一部分经接地的其它金属构架回流，但后者难以计算，故本资料中全部按经由保护线流回计算。关于相线与中性线（N线）的单相短路，在TN-C系统，与单相接地短路一样，因PE与N是合一的，而在TN-S系统短路电流经中性线流回，阻抗应略有不同，在中性线与保护线截面相同的情况下，可仍用单相接地短路时的阻抗值，如中性线与保护线的截面不同，则仅更换其电阻值即可。一般工程上只要计算单相接地短路（如碰壳故障）电流值，因这种故障和相线与中性线短路故障相比，其机率要高得多。
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。
(供配电技术)4-7低压电网短路电流计算
07
短路电流计算的发展趋 势与展望
短路电流计算方法的改进
精确度提升
随着数值计算技术的发展，短路电流计算方 法在理论上更加完善，计算精度得到提高。
考虑更多影响因素
未来短路电流计算将更加全面地考虑电网结构、设 备参数、运行方式等影响因素，以更准确地反映实 际情况。
智能化和自动化
短路电流计算将与人工智能、大数据等技术 结合，实现智能化和自动化计算，提高工作 效率。
基尔霍夫电流定律指出，对于一个封闭的电路，流入和流 出的电流代数和为零。通过这一定律，可以确定短路回路 的总电流，进而计算各个支路的短路电流。
短路电流计算的方程建立
在进行短路电流计算时，需要建立相 应的数学方程来描述电路中的电压、 电流和阻抗之间的关系。这些方程可 以根据电路的拓扑结构和元件参数进 行推导。
短路电流计算与电力系统稳定性分析的关联研究将进一步加强，探 究两者之间的内在联系和相互影响。
与保护控制系统的协同研究
短路电流计算将与保护控制系统进行更紧密的协同研究，以提高电 力系统的安全性和稳定性。
与新能源并网的影响研究
随着新能源的广泛应用，短路电流计算将更多地关注新能源并网对 电力系统的影响。
THANKS FOR WATCHING
迭代法
迭代法是一种基于数值计算的短路电流计算方 法，通过不断迭代逼近真实值，最终得到短路 电流的近似解。
迭代法的优点是适用于复杂电路模型，能够处 理非线性问题。
迭代法的缺点是计算过程较为繁琐，需要多次 迭代才能得到较为准确的结果，且收敛速度和 稳定性受初始值和迭代步长的影响。
计算机辅助计算方法
计算机辅助计算方法是利用计算机软件进行短路电流 计算的现代方法，通过编程语言和算法实现短路电流
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短路电流计算及设备选择
1短路电流计算方法 (2)
2.母线，引线选择及其计算方法 (4)
2.1 主变压器35KV侧引线：LGJ-240/30 ........... 错误！未定义书签。
2.2 35KV开关柜内母线：TMY-808 ................ 错误！未定义书签。
2.3 主变压器10KV侧引线及柜内主接线：TMY-10010 错误！未定义书签。
3. 35KV开关柜设备选择............................ 错误！未定义书签。
3.1 开关柜.................................... 错误！未定义书签。
3.2 断路器.................................... 错误！未定义书签。
3.3 电流互感器................................ 错误！未定义书签。
3.4 电流互感器................................ 错误！未定义书签。
3.5 接地隔离开关.............................. 错误！未定义书签。
4. 10KV开关柜设备选择............................ 错误！未定义书签。
4.1 开关柜.................................... 错误！未定义书签。
4.2 真空断路器................................ 错误！未定义书签。
4.3 真空断路器................................ 错误！未定义书签。
4.4 真空断路器................................ 错误！未定义书签。
4.5 电流互感器................................ 错误！未定义书签。
4.6 电流互感器................................ 错误！未定义书签。
4.7电流互感器................................ 错误！未定义书签。
4.8 电流互感器................................ 错误！未定义书签。
4.9 零序电流互感器............................ 错误！未定义书签。
4.10 隔离接地开关............................. 错误！未定义书签。
4.11 高压熔断器............................... 错误！未定义书签。
5. 电力电缆选择.................................. 错误！未定义书签。
5.1 10KV出线电缆............................. 错误！未定义书签。
5.2 10KV电容器出线........................... 错误！未定义书签。
1短路电流计算方法
1.1已知条件：
基准容量dj S =1000MVA ；
当黑牛城35kV 站供电时，系统短路容量d S 为820.82MVA ，
当兰水35KV 站供电时，系统短路容量d S 为810.51MVA ；
变压器阻抗电压：Ud=8%
1.2阻抗图
分列运行阻抗图 并列运行阻抗图
以当黑牛城35kV 站供电时为例计算阻抗： 系统阻抗
22.182.8201000Xd ===Sx Sj 主变阻抗===1610010008100X x x xSe UdxSj b =5
1.2短路电流计算
1.2.1 35KV 侧：D1短路电流， 计算方法*1c dj
X
1U 3S Id1⨯= 黑牛城 D1点：54.13218.113531000Id1=⨯⨯=
kV MVA
kA ； D1 冲击电流，计算方法：''55.2d ch I i =
53.3454.1355.2=⨯=ch i kA
1.2.2 10KV 侧D2短路电流：
系统阻抗d S 需计算,计算方法：Xb Xd SJ d
+=S 黑牛城 D2点：160.77MVA 5
22.11000S =+=d 短路电流:kA X Ue Sd 84.85
.10732.177.1603Id2===，（额定电压取10.5kV ）
冲击电流，计算方法：''55.2d ch I i =
黑牛城 D2点：kA i ch 54.2284.855.2=⨯=
并列运行时：
黑牛城 D2点：268.82MVA 5
.222.11000S =+=d 短路电流:kA X Ue Sd 78.145
.10732.182.2683Id2===，（额定电压取10.5kV ）
冲击电流，计算方法：''55.2d ch I i =
黑牛城 D2点：kA i ch 69.3778.1455.2=⨯=
2设备选择
断路器、隔离开关、熔断器的选择条件 设备项目 按工作电压选择 按工作电流选择
按动稳定校验 按热稳定校验 断路器 Ug Uzd ≥ Ig Ie ≥
ich igf ≥ t
tj I It ∞≥ 隔离开关 Ug Uzd ≥
Ig Ie ≥ ich igf ≥ t tj I It ∞≥ 熔断器 Ug Uzd ≥ Ig Iej .≥≥r Ie ——
—— 表中：Uzd ：设备保证的最高工作电压（kV ）。
Ug ：回路工作电压（kV ）。
Ie ：设备额定电流（A ）。
Ig ：回路持续工作电流（A ）。
Igf ：设备极限通过电流峰值（kA ）。
Ich 3：回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值（kA ）.
It:设备在t 秒内的热稳定电流（kA ）。
I ∞:回路中可能通过的最大稳态
短路电流（kA ）。
tj ：短路电流作用的假想时间（S ）。
t ：热稳定电流允许的作用时间（S ）。
Ie.r ：熔断器的额定电流（A ）。
Ie.j:熔断器熔件的额定电流（A ）。
2.1 35kV 断路器的选择：
假设已选设备参数如下：Ie=1250A Uzd=40.5kV It=25kA. T=4S 校验以上参数是否正确：
Ug Uzd ≥
Uzd ＝40.5kV ﹥Ug=36.75kV （1.05*35=36.75kV ）
Ig Ie ≥
Ie=1250A ﹥Ig=A 27705.1*33516000
=
Igf=63kA ﹥ich 3=34.53kA
S
kA t 2.13.19414.1*53.1324
*53.13tj
I 25kA.4S It ===∞=
通过计算得知所选设备参数满足要求。
2.2 10kV 断路器的选择：
假设已选设备参数如下：Ie=1600A Uzd=12kV It=20kA. T=4S 校验以上参数是否正确：
Ug Uzd ≥
Uzd ＝12kV ﹥Ug=10.5kV （1.05*10=10.5kV ）
Ig Ie ≥
Ie=1600A ﹥Ig=A 7.11433.1*35.1016000
=
Igf=50kA ﹥ich 3=22.54kA
通过计算得知所选设备参数满足要求。
2.3 电流互感器
Ug Uzd ≥
Uzd=1.1Ue=1.1*35=38.5kV ﹥Ug=1.05Ue=1.05*35=36.75kV 动稳定2Ie ich
Kd ≥=10.0414
.1*26453.34=（Kd 为动稳定倍数，由制造厂提供。
） 热稳定：∞I 2tj=13.532.4S=13.532.4S
2.4矩形母线的选择
1）按持续工作电流选择
Ixu ≥Ig
Ixu=1720(A)（TMY-100X10mm 2在40C 0时平放的载流量） Ig=A 11443.135.1016000
=
2）按经济电流密度选择 S=mm Jn Ig 50825
.21144==2（最大负荷利用时间Tzd （h ）为3000~5000小时。
经济电流密度Jn 值为2.25A/mm 2）
3）按短路热稳定校验
S ≥Kf tj C I .∞=mm 16514.1*4175
53.13= 2
4）按短路动稳定校验
I 一般要求：∂≥∂xu
xu ∂：母线允许应力；铜母线为1400kg/cm 2
10*76.1=∂-3l 2ich 2
aw β
=1.76*10-3*1002*34.532*1/450*16.7
=279 kg/cm 2
公式简化为：
最大允许跨距：lzd=w a xu ich ..8.23∂=7.16*450*140053
.348.23=2235.7cm 母线平放机械共振允许最大跨距：154cm
母线平放机械强度要求最大跨距：3620*ich a =3620*53.34450=222.39cm 相间距离：a=450mm （10kV 时取250mm ）。