低压配电系统短路电流计算

1、下载可编辑低压配电系统短路电流计算说明中冶京诚工程技术有限公司电气工程技术所2004 年 7月.专业 .整理 .下载可编辑低压配电系统短路电流计算在设计低压配电系统时，需要进行短路电流计算，以选择低压电器、校验其稳定性及确定保护方案等。目前， 钢铁企业电力设计手册上虽有此内容 ，但不够详细，特别是单相短路计算 ，很不具体。现从实用角度出发，编写此资料，目的是使设计者在具体工程中能很快地计算出各点的短路电流值。假定三相电源和网络元件阻抗都是对称的 ，因此三相短路是对称的短路 ，元件的阻抗是指元件的相阻抗，即正序阻抗 。但是单相短路是不对称的短路 ，在 TN 系统中，发生单相接地短路时，短路电流从

2、相线流出，经保护中性线（TN-C 中的 PEN 线）或保护线（TN-S 中的 PE 线）流回，遇到的是相线与保护线间的阻抗 ，这一阻抗过去叫相零阻抗 ，即从相线流出，零线流回，如今 TN 系统叫保护线，故引入了相保阻抗这一概念 。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

3、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。计算中遵循下列规定：1. 计算三相短路电流时，计算相电压取 230V，计算单相短路电流时，取 220V。2. 计算三相短路电流时，导体计算温度取为 +20 ，计算单相短路电流的相保电阻时 ，对电缆及导线来说，计算温度提高，相应电阻值加大，取+20 时的 1.5 倍，母

4、线则不需要提高计算温度，仍按+20 考虑。一、高压系统阻抗（S-System）高压系统的阻抗可按下式计算：.专业 .整理 .下载可编辑Zsun2103mSS式中：un变压器低压侧线电压 ， 0.4KVSS - 变压器高压侧系统短路容量，MVA系统电阻 Rs 及系统电抗 Xs 可按下式计算：Rs 0.1XsXs=0.995Zs无论 D, yn11 及 Y， yno 接线的变压器，低压侧发生单相短路，零序电流均不能在三相三线制、且该变压器中性点又不接地的高压系统中流通 ，而只能经低压侧中性点完成回路 。从低压侧短路点往电源看，高低压侧正（负）序阻抗是串联的，而高低压侧零序阻抗则是并联的 。并联一个

5、无穷大阻抗，就等效于串联一个零阻抗 ，故在计算相保阻抗时，不计高压系统的零序阻抗 。又由于短路点离发电机较远 ，可认为所有元件的负序阻抗等于正序阻抗 ，即相阻抗，因此高压系统的相保电阻及相保电抗可按下式计算 ：RX1R(2 )SR( 0) S)2RsmPS(R(1)S33PS1(X(1)SX (2)SX (0)S)2Xsm33式中 R(1) S ， R(2) S ， R(0)S ， X(1)S ， X (2)S ， X (0)S 分别为系统的正序 、负序、零序电阻及电抗。按上述公式计算出变压器高压侧在不同短路容量时的系统阻抗与相保阻抗值 （归算到 0.4KV 侧）列于表 1。请注意：“高压系统

6、相保阻抗 ”一词，只为了采用阻抗相加的办法 （串联）来计算低压侧单相短路电流而引入的抽象概念 ，实际上并不存在高压系统的相保回路 。因而 ，如果试图仅用高压系统相保阻抗去除系统相电压来求取高压侧单相短路电流 ，那就错了！.专业 .整理 .下载可编辑表 1高压侧系统阻抗与相保阻抗值m短路容量Ss MVA1020305075100200300Zs16.008.005.333.202.131.600.800.530Rs1.590.800.530.320.210.160.080.050Xs15.927.965.303.182.121.590.800.530R PS1.060.530.350.210.1

7、40.110.050.030X PS10.615.313.532.121.411.060.530.350二、配电变压器阻抗（ T Transformer）变压器的每相正（负）序电阻及电抗可按下式计算：Pd un26mRT=10Sn 210uX %un23XT10SnuX %（uZ %)2(ur %)2ur %Pd10Sn式中：RT变压器相电阻mXT变压器相电抗m.专业 .整理 .下载可编辑Pd 变压器负载损耗KWSn 变压器额定容量KVAUZ%- 变压器阻抗电压百分数Ur%- 变压器电阻电压百分数Ux%- 变压器电抗电压百分数Un%- 变压器低压侧额定线电压，为 0.4KV变压器的零序电阻及电

8、抗，对于 D，yn11 接线来说，可考虑等于其正（负）序电阻及电抗，但是 Y， yno 接线的变压器，需由制造厂通过测试提供 。变压器的相保电阻及相保电抗可按下式计算 ：RXPT1 ( R(1)TR(2 )TR(0 )T )31X (2)TX (0)T )PT( X (1)T3式中 R(1)T 、R(2)T 、R(0)T 、X(1)T 、 X(2)T 、X(0)T 分别为变压器的正序 、负序、零序电阻及电抗。S9(S9-M)系列变压器的阻抗值列于表 2。由于没有取得 Y, yno 接线变压器零序阻抗的数据，故表 2 中列出的是 S7 系列变压器的数据，用括号表示，估计出入不会太大，可供参考 。

9、.专业 .整理 .下载可编辑表 2S9，S9-M 系列变压器的阻抗值 （归算到 0.4KV 侧）电阻m电抗m容量阻抗负载损耗电压零序 R(0)T相保 RPT零序 X(0)T相保XPTSn电压Pd正、负序正、负序Un KVD,yn1KVAUz%KWR(1)T， R(2)TD,yn11Y,ynoY,ynoX(1)T，X(2)TD,yn11Y,ynoD,yn11Y,yno1（ 80，（33，（290，（116，2002.6010.410.410.430.2430.2430.2480）87 ）00）83）（ 61，（25，（253，（100，2503.057.817.817.8124.3824.382

10、4.3810）57 ）10）62）10(6)/（ 45，（19，（201，（ 80，31543.655.895.895.8919.4519.4519.450.440）06 ）50）13）（ 33，（14，（159，（ 63，4004.304.304.304.3015.4015.4015.4070）10 ）20）33）（ 25，（10，（127，（ 50，5005.103.263.263.2612.3812.3812.3870）74 ）50）75）.专业 .整理 .下载可编辑（ 19，（ 8，（98，（ 40，6306.202.502.502.5011.1511.1511.1560）20 ）70

11、）33）（ 14，（ 6，（78，（ 31，8007.501.881.881.888.808.808.8050）09 ）10）90）100（ 13，（ 5，（70，（ 28，4.510.301.651.651.657.017.017.01070）67 ）70）24）125（ 10，（ 4，（56，（ 22，12.801.311.311.315.615.615.61040）34 ）60）61）160（7，（ 3，（44，（ 17，14.500.910.910.914.414.414.41050）11 ）30）71）2005.517.800.710.710.714.404.404.400.专业 .

12、整理 .下载可编辑三、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 lf20lKA式中：20母线温度为 20时的电阻率，铜母线取 0.0172-mm 2/m ， 铝母线 取0.0282-mm 2/m 。l - 母线长度mA 母线截面 mm 2Kjf集肤效应系数， 见表 3Klf邻近效应系数， 取 1.03若取 l 1m ，则单位长度的交流电阻为 Rm1.03Kjf2010 3m / mA对于相母线 R m1.03Kjf2010 3m/ mA对于保护母线Rpm 1.03 Kjf20103m/ mAp式中 A及 Ap 分别为相母线及保护母线的截面，mm

13、22.单位长度的母线相保电阻可按下式计算 ：RPm1 ( R (1)m R (2) m R ( 0) mRP ( 0)m )3式中： R (1)m - 相母线正序电阻m/ mR ( 2)m - 相母线负序电阻m/ mR ( 0)m - 相母线零序电阻m/ mRo( 0)m - 保护母线零序电阻m / m因为： R (1)m R ( 2) m R (0) m R mRP ( 0)m3RPm所以： R pm1 (3R m 3RPm ) R mRPm3.专业 .整理 .下载可编辑表 3母线的集肤效应系数 Kjf母线规格 mm铝铜母线规格 mm铝铜30X41.001.00563X81.031.0940

14、X41.0051.01180X81.071.1240X51.0051.018100X81.081.1650X51.0081.028125X81.1121.2250X6.31.011.0463X101.081.1463X6.31.021.05580X101.091.1880X6.31.031.09100X101.131.23100X6.31.061.14125X101.181.253.母线电抗可按下式计算X mlm100 lm而0lDlm2l n D z100 4 107DX m所以：l lm2D z式中： lm 母线的电感H0 - 空气的导磁系数为 410 4H/Kml 母线长度mD- 线母线

15、间互几何均距 ， D 3 D ABD BCDCAD AB ， D BC , D CA 为三相母线相互之间的距离cmD z - 相母线自几何均距， D0.224（ b+h ）， b，h 为母线的厚和宽cm若取 l =1m ，则单位长度的电感为：X m 200 10 4 10 3 lnD/ mD z.专业 .整理 .下载可编辑 20010 72.303lgD/ mD z 20010 4D2.303lgm / mD z0.145Dm/ mlgD z4.单位长度的母线相保电抗可按下式计算X pm1 ( X(1) mX (2 )mX(0) mX p( 0) m )3式中:X(1) m - 相母线正序电抗

16、m / mX ( 2) m - 相母线负序电抗m/ mX ( 0)m - 相母线零序电抗m/ mX p ( 0) m - 保护母线零序电抗m/ m由于： X (1) mX ( 2) mX mm / mX3Dm / m( 0) m0.145lg23 D zDX p( 0)m3D pm/ m0.145lgD pz式中： D p - 相母线至保护母线的互几何均距 ， D p3 D AP DBP DCP ， D AP ， D bp ， D cp为相母线至保护母线之间的距离cmD pz - 保护母线的自几何均距， D pz 0.224（b+h ）cm1(2 X m0.435 lgD pD pm / m因

17、而： X pm0.435 lg32D pz3D z D.专业 .整理 .下载可编辑母线的布置尺寸如下：.专业 .整理 .下载可编辑经计算后母线的阻抗及相保阻抗列于表4表 4R PmR m RPmX mX Pm变压器RmD=150D=250D=350Do=200Do=200Do=1600母线规格容量mmm /mm /mD=250D=350D150KVAm /m m /mm /mm /mm /mTMYLMYTMYLMYTMYorLMYTMYorLMY TMYorLMY TMYorLMY TMYorLMY TMYorLMY2003(40x4)+1(40x4)0.11190.18240.22390.3

18、649 0.1857238880.21780.23900.46500.48400.64242503(40x4)+1(40x4)0.11190.18240.22390.3649 0.1857238880.21780.23900.46500.48400.64243153(50x5)+1(50x5)0.07280.11710.14570.2342 0.1717010120.20380.22490.43700.45590.61444003(63x6.3)+1(63x6.3)0.04710.07460.09420.1493 0.1571773970.18930.21040.40790.42690.585

19、35003(80x6.3+1(63x6.3)0.03830.05940.08540.1347 0.1433907370.17550.19660.39410.41310.57156303(80x8)+1(63x6.3)0.03100.04860.07810.1232 0.1421648560.17430.19540.39290.41190.57038003(100x8)+1(80x6.3)0.02570.03920.06400.0986 0.1292950840.16140.18250.36630.38520.543710003(125x10)+1(80x8)0.01770.02740.0487

20、0.0760 0.1152722080.14740.16850.35100.36990.528412503*2(100x10)+1(100x10) 0.01090.01640.03270.0492 0.1346415040.16670.18790.35640.37530.533816003*2(125x10)+1(125x10) 0.00890.01370.02660.0411 0.1282066180.16030.18150.33710.35600.5145.专业 .整理 .下载可编辑20003*2(125x10)+1(125x10) 0.00890.01370.02660.0411 0.1

21、282066180.16030.18150.33710.35600.5145四、配电线路阻抗 （L-Line ）由于缺乏各类电缆的几何尺寸及钢管的电气参数，无法计算其阻抗值。现采用现成的 ，刊载在 工业与民用配电设计手册第二版 。（ 1992 年电力出版社出版 ）第 135 137 页上列的数值 ，见表 5。请注意 ，按计算规定 ，配电线路中电缆及导线的相保电阻计算温度取 +20 时的 1.5 倍，即： R pl 1.5(R l RPl ) 。表 5线路单位长度阻抗值单位： m/ mRlS(mm 2)18515012095705035251610642.51.5铝0.1560.1920.240

22、0.3030.4110.5750.8221.1511.7982.8764.7007.05011.280铜0.0950.1170.1460.1850.2510.3510.5010.7021.0971.7542.8674.3006.88011.467R pl1.5(R lRpl ) Sp=S(mm 2 ) 418515012095705035251610642.51.5铝0.4680.5760.7200.9091.2331.7252.4663.4535.3948.62814.10021.15033.840铜0.2850.3510.4380.5550.7531.0531.5032.1063.2915

23、.2628.60112.90020.64034.401SpS/231851501209570503525161064(mm 2)+1 957070503525161610642.5铝0.6890.9050.9771.3171.8502.5893.9304.4247.01111.36417.62527.495铜0.4200.5520.5960.8041.1281.5802.3972.6994.2776.93210.75116.770.专业 .整理 .下载可编辑电缆铅包电阻R( 0)Pl1.11.31.51.72.02.42.93.14.05.05.56.4布线钢管电阻 R(0) Pl0.70.7

24、0.80.91.31.52.5分母为管径（ mm)G80G 65G50G 40G 32G 25G 20续表 5x l线芯 S(mm 2 )18515012095705035251610642.51.5架空线 0.300.310.320.330.340.350.360.370.380.40D=150mm0.2080.2160.2230.2310.2420.2510.2660.2770.2900.3060.3250.3380.3530.368绝缘子布线 D=100mm0.1840.2410.2510.2650.2800.3000.3120.3270.342D=70mm0.1620.2770.290

25、0.3050.321全塑电缆四芯0.0760.0790.0780.0790.0800.0820.0870.0940.100纸绝缘电缆四芯0.0680.0700.0690.0700.0730.0820.0880.0930.098交联电缆 （四等芯 ）0.0770.0760.0770.0780.0790.0800.0820.0850.0920.097管子 布线0.080.090.100.110.120.130.14布线钢管的零序电抗x 0PL0.60.60.80.91.01.11.3（ ）管径（ mm）G80G65G50G 40G32G25G 20.专业 .整理 .下载可编辑续表 5x plS(m

26、m 2)18515012095705035251610642.51.5架空线SP=S0.570.590.610.630.650.670.690.710.750.77SPS/20.600.620.630.650.670.690.720.730.767D=150mmSP=S0.4480.4640.4780.4930.5170.5370.5630.5830.6110.6430.6810.7070.7370.767绝缘SPS/20.4700.4910.4980.5160.5390.5590.5870.5970.627子布D=100mmSP=S0.5130.5330.5610.5910.6310.655

27、0.6850.716线SPS/20.5370.5470.576D=70mmSP=S0.5850.6110.6450.673全塑电缆SP=S0.1520.1520.1520.1580.1560.1580.1600.1640.1740.1880.2000.200SPS/20.1790.1610.1610.1860.1780.1870.1910.1920.2010.2240.2110.234纸绝缘电缆SP=S0.1360.1360.1400.1380.1380.1400.1460.1460.1640.1760.1860.196SPS/20.1550.1550.1530.1630.1630.1770.

28、1790.1820.1980.2190.219SP=S0.200.210.230.220.210.240.230.250.260.260.280.290.32钢管布线SPS/20.210.210.210.230.220.250.250.25钢管作保护0.690.690.700.700.901.011.001.111.221.421.431.441.45线Rl为 导线20 时单 位长 度电 阻值 ，RlC j20103( m )，铝200.0282 mm2 / m(2.82 10 6cm),S铜 200.0172mm2 / m（1.7210 6cm）。 Cj 为绞入系数 ，导线截面 6mm 2

29、时， Cj 取为 1.0；导线截面 6mm 2 时， Cj 取为 1.02 。 S 为相线线芯截面， Sp 为 PEN 线线芯截面 。.专业 .整理 .下载可编辑 R Pl 为计算单相对地短路电流用，其值取导线20时电阻的1.5 倍 。 架空线水平排列， PEN 线在中间 ，线间距离依次为400 、600 、 400mm 。 绝缘子布线水平排列， PEN 线在边位 ， D(mm) 为线间距离 。.专业 .整理 .下载可编辑五、低压异步电动机提供的冲击短路电流如果满足下列条件，则在计算三相短路电流时 ，要考虑接在短路点上异步电动机提供的冲击短路电流。I rM 0.01I S式中：I rM - 提

30、供短路冲击电流的电动机额定电流总和 。KAI S - 短路点三相短路电流值 。KA如果条件成立，则该冲击电流可按下式计算：ICh.M=0.92K Ch MK qMI rMKA式中： K Ch M 由电动机提供的短路电流冲击系数，取 1.3。KqM 电动机启动电流倍数 ，如多台电动机时，则要计算等效启动电流倍数 K qM，( K qMPrM )其值为 K qM，式中 PrM 为电动机额定功率 KW 。PrM为简化计算， KqM 可取平均值为 6 倍，则 ichM = 0.9 2 1.36I rM9.93I rM ，次暂态短路电流为 I M0.9K qMI rM5.4I rM 。在某些情况下 ，只

31、知道直接与短路点联接的电动机 （助增电动机 ）的容量而缺少详细数据（额定电流启动电流的倍数），故引入“等效助增容量 Ped”一词。粗略计算，按每 2 安折合 1 千瓦，即 PedI rM，上式写为：2i ch M0.9 2K ch MK qMI rM 0.92 1.3 6 (2Ped ) 19.86 Ped ，（A）I M0.9K qMI rM0.9 6(2Ped )10.8Ped详细计算：nI qMii 1,（KW）Ped62式中：IqMi ：为第 i 台电动机的启动电流 。当不计短路点至助增电动机供电线路阻抗影响时.专业 .整理 .下载可编辑IqMi =K qMiIrMi ，（A）式中：K

32、qMi ,第 i 台电动机全压起动电流倍数 。IrMi ,第 i 台电动机额定电流 。当计及短路点至助增电动机供电线路阻抗影响时I qM230，（ A）(RM RL )2( X MXL )2式中 :RL， XL：供电线路阻抗，按附表查得再乘以线路长度除以并联根数 。RM，XM：助增电动机堵转（起动）阻抗，当取堵转 Cos0.2, Sin0.98 时230()RM0.2K qMI rM230()X M0.98K qMI rM六、计算步骤、计算表格和计算事例根据具体工程确定的主接线 ，标注出高压系统的短路容量 、配电变压器容量、接线方式，主母线规格及长度，配电线路规格及长度，要计算的短路点，然后查阅相应的相阻抗及相保阻抗 ，填入计算表格中，即可计算某一短路点的三相及单相短路电流值。三相短路电流的计算公式为：I S230230KAR2X 2Z ki ch s2K ch sI SKAI ch S12( K ch s1)2 ISKA式中： I s - 系统提供的次暂态短路电流R - 短路点前各元件的相电阻之和