短路电流校核算什么
变压器铭牌上的短路阻抗百分数 Uk% 一个数就决定了出口短路电流是额定电流的多少倍 —— Ik/In = 100/Uk%,Uk% = 6 时约 16.7 倍,Uk% = 4 时 25 倍。本页按变压器容量、 低压侧电压与 Uk% 算出额定电流 In、出口短路容量 Sk 与出口三相短路电流的简化值 Ik, 并与你填的断路器额定极限分断能力 Icu 比较。
两件必须说清的事。第一,这个简化值不是保守值。它忽略上级系统阻抗(使结果偏大)又不计电压系数(使结果偏小),两个方向相反, 谁占上风取决于上级系统的强弱 —— 「简化式偏保守可以放心用」这句话是错的。第二,分断能力够用不等于安全。本页算的是出口最大电流,它只回答「断路器分断得了吗」; 真会出事的是反方向 —— 线路末端的最小短路电流 小到保护不动作,故障电流就一直烧着。后者比出口值小一个量级,而且在 TN 系统里 通常由 PE 截面而不是相线截面决定。这两件事都在下方专业段。
合格与否、以及不合格时改哪个参数改到多少,在下方专业段。上面这个 Ik 是只算变压器的简化式:忽略上级系统阻抗使它偏大、不计电压系数使它偏小, 两个方向相反,谁占上风取决于 Sk″/Sn。另外峰值电流是否超过断路器的额定短路 接通能力 Icm、电缆能否承受短路热效应、末端最小短路电流是否足以使保护动作, 本页都不算。
| 容量 Sn (kVA) | In @400V (A) | In @690V (A) | Ik @400V, Uk=4% (kA) | Ik @400V, Uk=6% (kA) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 144 | 84 | 3.6 | 2.4 |
| 125 | 180 | 105 | 4.5 | 3 |
| 160 | 231 | 134 | 5.8 | 3.8 |
| 200 | 289 | 167 | 7.2 | 4.8 |
| 250 | 361 | 209 | 9 | 6 |
| 315 | 455 | 264 | 11.4 | 7.6 |
| 400 | 577 | 335 | 14.4 | 9.6 |
| 500 | 722 | 418 | 18 | 12 |
| 630 | 909 | 527 | 22.7 | 15.2 |
| 800 | 1155 | 669 | 28.9 | 19.2 |
| 1000 | 1443 | 837 | 36.1 | 24.1 |
| 1250 | 1804 | 1046 | 45.1 | 30.1 |
| 1600 | 2309 | 1339 | 57.7 | 38.5 |
In = Sn·1000/(√3·Un),Ik = In × 100/Uk%。容量一列是 R10 优先数系列, Uk% 取 4 与 6 两档只是配电变压器常见范围,具体值须查你手上那台的铭牌。
Ik/In = 100/Uk%,即 Uk=4% 时 25 倍、Uk=6% 时约 16.7 倍 —— 这个倍数与电压等级无关,所以 690 V 侧不另列 Ik。
这里的 Ik 是只算变压器阻抗的出口最大值: 忽略上级电网与线路阻抗、电压系数取 1。决定保护能否动作的是末端最小短路电流,可以比它小 5 倍以上, 两者的差别与完整的阻抗法建模见下方专业版。
上面那个数只回答了「断路器分断得了吗」,而且它既不保守也不完整。这里改用阻抗法逐项建模:上级系统、变压器的 R 与 X、相线与 PE 导体(含温度修正)、线路电抗,分别算出变压器出口最大、线路末端最大、线路末端最小三个场景 —— 最后一个才是会出事的方向:它小到保护不动作,故障电流就一直烧着。同时给出峰值冲击电流 ip = κ·√2·Ik(κ 用两种算法互相校验)、按绝热升温式推算的热稳定系数 k 与要求的最小截面、以及 TN 系统单相接地回路的保护灵敏度。任何一项不合格,都由公式反解出「改哪个参数、改到多少」,并把建议值再走一遍完整校核印出余量;反解不出可行值时明说「此路不通」并指出真正的瓶颈在哪 —— 样例里就是这样:只加大相线截面根本没用,因为瓶颈是 PE。
电源侧参数
变压器与上级系统。电压系数 c 是输入项 —— 本站不代为引用「该取 1.05 还是 1.10」。
线路(电缆)参数
两档导体温度不是同一个数:算最大电流用冷态(电阻小),算最小电流用热态(电阻大)。
绝缘允许温度与保护参数
这一组里填 0 的项一律「不判定」,不会按某个常见值替你假定。
变压器出口的三相短路电流怎么估?
只要有铭牌上的短路阻抗百分数 Uk%,一步就能得到:Ik = In × 100/Uk%。推导来自 Uk% 的定义 —— 它表示通过额定电流时变压器阻抗上的电压降占额定电压的百分比,即 Uk%/100 = √3·Z·In/Un,反解得 Z = Uk%·Un/(100√3·In);短路时全部电压落在这个阻抗上,Ik = Un/(√3·Z) = 100·In/Uk%。所以 Uk% = 6 的变压器,出口短路电流约为额定电流的 16.7 倍;Uk% = 4 则是 25 倍。这一步本身没有近似,全部近似集中在「只算了变压器这一个阻抗」上。
这个简化值是偏大还是偏小?
不一定 —— 这正是简化式最容易被误用的地方。它同时丢掉了两样方向相反的东西:忽略上级系统(电网)阻抗,会让计算电流偏大,落在偏安全一侧;不计电压系数 c(很多规范要求算最大短路电流时按略高于额定的电压计算),会让计算电流偏小,落在偏危险一侧。哪一边占上风取决于上级系统短路容量与变压器容量之比 Sk″/Sn:上级系统很强(比值很大)时第一项影响小,简化式偏小;上级系统较弱时简化式偏大。所以「简化式偏保守可以放心用」这句流传很广的话是错的,必须逐例核。下方专业段会把简化值与阻抗法值并排印出来并给出偏差百分比。
分断能力够了就没事了吗?
不是,而且遗漏的那一侧才是真会出事的。这一页算的是出口最大电流,它只回答「断路器分断得了吗」—— 电流太大而断路器分断不了,后果是断路器炸。但另一个方向的问题是:线路末端发生短路时,电流经过了整段电缆的阻抗后已经小了很多,如果小到断路器的瞬时动作电流整定值以下,保护就不动作,故障电流会一直烧下去直到起火。这个「末端最小短路电流」比出口值小一个量级(样例里相差约 3.9 倍),而且在 TN 系统里通常由 PE(保护导体)截面而不是相线截面决定 —— 只加大相线截面往往根本解决不了。此外还有第三件事:电缆自身的短路热稳定,短路电流虽然只流过几十到几百毫秒,但足以把绝缘烧坏。三项都在下方专业段。
峰值(冲击)电流为什么比稳态短路电流大得多?
因为短路瞬间电流里叠加了一个按指数衰减的直流分量,第一个半波的峰值远高于稳态有效值对应的峰值。工程上写成 ip = κ·√2·Ik,其中冲击系数 κ 只取决于短路回路的 R/X 比:R/X 越小(回路越感性)衰减越慢、κ 越大,极限接近 2;低压配电里 κ 通常在 1.0~1.8 之间,也就是峰值电流是稳态有效值的 1.5~2.5 倍。选断路器时除了额定极限分断能力 Icu,还要看额定短路接通能力(峰值耐受)Icm 是否覆盖 ip —— 这一项漏掉的话,断路器可能在合闸到已存在的故障上时被电动力直接损坏。专业段按三个场景分别算 R/X、κ 与 ip,并印出 κ 的两种算法互相校验。
电缆的短路热稳定截面怎么校核?
按绝热升温考虑:短路时间很短,热量来不及散出去,全部用于导体自身升温。由此得到 A ≥ Ik·√t / k,其中 t 是保护的短路分断总时间(s),k 是与导体材料及绝缘允许温度有关的系数(A·√s/mm²)。k 不需要查表,它可以由导体电阻率、单位体积热容量与起止温度按公式推算出来 —— 本站就是这么做的:代入铜与常见绝缘温度得到铜芯 PVC(70→160℃)约 115、铜芯交联聚乙烯(90→250℃)约 143,与工程上通行的取值一致,你可以自己拿计算器验算。注意校核用的电流应取故障发生在电缆首端时的值(也就是出口最大电流),因为那时整个短路电流都从这根电缆流过,是最严酷的一侧;同时若每相有 n 根并联,每根只分担 Ik/n。
短路电流与保护配合相关工程知识
分断能力选择、电缆热稳定与保护灵敏度校核
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配电侧的校核:电缆、电机启动、短路电流、功率因数补偿。