低壓網絡短路電流計算及應用問題思考

摘 要：供配電設計中的短路電流計算問題是在工程設計中較為容易忽視的問題，這樣對于低壓配出線路的短路保護存在一定的問題，本文主要對于低壓網絡短路電流計算進行詳細探討，希望對于低壓配電網設計具有一定幫助。

關鍵詞：低壓供配電 低壓斷路器選型 短路電流計算 靈敏度校驗

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0118-01

過載和短路往往是低壓電網故障的兩類表現形式，其中，短路主要包括兩相、三相和單相接地等等。負載功率大于電網的輸出功率就會引起電網的過載，另外，還有就是關于因線路過長產生的電壓損失和線損過大的原因，這樣條件下，將會導致電壓降低而出現電流增大的情況。比如，當電動機發生堵轉時，電流升高也往往是負載的變化以及機械方面的原因。分析短路產生的原因，主要由于使用安裝不當，或是線路因絕緣損壞等方面原因，造成路短路，最終形成電器燒毀的事故。

當出現電網電壓下降、電流上升（過載）的情況時，往往帶來一定的危害，具體包括如下方面。當電網電壓降低l0%～15%時，將會導致發電機輸出功率有所減少，一般減少到5%～10%左右，導致減少發電機輸送的有功功率；另外，線路電流增大而使線路損耗增加會受到低電壓運行的影響，比如，大面積停電事故會在如電壓降低到70%的額定電壓情況下出現；比如，當電壓降低20%時，電流增大約20%～25%，而電動機轉矩減小約30%，電動機溫升升高15 ℃以上；諸如繼電器和接觸器等機床電器的電磁吸力也會相應減少，觸頭燒損成為不可避免的事情，對于運轉中的電動機來說，還有可能出現慢轉速，堵轉的情況，嚴重時會出現電動機燒毀的事故[1]。

本文主要結合本人設計的實際工程，對于低壓配電系統中的短路電流計算及應用相關問題進行分析。

1 低壓配電系統短路電流計算

低壓網絡計算條件與高壓系統相比，具備的特點如下：（1）一般不予考慮開關設備、導線連接點和電器的接觸電阻、短路點電弧電阻、電流互感器電抗等。（2）短路各元件的有效電阻則是應該計入；（3）短路電流周期分量不衰減。對于民用建筑變電所的電源來自地區大中型電力系統來說，用戶配電變壓器的容量遠小于系統容量；（4）變壓器的接線方式以D-Yn11考慮；（5）線路電阻較大，對于低壓輸電線路末端發生的短路來說，這樣就決定了短路電流非周期分量衰減較快，而不用對于非周期分量的影響過多考慮；（6）在短路故障發生在正常運行的狀態下，一般的線路負荷率達到80%左右；（7）變電所配電母線長考慮5 m，在配電線路末端短路電流的計算過程中，一般設計母線相間距離為125 m；第八，計算單相短路電流時220 V為電壓取值，400 V為三相短路電流時計算電壓取值；（9）有名單位制應該在計算過程中進行明確，包括電流為千安（kA）、電壓為伏（V）、阻抗為毫歐（mΩ）、容量為千伏安（kVA）。

考慮到短路點離發電機較遠的特點，在低壓網絡中發生不對稱短路的情況下，應該是等于相阻抗，所有元件的負序阻抗等于正序阻抗。對于TN接地系統低壓網絡的零序阻抗來說，往往其數值為相線的零序阻抗與3倍保護線的零序阻抗之和。這里提出的短路計算問題，主要不考慮阻抗的計算，可以通過查表獲得短路回路各元件的序阻抗。

其中，Up為400V的低壓側平均電壓；Ik為對稱穩態短路電流有效值，kA；XT、RT為變壓器電抗，mΩ；Xs、Rs為電力系統電抗、電阻，mΩ；Xl、Rl為線路電抗、電阻，mΩ，Xm、Rm為配電母線電抗、電阻，mΩ；Zk為短路回路總阻抗，mΩ。

低壓網絡單相接地故障電流可按下式計算：

二次配電線路短路電流計算可按下式計算（短路功率法）

其中，為二級配電系統總短路容量，MVA；為線路平均電壓，0.4kV；Xk、Rk為二級配電線路電抗、電阻，mΩ；Ik為二級配電線路末端短路電流，kA；Ik1為上級配電線路末端短路電流，kA；K為補償系數，取1.15。

低壓三相短路電流及單相接地故障電流的計算方法就是如上所述，可以在實際工程中進行上述公式的計算。在筆者利用上述方法對于某城區政府的訓練中心工程中運用，進行相關的低壓系統的短路電流，其中的1#群樓其中一個回路情況是該回路電源從獨立電房采用電纜埋地引入1#樓電井，然后BV導線是通過在電井配電箱中而引至設備，其中的埋地電纜長度為220米，型號為YJV一4×50+l×25；電井配電箱引出二級配電導線的長度為30 m，而型號為BV-4×25+l×16。然后按照上述公式可以經過計算得到相應的短路電流計算結果。

2 低壓網絡短路電流計算應用-低壓斷路器的靈敏度校驗

額定電壓、額定電流選型及校驗分斷短路電流能力是在選擇低壓斷路器時必要存在的幾項內容，另外，還應該對于斷路器的靈敏度（靈敏系數）而進行校驗，按照配電變壓器容量為630 kVa的工程為例進行說明如下。

查表在母線處的單相接地故障電流為13.198 kA，變壓器低壓側總斷路器靈敏度K=1.45≥1.3，滿足要求；在電纜線路的單相接地故障電流為0.768 kA，母線出線斷路器靈敏度K=1.21≤1.3，故靈敏度不夠；二級配電線路的單相接地故障電流為0.757kA，該處配電箱出線斷路器靈敏度K=0.757/0.5065=1.49≥1.3，故滿足要求。

3 結語

本文只是針對低壓配電系統三相短路電流及單相接地故障電流的計算進行探討，還分析了相關的低壓斷路器靈敏度校驗方面內容，希望對于今后的低壓配電系統設計工作具有一定幫助。

參考文獻

[1]羅軼棟，鄭程遙，鄭政科，等.用逐點法計算低壓供電網絡三相短路電流[J].廣東水利電力職業技術學院學報，2003，1（2）.

[2]趙昕.低壓網絡短路電流的計算和保護裝置的選擇[J].電氣時代，2002（9）.