最簡單的短路電流計算方法詳解

介紹了短路電流的簡易方法，並給出了簡易計算的應用實例。

1. 引言

工業企業供配電系統的安全運行至關重要。當供配電系統發生短路故障時，系統必須能夠及時準確地切除故障線路，限制故障範圍的進一步擴大。斷路器作為切除短路故障的執行元件，其自身動作的安全性不可忽視。

斷路器必須具有一定的分斷能力，其額定運行短路分斷能力不能低於故障線路的短路電流。短路電流的大小無法從實際運行中測量，只能通過計算獲得。

而短路電流的計算通常較多採用的是標麼電抗法和短路功率法，這兩種方法較為複雜，對於一般的電氣作業人員不容易完全掌握。因此，在此介紹一種短路電流的簡易計算方法。

2. 短路電流的簡易計算方法

短路電流的簡易計算步驟分為四步：第一步，繪製已知的供配電系統的等效電路圖，計算短路點前每一個供電元件的相對電抗值；第二步，計算短路點前總的相對電抗值；第三步，計算短路點的短路容量和短路電流；第四步，計算短路衝擊電流。

2.1 相對電抗值的簡易計算

2.1.1 系統電抗的簡易計算

系統的電抗可以將容量為100MVA時電抗約等於1作為基準。系統電抗與容量成反比，也就是說：當系統容量大於100MVA時，電抗減小；當系統容量小於100MVA時，電抗增大。例如系統容量為200MVA時，電抗可看作0.5；系統容量為50MVA時，電抗可看作2。對於工業企業來說，系統的電抗可認為是0。

2.1.2變壓器電抗的簡易計算

變壓器的電抗與變壓器一次側的電壓等級有關，具體如下：

對於10kV（含6kV）變壓器，用4.5除以容量就約等於它的電抗。例如一臺10kV、1000kVA（1.0MVA）的變壓器，電抗約為4.5/1.0＝4.5。

對於35kV變壓器，用7除以容量就約等於它的電抗。例如一臺35kV、4000kVA（4.0MVA）的變壓器，電抗約為7/4＝1.75。

對於110kV變壓器，用10.5除以容量就約等於它的電抗。例如一臺110kV、10000kVA（10.0MVA）的變壓器，電抗約為10.5/10.0＝1.05。

2.1.3電抗器電抗的簡易計算

電抗器電抗，可以用電抗器的相對額定值（％）除以容量後，再乘0.9計算而得。例如一臺10kV、500A（0.5kA）、4％的電抗器，其容量為1.73×10×0.5＝8.65MVA，其電抗為4/8.65×0.9≈0.42。

2.1.4架空線路和電纜電抗的簡易計算

架空線路和電纜的電抗，與電壓等級、線路長度有關。具體如下：

電壓6kV的架空線路，其電抗約等於線路的公裡數。例如一條6kv、2km的架空線路的電抗約為2。

電壓10kV的架空線路，其電抗約等於線路公裡數的1/3。例如一條10kV、6km的架空線路的電抗約為2。

電壓35kV的架空線路，其電抗約等於線路公裡數的3％。例如一條35kV、100km的架空線路的電抗約為3。

電壓110kV的架空線路，其電抗約等於線路公裡數的3‰。一條110kV、600km的架空線路的電抗約為1.8。

對於不同電壓等級電纜線路，其電抗可以先按架空線路計算後，再取其20％即可。例如一條10kV、6km的電纜線路的電抗約為2×20％＝0.4。

2.2 總的相對電抗值的計算

短路點前所有供電元件的相對電抗值相加（按串並聯關係）求和，即為短路點前總的相對電抗值。

2.3 短路容量和短路電流的簡易計算

用100除以總的相對電抗值，即為短路點的短路容量。短路點的短路電流與線路的電壓等級有關，具體如下：

0.4kV線路，用140除以總的相對電抗值約為短路電流。

6kV線路，用9.2除以總的相對電抗值約為短路電流。

10kV線路，用5.5除以總的相對電抗值約為短路電流。

35kV線路，用1.6除以總的相對電抗值約為短路電流。

110kV線路，用0.5除以總的相對電抗值約為短路電流。

2.4 短路衝擊電流的簡易計算

短路衝擊電流常用作校驗電氣設備和母線的重要數據。它包括三相短路衝擊電流的最大值和三相短路衝擊電流的峰值。

三相短路衝擊電流的最大值約為短路電流的1.5倍。

三相短路衝擊電流的峰值約為短路電流的2.5倍。

3. 短路電流的簡易計算應用實例

3.1 有一供配電系統如圖3.1.1所示，試計算短路點d處的短路電流。

圖3.1.1 供配電系統簡圖

圖3.1.2 等效電路圖

（1）該供配電系統的等效電路圖如圖3.1.2所示。計算各供電元件的相對電抗值，並標於等效電路圖中。

（2） 計算短路點d前總的相對電抗值：

（3）計算短路點d處的短路容量和短路電流：

Sd＝100÷1.58≈63.29MVA。

Id＝9.2÷1.58≈5.82kA。

（4）計算短路衝擊電流：

採用標麼值計算法的計算結果分別為：Sd＝63.2MVA、Id＝5.8kA、Ich＝8.8kA、ich＝14.8kA。以上的簡易計算結果與之較為接近。

3.2 某單位的供配電系統如圖3.2.1所示。試分別計算短路點d1、d2、d3處的短路電流。

圖3.2.1 供配電系統簡圖

圖3.2.2 等效電路圖

（1） 該供配電系統的等效電路圖如圖3.1.2所示。計算各供電元件的相對電抗值，並標於等效電路圖中。

（2） 、（3）、（4）、（5）短路點d1、d2、d3處總的相對電抗值、短路容量、短路電流和短路衝擊電流的計算分別如下表：

採用標麼值計算法計算的結果如何，讀者可以計算並與之進行比較。

4. 結束語

在選擇供配電系統的電氣元件時，應根據短路電流來校驗它在短路狀態下的穩定性。同時，在設計繼電保護裝置及選擇限制短路電流的電抗器時，也要進行短路電流的計算。了解和掌握短路電流的簡易計算方法，可以達到事半功倍的效果，對於每一位電氣作業人員的實際工作也具有非常重要的指導作用。

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