低压电气设备选择与保护
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但电子式电器在仍为-10℃）； • （3）最湿月的平均最大相对湿度90%（该月平均最低温度为
25℃）； • （4）对安装方位有规定的或动作性能要受重力影响的电器，其
安装倾斜度不大于5°； • （5）无显著摇动和冲击振动的场合； • （6）污染等级为3级（即无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃，
包括导电性尘埃或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导 电性的环境）和无雨雪侵袭的地方； • （7）无爆炸危险的介质。 • 对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基 本系列产品的基础上进行派生，构成如防爆、船舶、化工、牵引、 湿热带、高原、矿用、航空用电器。
• 电源系统供给短路冲击电流值，按下式计 算，
• ichx 2KchIZ" （4-5）
• 式中，ichx ——三相短路冲击电流（即三相短 路电流第一周期全电流峰值），kA；
•
K ch ——三相短路电流冲击系数，可据
X∑/R∑的比值从图4-1查得；
•
I
" Z
——三相短路电流周期分量第一周
期有效值，kA。
低压电气设备选择与保护
4.1 短路电流
• (1) 概述 • 本节所示的短路电流，使电压在1KV及以下网络
的短路电流，1KV及以下网络的短路电流计算， 是供校验低压电器的分段能力和热稳定电动机起 动时电压波动计算时用的，还有1个重要作用是用 于继电保护整定。 • 短路电流有三相短路电流、两相短路电流和单相 短路电流。 • a．短路电流的定义 • 短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之 间，发生一起阻抗极小的故障而引起的过电流。
• 注：cosφ为功率因数；Ta为时间常数。 • 各种不同容量的变压器低压侧发生三相短路时，其各种短路电流值的计算
见第4章。表4-2，列出断路器的分断能力与相应的变压器短路电流的有 22 关数据，供参考。
• 根据断路器标准，确定新系列断路器分断能力的 条件是：
1. 变压器容量不超过2000k VA,单台运行，短路 阻抗按4%考虑;(注1)
•
U—— 低压网络平均额定线电压，V;
一般为400V。
16
• 总的短路冲击电流值
• ich ich xich dichG （4-8）
• 式中，ich —— 总的短路冲击电流值，kA; • 、 、i ichx ichd chG —— 意义同式4-5 4-7。 • 短路点远处（即非直接联接短路点的电动
Ta(s)
0.00154 0.0024 0.00325 0.00425 0.0055 0.0073 0.0085 0.0101 0.0123 0.0155
冲击系数
1.0015 1.015 1.046 1.095 1.164 1.254 1.308 1.367 1.443 1.524
峰值电流/周期 分量有效值 1.42 1.442 1.475 1.55 1.655 1.78 1.85 1.94 2.04 2.16
2. 变压器的6(10)k V c侧短路容量按 150~200MVA考虑，如为直接变压（即 35/0.4kV），35kV侧的短路容量按 650~750MVA考虑；
3. 在变压器低压出线端3m母线处发生三相金属性 短路；
4. 短路时，低压电动机的反馈电流按变压器额定电 流的4倍考虑（注2）
• 在检验通断能力时不要忽略，配电回路的功率因 素必须大于或等于该断路器的规定值。
• 2：低压配电设计规范（GB50054-95）第 2.1.2条，验算电器在短路条件下的通断能力，应 采用安装处预期短路电流周期分量的有效值，当 短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电 流的1%时，应计入，电动机反馈电流的影响。
26
4.2 低压电器设备选择
• 低压电器设备选用原则： • 一般用途的低压电器（称为基本系列）的使用环境条件为： • （1）海拔高度不超过2000m； • （2）周围空气温度为-10℃～+40℃（户外型-25℃～+40℃，
4
243
5670
972
6642
4
304
7030
1216
8246
4
380
8740
1520
10260
600 （630）
25000
315 400
（800）
30000
500
1000
（50000）
630
（1250）
4
480
10900
1920
12820
4
610
13700
2440
16140
4
760
17000
3040
2
Zt R2X2
Is3cU Zt
U R2 X2
3
• d．单相短路 • 相对中性线故障
6
• 相对地故障
7
• (2)短路电流的计算方法
• 短路电流有三相短路电流，两相短路电流和单相短路电流。其 计算方法如下：
• （A）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
•
IZ "
U 3Z
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
sinφ
0.435 0.6
0.714 0.8
0.866 0.917 0.935 0.955 0.968 0.975
tgφ
0.483 0.75 1.02 1.33 1.732 2.3 2.68 3.18 3.87 4.87
19
• （3）校验断路器的分断能力
• 断路器的额定通断能力应大于或等于线路 中最大短路电流（有效值）。
• 1) 在0.02s以上动作的断路器（如DW 型）
•
Ik∑d ≥Id
• 式中，Id —— 线路的短路电流周期分量 有效值，A；
•
Ik∑d —— 断路器的分断电流（周期
分量有效值），A；
20
2)在0.02s以下动作的断路器（如DZ型）
有效值，kA
•
I
"( Z
3
)
——三相短路电流周期分量分一周期
有效值，kA
10
• b. 单相短路
• 单相短路电流计算可以用两种方法计算
• 对称分量法计算
•
I"1 () Z
Ux
R1R3 2R02X1X3 2X02 （4-3）
• 式中，I Z"(1) —— 单相短路电流周期分量第一周期有效值，KA；
•
Ux —— 低压网络平均额定相电压，V，可取230V；
•
Ichx IZ"
1 Ta 0.02
(4-10)
• 式中 Ichx—— 三相短路电流电源系统第一周期全电流有
效值，kA；
•
I”z—— 三相短路电流周期分量第一周期有效值，
kA;
•
Kch—— 三相短路电流冲击系数，可从图4-1查得；
• •
TaTa——X 314
三相短路电流非周期分量衰减时间常数，S；
R
（4-11）
• 式中，X∑ —— 短路总电抗，mΩ；
•
R∑ —— 短路总电阻，mΩ。
18
• 短路点近处连接的电动机，晶管闸装置反 馈的 I chd 、I chG 全电流最大有效值。
• 电动机反馈的 Ichd3.9KchIded （4-12） • 式中，Keh、Ied —— 意义同式4-6 • 晶闸管装置反馈的 IchG 3KchIded（4-13） • 式中，Keh、Ied —— 意义同式4-6 • 总的短路全电流的最大有效值为 • IchIch xIch dIchG（4-14）
3
U R 2 X 2
（4-1）
• 式中，I Z" —— 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA；
•
U—— 低压网络平均额定线电压，V，可取400V；
• Z∑—— 每相总阻抗，mΩ； • R∑—— 每相总电阻，mΩ； • X∑—— 每相总电抗，mΩ。
8
• 低压电网一般以三相短路电流为最大，与 中性点是否接地无关。如在一相和两相上 有电流互感器。而使短路电流不对称时， 仍可按上式计算，但式中的R∑和X∑采用没 有电流互感器的那一相的总阻抗。
1500
30
2000
20
4
31
720
124
844
50
2500
30
4
46
1080
184
1264
10000 100
50 63
4
76
1790
304
2094
4
96
2250
384
2634
200
15000
100 125
4
152
3560
606
4166
4
190
4440
760
5200
160
400
20000
200
250
机、晶闸管装置；或非配电母线及其直接 联接低压配电屏屏内短路）的电动机、晶 闸管装置的反馈的、短路冲击电流值可以 忽略不计。
17
• （D）短路全电流的最大有效值
• 电源系统供给的：
• 当Kch > 1.3时，可按下式计算
• Ich x IZ " 12(Kch1)2
（4-9）
• 当Kch≤1.3时，可按下式计算
13
Kch
1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
图4-1
K ch
f
X R
曲线
14
• 电动机反馈冲击电流值，按下式计算
• ichd6.5KchIded (4-6)
• 式中，ichd —— 电动机反馈三相短路冲击电 流值，kA;
24
• 表4-2 6(10)k V 侧短路容量200MVA时,新系列断路器的分断能力与相应的变压器短路电流
断路器
变压器
短路电流周期分量有效值
额定电流 （A）
分断能力 （A）
额定容量 （kVA）
短路电压 （Ud%）
额定电流 （A）
变压器 （A）
电动机反馈电 流
（A）
合计 （A）
6
750
10
1000
20
23
• 当断路器的分断能力不够时，可考虑采取以下措 施：
（1）对于一般配电线路，可将断路器改用或串用 分断能力达的熔断器（其分断能力50~120kA， 可适应1600kVA或更大容量的变压器）。
（2）采用限流式断路器，600A限流式断路器能分 断2000kVA以下变压器的短路电流。
（3）对于特别重要的线路，如果要求在故障排除 后能立即恢复送电，则断路器的分断能力必须要 大于短路电流，此时可更换大容量的断路器，即 选用断路器的额定电流大一级的断路器，而按线 路计算电流选定过电流脱扣器的额定电流；如果 还不能满足需要，则采用牺牲选择性的级联保护 方案，参见下册29.1.2.4中有关内容，必须指出， 这些都是迫不得已的做法，应慎重决定。
•
R1∑—— 短路电流正序总电阻，mΩ；
•
R2∑—— 短路电流负序总电阻，mΩ；
•
R0∑—— 短路电流零序总电阻，mΩ；
•
X1∑—— 短路电流正序总电抗，mΩ；
•
X2∑—— 短路电流负序总电抗，mΩ；
•
X0∑—— 短路电流零序总电抗，mΩ。
11
• 相-零回路电流法计算
•
I "(1) Z
Ux R2 X2
•
Ik∑d ≥Ic
•式中，Ic ——短路开始第一周期内的全电流 有效值，A；
•Ik∑d —— 断路器的分断电流（冲击电流有 效值），如制造厂提供的分段电流为峰值时， 可按峰值校验。
•断路器分段能力的有效值与峰值的关系可按 参照表4-1换算。
21
• 表4-1 断路器分断能力的有效值与峰值的关系
cosφ
•
K chd —— 电动机短路冲击系数，一般
为0.80~1.28；简化计算可取1；
•
I ed —— 电动机额定电流，kA。
15
• 晶闸管装置反馈冲击电流值，按下式计算
•
ichG
3 Pe U
（4-7）
• 式中，ichG —— 晶闸管装置反馈三相短路冲 击电流值，kA;
• Pe∑—— 晶闸管供电直流电动机总容 量，kW;
9
• （B）不对称短路电流周期分量的计算
• a.两相短路
• 由于低压网络距发电机的电气距离很远，降压变
压器容量与发电机电源容量相比甚小，在实用计
算中，可以假定Z2≈Z1,这样可直接由三相短路
电流求得，按下式算出
•
I"(2) Z
0.8I7Z "(3)
（4-2）
•
式中Hale Waihona Puke I"( Z2
)
——两相短路电流周期分量第一周期
（4-4）
• 式中，I Z"(1) 、Ux—— 意义同式4-3 • R∑—— 短路电路相-零回路总电阻，mΩ；
R R 1R 3 2R 02 R 1 3 R 0
• X∑—— 短路电路相-零回路总电抗，mΩ；
X X 1 X 3 2 X 0 2 X 1 3 X 0 12
• （C）短路冲击电流值
23500 28800
35200
4880 6080
7600
28380 34880
42800
4．5
2432
43500
9728
53228
25
4
3040
66880
12160
79040
• 注：1：表4-2中的短路电流是按变压器短路电压， 4%和高压侧短路容量为200MVA时计算出来的。 变压器的短路电压大，短路电流小，变压器的短 路损耗小，电阻小，电抗大，也引起短路电流变 化。另外高压侧短路容量大，短路电流大，所以 表4-2的短路中流值仅供参考。
20040
4
960
21000
3840
24840
1500 （1600）
（2000） 2500
3150 （3200）
4000 （5000）
40000 （50000）
50000 （90000）
70000 （100000）
800 1000 1250
1600
2000
4．5 4．5
4．5
1220 1520
1900
25℃）； • （4）对安装方位有规定的或动作性能要受重力影响的电器，其
安装倾斜度不大于5°； • （5）无显著摇动和冲击振动的场合； • （6）污染等级为3级（即无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃，
包括导电性尘埃或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导 电性的环境）和无雨雪侵袭的地方； • （7）无爆炸危险的介质。 • 对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基 本系列产品的基础上进行派生，构成如防爆、船舶、化工、牵引、 湿热带、高原、矿用、航空用电器。
• 电源系统供给短路冲击电流值，按下式计 算，
• ichx 2KchIZ" （4-5）
• 式中，ichx ——三相短路冲击电流（即三相短 路电流第一周期全电流峰值），kA；
•
K ch ——三相短路电流冲击系数，可据
X∑/R∑的比值从图4-1查得；
•
I
" Z
——三相短路电流周期分量第一周
期有效值，kA。
低压电气设备选择与保护
4.1 短路电流
• (1) 概述 • 本节所示的短路电流，使电压在1KV及以下网络
的短路电流，1KV及以下网络的短路电流计算， 是供校验低压电器的分段能力和热稳定电动机起 动时电压波动计算时用的，还有1个重要作用是用 于继电保护整定。 • 短路电流有三相短路电流、两相短路电流和单相 短路电流。 • a．短路电流的定义 • 短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之 间，发生一起阻抗极小的故障而引起的过电流。
• 注：cosφ为功率因数；Ta为时间常数。 • 各种不同容量的变压器低压侧发生三相短路时，其各种短路电流值的计算
见第4章。表4-2，列出断路器的分断能力与相应的变压器短路电流的有 22 关数据，供参考。
• 根据断路器标准，确定新系列断路器分断能力的 条件是：
1. 变压器容量不超过2000k VA,单台运行，短路 阻抗按4%考虑;(注1)
•
U—— 低压网络平均额定线电压，V;
一般为400V。
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• 总的短路冲击电流值
• ich ich xich dichG （4-8）
• 式中，ich —— 总的短路冲击电流值，kA; • 、 、i ichx ichd chG —— 意义同式4-5 4-7。 • 短路点远处（即非直接联接短路点的电动
Ta(s)
0.00154 0.0024 0.00325 0.00425 0.0055 0.0073 0.0085 0.0101 0.0123 0.0155
冲击系数
1.0015 1.015 1.046 1.095 1.164 1.254 1.308 1.367 1.443 1.524
峰值电流/周期 分量有效值 1.42 1.442 1.475 1.55 1.655 1.78 1.85 1.94 2.04 2.16
2. 变压器的6(10)k V c侧短路容量按 150~200MVA考虑，如为直接变压（即 35/0.4kV），35kV侧的短路容量按 650~750MVA考虑；
3. 在变压器低压出线端3m母线处发生三相金属性 短路；
4. 短路时，低压电动机的反馈电流按变压器额定电 流的4倍考虑（注2）
• 在检验通断能力时不要忽略，配电回路的功率因 素必须大于或等于该断路器的规定值。
• 2：低压配电设计规范（GB50054-95）第 2.1.2条，验算电器在短路条件下的通断能力，应 采用安装处预期短路电流周期分量的有效值，当 短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电 流的1%时，应计入，电动机反馈电流的影响。
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4.2 低压电器设备选择
• 低压电器设备选用原则： • 一般用途的低压电器（称为基本系列）的使用环境条件为： • （1）海拔高度不超过2000m； • （2）周围空气温度为-10℃～+40℃（户外型-25℃～+40℃，
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4
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8740
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600 （630）
25000
315 400
（800）
30000
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1000
（50000）
630
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Zt R2X2
Is3cU Zt
U R2 X2
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• d．单相短路 • 相对中性线故障
6
• 相对地故障
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• (2)短路电流的计算方法
• 短路电流有三相短路电流，两相短路电流和单相短路电流。其 计算方法如下：
• （A）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
•
IZ "
U 3Z
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
sinφ
0.435 0.6
0.714 0.8
0.866 0.917 0.935 0.955 0.968 0.975
tgφ
0.483 0.75 1.02 1.33 1.732 2.3 2.68 3.18 3.87 4.87
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• （3）校验断路器的分断能力
• 断路器的额定通断能力应大于或等于线路 中最大短路电流（有效值）。
• 1) 在0.02s以上动作的断路器（如DW 型）
•
Ik∑d ≥Id
• 式中，Id —— 线路的短路电流周期分量 有效值，A；
•
Ik∑d —— 断路器的分断电流（周期
分量有效值），A；
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2)在0.02s以下动作的断路器（如DZ型）
有效值，kA
•
I
"( Z
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)
——三相短路电流周期分量分一周期
有效值，kA
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• b. 单相短路
• 单相短路电流计算可以用两种方法计算
• 对称分量法计算
•
I"1 () Z
Ux
R1R3 2R02X1X3 2X02 （4-3）
• 式中，I Z"(1) —— 单相短路电流周期分量第一周期有效值，KA；
•
Ux —— 低压网络平均额定相电压，V，可取230V；
•
Ichx IZ"
1 Ta 0.02
(4-10)
• 式中 Ichx—— 三相短路电流电源系统第一周期全电流有
效值，kA；
•
I”z—— 三相短路电流周期分量第一周期有效值，
kA;
•
Kch—— 三相短路电流冲击系数，可从图4-1查得；
• •
TaTa——X 314
三相短路电流非周期分量衰减时间常数，S；
R
（4-11）
• 式中，X∑ —— 短路总电抗，mΩ；
•
R∑ —— 短路总电阻，mΩ。
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• 短路点近处连接的电动机，晶管闸装置反 馈的 I chd 、I chG 全电流最大有效值。
• 电动机反馈的 Ichd3.9KchIded （4-12） • 式中，Keh、Ied —— 意义同式4-6 • 晶闸管装置反馈的 IchG 3KchIded（4-13） • 式中，Keh、Ied —— 意义同式4-6 • 总的短路全电流的最大有效值为 • IchIch xIch dIchG（4-14）
3
U R 2 X 2
（4-1）
• 式中，I Z" —— 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA；
•
U—— 低压网络平均额定线电压，V，可取400V；
• Z∑—— 每相总阻抗，mΩ； • R∑—— 每相总电阻，mΩ； • X∑—— 每相总电抗，mΩ。
8
• 低压电网一般以三相短路电流为最大，与 中性点是否接地无关。如在一相和两相上 有电流互感器。而使短路电流不对称时， 仍可按上式计算，但式中的R∑和X∑采用没 有电流互感器的那一相的总阻抗。
1500
30
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384
2634
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15000
100 125
4
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3560
606
4166
4
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760
5200
160
400
20000
200
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机、晶闸管装置；或非配电母线及其直接 联接低压配电屏屏内短路）的电动机、晶 闸管装置的反馈的、短路冲击电流值可以 忽略不计。
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• （D）短路全电流的最大有效值
• 电源系统供给的：
• 当Kch > 1.3时，可按下式计算
• Ich x IZ " 12(Kch1)2
（4-9）
• 当Kch≤1.3时，可按下式计算
13
Kch
1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
图4-1
K ch
f
X R
曲线
14
• 电动机反馈冲击电流值，按下式计算
• ichd6.5KchIded (4-6)
• 式中，ichd —— 电动机反馈三相短路冲击电 流值，kA;
24
• 表4-2 6(10)k V 侧短路容量200MVA时,新系列断路器的分断能力与相应的变压器短路电流
断路器
变压器
短路电流周期分量有效值
额定电流 （A）
分断能力 （A）
额定容量 （kVA）
短路电压 （Ud%）
额定电流 （A）
变压器 （A）
电动机反馈电 流
（A）
合计 （A）
6
750
10
1000
20
23
• 当断路器的分断能力不够时，可考虑采取以下措 施：
（1）对于一般配电线路，可将断路器改用或串用 分断能力达的熔断器（其分断能力50~120kA， 可适应1600kVA或更大容量的变压器）。
（2）采用限流式断路器，600A限流式断路器能分 断2000kVA以下变压器的短路电流。
（3）对于特别重要的线路，如果要求在故障排除 后能立即恢复送电，则断路器的分断能力必须要 大于短路电流，此时可更换大容量的断路器，即 选用断路器的额定电流大一级的断路器，而按线 路计算电流选定过电流脱扣器的额定电流；如果 还不能满足需要，则采用牺牲选择性的级联保护 方案，参见下册29.1.2.4中有关内容，必须指出， 这些都是迫不得已的做法，应慎重决定。
•
R1∑—— 短路电流正序总电阻，mΩ；
•
R2∑—— 短路电流负序总电阻，mΩ；
•
R0∑—— 短路电流零序总电阻，mΩ；
•
X1∑—— 短路电流正序总电抗，mΩ；
•
X2∑—— 短路电流负序总电抗，mΩ；
•
X0∑—— 短路电流零序总电抗，mΩ。
11
• 相-零回路电流法计算
•
I "(1) Z
Ux R2 X2
•
Ik∑d ≥Ic
•式中，Ic ——短路开始第一周期内的全电流 有效值，A；
•Ik∑d —— 断路器的分断电流（冲击电流有 效值），如制造厂提供的分段电流为峰值时， 可按峰值校验。
•断路器分段能力的有效值与峰值的关系可按 参照表4-1换算。
21
• 表4-1 断路器分断能力的有效值与峰值的关系
cosφ
•
K chd —— 电动机短路冲击系数，一般
为0.80~1.28；简化计算可取1；
•
I ed —— 电动机额定电流，kA。
15
• 晶闸管装置反馈冲击电流值，按下式计算
•
ichG
3 Pe U
（4-7）
• 式中，ichG —— 晶闸管装置反馈三相短路冲 击电流值，kA;
• Pe∑—— 晶闸管供电直流电动机总容 量，kW;
9
• （B）不对称短路电流周期分量的计算
• a.两相短路
• 由于低压网络距发电机的电气距离很远，降压变
压器容量与发电机电源容量相比甚小，在实用计
算中，可以假定Z2≈Z1,这样可直接由三相短路
电流求得，按下式算出
•
I"(2) Z
0.8I7Z "(3)
（4-2）
•
式中Hale Waihona Puke I"( Z2
)
——两相短路电流周期分量第一周期
（4-4）
• 式中，I Z"(1) 、Ux—— 意义同式4-3 • R∑—— 短路电路相-零回路总电阻，mΩ；
R R 1R 3 2R 02 R 1 3 R 0
• X∑—— 短路电路相-零回路总电抗，mΩ；
X X 1 X 3 2 X 0 2 X 1 3 X 0 12
• （C）短路冲击电流值
23500 28800
35200
4880 6080
7600
28380 34880
42800
4．5
2432
43500
9728
53228
25
4
3040
66880
12160
79040
• 注：1：表4-2中的短路电流是按变压器短路电压， 4%和高压侧短路容量为200MVA时计算出来的。 变压器的短路电压大，短路电流小，变压器的短 路损耗小，电阻小，电抗大，也引起短路电流变 化。另外高压侧短路容量大，短路电流大，所以 表4-2的短路中流值仅供参考。
20040
4
960
21000
3840
24840
1500 （1600）
（2000） 2500
3150 （3200）
4000 （5000）
40000 （50000）
50000 （90000）
70000 （100000）
800 1000 1250
1600
2000
4．5 4．5
4．5
1220 1520
1900