如何计算低压开关柜内的主母线和分支母线的短路电流

如何计算低压开关柜内的主母线和分支母线的短路电流？

上周到本周三，我接到许多用户打来的电话和邮件，内容都与低压开关柜内短路计算有关，所涉及到的开关柜有GCS、还有GGD，以及国内某生产厂家生产的MNS开关柜。其中低压进线的额定电流从3200A到1250A不等

这些短路点有的发生在分支母线上，有的发生在馈电断路器的出口处。另外，变压器到低压开关柜都安装了母线槽，两列开关柜之间也通过母联和母线槽连接

通过沟通，我发现用户们对于如何计算低压开关柜内的短路电流不是很熟悉。为此特开此贴，请各位旺友们出谋划策，能否给出一些通用的方法来

说明一下，我接到的电话和电邮都与旺点有关，用户们通过各种渠道找到我，真是不容易！不过，也足见旺点网站在用户们心中的地位和影响！

我按照时间的顺序由近及远地给出讨论稿

以下是最近的一个范例，此范例来自国内某石化厂。用户们还在抢修，他们当然比我更清楚事故发生的原因，因此我对此范例的讨论仅限于计算短路电流而不涉及短路故障的起因分析

需要说明的是：本帖所提供的图纸均是我专门绘制的，与用户的系统图无关。图中为了讨论方便，还做了一些特殊处理，所以这些图不涉及到知识产权问题

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系统图：

我们看到图中有一台1600kVA的变压器，并且系统中还有台200kW的电动机正在运行。现在最右侧的开关柜垂直配电母线末端发生了短路，试问此短路点的短路电流大小是多少？

第二张系统图。这是一个厂房项目，系统以馈电为主。是国内某开关厂生产的MNS开关柜：

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短路点在母线槽的一端上。短路后用户只进行一般的维修，未彻底更换绝缘件，再次送电后引起后继短路事故，全柜报废

请问短路点上的短路电流是多少？

图中缺失电缆的规格。此参数连我也不知道，只好由旺友们在估算时自己添加吧

我们先来分析一下问题所涉及的知识点：

（1）阻抗问题

要计算短路电流，当然要知道系统中的阻抗。阻抗中包括从低压看中压的阻抗、变压器的阻抗、母线槽的阻抗、低压开关柜内主母线的阻抗、低压开关柜内配电母线的阻抗

我们当然可以查表。不过需要注意的是：短路中包括三相短路和单相短路，也包括大电流接地系统（TN系统）下的单相接地故障。所以在查表时务必记得要获取正序、负序和零序阻抗才行

（2）电源问题

产生冲击短路电流的不但包括电力变压器，还包括正在运行的最大容量电动机。这后者不能遗忘

（3）计算方法问题

低压系统不同于中压系统。低压系统宜采用直接计算法，不宜采用标么值法

（4）计算短路电流的基本公式

在这个基本公式中：I K是短路电流；U P是变压器低压侧线电压；R是电阻，ΣR表示对各电气设备的电阻求和，这里所指的电气设备包括中压系统、变压器、母线等等；X表示电抗，ΣX表示对各电气设备的电抗求和

现在我们来进行具体的计算。见下贴：

一.计算中压系统阻抗参数

计算中压系统阻抗的一般性原则是：变压器一次侧系统阻抗中的电阻按电抗的10%估算，电抗则等于系统阻抗的99.5%

一般地：中压电网的容量可以统一到200MVA。于是我们从低压侧看中压，其系统阻抗|Z M|为：

注意这里的S N是中压系统的视在功率。由此我们得到：

R M=0.1|Z M|=0.1x0.8=0.08mΩ

X M=0.995|Z M|=0.995x0.8≈0.796mΩ

二.计算变压器的阻抗参数

变压器的零序阻抗、正序阻抗和负序阻抗均相等，都等于短路阻抗

对于第一个范例，它的变压器容量是1600kVA，所以变压器的阻抗为：

注意：这里的U SR是变压器的阻抗电压，它是铭牌参数。同时，我们查表，得知1600kVA 变压器的铜损ΔP K大约为9.8kW，于是有：

对于第二个范例，它的容量是1250kVA，所以变压器的阻抗为：

查表得到，1250kVA变压器的铜损ΔP K大约为8.11kW，于是有：

三。母线槽中的母线阻抗计算

我们来看范例1的系统图：

我们看到引自变压器的母线槽中主母线的规格与低压开关柜中主母线的规格是一致的，所以我们可以合并计算。第一段母线槽的长度是2.6米，第1列开关柜的宽度是2米，左右两列

开关柜中间的母线槽其长度是12米，第2列开关柜的宽度是3米，合并后得到母线总宽度是：L=2.6+2+12+3=19.6米

对于母线槽母线和低压开关柜主母线，我们要计算它的正序、负序和零序阻抗，这样才能得到三相短路电流和单相接地故障电流

我们来看具体计算过程：

且待续

查设计手册，得知该母线每千米长度阻抗如下：

正序阻抗：电阻为0.028，电抗为0.170；相保阻抗：电阻为0.078，电抗为0.369。

因为已知母线的长度LB1=14.6+5=19.6米，于是可计算出母线的线路阻抗为：

母线系统的相保阻抗为：

解释一下，什么叫做相保阻抗：

当发生三相短路时，三相短路电流的波形相差120度的相位差，而且都是标准的正弦波。我们把这种短路电流称为对称短路电流，对称短路电流可以用一般的方法来分析和计算。当发生单相接地故障时，三相中的电流是非对称的。严格说来，它不能用常规计算对称短路电流的方法来分析，转而要用非对称的分析方法。非对称分析方法涉及到短路阻抗的正序分量、负序分量和零序分量。

相保阻抗指的就是相线与保护线之间的接地电流。对于TN系统来说，它近似等于单相短路电流。利用非对称的分析方法，我们可以计算获得较为精确的数值。

四．配电母线阻抗计算

查设计手册，得知该母线每千米长度阻抗如下：

正序阻抗：电阻为0.186，电抗为0.212；相保阻抗：电阻为0.078，电抗为0.369。

因为已知配电母线的长度LB2=2.2米，于是可计算出配电母线的线路阻抗为：