Как рассчитать токи короткого замыкания

20.10.2025

Точный расчет параметров КЗ позволяет подобрать автомат с нужными уставками и предотвратить перегрев проводников, сохраняя работоспособность элементов, через которые проходит нагрузка. При анализе учитываются данные об источнике питания, длина линии, тип кабеля и сопротивления каждого участка.

Если электросеть питается от трансформатора с известными параметрами короткого замыкания, можно определить ожидаемый ток в выбранной точке и проверить, выдержит ли защита динамические и тепловые воздействия. Такой подход исключает подбор оборудования «вслепую» и снижает риск ложных отключений.

Определение исходных данных по параметрам питающей сети

Точный расчет токов КЗ начинается с фиксации характеристик точки подключения. От корректности этих сведений зависит выбор автомата и настройка защиты.

• Мощность источника: номинальная мощность трансформатора, его Uк%, схема соединения обмоток, величина короткого замыкания на стороне высокого и низкого напряжения.
• Напряжение в точке измерения: рабочее значение, отклонения в пределах допустимого диапазона, влияние нагрузки на просадку.
• Параметры линии: длина кабеля, марка жил, сопротивление r и x на каждый километр, температура эксплуатации, число параллельных ветвей.
• Режим сети: заземление нейтрали, наличие компенсирующих устройств, тип распределения фазных проводников.

После сбора данных формируют эквивалентную схему участка и определяют сопротивление, через которое будет проходить ток. Это позволяет заранее оценить, выдержит ли автомат тепловые и динамические воздействия, и выбрать защиту без риска перегрузки оборудования.

Расчёт эквивалентного сопротивления участка схемы

Для оценки ожидаемого тока КЗ формируют единый показатель сопротивления всех элементов, через которые проходит нагрузка. Если электросеть включает трансформатор, вводной участок и распределительный кабель, каждый компонент переводится к одной базе напряжения и суммируется по активной и реактивной части.

При подборе автомата учитывается влияние длины линии, материала жил и температурных условий. Для кабелей используют удельные значения r и x, пересчитанные на реальную протяжённость. Если по объекту выполнялись электромонтажные работы или планируются бетонные работы, уточняют маршруты прокладки и возможные изменения сопротивления из-за условий монтажа.

После расчета суммарного сопротивления определяют ток в выбранной точке. Полученное значение используют при выборе номинала автомата и настройке защиты, чтобы исключить повреждение кабелей и аппаратов при коротком замыкании.

Учёт режима работы трансформаторов при определении токов

Расчет тока КЗ корректируют с учётом загрузки трансформатора, его Uк% и схемы соединения обмоток. Если электросеть питается от двух агрегатов, работающих параллельно, сопротивления переводят к общей базе и суммируют, так как фактический ток распределяется между источниками по их внутренним параметрам.

Для трансформаторов с переключателем ответвлений важно учитывать выбранный диапазон напряжения: смещение на один шаг меняет величину короткого замыкания и влияет на подбор автомата. При пониженной ступени ток возрастает, а при повышенной – снижается.

Если трансформатор работает в режиме перегрузки, сопротивление уменьшается за счёт роста температуры и изменения характеристик стали, что требует пересчёта данных перед подбором защиты. Такой подход исключает ошибки при определении допустимого тока и выборе аппаратов, работающих в цепях с высокой нагрузкой.

Определение ударного тока и апериодической составляющей

Расчет ударного значения необходим для проверки механической стойкости аппаратов и точности устройств, выполняющих защиту. При кратковременном замыкании электросеть испытывает резкий рост тока, превышающий установившееся значение в 1,6–2,0 раза, что зависит от параметров источника и соотношения r/x в точке подключения.

Оценка апериодической составляющей

Апериодическая часть формируется из-за смещения начальной фазы при возникновении замыкания. Чем ниже отношение r/x, тем выше несимметричный всплеск. Для реальных установок коэффициент может достигать 1,8, а в сетях с мощным трансформатором – ещё больше. Эти данные учитывают при определении динамической нагрузки на контакты и шины.

Применение полученных значений

После вычисления ударного тока сопоставляют его с характеристиками автомата, установленного на вводе или в распределительной линии. Если фактические показатели превышают механическую стойкость, выбирают оборудование с большей допустимой нагрузкой. Такой подход обеспечивает корректную защиту и снижает риск разрушения элементов при резком воздействии тока.

Расчёт трёхфазного тока короткого замыкания в точке подключения

Исходные параметры

Применение результата

После расчета тока проверяют, выдержит ли установленная аппаратура тепловое и динамическое воздействие. Если значение превышает допустимые границы, корректируют конфигурацию электросети или устанавливают аппараты с большим пределом отключения. Такой подход обеспечивает корректную защиту оборудования и предотвращает повреждения при аварийных режимах.

Оценка токов однофазного замыкания через проводимость земли

При расчете однофазного замыкания учитывают путь прохождения тока через грунт и элементы, соединённые с контуром заземления. Электросеть с протяжёнными линиями даёт заметные отличия между точками, поэтому данные по сопротивлению растеканию берут для конкретного участка.

• Сопротивление заземляющего устройства: зависит от конструкции, глубины заложения и удельного сопротивления грунта.
• Проводимость обратного пути: складывается из характеристик земли, металлических оболочек кабелей и дополнительных связей.
• Схема нейтрали: определяет величину тока и распределение напряжений при замыкании.
• Параметры линии: материал жил, сечение, длина, наличие параллельных контуров.

После расчета тока однофазного КЗ проверяют, сможет ли автомат отключить линию при таких условиях. Если ток меньше минимального рабочего порога, применяют дополнительные элементы защиты или корректируют схему заземления, чтобы исключить длительное нахождение оборудования под повреждённым напряжением.

Проверка выбранных аппаратов по термической и электродинамической стойкости

Перед установкой аппаратов в электросеть оценивают их способность выдерживать ток повреждения без деформации контактов, перегрева и изменения характеристик. Данные берут из каталогов производителя и сопоставляют с расчетными величинами для выбранного участка.

Термическая стойкость

Для проверки используют условную энергию I²t. Она должна быть не ниже значения, полученного при расчете тока короткого замыкания с учетом времени отключения, которое обеспечивает защита. При выборе автомата сравнивают:

• I²t аппарата и I²t повреждения;
• допустимое время прохождения аварийного тока с учетом тепловой инерции линий.

Электродинамическая стойкость

Оценивают способность устройства выдерживать ударный ток без смещения подвижных частей. Для анализа применяют предельный пиковый ток, указанный в паспорте аппарата. При сопоставлении обращают внимание на:

• расчетный апериодический пик тока при коротком замыкании;
• жесткость крепления шин и расстояния между фазами;
• устойчивость дугогасительных камер к механическому воздействию.

Если расчетный ток превышает электродинамические или термические пределы, меняют аппарат на модель с более высокой стойкостью или корректируют параметры защиты, чтобы снизить нагрузку на контактные группы.

Сопоставление расчётных значений с требованиями защиты и автоматизации

После расчета токов короткого замыкания проверяют соответствие выбранных аппаратов характеристикам защиты. Этот этап позволяет определить, выдержит ли автомат ток короткого замыкания и отключит линию вовремя, предотвращая повреждения электросети.

Если расчетные значения превышают параметры выбранного автомата, применяют аппаратуру с большим пределом отключения или корректируют настройки защиты. Такой подход обеспечивает согласованную работу устройств автоматизации и гарантирует отключение повреждённых участков без воздействия на остальную сеть.