１概述
低压配电系统的设计，应根据准确的计算，确定总体电气方案，才能保证低压配电系统安全可靠的运行。短路保护是预防电气火灾的重要措施之一，配电线路装设短路保护的目的就是避免线路因为过电流导致绝缘破坏而引发电气火灾。
电气短路的形成有两种：一种是由导体间直接接触，如相与相之间、相与Ｎ线之间、相与ＰＥ线之间短路，短路点往往被高温熔焊的金属短路，称为金属性短路；另一种则是带电导体对地短路，是以电弧为通路的电弧性短路。金属性短路一般短路电流以若干千安计，金属线芯产生高温以至炽热，绝缘被剧烈氧化而自燃，火灾危险非常大，但金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免，但如果短路点发生在线路末端，因为故障回路阻抗很大，短路电流较小，不足以使断路器动作跳闸切断电源，极易引发火灾危险。电弧性短路因短路回路阻抗的不确定性，接地故障引起的短路电流变化较大，因无法计算预期短路电流，所以不能依赖断路器瞬时动作切断电源而保护线路，电弧性短路保护一般设置剩余电流保护、线缆温度探测等措施。
通过低压系统短路电流计算，发现设计中经常存在着一些安全隐患，容易被设计师忽视，因而笔者以本文所述谈谈自己的看法、心得及体会。
２工程案例
某小区全部住宅均为３３层，建筑主体高度９９．８m，属于一类高层建筑，供电负荷为一级，市电一路１０ｋＶ供电，另设自备柴油发电机组做为一、二级负荷的备用电源。小区设置自维变电所，内设６３０ｋＶＡ变压器一台，Ａ２１＃住宅自维用电采用１５０mＹＪＶ２２－０．６/１．０ｋＶ４×７０ｍｍ2型电缆进户，Ａ２１＃住宅屋顶风机控制箱采用１２０mＷＤＺＮ－ＹＪＦＥ５×１６ｍｍ2型电缆配电，屋顶风机控制箱距离正压风机很近（此处略去不计），假设短路点发生在控制箱出口处或在电动机处，（如下图）。
３阻抗计算
元件１—高压系统归算到变压器低压侧的阻抗：
高压侧系统短路容量Ｓｓ＝１００．０００ＭＶＡ
电阻Ｒ１＝０．０９９５*１６０/Ｓ″＝０．０９９５*１６０/１００．０００ＭＶＡ＝０．１５８ｍΩ
电抗Ｘ１＝０．９９５*１６０/Ｓ″＝０．９９５*１６０/１００．０００ＭＶＡ＝１．５８４ｍΩ
相保电阻Ｒφｐ１＝２Ｒ１/３＝２*０．１５８ｍΩ/３＝０．１０６ｍΩ
相保电抗Ｘφｐ１＝２Ｘ１/３＝２*１．５８４ｍΩ/３＝１．０５６ｍΩ
元件２—变压器的阻抗：
额定电压Ｕｒ＝０．４ｋＶ
额定容量Ｓｒ＝６３０kＶＡ
短路电压Ｕｄ％＝４
变压器短路损耗ΔＰ＝５．４
零序电阻Ｒ０＝２．１７７
零序电抗Ｘ０＝９．９２３
电阻Ｒ２＝１０６*ΔＰ（Ｕｒ/Ｓｒ）２*（０．４２/Ｕｒ２）＝２．１７７ｍΩ
阻抗Ｚ２＝１０４*Ｕｄ％Ｕｒ２/（１００Ｓｒ）*（０．４２/Ｕｒ２）＝１０．１５８７３
电抗Ｘ２＝（Ｚ２２－Ｒ２２）０．５＝９．９２３
相保电阻Ｒφｐ２＝Ｒ２＝２．１７７ｍΩ
相保电抗Ｘφｐ２＝Ｘ２＝９．９２３ｍΩ
元件３—低压母线（ＴＭＹ－３（８０×８）＋１（６０×６．３））的阻抗：
母线长度Ｌ＝１０．０００ｍ
母线单位长度电阻值Ｒ０＝０．０３１ｍΩ/ｍ
母线单位长度电抗值Ｘ０＝０．１７０ｍΩ/ｍ
母线单位长度相保电阻Ｒφｐ０＝０．０７８ｍΩ/ｍ
母线单位长度相保电抗Ｘφｐ０＝０．３８２ｍΩ/ｍ
电阻Ｒ３＝Ｒ０Ｌ＝０．０３１ｍΩ/ｍ＊１０．０００ｍ＝０．３１０ｍΩ
电抗Ｘ３＝Ｘ０Ｌ＝０．１７０ｍΩ/ｍ＊１０．０００ｍ＝１．７００ｍΩ
相保电阻Ｒφｐ３＝Ｒφｐ０Ｌ＝０．０７８ｍΩ/ｍ＊１０．０００ｍ＝０．７８０ｍΩ
相保电抗Ｘφｐ３＝Ｘφｐ０Ｌ＝０．３８２ｍΩ/ｍ＊１０．０００ｍ＝３．８２０ｍΩ
元件４—低压线路（ＹＪＶ２２－０．６/１．０ｋＶ４×７０ｍｍ2）的阻抗：
线路长度Ｌ＝１５０．０００ｍ
线路单位长度电阻值Ｒ０＝０．２５１ｍΩ/ｍ
线路单位长度电抗值Ｘ０＝０．０７８ｍΩ/ｍ
线路单位长度相保电阻Ｒφｐ０＝０．７５３ｍΩ/ｍ
线路单位长度相保电抗Ｘφｐ０＝０．１５６ｍΩ/ｍ
电阻Ｒ４＝Ｒ０Ｌ＝３７．６５０ｍΩ
电抗Ｘ４＝Ｘ０Ｌ＝１１．７００ｍΩ
相保电阻Ｒφｐ４＝Ｒφｐ０Ｌ＝１１２．９５０ｍΩ
相保电抗Ｘφｐ４＝Ｘφｐ０Ｌ＝２３．４００ｍΩ
元件５—低压线路（ＷＤＺＮ－ＹＪＦＥ５×１６ｍｍ2）的阻抗：
线路长度Ｌ＝１２０．０００ｍ
线路单位长度电阻值Ｒ０＝１．０９７ｍΩ/ｍ
线路单位长度电抗值Ｘ０＝０．０８２ｍΩ/ｍ
线路单位长度相保电阻Ｒφｐ０＝３．２９１ｍΩ/ｍ
线路单位长度相保电抗Ｘφｐ０＝０．１７４ｍΩ/ｍ
电阻Ｒ５＝Ｒ０Ｌ＝１３１．６４０ｍΩ
电抗Ｘ５＝Ｘ０Ｌ＝９．８４０ｍΩ
相保电阻Ｒφｐ５＝Ｒφｐ０Ｌ＝３９４．９２０ｍΩ
相保电抗Ｘφｐ５＝Ｘφｐ０Ｌ＝２０．８８０ｍΩ
４短路电流计算
末端短路点：
电阻Ｒｓ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５＝１７１．９３５００ｍΩ
电抗Ｘｓ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋Ｘ５＝３４．７４７００ｍΩ
相保电阻Ｒφｐ＝Ｒφｐ１＋Ｒφｐ２＋Ｒφｐ３＋Ｒφｐ４＋Ｒφｐ５＝５１０．９３３００ｍΩ
相保电抗Ｘφｐ＝Ｘφｐ１＋Ｘφｐ２＋Ｘφｐ３＋Ｘφｐ４＋Ｘφｐ５＝５９．０７９００ｍΩ
短路电流总阻抗Ｚｋ＝（Ｒｓ２＋Ｘｓ２）０．５＝（１７１．９３５００２＋３４．７４７００２）０．５＝１７５．４１０９４ｍΩ
相保阻抗Ｚφｐ＝（Ｒφｐ２＋Ｘφｐ２）０．５＝（５１０．９３３００２＋５９．０７９００２）０．５＝５１４．３３７３０ｍΩ
三相短路电流Ｉ＂＝２３０/Ｚｋ＝２３０/１７５．４１０９４＝１．３１３２７ｋＡ
单相接地故障电流Ｉｄ＝２２０/Ｚφｐ＝２２０/５１４．３３７３０＝０．４２６５５ｋＡ
５保护装置灵敏度效验
根据《低压配电设计规范》ＧＢ５００５４－２０１１（以下简称《低规》）６．２．４条中的规定，当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的１．３倍。
三相短路时，Ｋ＝Ｉ＂/Ｉｒ３＝２．５３≥１．３，满足要求；
单相短路时，Ｋ＝Ｉｄ/Ｉｒ３＝０．８２≤１．３，不满足要求。
综上所述，如果发生单相接地故障时，断路器将不能在规定时间内动作，将会产生火灾危害及间接接触电击事故。降低线路阻抗是保障低压配电系统安全可靠运行、经济节能的前提。如果要满足《低规》６．２．４的规定，第一种方法是缩短供电半径（以前通常的做法是供电半径≤２５０ｍ，现在供电半径≤１５０ｍ），这种方法大大降低了低压电缆的使用量，既减少了低压电缆的投资，又容易满足《低规》６．２．４的规定；第二种方法是放大导线截面，显然这种方法非常不经济，需要浪费大量的有色金属，而且不易满足《低规》６．２．４的规定；第三种方法是采用大干线系统，减少放射式配线方式，尽量合并同类设备的竖向干线，既节能，又能有效降低线路阻抗，不要盲目推崇放射式配电系统，例如“对部分容量较大的集中负荷或重要用电设备，应从变电所低压配电室以放射式配电”，屋顶４ｋＷ左右的消防加压水泵，如果发生单相接地故障，出现的问题比１５ｋＷ的加压风机还要大。
６结束语
即便是采取了以上降低阻抗的各种措施，也建议设计师对远端最不利的线路进行单相接地故障电流的计算，才能确保断路器可靠保护线路，避免短路造成火灾危险及间接接触电击事故。
参考文献
1《低压配电设计规范》（GB50054-2011），中国计划出版社
2《工业与民用配电设计手册》（第三版），中国电力出版社
3《低压电气装置的设计安装和检验》，中国电力出版社