Расчёт токов короткого замыкания

Онлайн-калькулятор для расчёта токов короткого замыкания в сетях до 1 кВ по ГОСТ 28249-93. Учитывает параметры трансформатора и кабельной линии.

Параметры сети

Тип сети:

Напряжение сети (В):

Параметры трансформатора

Мощность трансформатора (кВА):

Напряжение КЗ, U_к (%):

Потери КЗ, P_к (кВт):

Параметры линии

Материал кабеля:

Сечение кабеля (мм²):

Длина кабеля (м):

Результаты расчёта

Ток 3-фазного КЗ, I⁽³⁾_к (кА):

Ток 1-фазного КЗ, I⁽¹⁾_к (кА):

Ударный ток, i_уд (кА):

Сопротивление петли фаза-ноль, Z_петли (мОм):

Калькулятор подойдёт для:

расчёта токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ;
проверки отключающей способности автоматических выключателей;
выбора уставок релейной защиты;
оценки термической стойкости кабелей и шинопроводов;
проектирования электроснабжения промышленных и гражданских объектов;
учебных расчётов по электроснабжению.

Как пользоваться калькулятором расчёта токов КЗ

Выберите тип сети (1 фаза или 3 фазы) и напряжение.
Укажите параметры трансформатора: мощность, напряжение КЗ (U_к) и потери КЗ (P_к). Эти данные указаны в паспорте трансформатора или в справочных таблицах ниже.
Выберите материал и сечение кабеля, укажите его длину от трансформатора до точки КЗ.
Нажмите кнопку «Рассчитать».
Сравните полученный ток КЗ с отключающей способностью автоматического выключателя.

Справочные данные трансформаторов

Параметры силовых трансформаторов 6(10)/0,4 кВ для расчёта токов КЗ согласно ГОСТ 11920-85:

S_ном, кВА	U_к, %	P_к, кВт	I_хх, %
25	4,5	0,6	3,2
40	4,5	0,88	2,8
63	4,5	1,28	2,4
100	4,5	1,97	2,1
160	4,5	2,65	1,9
250	4,5	3,7	1,7
400	4,5	5,5	1,5
630	5,5	7,6	1,3
1000	5,5	10,8	1,0
1600	6,0	16,5	0,9
2500	6,0	23,5	0,8

Отключающая способность автоматов

При выборе автоматического выключателя его предельная коммутационная способность (ПКС) должна быть не меньше расчётного тока КЗ:

Класс автомата	ПКС, кА	Применение
Бытовые (серия С)	4,5–6	Квартиры, частные дома
Промышленные	10–15	Небольшие производства, офисы
Силовые	25–50	Промышленные объекты
Высокой отключающей способности	50–150	Подстанции, распределительные устройства

Если расчётный ток КЗ превышает ПКС автомата, необходимо выбрать автомат с большей отключающей способностью или применить токоограничивающие устройства.

Формулы расчёта токов КЗ

Расчёт основан на методике ГОСТ 28249-93 и выполняется для упрощённой схемы: трансформатор + кабельная линия. Для трансформаторов принята наиболее распространённая схема соединения обмоток D/Y_н.

Сопротивление трансформатора

Полное сопротивление трансформатора:

Z_т = (U_к% × U_ном²) / (100 × S_ном)

Активное сопротивление трансформатора:

R_т = (P_к × U_ном²) / S_ном²

Реактивное сопротивление трансформатора:

X_т = √(Z_т² − R_т²)

где:

U_к% — напряжение короткого замыкания, %
U_ном — номинальное напряжение, В
S_ном — номинальная мощность трансформатора, ВА
P_к — потери короткого замыкания, Вт

Сопротивление кабельной линии

Активное сопротивление кабеля:

R_к = ρ × L / S

Реактивное сопротивление кабеля:

X_к = x₀ × L

где:

ρ — удельное сопротивление: 0,0175 Ом·мм²/м (медь), 0,028 Ом·мм²/м (алюминий)
L — длина кабеля, м
S — сечение жилы, мм²
x₀ — удельное реактивное сопротивление ≈ 0,06 мОм/м

Переходные сопротивления контактов

Согласно п. 2.2 ГОСТ 28249-93, в расчёте учитывается суммарное переходное сопротивление контактных соединений:

R_конт = 15 мОм

Это значение включает сопротивления контактов автоматов, шин и болтовых соединений. В реальных установках переходные сопротивления снижают ток КЗ на 10–20% по сравнению с «идеализированным» расчётом.

Ток трёхфазного КЗ

Полное сопротивление цепи КЗ:

Z_Σ = √((R_т + R_к + R_конт)² + (X_т + X_к)²)

Ток трёхфазного короткого замыкания:

I_к⁽³⁾ = U_ф / Z_Σ

где U_ф = U_л / √3 для трёхфазной сети (U_ф = 220 В при U_л = 380 В).

Ток однофазного КЗ (петля фаза-ноль)

Для трансформаторов со схемой D/Y_н ток однофазного КЗ рассчитывается через сопротивление петли фаза-ноль:

Z_петли = √((R_т + 2R_к + R_конт)² + (X_т + 2X_к)²)

I_к⁽¹⁾ = U_ф / Z_петли

где:

Коэффициент 2 перед R_к и X_к учитывает сопротивление фазного и нулевого проводников
Для кабелей с сечением нулевой жилы меньше фазной необходимо учитывать фактическое сечение

Примечание: для трансформаторов со схемой Y/Y_н однофазный ток КЗ значительно ниже из-за высокого сопротивления нулевой последовательности.

Ударный ток

i_уд = √2 × К_уд × I_к⁽³⁾

где К_уд — ударный коэффициент ≈ 1,3 для сетей до 1 кВ.

Ограничения расчёта

Калькулятор выполняет упрощённый расчёт и не учитывает:

Сопротивление питающей системы (Z_сист) — для мощных ГПП это некритично, но для слабых сетей вносит погрешность
Подпитку от электродвигателей при КЗ
Сопротивление дуги в месте КЗ
Различие сечений фазных и нулевых проводников

Для проектных расчётов используйте специализированное ПО с полным учётом схемы электроснабжения.

Нормативные документы

При расчёте использованы методики следующих стандартов:

ГОСТ 28249-93 — Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ
ГОСТ Р 52735-2007 — Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта
ПУЭ, глава 1.4 — Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания
ГОСТ 11920-85 — Трансформаторы силовые масляные общего назначения
РД 153-34.0-20.527-98 — Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания

Частые вопросы

Что такое ток короткого замыкания и зачем его рассчитывать?

Ток короткого замыкания (ТКЗ) — это ток, возникающий при замыкании фазных проводников между собой или на землю. Величина тока КЗ может в десятки и сотни раз превышать номинальный ток сети.

Расчёт ТКЗ необходим для:

Выбора автоматических выключателей с достаточной отключающей способностью
Проверки термической стойкости кабелей и шинопроводов
Настройки уставок релейной защиты
Обеспечения селективности защиты

Где найти параметры трансформатора Uк и Pк?

Параметры U_к (напряжение короткого замыкания) и P_к (потери короткого замыкания) можно найти:

В паспорте или шильдике трансформатора
В проектной документации на электроснабжение
В справочных таблицах ГОСТ 11920-85 (см. таблицу выше)
В каталогах производителей трансформаторов

Для трансформаторов 6(10)/0,4 кВ типичные значения U_к составляют 4,5–6%, а P_к зависит от мощности и варьируется от 0,6 кВт (25 кВА) до 23,5 кВт (2500 кВА).

Чем отличается трёхфазный ток КЗ от однофазного?

Трёхфазное КЗ — это замыкание всех трёх фаз между собой. Это симметричный вид КЗ, при котором возникает максимальный ток. Трёхфазный ток КЗ используется для выбора отключающей способности автоматов.

Однофазное КЗ — замыкание одной фазы на нейтраль или землю. Это наиболее частый вид КЗ в сетях 0,4 кВ (до 80% всех случаев). Однофазный ток КЗ обычно меньше трёхфазного и составляет примерно 50–80% от I_к⁽³⁾.

Для проверки чувствительности защиты используют минимальный ток КЗ (обычно однофазный в конце защищаемой линии).

Что такое ударный ток и зачем он нужен?

Ударный ток (i_уд) — это максимальное мгновенное значение тока КЗ, возникающее в первый полупериод после начала короткого замыкания. Ударный ток превышает установившийся ток КЗ из-за наложения апериодической составляющей.

Ударный ток необходим для:

Проверки электродинамической стойкости шин, изоляторов и аппаратов
Расчёта механических нагрузок на конструкции распределительных устройств
Выбора шинопроводов и токопроводов

Для сетей до 1 кВ ударный коэффициент К_уд ≈ 1,3, поэтому i_уд ≈ 1,8 × I_к⁽³⁾.

Как выбрать автомат по току короткого замыкания?

При выборе автоматического выключателя по условиям КЗ необходимо соблюдать условие:

I_откл ≥ I_к⁽³⁾

где I_откл — предельная коммутационная способность (ПКС) автомата.

Например, если расчётный ток КЗ составляет 8 кА, нельзя использовать бытовой автомат с ПКС 4,5 кА. Необходимо выбрать автомат с ПКС не менее 10 кА.

Также проверяется чувствительность защиты: ток срабатывания электромагнитного расцепителя должен быть меньше минимального тока КЗ (однофазного в конце линии).

Почему ток КЗ зависит от длины кабеля?

Ток короткого замыкания обратно пропорционален полному сопротивлению цепи. Чем длиннее кабель, тем больше его активное и реактивное сопротивление, и тем меньше ток КЗ.

Это важно учитывать при проектировании:

На шинах 0,4 кВ (сразу после трансформатора) ток КЗ максимален
В конце длинной линии ток КЗ может быть в несколько раз меньше
Для проверки отключающей способности используют максимальный ток (на шинах)
Для проверки чувствительности защиты — минимальный ток (в конце линии)

Учитывает ли калькулятор сопротивление питающей сети?

Данный калькулятор выполняет упрощённый расчёт и не учитывает сопротивление питающей сети 6(10) кВ. Это допустимо для большинства практических расчётов в сетях 0,4 кВ, так как сопротивление трансформатора значительно превышает приведённое сопротивление системы.

Для точных расчётов на крупных объектах (подстанции 110/10 кВ, мощные трансформаторы от 1600 кВА) рекомендуется учитывать:

Сопротивление системы (мощность КЗ на шинах 6–10 кВ)
Сопротивление реакторов (если установлены)
Переходные сопротивления контактов
Сопротивление дуги в месте КЗ

Важно знать

Результаты расчёта имеют справочный характер и предназначены для предварительной оценки токов КЗ. При проектировании электроустановок необходимо выполнять полный расчёт согласно ГОСТ 28249-93 с учётом всех элементов схемы электроснабжения.

Для ответственных объектов рекомендуется подтверждать расчёты в специализированных программах (например, ETAP, DIgSILENT PowerFactory) или привлекать квалифицированных специалистов.

Код для размещения на сайте