第3章 短路電流及其計算

3.1 短路概述

供配電系統應該正常地、不間斷地可靠供電，以保證生產和生活的正常進行。但是供配電系統的正常運行常常因為發生短路故障而遭到破壞。在供配電系統的設計和運行中，不僅要考慮正常運行的情況，而且要考慮發生故障的情況，最嚴重的是發生短路故障。

3.1.1 短路的基本概念

所謂短路（Short Circuit），就是指供電系統中不等電位的導體在電氣上被短接，如相與相之間、相與地之間的短接等。其特征就是短接前后兩點的電位差會發生顯著的變化。

供電系統發生短路的原因有：

1）電力系統中電氣設備載流導體的絕緣損壞。造成絕緣損壞的原因主要有設備長期運行絕緣自然老化、設備缺陷、設計安裝有誤、操作過電壓以及絕緣受到機械損傷等。

2）運行人員不遵守操作規程發生的誤操作。如帶負荷拉、合隔離開關（內部僅有簡單的滅弧裝置或不含滅弧裝置），檢修后忘拆除地線合閘等。

3）自然災害。如雷電過電壓擊穿設備絕緣，大風、冰雪、地震造成線路倒桿以及鳥獸跨越在裸導體上引起短路等。

3.1.2 短路的危害

發生短路故障時，由于短路回路中的阻抗大大減小，短路電流（Short-circuit Current）與正常工作電流相比增大很多（通常是正常工作電流的十幾倍到幾十倍）。同時，系統電壓降低，離短路點越近電壓降低越大，三相短路時，短路點的電壓可能降低到零。因此，短路將會造成嚴重危害。

1）短路產生很大的熱量，造成導體溫度升高，絕緣損壞。

2）短路產生巨大的電動力，使電氣設備受到變形或機械損壞。

3）短路使系統電壓嚴重降低，電氣設備正常工作受到破壞，例如，異步電動機的轉矩與外施電壓的二次方成正比，當電壓降低時，其轉矩降低使轉速減慢，造成電動機過熱而燒壞。

4）短路造成停電，給國民經濟帶來損失，給人民生活帶來不便。

5）嚴重的短路影響電力系統運行穩定性，使并列的同步發電機失步，造成系統解列，甚至崩潰。

6）單相對地短路時，電流產生較強的不平衡磁場，對附近通信線路和弱電設備產生嚴重電磁干擾，影響其正常工作。

由此可見，短路的后果是非常嚴重的。在供配電系統的設計和運行中應采取有效措施，設法消除可能引起短路的一切因素。還應在短路故障發生后及時采取措施，盡量減小短路造成的損失，如采用繼電保護裝置將故障隔離、在合適的地點裝設電抗器限制短路電流、采用自動重合閘裝置消除瞬時故障使系統盡快恢復正常等。

3.1.3 短路的種類

在三相供電系統中可能發生的主要短路類型有三相短路、兩相短路、兩相接地短路及單相接地短路。這幾種短路情況見表3-1。三相短路稱為對稱短路，其余均稱為不對稱短路。因此，三相短路可用對稱三相電路分析，不對稱短路采用對稱分量法分析，即把一組不對稱的三相量分解成三組對稱的正序、負序和零序分量來分析研究。

在供電系統實際運行中，發生單相接地短路的概率最大，發生三相對稱短路的概率最小，但通常三相短路的短路電流最大，危害也最嚴重，所以短路電流計算的重點是三相短路電流計算。

3.1.4 短路電流計算的目的與基本假設

1.短路電流計算的目的

在變電所和供電系統的設計和運行中，為確保電氣設備在短路情況下不致損壞，減輕短路的危害和縮小故障的影響范圍，必須事先對短路電流進行計算。計算短路電流的目的是：

1）選擇電氣設備和載流導體，必須用短路電流校驗其熱穩定性和動穩定性。

2）選擇和整定繼電保護裝置，使之能正確地切除短路故障。

3）確定合理的主接線方案、運行方式及限流措施。

2.短路電流計算的基本假設

選擇和校驗電氣設備時，一般只需近似計算在系統最大運行方式下可能通過設備的最大三相短路電流值。設計繼電保護和分析電力系統故障時，應計算各種短路情況下的短路電流和各母線節點的電壓。要準確計算短路電流是相當復雜的，在工程上多采用近似計算法。這種方法建立在一系列假設的基礎上，計算結果稍偏大?；炯僭O有以下幾個方面：

1）忽略磁路的飽和與磁滯現象，認為系統中各元件參數恒定。

2）忽略各元件的電阻。高壓電網中各種電氣元件的電阻一般都比電抗小得多，各阻抗元件均可用一等值電抗表示。但短路回路的總電阻大于總阻抗的1/3時，應計入電氣元件的電阻。此外，在計算暫態過程的時間常數時，各元件的電阻不能忽略。

3）忽略短路點的過渡電阻，認為過渡電阻為零；只是在某些繼電保護的計算中才考慮過渡電阻。

4）除不對稱故障處出現局部不對稱外，實際的電力系統都可以看成是三相對稱的。