短路電流

短路（Shortcircuit）是指在正常電路中電勢不同的兩點不正確地直接碰接或被阻抗（或電阻）非常小的導體接通時的情況。短路時電流強度很大，往往會損壞電氣設備或引起火災。電力系統在運行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發生非正常連接（即短路）時而流過非常大的電流。其電流值遠大於額定電流，並取決於短路點距電源的電氣距離。例如，在發電機端發生短路時，流過發電機的短路電流最大瞬時值可達額定電流的10～15倍。大容量電力系統中，短路電流可達數萬安。這會對電力系統的正常運行造成嚴重影響和後果。

三相系統中發生的短路有4種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。其中，除三相短路時，三相迴路依舊對稱，因而又稱對稱短路外，其餘三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網絡中，以一相對地的短路故障最多，約佔全部故障的90%。在中性點非直接接地的電力網絡中，短路故障主要是各種相間短路。

發生短路時，電力系統從正常的穩定狀態過渡到短路的穩定狀態，一般需3～5秒。在這一暫態過程中，短路電流的變化很複雜。它有多種分量，其計算需採用電子計算機。在短路後約半個周波（0.01秒）時將出現短路電流的最大瞬時值，稱為衝擊電流。它會產生很大的電動力，其大小可用來校驗電工設備在發生短路時機械應力的動穩定性。短路電流的分析、計算是電力系統分析的重要內容之一。它為電力系統的規劃設計和運行中選擇電工設備、整定繼電保護、分析事故提供了有效手段。

供電網絡中發生短路時，很大的短路電流會使電器設備過熱或受電動力作用而遭到損壞，同時使網絡內的電壓大大降低，因而破壞了網絡內用電設備的正常工作。為了消除或減輕短路的後果，就需要計算短路電流，以正確地選擇電器設備、設計繼電保護和選用限制短路電流的元件。 ^[1] 

計算短路電流的目的是為了限制短路的危害和縮小故障的影響範圍。在變電所和供電系統的設計和運行中，基於如下用途必須進行短路電流的計算：

⑴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。

⑵選擇和整定繼電保護裝置，使之能正確的切除短路故障。

⑶確定合理的主接線方案、運行方式及限流措施。

⑷保護電力系統的電氣設備在最嚴重的短路狀態下不損壞，儘量減少因短路故障產生的危害。

1.假設系統有無限大的容量。用户處短路後，系統母線電壓能維持不變.即計算阻抗比系統阻抗要大得多。

具體規定：對於3~35KV級電網中短路電流的計算，可以認為110KV及以上的系統的容量為無限大。只要計算35KV及以下網絡元件的阻抗。

2.在計算高壓電器中的短路電流時，只需考慮發電機、變壓器、電抗器的電抗，而忽略其電阻；對於架空線和電纜，只有當其電阻大於電抗1/3時才需計入電阻，一般也只計電抗而忽略電阻。

3.短路電流計算公式或計算圖表，都以三相短路為計算條件。因為單相短路或二相短路時的短路電流都小於三相短路電流。能夠分斷三相短路電流的電器，一定能夠分斷單相短路電流或二相短路電流。 ^[2] 

即使設定了一些假設條件，要正確計算短路電流還是十分困難，對於一般用户也沒有必要。一些設計手冊提供了簡化計算的圖表。省去了計算的麻煩，用起來比較方便。

在介紹簡化計算法之前必須先了解一些基本概念。

S_d：三相短路容量（MVA），簡稱短路容量校核開關分斷容量。

Id：三相短路電流週期分量有效值，簡稱短路電流校核開關分斷電流和熱穩定。

I_c：三相短路第一週期全電流有效值，簡稱衝擊電流有效值校核動穩定。

i_c：三相短路第一週期全電流峯值，簡稱衝擊電流峯值校核動穩定。

x：電抗（Ω）。

其中系統短路容量S_d和計算點電抗x是關鍵。

計算時選定一個基準容量（S_jz）和基準電壓（U_jz)。將短路計算中各個參數都轉化為和該參數的基準量的比值（相對於基準量的比值），稱為標幺值（這是短路電流計算最特別的地方，目的是要簡化計算）。

⑴基準

基準容量S_jz=100MVA。

基準電壓U_jz規定為8級：230、115、37、10.5、6.3、3.15、0.4、0.23KV。

⑵標麼值計算

容量標幺值S*=S/S_jz。例如：當10KV母線上短路容量為200MVA時，其標麼值容量為：S*=200/100=2。

電壓標幺值U*=U/U_jz；電流標幺值I*=I/I_jz。

(3)無限大容量系統三相短路電流計算公式

短路電流標幺值：I_d*=1/x*（總電抗標麼值的倒數）。

短路電流有效值：I_d=I_jz*I*d=I_jz/x*(KA).

衝擊電流有效值：I_c=I_d*√1+2(KC-1）2(KA），其中KC衝擊係數，取1.8，所以I_c=1.52Id。

衝擊電流峯值：i_c=1.41*I_d*KC=2.55I_d(KA)。

當1000KVA及以下變壓器二次側短路時，衝擊係數KC，取1.3。

這時：衝擊電流有效值I_c=1.09*I_d(KA)。

衝擊電流峯值：i_c=1.84I_d(KA)。

掌握了以上知識，就能進行短路電流計算了.公式不多，又簡單。但問題在於短路點的總電抗如何得到?例如：區域變電所變壓器的電抗、輸電線路的電抗、企業變電所變壓器的電抗，等等。

一種方法是查有關設計手冊，從中可以找到常用變壓器、輸電線路及電抗器的電抗標幺值.求得總電抗後，再用以上公式計算短路電流；設計手冊中還有一些圖表，可以直接查出短路電流。 ^[3] 

發生短路常見原因之一是電池的正極與負極被低電阻的導線連接在一起。這時，較大的電流使得電源在短時間內提供大量的能量。

強大電流使熱量迅速的產生並大量積累，進而導致電池的爆炸或釋放氫氣和電解質。較大電流通過的導線也可能過熱，造成絕緣層損壞，引起火災。電動機葉片被卡住，也可能會導致短路。

在電氣設備中，短路通常是由於意外或絕緣層脱落。

短路還可能會導致電弧的產生。電弧是一種氣體放電現象，電流通過某些絕緣介質（例如空氣）所產生的瞬間火花。它對會對輸電系統、配電系統以及電子設備造成損害。

電力系統中出現短路故障時，系統功率分佈的忽然變化和電壓的嚴重下降，可能破壞各發電廠並聯運行的穩定性，使整個系統解列，這時某些發電機可能過負荷，因此，必須切除部分用户。短路時電壓下降的愈大，持續時間愈長，破壞整個電力系統穩定運行的可能性愈大。短路電流的限制措施為保證系統安全可靠地運行，減輕短路造成的影響，除在運行維護中應努力設法消除可能引起短路的一切原因外，還應儘快地切除短路故障部分，使系統電壓在較短的時間內恢復到正常值。

一、做好短路電流的計算，正確選擇及校驗電氣設備，電氣設備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。

二、正確選擇繼電保護的整定值和熔體的額定電流，採用速斷保護裝置，以便發生短路時，能快速切斷短路電流，減少短路電流持續時間，減少短路所造成的損失。

三、在變電站安裝避雷針，在變壓器四周和線路上安裝避雷器，減少雷擊損害。

四、保證架空線路施工質量，加強線路維護，始終保持線路弧垂一致並符合規定。

五、帶電安裝和檢修電氣設備，注重力要集中，防止誤接線，誤操作，在帶電部位距離較近的部位工作，要採取防止短路的措施。

六、加強治理，防止小動物進入配電室，爬上電氣設備。

七、及時清除導電粉塵，防止導電粉塵進入電氣設備。

八、在電纜埋設處設置標記，有人在四周挖掘施工，要派專人看護，並向施工人員説明電纜敷設位置，以防電纜被破壞引發短路。

九、電力系統的運行、維護人員應認真學習規程，嚴格遵守規章制度，正確操作電氣設備，禁止帶負荷拉刀閘、帶電合接地刀閘。線路施工，維護人員工作完畢，應立即拆除接地線。要經常對線路、設備進行巡視檢查，及時發現缺陷，迅速進行檢修。 ^[4]