短路电流计算

短路的原因及后果
短路是指系统正常运行情况 以外的，一切相与相之间或相与 地之间金属性短接或经过小阻抗 短接。
一、短路的原因
1．电气设备载流部分的绝缘损坏。这种 损坏可能是由于设备的绝缘材料自然老化；或 由于绝缘强度不够而被正常电压击穿； 2．设备绝缘正常而被各种形式的过电压 （包括雷电过电压）击穿； 3．如输电线路断线、线路倒杆或受到外力 机械损伤而造成的短路。 4．工作人员由于未遵守安全操作规程而发 生人为误操作，也可能造成短路。 5．一些自然现象（如风、雷、冰雹、雾） 及鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物 体之间，也是造成短路的一个原因。
中性点不接地系统
当系统发生单相接地故障后系统的 三相对称关系并未破坏，仅中性点及各 相对地电压发生变化，中性点的电压上 升到相电压，非故障相对地电压值增大 为倍相电压，故对于该中性点不接地系 统可以带故障继续运行2小时。故障相接 地点的对地故障电流为正常运行时对地 电容电流的3倍。 在我国配电网电压在10～35kV之间的 架空线路多采用此接地方式。
2. 特点 （1）由于PP，所以可以认为在短 路过程中无限大功率电源的频率是不变的； （2）由于QQ，所以可以认为在短 路过程中无限大功率电源的端电压也是恒 定不变的； （3）电压恒定的电源，其内阻抗必然 等于零，因此可以认为无限大功率电源的 内电抗x＝0。 由以上可知接在无限大功率电源系统 中，小容量负载电路中的电流发生变化， 甚至发生短路故障时，系统频率及电压维 持不变。
1．三相短路 三相短路指供电系统中三相导 线间同时短接。此时系统每相的阻 抗均相同，从电源到负载三相仍然 对称，故又叫对称性短路。 2．两相短路 两相短路指三相供电系统中， 任意两相间发生的短接。两相短路 属于非对称性短路。
3．单相接地短路 单相接地短路指在中性点接地系 统中，任意一相经大地与电源中性 点发生短接。 4．两相接地短路 两相接地短路指在中性点不接 地系统中，其中两不同相的单相接 地所形成的相间短路；也指在中性 点接地系统中，两相短路又接地的 情况。
2．TN-C系统 即四线制系统，三根相线L1、L2、 L3，一根中性线与保护线合并的PEN 线，用电设备的外露可导电部分接到 PEN线上。
在TN-C系统接线中当存在三相负 荷不平衡和有单相负荷时，PEN线上 呈现不平衡电流，设备的外露可导电 部分有对地电压的存在。由于N线不 得断线，故在进入建筑物前N或PE应 加做重复接地。 TN-C系统适用于三相负荷基本平 衡的情况，同时适用于有单相220V的 便携式、移动式的用电设备。
第四章
短路电流计算
第一节
中性点运行方式与低 压系统性式
电力系统中发电机的三相绕组 通常是星形联结的，变压器高压侧 绕组往往也是星形联结的，发电机、 变压器绕组星形联结的结点称为中 性点。
一、中性点运行方式 1.中性点直接接地系统
系统中性点经一无阻抗（金属性）接地线接 地。 中性点直接接地方式是将变压器中性点与大 地直接连接，中性点电压为地电位。正常运行时， 中性点无电流通过，单相接地时构成单相短路， 接地回路通过单相短路电流，各相之间不再对称。 由于短路电流很大，可能会大于三相短路电流， 引起暂态过电压。为了防止这种情况发生，应将 单相短路电流限制在25%～100％三相短路电流之 间。继电保护在此电流的起动下，迅速将故障线 路切除，为了提高供电可靠性，可在线路上加装 自动重合闸装置。
（2）低电阻接地：增大接地短路 电流，使保护迅速动作，切除故障 线路。电阻值的大小，必须使系统 具有足够的最小接地故障电流（大 约400A以上），保证接地继电器准 确动作。目前国内大城市（如北京 城区内）的6～10kV配电系统均采用 此系统运行。
3. 中性点不接地系统 系统中性点不接地是指系统中性 点对地绝缘。实际上，系统中线路与 大地之间、电气设备的线圈与大地之 间存在分布电容，故此接地系统相当 于电容接地。如图所示。
4．当发生单相对地短路时，不平衡电流 将产生较强的不平衡磁场，对附近的通迅线路、 铁路信号系统、可控硅触发系统以及其他弱电 控制系统可能产生干扰信号，使通讯失真、控 制失灵、设备产生误动作。 5．如果短路发生在靠近电源处，并且持 续时间较长时，则可导致电力系统中的原本并 联同步（不同发电机的幅值、频率、波形、初 相角等完全相同吻合）运行的发电机失去同步， 甚至导致电力系统的解列（电力网中不同区域、 不同电厂的发电机无法并列运行），严重影响 电力系统运行的稳定性。
4. TT系统 第一个“T”表示电力网的中性点（发电机、 变压器的星形接线的中间结点）是直接接地系统； 第二个“T”表示电气设备正常运行时不带电的金 属外露部分对地做直接的电气连接，即“保护接 地”系统。三根相线L1、L2、L3，一根中性线N 线，用电设备的外露部分采用各自的PE线直接接 地。
在TT系统中当电气设备的金属外 壳带电（相线碰壳或漏电）时，接地 保护可以减少触电危险，但低压断路 器不一定跳闸，设备的外壳对地电压 可能超过安全电压。当漏电电流较小 时，需加漏电保护器。接地装置的接 地电阻应满足单相接地故障时，在规 定的时间内切断供电线路的要求，或 使接地电压限制在50V以下。 TT是适用于供给小负荷的接地系 统。
短路冲击系数取1.3时
I imp 1.09I kt
短路电流的最大有效值常用于校验某些电气 设备的断流能力或耐力强度。
3. 三相稳态电流有效值
I I kt
4. 断路容量
S k 3U av I kt
作业
概念题：4-3 4-4 4-5
第四节
短路回路中各元件阻 抗计算
1．标么值的概念 电力系统短路计算中，电流、 电压、阻抗、容量等物理量，一般 不用它们的实际有名单位表示，而 习惯于用相对值表示，称为标么值。 任意一个物理量对基准值的比值称 为标么值，它是个无单位的比值。
三、三相短路电流极值条件分析
1. 三相短路出现最大值的条件 （1）对于高压电路，忽略线路的 电阻，认为短路前的系统是纯感性电 路。 （2）系统在短路时刻，某一相的 电压瞬时值为零。 （3）系统在发生短路前的状态是 线路空载。 2. 三相短路出现最小值的条件 短路电流的非周期分量为零。
四、三相短路全电流特征值
二、短路故障பைடு நூலகம்种类
供电系统中短路类型与电源的 中性点是否接地有关，在中性点不 接地系统中，可能发生的短路有三 相短路、两相短路。而在中性点接 地系统中，可能发生的短路除三相 短路及两相短路外，尚有单相接地 短路及两相接地短路。
短路类型（虚线表示短路电流的路径）
短路类型（虚线表示短路电流的路径）
二、三相短路过程分析 在短路的暂态分析已经讲过，在此自己 复习。
短路电流包括两部分。第一部分是短路电流 的周期分量，在无穷大容量系统中，电源电压的 幅值是常数，所以短路电流的周期分量的幅值也 是不变的常数；第二部分是短路电流的非周期分 量，这个量是随时间而逐渐衰减的指数函数，经 过几个周期后，其值就会衰减到零。一次无穷大 容量系统发生三相短路后，短路电流是一个按指 数规律衰减的非周期函数。当非周期分量衰减到 零后，电路进入一个新的稳定状态，其稳态电流 就是短路电流的周期分量。
采用中性点直接接地方式的系 统，对线路绝缘水平的要求较低， 能明显降低线路造价。其缺点之一 是单相接地短路对附近的通讯线路 有电磁干扰，为此，电力线路应远 离通讯线路，当两线有交叉时，必 须有较大的交叉角，以减少干扰的 影响。 此接地系统一般应用在接有单相 负载的低压（380/220V）配电系统 和电力系统高压（110kV以上）输电 线路上。
二、低压配电系统型式
1．TN—S系统 即五线制系统，三根相线分别是L1、 L2、L3，一根零线N，一根保护线PE，仅 电力系统中性点一点接地，用电设备的 外露可导电部分直接接到PE线上。
TN-S系统中的PE线上在正常工作时 无电流，设备的外露可导电部分无对 地电压，保证操作人员的人身安全； 在事故发生时，PE线中有电流通过， 使保护装置迅速动作，切断故障。一 般规定PE线不允许断线和进入开关。N 线（工作零线）在接有单相负载时， 可能有不平衡电流。 TN-S系统适用于工业与民用建筑等 低压供电系统，是目前我国在低压系 统中普遍采取的接地方式。
3．TN-C-S系统 即四线半系统，在TN-C系统的 末端将PEN分开为PE线和N线，分开 后不允许再合并。
在该系统的前半部分具有TN-C系 统的特点，在系统的后半部分却具 有TN-S系统的特点。目前在一些民 用建筑中在电源入户后，将PEN线分 为N线和PE线。 该系统适用于工业企业和一般民 用建筑。当负荷端装有漏电开关， 干线末端装有接零保护时，也可用 于新建住宅小区。
当短路发生在单机容量为12MW及以上 的发电机母线上时，短路冲击系数取1.9： iimp 2 Kimp I kt 2.69I kt
当短路发生在高压电网的其他各点时， 短路冲击系数取1.8： iimp 2Kimp I kt 2.55I kt
在380/220V低压网中，短路冲击系数 取1.3： iimp 2 Kimp I kt 1.84I kt 冲击电流主要用于校验电气设备和载 流导体的电动力稳定度。
2.中性点经阻抗接地系统 在系统中性点与大地之间用一阻抗 相连。 根据接地电阻器电阻值的大小，接 地系统分为高电阻接地和低电阻接地。 （1）高电阻接地：此种方式接地 电流较小，通常在5～10A范围内，但至 少应等于系统对地的总电容电流。保护 方式需要配合接地指示器或警报器，保 证故障时线路立即跳脱。目前在我国山 区35kV供电系统采用此系统运行。
1．三相短路最大冲击电流瞬时值
根据产生最大短路电流的条件，短 路电流周期分量和非周期分量叠加的结 果是在短路后经过半个周期的时刻将会 出现短路电流的最大瞬时值，此值称为 短路冲击电流的瞬时值。
iimp 2 Kimp I kt
式中 I kt ──短路电流的周期分量，kA； K imp ——短路冲击系数。
作业
概念题：4-1
第三节 无限大容量电源供电 系统的三相短路暂态过程分析
一、无限大功率电源 1. 定义 所谓无限大功率系统是指当电 力系统的电源距短路点较远时，由 短路而引起的电源输出功率（电压 和电流）的变化S（S＝P＋ jQ），远小于电源所具有的功率S， 即存在SS，则称改电源为无限大 功率电源，记作S＝。
如果短路是发生在最恶劣的情况下，短路电 流在第一个周期内的有效值将最大，这一有效值 称为短路电流的最大有效值，以 I imp 表示。
2 I imp I kt 1 （K imp 1） 2
短路冲击系数取1.9时 短路冲击系数取1.8时
I imp 1.62I kt
I imp 1.51I kt
系统故障电流的大小与短路类 型有密切关系，在中性线直接接地 的电力系统中，两相短路电流约为 三相短路电流的87%，单相接地短路 电流约在三相短路电流的60～125% 之间。
三、短路后果 1．短路电流增大，会引起电气 设备的发热，损坏电气设备。 2．短路电流流过的线路，产生 很大的电压降，使电网的电压突然下 降，引起电动机的转速下降，甚至停 转。 3．短路电流还可能在电气设备 中产生很大的机械力（或称电动力）。 此机械力可引起电气设备载流部件变 形，甚至损坏。
2．三相短路最大冲击电流有效值
在短路过程中，任一时刻，电流有效值是指 以时刻为中心的的一个周期内瞬时电流的均方根 值
t
1 It T
t
1 2 i dt （i pert iapert）dt T T T
2 k 2 t 2
T 2
t
T 2
式中 i k ——短路全电流的瞬时值，kA； iapert ——时间时非周期分量电流的瞬时值，kA； i pert ——时间时周期分量电流的瞬时值，kA。
5.IT系统 IT即电力系统不接地或经过高 阻抗接地，三线制系统。三根相线 L1、L2、L3，用电设备的外露部分 采用各自的PE线接地。
在IT系统中当任何一相故障接地 时，因为大地可作为相线继续工作， 系统可以继续运行。所以在线路中 需加单相接地检测装置，故障时报 警。
作业
概念题：4-2
第二节