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短路電流及其計算

第一節短路與短路電流的有關概念在供配電系統的設計和運行中，不僅要考慮系統的正常運行狀態，還要考慮系統的不正常運行狀態和故障情況，最嚴重的故障是短路故障。本章討論和計算供配電系統在短路故障情況下的電流（簡稱短路電流），短路電流計算的目的主要是供母線、電纜、設備的選擇和繼電保護整定計算之用。

什麼是短路？現場目擊2現場目擊1

所謂短路（shortcircuit），是指不同電位的導體間的低阻性短接。2.短路的原因電器絕緣損壞；運行人員誤操作；其他因素(鳥獸跨越)。一、短路概述1.什麼是短路

3.短路的類型對稱短路：三相短路不對稱短路：兩相短路、兩相接地短路和單相短路三相短路是指供配電系統三相導體間的短路，用k（3）表示，如圖3-1a所示。兩相短路是指三相供配電系統中任意兩相導體間的短路，用k（2）表示，如圖3-1b表示。

兩相接地短路是指中性點不接地系統中任意兩相發生單相接地而產生的短路，用k（1，1）表示，如圖3-1e,f所示。單相短路是指供配電系統中任一相經大地與中性點或與中線發生的短路，用k（1）表示，如圖3-1c,d所示。在電力系統中，發生單相短路的可能性最大，發生三相短路的可能性最小，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

4.短路的危害短路電流的熱效應使設備急劇發熱，可能導致設備過熱損壞；短路電流產生很大的電動力，可能使設備永久變形或嚴重損壞；短路時系統電壓大幅度下降，嚴重影響用戶的正常工作；短路可能使電力系統的運行失去穩定；不對稱短路產生的不平衡磁場，會對附近的通訊系統及弱電設備產生電磁干擾，影響其正常工作。

5.短路電流計算目的選擇和校驗各種電氣設備，例如斷路器、互感器、電抗器、母線等；繼電保護裝置的整定計算；作為選擇和評價電氣主接線方案的依據。

二、無限大容量電力系統中三相短路的物理過程(一）無限大容量供電系統的概念三相短路是電力系統最嚴重的短路故障，三相短路的分析計算又是其他短路分析計算的基礎。短路時，發電機中發生的電磁暫態變化過程很複雜，為了簡化分析，假設三相短路發生在一個無限大容量電源的供電系統。

所謂“無限大容量系統”是指端電壓保持恒定，內部阻抗為零，容量無限大的系統。無限大容量系統：

實際上，任何電力系統都有一個確定的容量，並有一定的內部阻抗。當供配電系統容量較電力系統容量小得多，電力系統阻抗不超過短路回路總阻抗的5~10%，或短路點離電源的電氣距離足夠遠，發生短路時電力系統母線電壓降低很小，此時可將電力系統看作無限大容量系統，從而使短路電流計算大為簡化。供配電系統一般滿足上述條件，可視為無限大容量供電系統系統進行短路分析和計算。

圖3-2是電源為無限大容量系統的供電系統發生三相短路的系統圖和三相電路圖。圖中RWL、XWL為線路的電阻和電抗，RL、XL為負載的電阻和電抗。由於三相電路對稱，可用單相等值電路圖進行分析，如圖3-2b所示。

正常運行時電源相電壓：正常負荷電流：——電源電壓的初始相角，亦稱合閘角；式中：Im——短路前電流的幅值——短路前回路的阻抗角（二）短路電流的數學運算式：

t=0時刻無窮大容量電力系統中發生三相短路，拿出一相來分析：短路後電路中的電流應滿足：微分方程的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是微分方程的特解，它代表短路電流的週期分量；第二部分是對應齊次方程的一般解，它代表短路電流的非週期分量。

短路的全電流可以用下式表示式中：——短路電流週期分量的幅值——短路後回路的阻抗角——短路回路時間常數短路回路的總阻抗：

由於電路中存在電感，而電感中的電流不能突變，則短路前瞬間（用下標0－表示）的電流i0－應該等於短路發生後瞬間（用下標0＋表示）的電流i0＋，當t=0時C由初始條件決定，C即短路電流非週期分量的初始值inp0。

因此，短路的全電流為

三、與短路有關的物理量1．短路電流週期分量說明：ip是一個幅值不變的正弦電流，稱之為短路電流週期分量，同時它又是短路電流的穩態分量，另外這個分量還是外加電壓在短路回路內強迫產生的，故又稱為強制分量。

說明：通常所說短路電流即指短路電流週期分量。週期分量的大小由電源電壓和短路回路的總阻抗決定。2．次暫態短路電流次暫態短路電流是短路電流週期分量在短路後第一個週期的有效值,用I″表示。短路電流穩態值（steady－statevalue）是指短路進入穩態