第3章 短路电流及其计算
3.1 短路概述
供配电系统应该正常地、不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供配电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。在供配电系统的设计和运行中，不仅要考虑正常运行的情况，而且要考虑发生故障的情况，最严重的是发生短路故障。
3.1.1 短路的基本概念
所谓短路（Short Circuit），就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接等。其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著的变化。
供电系统发生短路的原因有：
1）电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。
2）运行人员不遵守操作规程发生的误操作。如带负荷拉、合隔离开关（内部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置），检修后忘拆除地线合闸等。
3）自然灾害。如雷电过电压击穿设备绝缘，大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。
3.1.2 短路的危害
发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大减小，短路电流（Short-circuit Current）与正常工作电流相比增大很多（通常是正常工作电流的十几倍到几十倍）。同时，系统电压降低，离短路点越近电压降低越大，三相短路时，短路点的电压可能降低到零。因此，短路将会造成严重危害。
1）短路产生很大的热量，造成导体温度升高，绝缘损坏。
2）短路产生巨大的电动力，使电气设备受到变形或机械损坏。
3）短路使系统电压严重降低，电气设备正常工作受到破坏，例如，异步电动机的转矩与外施电压的二次方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热而烧坏。
4）短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。
5）严重的短路影响电力系统运行稳定性，使并列的同步发电机失步，造成系统解列，甚至崩溃。
6）单相对地短路时，电流产生较强的不平衡磁场，对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰，影响其正常工作。
由此可见，短路的后果是非常严重的。在供配电系统的设计和运行中应采取有效措施，设法消除可能引起短路的一切因素。还应在短路故障发生后及时采取措施，尽量减小短路造成的损失，如采用继电保护装置将故障隔离、在合适的地点装设电抗器限制短路电流、采用自动重合闸装置消除瞬时故障使系统尽快恢复正常等。
3.1.3 短路的种类
在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。这几种短路情况见表3-1。三相短路称为对称短路，其余均称为不对称短路。因此，三相短路可用对称三相电路分析，不对称短路采用对称分量法分析，即把一组不对称的三相量分解成三组对称的正序、负序和零序分量来分析研究。
表3-1 短路的种类
在供电系统实际运行中，发生单相接地短路的概率最大，发生三相对称短路的概率最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。
3.1.4 短路电流计算的目的与基本假设
1.短路电流计算的目的
在变电所和供电系统的设计和运行中，为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路的危害和缩小故障的影响范围，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：
1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
2）选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。
3）确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。
2.短路电流计算的基本假设
选择和校验电气设备时，一般只需近似计算在系统最大运行方式下可能通过设备的最大三相短路电流值。设计继电保护和分析电力系统故障时，应计算各种短路情况下的短路电流和各母线节点的电压。要准确计算短路电流是相当复杂的，在工程上多采用近似计算法。这种方法建立在一系列假设的基础上，计算结果稍偏大。基本假设有以下几个方面：
1）忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中各元件参数恒定。
2）忽略各元件的电阻。高压电网中各种电气元件的电阻一般都比电抗小得多，各阻抗元件均可用一等值电抗表示。但短路回路的总电阻大于总阻抗的1/3时，应计入电气元件的电阻。此外，在计算暂态过程的时间常数时，各元件的电阻不能忽略。
3）忽略短路点的过渡电阻，认为过渡电阻为零；只是在某些继电保护的计算中才考虑过渡电阻。
4）除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统都可以看成是三相对称的。