短路電流分析與計(jì)算【摘要】本文簡(jiǎn)要介紹了短路的類(lèi)型、產(chǎn)生原因、后果、具體形式及短路電流的計(jì)算方法，分析了短路電流計(jì)算方法的應(yīng)用范圍及在使用中應(yīng)注意的問(wèn)題，供廣大建筑電氣同仁參考?！娟P(guān)鍵詞】短路三相短路電流有效值兆伏安法標(biāo)么值法歐姆法一短路的形式、原因及后果在供電系統(tǒng)中，出現(xiàn)次數(shù)比較多的嚴(yán)重故障就是短路，所謂短路是指供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上被短接。電氣短路有兩類(lèi)，一類(lèi)是金屬性短路，另一類(lèi)是電弧性短路。接地電弧性短路最危險(xiǎn)且多發(fā)的電氣火災(zāi)隱患接地電弧性短路是由于短路點(diǎn)迸發(fā)電弧或電火花，它的短路電流不大，短路與過(guò)載保護(hù)設(shè)備不會(huì)動(dòng)作，而電弧則持續(xù)存在，其局部溫度可高達(dá)，很易引燃近旁可燃物質(zhì)，這種短路電弧往往成為火災(zāi)的點(diǎn)火源。因此，接地電弧性短路是最常見(jiàn)且多發(fā)的電氣火災(zāi)起因。國(guó)外電氣防火研究的結(jié)論如此，我國(guó)這幾年一些電氣短路火災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)分析結(jié)果也是如此。其實(shí)接地電弧短路火災(zāi)的防范并不復(fù)雜，只需在樓房的電源進(jìn)線(xiàn)總開(kāi)關(guān)上增加防漏電保護(hù)功能即可，它可在發(fā)生接地性電弧短路時(shí)及時(shí)切斷電源。如果不了解接地電弧短路起火的多發(fā)性和危險(xiǎn)性而對(duì)它不加防范，就會(huì)頻頻發(fā)生電氣短路,從而引起火災(zāi)。年中國(guó)消防協(xié)會(huì)電氣防火專(zhuān)業(yè)委員會(huì)年會(huì)的紀(jì)要提出這類(lèi)接地電弧性短路起火占短路起火火災(zāi)的以上，如果能在電源進(jìn)線(xiàn)上裝設(shè)帶漏電保護(hù)功能的開(kāi)關(guān)，便可有效地消除接地電弧起隱患，從而大幅度降低短路起火的發(fā)生率。2金屬性短路短路電流大，線(xiàn)路能產(chǎn)生高溫，發(fā)生短路時(shí)，由于系統(tǒng)中總阻抗大大減少，因而短路電流可能達(dá)到很大數(shù)值。這樣大的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會(huì)使電氣設(shè)備受到破壞；同時(shí)短路點(diǎn)的電壓降到零，短路點(diǎn)附近的電壓也相應(yīng)地顯著降低，使此處的供電系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響或被迫中斷；若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路，還可能使整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行解列，引起嚴(yán)重后果。在三相供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路類(lèi)型有三相短路、二相短路、兩相接地短路和單相接地短路，三相短路屬對(duì)稱(chēng)短路，其余三種為不對(duì)稱(chēng)短路。在四種短路故障中，出現(xiàn)單相短路故障的機(jī)率最大，三相短路故障的機(jī)率最小。但在電力系統(tǒng)中，用三相短路作為最嚴(yán)重的故障方式，來(lái)驗(yàn)算電器設(shè)備的運(yùn)行能力。為了限制發(fā)生短路時(shí)所造成的危害和故障范圍的擴(kuò)大，需要進(jìn)行短路電流計(jì)算，以便校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定性、選擇和整定繼電保護(hù)裝置、確定限流措施、選擇主接線(xiàn)方案及低壓斷路器的選擇。3電氣線(xiàn)路發(fā)生短路主要有兩個(gè)原因1是系機(jī)械損傷，線(xiàn)芯外露接觸不同電位導(dǎo)體而短路。2是電氣線(xiàn)路因過(guò)熱、水浸、陽(yáng)光敷設(shè)等作用導(dǎo)致電氣設(shè)備載流部分絕緣水平下降，在電氣外因觸發(fā)下，例如受雷電瞬態(tài)過(guò)電壓或電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)電壓的沖擊，使耐壓程度過(guò)低的絕緣部分被擊穿而造成短路。這些原因中線(xiàn)路過(guò)熱導(dǎo)致絕緣劣化最為常見(jiàn)。另外人為誤操作及鳥(niǎo)獸跨越裸導(dǎo)體等也是引起短路的原因。二短路的物理過(guò)程及計(jì)算方法當(dāng)突然發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)總是由工作狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程進(jìn)入短路穩(wěn)定狀態(tài)。暫態(tài)過(guò)程中的短路電流比其穩(wěn)態(tài)短路電流大的多，雖歷時(shí)很短，但對(duì)電器設(shè)備的危害性遠(yuǎn)比穩(wěn)態(tài)短路電流嚴(yán)重得多。有限電源容量系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程要比無(wú)限大電源容量系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程復(fù)雜的多，在計(jì)算建筑配電工程三相短路電流時(shí)，都按無(wú)限大電源容量系統(tǒng)來(lái)考慮。短路全電流IK由兩部分組成IKIZIF一部分短路電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，稱(chēng)為周期分量IZ；另一部分因回路中存在電感而引起的自感電流，稱(chēng)為非周期分量IF。短路沖擊電流短路電流峰值或短路全電流瞬時(shí)最大值ICH1E001/TAIKCHIKCH1E001/TA短路電流沖擊系數(shù),取決于回路時(shí)間常數(shù)TAL/R的大小，一般在1318范圍內(nèi)變化。當(dāng)高壓回路發(fā)生短路時(shí)，因RX/3故TA取平均值為005S，此時(shí)KCH18,ICH255I短路沖擊電流周期分量有效值ICH152I。當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)中發(fā)生三相短路時(shí)，一般可取KCH13此時(shí)ICH184IICH109I。IT02S時(shí)短路電流周期分量有效值，也稱(chēng)超瞬變短路電流有效值II02IDI02短路后02S的短路電流周期分量有效值ID或I穩(wěn)態(tài)短路電流有效值在高壓供電系統(tǒng)中常采用標(biāo)么值（相對(duì)值）法和兆伏安MVA法來(lái)計(jì)算短路電流；在低壓供電系統(tǒng)中，常采用有名值法（絕對(duì)值法或歐姆法）來(lái)計(jì)算低壓回路短路電流。三計(jì)算方法類(lèi)型1兆伏安法即短路容量法，也叫短路功率法，是因在短路計(jì)算中以元件的短路容量來(lái)代替元件的阻抗而得名。兆伏安法實(shí)質(zhì)上是歐姆法的變形，歐姆法的計(jì)算公式IDUB/Z，即短路電流ID大小完全取決于阻抗Z。而短路容量為SDUB2/Z，在無(wú)限大電源容量系統(tǒng)中UB為常數(shù)，因此SD1/Z，可見(jiàn)以元件的短路容量來(lái)替代其阻抗，與阻抗一樣可表述元件在短路中的作用。2標(biāo)么值法也叫相對(duì)值法，某一物理量的相對(duì)值為該物理量的實(shí)際值與某一選定的同單位的基準(zhǔn)值之比?；鶞?zhǔn)值有四個(gè)，即基準(zhǔn)容量（常取100MVA），基準(zhǔn)電壓UB105UN，基準(zhǔn)電流IBSB/3UB，基準(zhǔn)電抗XBUB/IBUB2/SB。3歐姆法又叫有名單位制法，它是由于短路計(jì)算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名。用歐姆法計(jì)算短路電路的總阻抗必須把所有元件阻抗換算成歐姆值，凡通過(guò)變壓器互連的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)各電壓元件的歐姆值統(tǒng)一算到短路點(diǎn)所處電壓的歐姆值。四計(jì)算方法的比較及說(shuō)明1兆伏安法計(jì)算短路電流，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單，不要記憶很多公式，不易出錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算不對(duì)稱(chēng)短路電流及大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)壓降時(shí)更能體現(xiàn)出其簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。兆伏安法計(jì)算過(guò)程較為簡(jiǎn)單先求出電源元件的短路容量和阻抗元件短路時(shí)的通過(guò)能力，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)（串聯(lián)、并聯(lián)及三角形變星形）簡(jiǎn)化計(jì)算并求出短路點(diǎn)的短路容量，最后求出三相短路電流。2標(biāo)么值法計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，計(jì)算步驟如下1按照供電系統(tǒng)圖繪制出等效電路圖，要求在圖上標(biāo)出各元件的參數(shù)。2選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，并按公式求出基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)電抗。3求出供電系統(tǒng)各元件的電抗標(biāo)么值。4求出由電源至短路點(diǎn)的總阻抗X5按公式I1/X求出短路電流標(biāo)么值，對(duì)無(wú)限大電源容量系統(tǒng)，短路電流周期分量保持不變，即II02I6求出短路電流、短路沖擊電流和短路容量3歐姆法計(jì)算過(guò)程也較為簡(jiǎn)單先求出各元件的阻抗值，然后根據(jù)公式計(jì)算出三相短路電流及短路容量。但用歐姆法要注意以下幾點(diǎn)1電力系統(tǒng)的阻抗值，可由當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門(mén)供給，但一般電力系統(tǒng)的電阻很小，可略去不計(jì)。電力系統(tǒng)的電抗值可由系統(tǒng)變電所高壓饋電母線(xiàn)上的最大短路容量來(lái)求出。在高壓電路中，電抗遠(yuǎn)比電阻大，所以一般只考慮電抗，不計(jì)電阻。而在低壓網(wǎng)絡(luò)中一般不允許忽略電阻的影響，只有當(dāng)短路電路的RX/3，才允許不計(jì)電阻值。低壓網(wǎng)絡(luò)的短路阻抗一般很小，通常以M計(jì)。2低壓元件如不太長(zhǎng)的電纜和母線(xiàn)、線(xiàn)圈型電流互感器的一次線(xiàn)圈、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)的過(guò)電流脫扣線(xiàn)圈及開(kāi)關(guān)的觸頭等的阻抗，對(duì)低壓短路電流的大小都有影響，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算使短路電流值偏于安全，容許不考慮占回路總阻抗不超過(guò)10的元件，在一般短路計(jì)算中均可略去不計(jì)。3在利用標(biāo)么值法或歐姆法計(jì)算短路電路的阻抗時(shí)，假如電路內(nèi)含有變壓器，則電路內(nèi)的各元件的阻抗都應(yīng)該統(tǒng)一換算到短路計(jì)算點(diǎn)的平均額定電壓上去。4在計(jì)算短路電流時(shí)，電路中各種參數(shù)的變化是很復(fù)雜的，影響的因素也很多，為簡(jiǎn)化計(jì)算，在不影響工程計(jì)算精確度的情況下，常忽略一些因素的影響。1認(rèn)為變壓器為理想變壓器，不考慮勵(lì)磁電流的影響；系統(tǒng)各元件的分布電容忽略不計(jì)。2以供電電源為基準(zhǔn)的電抗標(biāo)么值大于3，可認(rèn)為電源容量為無(wú)限大的系統(tǒng)，短路電流的周期分量在短路全過(guò)程中保持不變。3短路前系統(tǒng)應(yīng)是正常運(yùn)行情況下的接線(xiàn)方式，不考慮在切換過(guò)程中短時(shí)出現(xiàn)的接線(xiàn)方式。4設(shè)定短路回路各元件的感抗為一常數(shù)，計(jì)算中只考慮電抗，不考慮有效電阻。只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中總電阻大于總電抗1/3時(shí)，才計(jì)及有效電阻。5假定短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同，電源都在額定負(fù)荷下運(yùn)行。5當(dāng)電網(wǎng)短路時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)有時(shí)可能向短路點(diǎn)反饋電流，因?yàn)槎搪窌r(shí)，電網(wǎng)電壓下降，若電動(dòng)機(jī)離短路點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，其電勢(shì)可能小于外加電壓，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)從電網(wǎng)吸收功率，僅是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降而已。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電勢(shì)大于外加電壓，此時(shí)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送電流。但由于反饋電流將電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)，所以反饋衰減很快。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的容量較小時(shí)，對(duì)短路沖擊電流影響較小，一般不予考慮。只有在靠近短路點(diǎn)處有大于1MW以上的電動(dòng)機(jī)，或接于一處總?cè)萘看笥?MW的幾臺(tái)電動(dòng)