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短路是指電路或電路中的一部分被短接。如負(fù)載與電源兩端被導(dǎo)線連接在一起，就稱為短路，短路時(shí)電源提供的電流將比通路時(shí)提供的電流大得多，一般情況下不允許短路，如果短路，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞電源或設(shè)備。

電力系統(tǒng)中，所謂“ 短路”是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（ 或中性線）之間的接通。在三相系統(tǒng)中短路的基本形式有：三相短路， 兩相短路，單相接地短路， 兩相接地短路。相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)而流過非常大的電流。其電流值遠(yuǎn)大于額定電流 ，并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。短路就是不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻性短接，相當(dāng)于電源未經(jīng)過負(fù)載而直接由導(dǎo)線接通成閉合回路。(通常這是一種嚴(yán)重而應(yīng)該盡可能避免電路的故障，會(huì)導(dǎo)致電路因電流過大而燒毀并發(fā)生火災(zāi))。

電源短路（Short circuit）是指在電路中，電流不流經(jīng)用電器，直接連接電源正負(fù)兩極。根據(jù)歐姆定律I=U/R知道，由于導(dǎo)線的電阻很小，電源短路時(shí)電路上的電流會(huì)非常大。這樣大的電流，電池或者其他電源都不能承受，會(huì)造成電源損壞；更為嚴(yán)重的是，因?yàn)殡娏魈?，?huì)使導(dǎo)線的溫度升高，嚴(yán)重時(shí)有可能造成火災(zāi)。

基本類型

編輯

電源短路

即電流不經(jīng)過任何用電器，直接由正極經(jīng)過導(dǎo)線流回負(fù)極。特別容易燒壞電源。

由于電源內(nèi)阻Ro較小，短路電流Is較大，電源的端電壓為0，這時(shí)電源的電動(dòng)勢(shì)全部降在內(nèi)阻上。短路電流可能使電源遭受機(jī)械的與熱的損傷或毀壞，短路時(shí)電源所產(chǎn)生的電能全被內(nèi)阻所消耗，短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防。

用電器短路

也叫部分電路短路。即一根導(dǎo)線接在用電器的兩端（電流表并聯(lián)，閉合的

暴風(fēng)雨造成的電力系統(tǒng)短路

開關(guān)并聯(lián)），此用電器被短路，容易產(chǎn)生燒毀其他用電器的情況 [1]  。

三相系統(tǒng)短路

三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有 4 種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對(duì)地短路和兩相對(duì)地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對(duì)稱，因而又稱對(duì)稱短路外，其余三類均屬不對(duì)稱短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對(duì)地的短路故障多，約占全部故障的90%。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。

發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài)，一般需3～5秒。在這一暫態(tài)過程中，短路電流的變化很復(fù)雜。它有多種分量，其計(jì)算需采用電子計(jì)算機(jī)。在短路后約半個(gè)周波（0.01秒）時(shí)將出現(xiàn)短路電流的大瞬時(shí)值，稱為沖擊電流。它會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，其大小可用來校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流的分析、計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護(hù)、分析事故提供了有效手段。 電氣線路上，由于種種原因相接或相碰，產(chǎn)生電流忽然增大的現(xiàn)象稱短路。相線之間相碰叫相同短路；相線與地線、與接地導(dǎo)體或與大地直接相碰叫對(duì)地短路。在短路電流忽然增大時(shí)，其瞬間放熱量很大，大大超過線路正常工作時(shí)的發(fā)熱量，不僅能使絕緣燒毀，而且能使金屬熔化，引起可燃物燃燒發(fā)生火災(zāi)。

短路容量

編輯

短路容量是反映電力系統(tǒng)某一供電點(diǎn)電氣性能的一個(gè)特征量。短路容量是對(duì)電力系統(tǒng)的某一供電點(diǎn)而言的，反映了該點(diǎn)的某些重要性能，如該點(diǎn)帶負(fù)荷的能力和電壓穩(wěn)定性、該點(diǎn)與電力系統(tǒng)電源之間的強(qiáng)弱、該點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)、短路電流的水平等。其次，短路容量也和整個(gè)系統(tǒng)的容量有關(guān)。隨著電力系統(tǒng)容量的擴(kuò)大，系統(tǒng)短路容量的水平也會(huì)增大。高壓開關(guān)設(shè)備的額定容量中，已將短路容量改用短路電流值，如額定開斷電流。

短路原因

編輯

元件損壞

短路往往是由于絕緣損壞或接線不慎所引起的。例如設(shè)備絕緣材料老化，設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)不良等造成的設(shè)備缺陷發(fā)展成為短路 [2]  。

氣象條件影響

例如雷擊過后造成的閃爍放電，由于風(fēng)災(zāi)引起架空線斷線和導(dǎo)線覆冰引起電線桿倒塌等。

人為破壞

例如工作人員帶負(fù)荷拉閘，檢修線路或設(shè)備時(shí)未排除接地線合閘供電，運(yùn)行人員的誤操作，偷電線和美國的科索沃戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭時(shí)使用的碳纖維彈。

其他原因

挖溝損傷電纜，鳥獸風(fēng)箏跨接在載流裸導(dǎo)體上等。

短路后果

編輯

產(chǎn)生大電流

有時(shí)會(huì)產(chǎn)生上萬甚至十幾萬安的大電流。因此會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，損毀設(shè)備，電弧會(huì)將許多元件短時(shí)間融化。同時(shí)，產(chǎn)生的電流還會(huì)帶來一定的電磁力，它同樣會(huì)損壞設(shè)備。同樣可能造成重大

短路

火災(zāi)及傷害事件。

造成低電壓

它會(huì)使電氣設(shè)備無法正常工作。這種危害在醫(yī)院礦山時(shí)會(huì)引起危險(xiǎn)。

其他

還有干擾抑制與破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，線損，熱損，無功功率等增大，影響通信，通訊等等。

短路時(shí)，電流會(huì)往電阻較?。ɑ螂娮韬雎圆挥浀膶?dǎo)線）的用電器（或?qū)Ь€）流，導(dǎo)致被短路的用電器（或電源）無法正常工作。

短路之后燈泡兩端的電壓為0，燈泡不發(fā)光 ，此時(shí)回路中的電流會(huì)很大（如果回路中只有燈泡一個(gè)用電器），因此回路中的電流表容易被燒壞，電源也容易被燒壞。

短路電流計(jì)算

編輯

計(jì)算條件

（1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行。

（2）所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同。

（3）系統(tǒng)中同步異步電動(dòng)機(jī)均為理想電機(jī)， 不考慮電機(jī)磁飽和磁滯渦流及導(dǎo)體集膚效應(yīng)等影響，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)*對(duì)稱，定子三相繞組空間位置差120度電氣角。

（4）電氣系統(tǒng)中的磁路不飽和， 即帶鐵心的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。

（5）電氣系統(tǒng)中所有電源都在額定負(fù)荷下運(yùn)行，其中50%負(fù)荷在

短路計(jì)算

高壓母線上，50%負(fù)荷在系統(tǒng)側(cè)。

（6）同步發(fā)電機(jī)具有自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置。

（7）短路發(fā)電在電流為大值瞬間。

（8）不考慮短路點(diǎn)電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流。

（9）除計(jì)算短路電流衰減時(shí)間和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外， 元件的阻抗略去不計(jì)。

（10）元件的計(jì)算參數(shù)都取其額定值。

（11）輸電線路的電容略去。

（12）用概率統(tǒng)計(jì)法制定短路電流運(yùn)算曲線 [3]  。

一般規(guī)定

（1）在驗(yàn)算導(dǎo)體和電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定， 熱穩(wěn)定以及設(shè)備開斷電流時(shí)所用的短路電流， 應(yīng)按可能發(fā)生大短路電流的正常接線方式， 而不應(yīng)僅按在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。

（2）選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備用的短路電流， 在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中， 應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱?dòng)機(jī)的影響。

（3）選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備時(shí)， 對(duì)不帶電抗器回路的網(wǎng)絡(luò)， 計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇在正常方式時(shí)的短路電流為大的地點(diǎn)。

（4）導(dǎo)體和電容的動(dòng)穩(wěn)定， 熱穩(wěn)定以及電氣設(shè)備的開斷電流一般按三相短路計(jì)算 [3]  。

計(jì)算步驟

假設(shè)條件

在短路的實(shí)際計(jì)算中， 為了能在準(zhǔn)確范圍內(nèi)迅速地計(jì)算短路電流， 通常采

發(fā)電機(jī)

取以下簡化假設(shè)。

（1）不考慮發(fā)電機(jī)的搖擺現(xiàn)象。

（2）不考慮磁路飽和，認(rèn)為短路回路各元件的電抗為常數(shù)。

（3）不考慮線路對(duì)地電容， 變壓器的磁支路和高壓電網(wǎng)中的電阻， 認(rèn)為等值電路只有元件電抗。

在進(jìn)行短路電流計(jì)算以前， 應(yīng)根據(jù)計(jì)算的目的收集有關(guān)資料， 確定計(jì)算等值條件， 然后根據(jù)運(yùn)算條件作出計(jì)算電路圖， 再根據(jù)它對(duì)各故障點(diǎn)的情況作出等值電路圖，然后利用網(wǎng)絡(luò)化簡規(guī)則，將等值電路化簡，求出回路總電抗。

網(wǎng)絡(luò)化簡時(shí)等值電源合并的原則

（1）與短路點(diǎn)的電氣距離相差不大的的同類型發(fā)電機(jī)可以合并。

（2）遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的同類型發(fā)電廠可以合并。

（3）直接連接于短路點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)（或發(fā)電廠）應(yīng)予以單獨(dú)考慮。

（4）網(wǎng)絡(luò)中率為無限大的電源應(yīng)該單獨(dú)計(jì)算， 因?yàn)樗峁┑亩搪冯娏髦芷诜至渴遣凰p的 [3]  。

計(jì)算方法

電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法通常有三種， 即標(biāo)幺值法， 短路容量法（ 又稱MVA法）和有名單位制法（又稱歐姆法），高壓系統(tǒng)中，一般采用標(biāo)幺值法。

（1）假設(shè)SB =100MVA， UB =Uav，Uav =1.05Ue

式中 SB—基準(zhǔn)容量（MVA）

UB—基準(zhǔn)電壓（kV）

Uav—各電壓級(jí)的平均額定電壓（kV）

Ue—各級(jí)額定電壓(kV)

（2）求變壓器電抗標(biāo)幺值

式中 XT*—變壓器電抗標(biāo)幺值

Ud%—變壓器短路電壓百分比
　　SN—變壓器額定容量（ MVA）

兩臺(tái)同型號(hào)變壓器，總電抗標(biāo)么值為單臺(tái)的一半。

（3）求線路電抗的標(biāo)幺值

式中 XL*—線路電抗標(biāo)幺值

X0—線路電抗(Ω/km)

L—線路長度（km）

注：兩條同型號(hào)架空線，總電抗標(biāo)幺值為單條的一半。

（4）求短路電流

式中 Id* —短路電流標(biāo)幺值(kA)

（5）求沖擊短路電流

式中，ish —沖擊短路電流（kA） [4] 

限制措施

為保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行， 減輕短路造成的影響， 除在運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)努力設(shè)法消除可能

繼電保護(hù)

引起短路的一切原因外， 還應(yīng)盡快地切除短路故障部分， 使系統(tǒng)電壓在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值。為此，可采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)和斷路器，以及發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置等。此外，還應(yīng)考慮采用限制短路電流的措施，如合理選擇電氣主接線的形式或運(yùn)行方式，以增大系統(tǒng)阻抗，減少短路電流值；加裝限電流電抗器；采用分裂低壓繞阻變壓器等。主要措施如下：

（1） 做好短路電流的計(jì)算，正確選擇及校驗(yàn)電氣設(shè)備，電氣設(shè)備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。

（2） 正確選擇繼電保護(hù)的整定值和熔體的額定電流，采用速斷保護(hù)裝置，以便發(fā)生短路時(shí)， 能快速切斷短路電流， 減少短路電流持續(xù)時(shí)間， 減少短路所造成的損失。

（3） 在變電站安裝避雷針，在變壓器附近和線路上安裝避雷器，減少雷擊損害。

（4） 保證架空線路施工質(zhì)量，加強(qiáng)線路維護(hù)，始終保持線路弧垂*并符合

電力系統(tǒng)

規(guī)定。

（5） 帶電安裝和檢修電氣設(shè)備，注意力要集中，防止誤接線，誤操作，在帶電部位距離較近的部位工作，要采取防止短路的措施。

（6） 加強(qiáng)管理，防止小動(dòng)物進(jìn)入配電室，爬上電氣設(shè)備。

（7） 及時(shí)清除導(dǎo)電粉塵，防止導(dǎo)電粉塵進(jìn)入電氣設(shè)備。

（8） 在電纜埋設(shè)處設(shè)置標(biāo)記，有人在附近挖掘施工，要派專人看護(hù)，并向施工人員說明電纜敷設(shè)位置，以防電纜被破壞引發(fā)短路。

（9） 電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)人員應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)規(guī)程，嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，正確操作電氣設(shè)備， 禁止帶負(fù)荷拉刀閘、 帶電合接地刀閘。 線路施工， 維護(hù)人員工作完畢，應(yīng)立即拆除接地線。要經(jīng)常對(duì)線路、設(shè)備進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，迅速進(jìn)行檢修 [3]  。

防護(hù)措施

編輯

經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情況是一項(xiàng)很重要的安全措施。此外，為了防止短路事故所引起的后果，通常在電路中接入熔斷器或空氣斷路器，以便短路發(fā)生時(shí)，能迅速將故障電路自動(dòng)切除 [2]  。

除此之外，有很多限制短路電流的技術(shù)措施，如：

①合理的電源布局與接入方式，以及合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這是采用其他限流措施之前的

限流電抗器

方案，不適用于已有電網(wǎng)；

②發(fā)展更高電壓等級(jí)的電網(wǎng)，已有電壓等級(jí)電網(wǎng)解列、分層、分區(qū)運(yùn)行，具有明顯的限流效果，也是根本的限流措施，但犧牲了一定的供電可靠性；

③直流聯(lián)網(wǎng)限流效果明顯，但成本高，僅從限流角度考慮經(jīng)濟(jì)性較差，而且多點(diǎn)直流輸電技術(shù)的實(shí)用化還需時(shí)間；

④采用限流電抗器及高阻抗變壓器等常規(guī)限流措施，具有一定的限流效果，但存在正常運(yùn)行損耗及可能影響電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性等問題；

⑤研究新的限流技術(shù)，開發(fā)新一代限流裝置，它們目前正以其優(yōu)良的限流特性而倍受關(guān)注，其中尤以超導(dǎo)限流器和新型固態(tài)限流器為 [2]  。

典型應(yīng)用

編輯

并非所有短路都是壞事，有時(shí)還需要利用短路來實(shí)現(xiàn)保護(hù)或者工作。具體應(yīng)用有以下幾個(gè)方面。

1 短路在保護(hù)接零系統(tǒng)(TN系統(tǒng))中的應(yīng)用

在圖3中，設(shè)備外殼通過保護(hù)線與線路中N線作電氣上的可靠連接，當(dāng)設(shè)備的外殼與

圖3

帶電體相碰(漏電)時(shí)，保護(hù)線起到制造短路的作用。電流將從設(shè)備外殼經(jīng)由零線流回中性點(diǎn)。由于零線電阻很小，所以這一短路電流很大，而經(jīng)由人體到中性點(diǎn)的這條通路電阻很大，電流幾乎為零。由此產(chǎn)生的大電流迫使線路中的保護(hù)元件作(如熔斷器或斷路器跳閘)，使設(shè)備迅速脫離電源，從而避免觸電事故的發(fā)生。而且總希望此時(shí)短路電流越大越好，因?yàn)槎搪冯娏髟酱?，保護(hù)元件動(dòng)作越快?？梢娫谶@種情況下，就是依靠短路電流達(dá)到保護(hù)的目的。

2 短路在電流互感器運(yùn)行中的應(yīng)用

電流互感器主要用來擴(kuò)大測(cè)量交流電流量程，也是為了使測(cè)量儀表與高

圖4

壓電路隔開，以保證人身與設(shè)備的安全。其接線圖如圖4所示。

運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)不允許開路。因?yàn)樗囊淮卫@組是與負(fù)載串聯(lián)的，其中電流

的大小取決于負(fù)載的大小。如果二次繞組電路斷開，二次繞組的電流和磁通勢(shì)立即消失，但一次繞組的電流

未變。這時(shí)鐵心內(nèi)的磁通全由一次繞組的磁通勢(shì)

產(chǎn)生，結(jié)果造成鐵心內(nèi)很大的磁通(因?yàn)榇藭r(shí)二次繞組的磁通勢(shì)為零，不能對(duì)一次繞組的磁通勢(shì)起去磁作用了)。一方面使鐵心損耗急劇增加，造成鐵心過熱，燒毀繞組；另一方面在二次繞組上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)，可能使絕緣擊穿，并危及設(shè)備和人身安全。因此，二次側(cè)繞組不能接熔斷器，如果需要拆除運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)的儀表如電流表、電能表等之前，必須先將其二次側(cè)短路。此時(shí)的短路不僅是允許的，而且是必須的。

3 短路在電力變壓器負(fù)載試驗(yàn)中的應(yīng)用

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。電力變壓器在投入運(yùn)行前或在運(yùn)行過程中，需要進(jìn)行一些試驗(yàn)，以保證電力變壓器安全運(yùn)行。試驗(yàn)項(xiàng)目包括：變壓器油的簡化

圖5

試驗(yàn)、絕緣吸收比試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、空載試驗(yàn)及負(fù)載試驗(yàn)。其中負(fù)載試驗(yàn)的目的是測(cè)量變壓器的負(fù)載損耗PK和阻抗電壓Uk，以檢查繞組實(shí)際結(jié)構(gòu)是否符合技術(shù)要求。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將二次繞組短路(見圖5)，通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓，使得一次側(cè)的電流等于額定電流，這時(shí)電壓表V的讀數(shù)就是變壓器的阻抗電壓Uk，功率表W測(cè)出的一次輸入功率就是變壓器的負(fù)載損耗PK。負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，由于二次側(cè)處于短路狀態(tài)，負(fù)載阻抗等于零，輸出功率也等于零，而在二次繞組中流過的電流恰好等于額定值，所以輸入功率都為變壓器自身所損耗。同時(shí)，試驗(yàn)時(shí)加在一次繞組上的電壓Uk很低，一般僅為額定電壓UN的5%～10%之間，因?yàn)殡妷旱?，鐵心中的主磁通也很少，僅為額定工作磁通的百分之幾，所以鐵耗PFe很小，因此變壓器的負(fù)載損耗幾乎就是變壓器繞組的銅耗Pcu