短路的基本概念：了解电路安全问题

电力系统的短路故障也称为横向故障，是相与相之间或相与地之间发生通路的故障；一相或两相断线的情况，为断线故障，也称纵向故障。本书内容着重介绍上述两种故障情况。

在电力系统可能发生的各种故障中，危害较大且发生概率较高的首推短路故障。

产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘材料损坏。引起绝缘材料损坏的原因有：各种形式的过电压(如雷击过电压或操作过电压)引起的绝缘子、绝缘套管表面闪络；绝缘材料恶化等。此外，恶劣的自然条件、鸟兽跨接裸露导体及运行人员的误操作等也会造成短路。

短路故障分为三相短路、单相接地短路、两相短路及两相接地短路。其中，三相短路时三相电路仍然对称，称为对称短路；其余三类统称为不对称短路。各种短路示意图和代表符号如表6-1所示。短路故障大多数发生在架空输电线路中，且单相接地短路发生的概率达65%。

表6-1　各种短路示意图和代表符号

续表

在电力网络中，除了上述的同一地点的短路之外，还可能在不同地点发生短路，称为多重短路。

短路对电力系统的正常运行有很大影响，对电气设备有很大的危害，主要表现在以下4个方面。

(1)发生短路时，短路回路中的电流大大增加。例如，在发电机端发生短路时，流过定子绕组的短路电流最大值可达发电机额定电流的10～15倍。过大的短路电流，其热效应会引起导体及其绝缘材料的损坏；同时电动力效应也可能使导体变形或损坏。

(2)短路会引起电网中电压降低，导致部分用户的供电受到影响，用电设备不能正常工作。例如，系统中的主要负荷——异步电动机，其电磁转矩与电压的平方成正比，若电压下降，会导致电动机不能正常工作，甚至停机。(www.xing528.com)

(3)不对称短路所引起的不平衡电流，将产生不平衡磁通，会在邻近的平行通信线路内产生感应电动势，对通信系统造成干扰，从而威胁人身和设备安全。

(4)短路可能会破坏系统的稳定性，造成严重后果。由于短路引起系统中功率分布的变化，发电机输出功率与输入功率不平衡，可能会引起并列运行的发电机失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。

在电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障的发生概率。例如，采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。同时，通过采用继电保护装置，迅速切除故障设备，保证无故障部分的安全运行。架空线路的短路故障大多是瞬时性的，如果故障线路与电源隔离，短路点电弧熄灭并去游离后，能恢复正常的绝缘能力。因此，架空线路普遍采用自动重合闸装置，发生短路时断路器迅速跳闸，经一定时间(0.4～1 s)后自动合闸。对于瞬时性故障，重合闸后即恢复正常运行；对于永久性故障，重合闸后会再次使断路器分断。线路上的电抗器，通常也是为限制短路电流而设计的。

在发电厂、变电所及整个电力系统的设计和运行中，短路计算是解决很多问题的基本计算，其计算目的如下。

(1)选择有足够电动力稳定性和热稳定性的电气设备。例如，计算冲击电流以校验设备的电动力稳定性；计算短路电流周期分量以校验设备的热稳定性等。

(2)合理的配置继电保护及自动装置，并确定其参数。

(3)比较和评价电气主接线方案时，可以依据短路计算的结果，确定是否采取限制短路电流的措施，并对设备的造价进行评估，选择最佳的主接线方案。

此外，电力系统暂态稳定的计算、确定电力线路对邻近通信线路的干扰等，都要进行短路计算。