短路故障特征分析：原因与应对

1.三相短路

对称三相电路发生三相短路时，短路电流仍然是对称的，因此可按单相电路对待，其等效电路如图8-6所示。图中Z=R+jX_L表示从电源到短路点的等效阻抗；Z′=R′+jX_L′表示从短路点到负荷的等效阻抗。

图8-6 发生三相短路时的等效电路

任取一相电路，有

式中，i_k为短路电流瞬时值；φ_0u为短路时电源电压相位角。

求出短路电流的瞬时值为

式中，U_m为相电压幅值；z为短路点到负载的等效阻抗，；φ为R与X的阻抗角；i_kp为短路电流的周期分量；i_kna为短路电流的非周期分量。

当相位角φ_0u=φ-90°时，即电源电压的瞬时值正好经过零值时，短路电流的非周期分量（又称直流分量）最大，此时短路电流将达到最大值。根据式（8-2）可绘出短路电流的波形，如图8-7所示。

图8-7 三相短路电流波形

三相短路电流的最大瞬时值出现在短路发生后约半个周波左右，不仅与周期分量的幅值有关，也与非周期分量的起始值有关。当t趋于无穷时，非周期分量衰减完毕，短路电流等于短路电流周期分量，称为稳态短路电流。

最严重的短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流。三相短路冲击电流与短路相角及电网时间常数有关，短路相角愈小，时间常数愈大，冲击电流幅值愈高，最大可达到稳态电流有效值的2.8倍。

配电系统中某节点三相短路电流与短路前额定电压的乘积称为短路容量，即

节点连接的电源容量越大，或越靠近电源，短路容量越大，要求电气设备耐受短路电流越大，开关开合或开断的遮断容量也越大。短路容量是电网节点的重要参数，是选择电气设备的重要依据，应检验考察其耐受短路时产生的电动力和热效应的能力。

2.两相短路

如图8-8所示电网中，A、B两相发生金属性短路，其边界条件为

因为，，故

图8-8 两相短路示意图

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又因为，故电压的正序分量。

由上述分析，可绘出两相短路时的复合序网图，如图8-9所示。由于未发送接地，故无零序网络。

根据图8-9所示复合序网图可得

故障点的短路电流为

图8-9 两相短路的复合序网图

当两相短路发生在远离电源处，可认为X₁∑=X₂∑，由此可得出在同一短路点两相短路电流I_k（2）与三相短路电流I_k（3）的关系，即

3.两相接地短路

两相接地短路的分析同两相短路。如图8-10所示的中性点直接接地系统两相（设A、B相）接地短路。其短路点K处的边界条件为

故障点各序电压分量为

由上述两式可绘出如图8-11所示的复合序网图。

图8-10 中性点直接接地系统的两相接地短路示意图

图8-11 中性点直接接地系统两相接地短路的复合序网图

由复合序网图可得故障相的电流为

可见，两个故障相电流幅值是相等的。