短路是电气设备运行中最常见的故障之一。为减少短路故障带来的危害，电气设备和电子装置中都需要配备短路保护。本文先介绍一种基于输出电压检测的电子式短路保护电路及其工作原理与设计要点，再介绍电力系统短路电流的计算方法和短路的类型。

一、短路电流及其危害

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接即为短路，此时回路中流过的电流称为短路电流。其数值可远远大于额定电流，大小取决于短路点距电源的电气距离。例如在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的 10～15 倍；大容量电力系统中，短路电流可达数万安，会对电力系统的正常运行造成严重影响。

二、电子式短路保护电路的工作原理

短路保护电路利用一个晶体管采样输出电压，根据输出电压在短路前后的状态变化判断是否发生短路，从而实现短路保护，电路如图 1 所示。

图 1　短路保护电路

为了方便示意是否发生短路，可以加入一只发光二极管作为指示灯，如图 2 所示：短路发生后，发光二极管 D3 点亮；短路消除后重新启动电源，电路即可恢复正常工作。

图 2　带短路指示的短路保护电路

该电路的工作原理如下：短路发生后，输出电压经 R_A 和 R_B 采样得到的电压值无法维持三极管 Q1 导通，于是 Q1 关断，电容 C1 被充电，连接 AP3003 EN 管脚的 V_EN 随时间推移不断升高，其表达式如下所示：

式（E-3）　V_EN 的表达式

V_EN 一旦高于 EN 管脚的阈值电压，整个系统即停止工作，从而实现短路保护。

短路保护的设计需要注意两个方面：一是避免短路保护电路影响系统启动，R1、C1 的取值要保证短路保护开始动作的时间远大于系统启动时间；二是选择合适的 R3，保证 R3 的接入不会影响 R_A 和 R_B 所设定的输出电压值。

三、短路电流的计算方法

工程上进行短路电流计算时，通常采用以下简化规定：

（1）假设系统容量无限大。用户处短路后系统母线电压维持不变，即计算阻抗比系统阻抗大得多。对于 3～35 kV 级电网中短路电流的计算，可以认为 110 kV 及以上系统的容量为无限大，只需计算 35 kV 及以下网络元件的阻抗。

（2）计算高压电器中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器和电抗器的电抗而忽略其电阻；对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗的 1/3 时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻。

（3）短路电流计算公式或计算图表都以三相短路为计算条件。因为单相短路或两相短路时的短路电流都小于三相短路电流，能够分断三相短路电流的电器一定能够分断单相或两相短路电流。

四、短路的类型

三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。除三相短路时三相回路依旧对称（因而又称对称短路）外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地短路故障最多，约占全部故障的 90%；在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。

发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态一般需要 3～5 s。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂，包含多种分量，其计算需借助计算机。短路后约半个周波（0.01 s）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流；冲击电流会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时的机械应力动稳定性。短路电流的分析与计算是电力系统分析的重要内容之一，为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而损坏，同时使网络内的电压大大降低，破坏用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，需要计算短路电流，以正确选择电器设备、设计微机保护和选用限制短路电流的元件。