故障电流

故障电流是任何异常电流。例如，短路是火线接触中性线或地线的故障。如果电路因载流线（相线或中性线）故障或保险丝或断路器熔断而中断，则会发生开路故障。在三相系统中，故障可能涉及一相或多相和接地，也可能仅发生在相间。在“接地故障”或“接地故障”中，电流流入大地。预期短路电流大多数情况下都可以计算出可预测故障的概率。在电力系统中，保护设备可以检测故障情况并操作断路器和其他设备，以限制由于故障而导致的服务损失。

在多相系统中，故障可能同等影响所有相，这是“对称故障”。如果仅影响某些相，则由此产生的“不对称故障”变得更难以分析。对这类故障的分析通常通过使用对称分量等方法来简化。

设计检测和中断电力系统故障的系统是电力系统保护的主要目标。

瞬态故障是在短时间内断开电源然后恢复后不再存在的故障；或仅暂时影响设备介电性能的绝缘故障，该绝缘故障会在短时间内恢复。架空电力线中的许多故障本质上是瞬态的。当发生故障时，用于电力系统保护的设备会运行以隔离故障区域。然后将清除瞬态故障，并且电力线可以恢复使用。瞬态故障的典型示例包括：

• 瞬时树接触
• 鸟类或其他动物接触
• 雷击
• 导体碰撞

输配电系统使用自动重合闸功能，该功能通常用于架空线路，以在发生瞬态故障时尝试恢复电力。此功能在地下系统中并不常见，因为故障通常具有持久性。随着故障电流的产生，瞬态故障仍可能在原始故障现场或网络中的其他地方造成损坏。

无论是否通电，都会出现持续故障。地下电力电缆中的故障通常由于电缆的机械损坏而持续存在，但有时由于闪电而在性质上是短暂的。

不对称或不平衡故障不会平等地影响每一相。不对称故障的常见类型及其原因：

• 线间故障-由空气电离或线路发生物理接触（例如由于绝缘体损坏）引起的线路之间的短路。在输电线路故障中，大约5%-10%是不对称的线间故障。
• 线对地故障-一条线与地之间的短路，通常由物理接触引起，例如由于闪电或其他风暴损坏。在输电线路故障中，大约65%-70%是不对称的线对地故障。
• 双线对地故障-两条线与地面（以及彼此）接触，通常也是由于风暴损坏。在传输线故障中，大约15%-20%是不对称的双线对地。

对称或平衡故障对每一相的影响均等。在传输线故障中，大约5%是对称的。与不对称故障相比，这些故障很少见。两种对称故障是线对线（LLL）和线对线对地（LLLG）。对称故障占所有系统故障的2%到5%。但是，即使系统保持平衡，它们也会对设备造成非常严重的损坏。

一个极端是故障的阻抗为零，从而产生xxx的预期短路电流。从概念上讲，所有的导体都被认为是通过金属导体接地的；这被称为“螺栓故障”。在精心设计的电力系统中，金属对地短路是不寻常的，但这种故障可能是偶然发生的。在一种类型的传输线保护中，故意引入“螺栓故障”以加速保护装置的操作。

接地故障（接地故障）是任何允许电源电路导体与大地意外连接的故障。此类故障可能会导致令人反感的循环电流，或者可能会在危险电压下使设备外壳通电。一些特殊的配电系统可能被设计成能容忍单一的接地故障并继续运行。在这种情况下，接线规范可能需要绝缘监测设备发出警报，因此可以识别和纠正接地故障的原因。如果在这样的系统中发生第二次接地故障，则可能导致过流或组件故障。即使在通常接地以限制过压，某些应用需要接地故障断路器或类似设备来检测接地故障。

实际上，故障中的电阻相对于负载电阻可以从接近零到相当高。与功率为零的零阻抗情况相比，故障可能消耗大量功率。此外，电弧是高度非线性的，因此简单的电阻不是一个好的模型。需要考虑所有可能的情况才能进行良好的分析。

在系统电压足够高的情况下，电力系统导体和接地之间可能会形成电弧。这种电弧可能具有相对较高的阻抗（与系统的正常运行水平相比），并且可能难以通过简单的过电流保护来检测。例如，通常载有1000安培电流的电路上的数百安培电弧可能不会使过流断路器跳闸，但会在完全短路之前对母线或电缆造成巨大损坏。公用事业、工业和商业电力系统具有额外的保护设备，以检测相对较小但不希望有的逃逸到地面的电流。在住宅布线中，电气法规现在可能要求使用电弧故障断路器在建筑物布线电路上，在小电弧造成损坏或火灾之前检测它们。

对称故障可以通过与电力系统中任何其他现象相同的方法进行分析，实际上存在许多软件工具来自动完成此类分析。然而，还有另一种同样准确且通常更有指导意义的方法。

首先，做了一些简化的假设。假设系统中的所有发电机都是同相的，并且在系统的标称电压下运行。电动机也可以被认为是发电机，因为当发生故障时，它们通常提供而不是汲取电力。然后针对此基本情况计算电压和电流。

接下来，故障位置被认为由负电压源供电，等于基本情况下该位置的电压，而所有其他源设置为零。这种方法利用了叠加原理。

为获得更准确的结果，应针对三个不同的时间范围分别执行这些计算：

• 次瞬态是xxx个，并且与xxx的电流相关联
• 瞬态介于亚瞬态和稳态之间
• 在所有瞬态都有时间稳定后出现稳态

不对称故障打破了三相电源中使用的基本假设，即负载在所有三相上都是平衡的。因此，不可能直接使用单线图等工具，其中只考虑一个阶段。然而，由于电力系统的线性，通常将产生的电压和电流视为对称分量的叠加，可以对其应用三相分析。

在对称分量法中，电力系统被视为三个分量的叠加：

• 正序分量，其中相位与原始系统的顺序相同，即abc
• 负序分量，其中相位与原始系统的顺序相反，即acb
• 零序组件，它不是真正的三相系统，而是所有三相彼此同相。

要确定不对称故障产生的电流，首先必须知道所涉及的输电线路、发电机和变压器的每单位零序、正序和负序阻抗。然后使用这些阻抗构建三个独立的电路。然后将各个电路以特定布置连接在一起，具体布置取决于所研究的故障类型（这可以在大多数电力系统教科书中找到）。一旦顺序电路正确连接，就可以使用经典的电路分析技术分析网络。该解决方案导致电压和电流作为对称分量存在；这些必须通过使用A矩阵转换回相位值。

在选择熔断器和断路器等保护装置时，需要分析预期的短路电流。如果要对电路进行适当保护，故障电流必须足够高，以便在尽可能短的时间内操作保护装置；此外，保护装置必须能够承受故障电流并熄灭任何由此产生的电弧，而其自身不会被破坏或维持电弧很长时间。

故障电流的大小因所用接地系统的类型、装置的电源类型和接地系统以及与电源的接近程度而有很大差异。例如，对于国内的英国230V、60ATN-S或美国120V/240V电源，故障电流可能为几千安培。具有多个电源的大型低压网络可能具有300,000安培的故障水平。高电阻接地系统可能会将线路对地故障电流限制为仅5安培。在选择保护装置之前，必须在装置的起点和每个电路的最远点可靠地测量预期故障电流，并将此信息正确应用于电路的应用。

定位电缆系统中的故障既可以在电路断电的情况下进行，也可以在某些情况下，在电路通电的情况下进行。故障定位技术可大致分为终端方法，使用在电缆末端测量的电压和电流，以及跟踪方法，需要沿电缆长度进行检查。终端方法可用于定位故障的一般区域，以加快对长电缆或埋地电缆的跟踪。

在非常简单的布线系统中，故障位置通常通过检查电线来找到。在可能隐藏电线的复杂布线系统（例如，飞机布线）中，使用时域反射仪定位布线故障。时域反射计沿电线发送一个脉冲，然后分析返回的反射脉冲以识别电线内的故障。

在历史悠久的海底电报电缆中，使用灵敏的电流计来测量故障电流；通过在故障电缆的两端进行测试，可以将故障位置隔离到几英里以内，从而可以抓住并修复电缆。Murray回路和Varley回路是用于定位电缆故障的两种连接类型

有时，电力电缆中的绝缘故障不会在较低电压下出现。“重击”测试装置向电缆施加高能量、高压脉冲。故障定位是通过听故障处的放电声音来完成的。虽然此测试会导致电缆站点损坏，但它是实用的，因为在任何情况下都必须重新绝缘故障位置。

在高电阻接地配电系统中，馈线可能会出现接地故障，但系统会继续运行。故障但已通电的馈线可以通过环形电流互感器找到，该电流互感器收集电路的所有相线；只有包含接地故障的电路才会显示净不平衡电流。为了使接地故障电流更易于检测，系统的接地电阻可以在两个值之间切换，使故障电流产生脉冲。

较大电池的预期故障电流，例如用于独立电源系统的深循环电池，通常由制造商给出。

根据AS4086第2部分（附录H），在澳大利亚，如果未提供此信息，则以安培为单位的预期故障电流“应视为C120A·h速率下标称电池容量的6倍”。