电机匝间短路与相间短路的区别

电机匝间短路及相间短路问题解答 一、什么是电机匝间短路

就是同一个绕组是由很多圈（匝）线绕成的，如果绝缘不好的话，叠加在一起的线圈之间会短路，这样一来，相当于一部分线圈直接被短路掉不起作用了。匝间短路后，电机的绕组因为一部分被短路掉，磁场就和以前不同了，不对称了，而且剩余的线圈电流比以前大了，电机运行中会振动增大，电流增大，出力相对减小。

二、发生电机匝间短路，会有以下现象：

1）被短路的线圈中将流过很大的环流（常达正常电流的2－－-10倍），使线圈严重发热；

2）三相电流不平衡，电动机转矩降低； 3）产生杂音；

4）短路严重时，电动机不能带负载起动。

匝间短路在刚开始时，可能只有两根导线因交叠处绝缘磨坏而接触。 由于短路线匝内产生环流，使线圈迅速发热，进一步损坏邻近导线的绝缘，使短路的匝数不断增多、故障扩大。

短路匝数足够多时，会使熔断器烧断，甚至绕组烧焦冒烟。

当三相绕组有一相发生匝间短路时，相当于该相绕组匝数减少，定子三相电流就不平衡。不平衡的三相电流使电动机振动，同时发出不正常的声音。 电动机平均转矩显著下降，拖动负载时就显得无力。

三、电动机绕组短路故障现象和原因是什么？

答：由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰

汽车用刮水电动机、暖风电动机等都属于低压小型直流电动机。当电枢出现匝间短路故障时,会导致电动机不转、转动无力、有时能转有时不能转,甚至无规律烧坏熔断丝等故障。

汽车用刮水电动机、暖风电动机等都属于低压小型直流电动机。当电枢出现匝间短路故障时，会 导致电动机不转、转动无力、有时能转有时不能转，甚至无规律烧坏熔断丝等故障。用万用表无法 准确检测出该故障，用自制的电枢匝间短路检测器可方便、准确地测试出电枢有无匝问短路故障 .能

表2

可用的 QZ型漆包圆铜线参数

提高工作效率数倍。 传统文献资料上介绍的自制方法，是用山字形硅钢片叠成铁心，在中间绕上线圈。在使用它检查电枢时，一定要先放置电枢，然后才能给匝间短路

检测器的线圈通电。检查完毕后，一定要先断掉匝间短路检测器的线圈电源，然后再从匝间短路检测器上取下电枢 .否则 .匝间短路检测器将成为开口 电抗线圈 .因其线圈励磁电流很大 .导致匝间短路检测器的线圈烧毁。笔者下文介绍的自制电枢匝间短路检测器，采用电动工具定子成品铁心，自制时免除了逐片安装铁心的麻烦，检查操作时没有顺序

12 .

材料型号选择

根据自己平时所测的对象，决定所选的电动工具定子铁心的冲片外径尺寸。测小功率型电枢，可选定子铁心的冲片外径小一点的型号，

相间短路为什么不会产生零序电流

正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是 们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。

从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。

1）求零序分量：把三个向量相加求和。即a相不动，b相的原点平移到a相的顶端（箭头处），注意b相只是平移，不能转动。同方法把c相的平移到b相的顶端。此时作a相原点到c相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最

相间短路为什么不会产生零序电流

正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是 们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。

从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。

1）求零序分量：把三个向量相加求和。即a相不动，b相的原点平移到a相的顶端（箭头处），注意b相只是平移，不能转动。同方法把c相的平移到b相的顶端。此时作a相原点到c相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最

注：本节内容主要摘自《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

16.3.1. 变压器相间短路后备保护 16.3.1.1 复合电压闭锁方向过流保护 16.3.1.1.1 电流元件的整定计算

a） 过电流保护的动作电流计算。电流元件的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下：

Iop?KrelIe Kr式中： Krel为可靠系数，取1.2～1.3；

Kr为返回系数，取0.85～0.95；

Ie为变压器的额定电流，下同。 b） 灵敏系数校验：

)Ik(.2min ?IopKsen)式中：Ik(.2min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，要

求Ksen?1.3（近后备），Ksen?1.2（远后备）。 16.3.1.1.2 低电压启动元件的整定计算 低电压启动元件的整定应考虑以下情况：

a）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定

Uop?Umin KrelKr式中： Krel为可靠系数，取1.1～1.2；

Kr为返回系数，取1.05～1.25；

Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9Ue（额定线电压，下同）

b）按躲过电动机自起动时的电压整定：

当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时

注：本节内容主要摘自《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

16.3.1. 变压器相间短路后备保护 16.3.1.1 复合电压闭锁方向过流保护 16.3.1.1.1 电流元件的整定计算

a） 过电流保护的动作电流计算。电流元件的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下：

Iop?KrelIe Kr式中： Krel为可靠系数，取1.2～1.3；

Kr为返回系数，取0.85～0.95；

Ie为变压器的额定电流，下同。 b） 灵敏系数校验：

)Ik(.2min ?IopKsen)式中：Ik(.2min为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流，要

求Ksen?1.3（近后备），Ksen?1.2（远后备）。 16.3.1.1.2 低电压启动元件的整定计算 低电压启动元件的整定应考虑以下情况：

a）按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定

Uop?Umin KrelKr式中： Krel为可靠系数，取1.1～1.2；

Kr为返回系数，取1.05～1.25；

Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9Ue（额定线电压，下同）

b）按躲过电动机自起动时的电压整定：

当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时

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6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析

6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程

上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。

同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图

图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子

6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程

上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图

图6-6为凸极同步发电

短路电流的计算

概述

电力系统正常运行方式的破坏，多数是由于短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安培。变电站设计中不能不全面地考虑短路故障的各种影响。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。 在三相系统中短路的基本类型有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

变电所中的各种电气设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响造成设备损坏。短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置整定必须在主回路通过短路电流时准确动作。 由于上述原因，短路电流计算成为变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计中主要计算三相

第一章 输电线路相间短路的三段式电流保护

第一节 瞬时电流速断保护

一、 短路电流的分析计算

瞬时电流速断保护（又称第I段电流保护）它是反映电流升高，不带时限动作的一种电流保护。

1．短路电流计算

在单侧电源辐射形电网各线路的始端装设有瞬时电流速断保护。当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点的短路电流为：

I(3)k?ES

XS?X1lI(2)k?ES3

2XS?X1l2、运行方式与短路电流的关系

当系统运行方式改变或故障类型变化时，即使是同一点短路，短路电流的大小也会发生变化。在继电保护装置的整定计算中，一般考虑两种极端的运行方式，即最大运行方式和最小运行方式。

（1）最大运行方式——流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为最大运行方式，此时系统的阻抗Xs为最小；

（2）最小运行方式——当流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗Xs最大。

图3－ 1中曲线1表示最大运行方式下三相短路电流随J的变化曲线。曲线2表示最小运行方式下两相短路电流随J的变化曲线。

二、动作电流的整定计算 1、动作电