1、Ics 4702060U 60 固亘中华人民共和国国家标准GBT 21066-2007IEC 61363-1：1998船舶和移动式及固定式近海设施的电气装置三相交流短路电流计算方法Electrical installations of ships and mobile and fixed offshore unitsProcedures for calculating short。circuit currents in three-phase ac2007-08-06发布(IEC 613631：1998，IDT)2008-03-0 1实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局借看中国国家标准化
2、管理委员会仅111目 次前言1范围-2规范性引用文件3术语和定义、符号、下标和上标31术语和定义32符号33下标34上标-一-4概述41一般要求42计算精度43基本假设44计算方法5系统元件和模型51有源元件52无源元件6简化计算假设61一般要求62同步电机63异步电动机一7等效发电机的应用71一般要求72假设73等效电动机的计算74等效发电机的计算8系统计算81一般要求82与有源元件串接的无源元件的影响83发电机汇流排的短路电流84直接连接到发电机汇流排的次级汇流排的短路电流85变压器86用于变速驱动的半导体变换器87计算步骤9计算结果的应用与说明91一般要求92 1 kV以下的系统93 1
3、 kV以上的系统GBT 21066-2007IEC 613631：1998，：04o，000oo坫M珀拇均毖船毖勰弘弘狙拍孙孙孙胛刖 吾GBT 21066-2007IEC 613631：1998本标准等同采用IEC 61363 1：1998船舶和移动式及固定式近海设施的电气装置第1部分：三相交流短路电流计算方法(英文版)。本标准等同翻译IEC 613631：1998。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改：a)“本国际标准”一词改为“本标准”；b)用小数点代替作为小数点的逗号，7；c)删除了国际标准的前言；d)原文中图3增加注释；e)对原文中公式(65)、(66)、(67)、(72)、(75)
4、和(78)进行编辑性修改。本标准由中国船舶工业集团公司提出。本标准由中国船舶工业综合技术经济研究院归口。本标准起草单位：中国船舶工业综合技术经济研究院、广东湛江海洋大学。本标准主要起草人：李大屹、刘勇、巩志祥、严苹。GBT 21066-20071IEC 61363-1：1998船舶和移动式及固定式近海设施的电气装置三相交流短路电流计算方法1范围本标准规定了可能发生在船用或近海设施交流电力装置的短路电流的计算方法。本计算方法适用于具有下列特征的非网格形三相交流系统：a)工作频率50 Hz或60 Hz；b)具有在GBT 7358 1998表2中所规定的系统电压；c)具有一个或多个不同的电压等级；d
5、)包括发电机、电动机(异步和同步)、变压器、电抗线圈、电缆和变换器单元；e) 具有通过一个阻抗(用来限制流向船体的短路电流)将系统中性点连接到船体；f) 具有与船体绝缘的中性点。本计算方法适用于三相对称短路状态，即三相导线一起短路，或与船体的短路致使三相同时短路。对于非对称短路状态引起的短路电流计算会得出较高的短路电流非周期(直流)分量，本标准不予考虑。本标准所描述的计算公式和方法，能足够精确的计算故障状态的前100 ms的短路电流。当计算一个与发电机直接连接的汇流排系统时，也可以用这些公式和方法来计算大于100 ms时间段的短路电流。当时间段超过100 ms时，系统电压调节器的控制作用可能是
6、主要的。本标准的计算不考虑电压调节器的影响。本标准的目标是给出电力系统中有源元件短路电流的计算公式，并指明在计算电力系统不同位置的短路电流时，如何简化这些计算公式。考虑到系统有源元件产生的最大影响，计算给出了对预期短路电流的估算。计算公式是从与系统元件相关的基础电气工程理论推导而来。为了简化计算方法，但同时又保持可接受结果的精确度，列出了合适的假设并且说明这些假设对计算结果的影响。本标准提供了一个计算方法。当利用相应结果来选择开关设备时，本标准在解释及应用简化公式和相应结果方面提供指导。除了计算网络中的短路电流外，本标准不提供其他任何信息。为了理解计算方法和结果，假设致力于短路电流计算的人员完
7、全熟悉电气工程原理。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 7358 1998船舶电气设备系统设计总则(idt IEC 60092201：1994)IEC 600344：1985旋转电机第4部分：确定同步电机参数的测量方法IEC 60038：1983 IEC标准电压IEC 60050(151)：1978国际电工词汇(IEV)第151章：电磁装置IEC 6005
8、0(411)：1996国际电工词汇(IEV)第411章：旋转电机IEC 60050(441)：1984国际电工词汇(IEV)第441章：开关设备、控制设备和熔断器IEC 60092202：1994船舶电气设备第2部分：系统设计保护1GBT 21066-2007IEC 613631：1998IEC 60909：1988三相交流系统短路电流计算3术语和定义、符号、下标和上标31术语和定义以下术语、定义与符号适用于本标准。311短路short circuit电路中在正常情况下处于不同电压下的两个或多个点之间，通过比较低的电阻或阻抗的偶然或有意形成的连接。Emv 151 0341312短路电流shor
9、t-circuit current由于故障或连接错误而在电路中造成短路时所产生的过电流。IEV 44111 07313预期电流(针对开关电器)prospective current假如开关电器的每一个极或一个熔断器被阻抗可忽略不计的导体所代替时，电路中将会流过的短路电流。IEV 44117 01，修正版314对称短路电流symmetrical short-circuit current预期(可达到的)短路电流交流对称分量的均方根值。如果有直流分量，应不计算在内。IEC 60909：1 988，34315对称短路电流初始值initial symmetrical short-circuit cur
10、rentJ：在短路瞬间，如果阻抗保持零值的预期(可达到的)短路电流的对称交流分量均方根值。mc 60909：1988，35，见图2316直轴超瞬态短路电流 subtransient short-circuit current in the direct axisI旋转电机的阻抗(电抗)等于电路超瞬态阻抗(电抗)的电路中流过的短路电流的均方根值。317直轴瞬态短路电流transient short-circuit current in the direct axis10旋转电机的阻抗(电抗)等于电路瞬态阻抗(电抗)的电路中流过的短路电流的均方根值。318直轴稳态短路电流 steady-state
11、 short-circuit current in the direct axisIu瞬态现象衰减后流过带有发电机的电路中的对称短路电流的均方根值。319短路电流非周期(直流)分量aperiodic(dc)component of the short-circuitid。电路突然短路后瞬间的电路电流分量，不包括所有基波和高频分量。注：短路电流上下包络线间的平均值，该值从初始值A衰减到零值(见图2)。2GBT 21066-2007IEC 61363-1：19983110峰值短路电流peak short-circuit currentip预期(可达到的)短路电流的最大可能瞬时值(见图2和IEC 6
12、0909，38)。注：对于三相短路，假设所有相的导体同时发生短路。3111直轴超瞬态短路时间常数direct-axis subtransient short-circuit time constantT：电机(或等效电机)在额定转速下运转时，直轴短路电流在最初的几个周期内出现的瞬变分量，当运行条件发生突然变化后，减小到初始值的lie(即0368倍)所需的时间。IEV 411 48 30，修正版3112直轴超瞬态开路时间常数direct-axis subtransient open-circuit time constantT：。电机在额定转速下运转时，直轴磁通所产生的初级绕组开路电压的最初几个
13、周期内出现的瞬变分量，当运行条件发生突然变化后，减小到初始值的1e(Ep 0368倍)所需的时间。IEV 4114829，修正版3113直轴瞬态短路时间常数direct-axis transient short-circuit time constantT：电机在额定转速下运转时，直轴短路初级电流的渐变分量，当运行条件发生突然变化后，减少到初始值的le(即0368倍)所需的时间。IEV 4114828，修正版3114直轴瞬态开路时间常数directaxis transient open-circuit time constantTI电机在额定转速下运转时，直轴磁通所产生的开路初级电压的渐变分量
14、，当运行条件发生突然变化后，减小到初始值的le(即0368倍)所需的时间。IEV 4114827，修正版3115直流时间常数DC time constantTd。电机在额定转速下运转时，存在于短路电流中的直流分量，当运行条件发生突然变化后，从初始值减小到初始值的le(即0368倍)所需的时间。见IEC 600344第20章3116直轴超瞬态电抗(饱和值)direct-axis subtransient reactance(saturated value)x：电机在额定转速下运转时，由直轴初级总磁通感生的初级电压交流基波分量的一个突变的初始值，与同时在直轴初级电流交流基波分量中发生变化的值之比。
15、Emv 4115011，修正版3117直轴瞬态电抗(饱和值)direct-axis transient reactance(saturated value)x：电机在额定转速下运转时，由直轴初级总磁通感生的初级电压交流基波分量中一个突变的初始值，与同时在直轴初级电流交流基波分量中发生变化的值之比。最初若干周期内各快速衰减的分量都不计在内。IEC 41150 09，修正版3GBT 21066-2007IEC 613631：19983118直轴同步电抗direct-axis synchronous reactanceXd瞬态现象衰减后，由直轴初级总磁通感生的初级电压交流基波分量的稳态值，与直轴初始
16、电流交流基波分量之比。3119同步电机定子电阻stator resistance of a generatorR。在直流电流下测量的同步电机的定子电阻。3120短路阻抗short-circuit impedanceZ平衡交流系统中，每相正弦电压与该系统中短路电流同频分量之比。3121电压源voltage source可用一个与电路中所有电压和电流无关的理想电压源同一个无源元件相串联来表示的有源元件。IEV 131-013733122标称系统电压nominal system voltageU。用来指定系统的并且与某些运行特性有关的电压(线电压)见IEC 60038。3123旋转电机超瞬态电动势s
17、ubtransient voltage of a rotating machineE”短路时刻，在超瞬态电抗后起作用的旋转电机对称内电势的均方根值。3124旋转电机瞬态电动势transient voltage of a rotating machineE短路时刻，在瞬态电抗后起作用的旋转电机对称内电势的均方根值。3125标称值(n)nominal value用以标志或标识元件、器件或设备的适当的近似量值。IEV 151040133126额定值(r) rated value一般由制造商为元件、器件或设备在特定运行条件下所规定的量值。IEv 15104一0333127等效发电机(电动机)equiv
18、alent generator(motor)一台具有特性参数的虚拟发电机(电动机)，在电气装置中任何一点短路，其产生的短路电流与连接于该系统的具有不同定额和不同特性的一组发电机(电动机)所产生的短路电流相同。32符号所有列出的因子并无特定单位。这些符号表示数值和量纲，此量纲与所选相关单位制，即国际单位制sI提供的单位无关。对于阻抗、电抗、电阻和压降来说，大写字母代表绝对值，小写字母代表相对值(标幺值或百分比)。4GBT 21066-2007IEC 61363-1：1998对与时间相关的值(电压、电流)，大写字母代表均方根值，小写字母代表瞬时值。圣相角E：E： 发电机超瞬态和瞬态交轴电动势(均方
19、根值)E 电动机超瞬态电动势(均方根值)，频率，c轴带发电机最低频率，网络额定频率I：J： 等效发电机超瞬态和瞬态短路电流(均方根值)I。 等效发电机电流(均方根值)IJ二。 异步电动机和等效电动机超瞬态短路电流(均方根值)比I厶 同步电机超瞬态和瞬态初始短路电流(均方根值)I电流(均方根值)I。 同步电机短路电流交流分量(均方根值)I。”异步电动机对称短路电流(均方根值)I。异步电动机堵转电流im 同步电机短路电流直流分量(瞬时值)ia。u 异步电动机和等效电动机短路电流直流分量(瞬时值)i-短路电流上包络线值J。 等效发电机稳态短路电流(均方根值)I。 同步电机稳态短路电流(均方根值)i。
20、异步电动机短路电流上包络线值i。i。 同步电机和异步电动机短路电流峰值I额定电流(均方根值)L塾轴带发电机系统(同步电机)同步调相机的超瞬态电感L釜 带变换器的同步轴带发电机系统的超瞬态电感L。电缆电感L一 带变换器的同步轴带发电机系统的换向线圈的电感La。带变换器的同步轴带发电机系统的直流电路电感P。 额定频率下变压器铜耗R电阻R 等效发电机电阻足 同步电机定子电阻Rc电缆电阻R“直流电阻Rm异步电动机电阻RR折算到定子侧的异步电动机转子电阻风 折算到定子侧的等效异步电动机转子电阻R。异步电动机定子电阻R。 等效异步电动机定子电阻Rt变压器电阻srT变压器额定功率 以短路发生时刻为起点的持续
21、时问，变压器额定高压与额定低压之比GBT 21066-2007IEC 613631：1998t。 以短路发生时刻为起点的某一规定持续时间T：T： 同步电机超瞬态和瞬态时间常数T：。T： 等效发电机超瞬态和瞬态时间常数T：。T；。 同步电机超瞬态和瞬态开路时间常数T：T： 包括无源元件的同步电机超瞬态和瞬态时问常数T丁j。 异步电动机和等效异步电动机超瞬态时间常数T。计及连接电缆的等效异步电动机超瞬态时间常数n。Td。 同步电机和等效发电机的直流时间常数T“包括无源元件的同步电机直流时间常数Td。u Td。” 异步电动机和等效异步电动机的直流时间常数Td“。包括连接电缆的异步电动机直流时间常数u
22、。故障前电压(线电压)u。标称电压(线电压)u。额定电压(线电压)札变压器额定短路电压“，。 电抗线圈额定短路电压u“ 电动机额定电压变压器额定电压的电阻分量叫，2，rx： 等效发电机超瞬态电抗X电抗x：x： 同步电机直轴超瞬态和瞬态电抗x异步电动机超瞬态电抗x 等效异步电动机超瞬态电抗x乱 计及连接电缆的异步电动机超瞬态电抗xd 同步电机直轴电抗xnxs折算到定子侧的异步电动机转子电抗和定子电抗墨线圈电抗xt变压器电抗ZZ。 阻抗和等效阻抗z： 等效发电机超瞬态阻抗z：z： 同步电机超瞬态和瞬态阻抗z：Z包括无源元件的同步电机超瞬态阻抗和瞬态阻抗z异步电动机超瞬态阻抗z 等效异步电动机超瞬态
23、阻抗ZT变压器阻抗33下标* 等效发电机或异步电动机0故障前状态ac交流C电缆Com轴带发电机的换向线圈d直轴dc直流e包括无源元件(外部的)的值E，I，U E，I，U的相量G同步发电机Hv变压器高压侧i发电机台数j电动机台数k短路L电感Lv变压器低压侧M异步电动机或异步电动机组n标称值q交轴R异步电动机转子r额定值S异步电动机定子SC轴带发电机同步调相机SG轴带发电机To总的T变压器Z复阻抗34上标”超瞬态值瞬态值4概述GBT 21066-200711EC 613631：199841一般要求为了在正常和短路状态下评估系统的性能、可靠性、安全性和运行情况，需要多次研究船用或近海设施装置的计划、
24、设计和运行。研究的内容也许是负载变动、稳定性、电动机启动、瞬变状况、接地，或谐波。对任何特定装置，由系统设计工程师来决定进行哪一项研究。对于船用和近海设施的系统而言，不论其容量大小与复杂程度如何，短路电流研究被认为是最有必要的。在实际系统中，自动调节器的控制效应和并联连接的电机的非线性会影响所产生的电流。精确计算由这些效应引起的电流超出了本标准的范围，可应用计算机模拟技术来解决。船舶和近海结构物的电力系统的设计应确保采取所有可能的预防措施来防止短路电流的产生。计算短路电流的主要目的是保证系统及其元件能够承受短路状态的影响，从而将短路引起的损害降到最低。系统短路保护一般由熔断器和断路器提供。计算
25、的基本目的是提供足够的信息，以便有把握地选择能提供必要保护的电器。此外，这些计算有助于选择一些能将短路电流降低到保护电器的允许范围内的器件。当计算短路电流时，有必要理解由单个设备所产生的短路电流与系统中数个设备所产生的短路电流之间的差异。当只考虑一台孤立的电机时，只有该电机的电气参数会对短路电流产生影响。然而，系统中的短路电流还受到无源元件阻抗的限制，如系统组成中改变短路电流暂态和稳态值的电缆、变压器等。大部分船用和近海设施的电力系统采用中性点与船体绝缘或与船体间接入电阻的方式运行。这类7GBT 21066-2007IEC 61363-1：1998系统的短路电流最大值是三相短路电流。如果中性点
26、直接接到船体，则线对线的短路或线对船体的短路可能产生较大的电流。42计算精度第5章列出了用于各种系统中有源元件短路电流的计算公式。当分析计算结果时，应当确定有源元件特性参数的固有精度，而有源元件确定了短路电流的幅值。系统对超瞬态和瞬态阻抗的容许限度与对时间常数的容许限度相比，在更大的程度上会改变短路电流的计算结果。本标准推导出的关于有源元件的公式，在实际应用中，就三相短路状态的精度而言是足够的。当应用于系统计算时，最终结果的精度不但取决于元件特性参数的固有精度，也取决于使用的计算方法、计算公式以及系统中的特定元件产生或削弱短路电流的能力的相对重要性。为了简化计算步骤，可做出一些假设(见第6章)
27、，但是简化会导致精度降低。好的简化方法会产生趋于保守的结果，导致比实际系统短路电流值较大的值。43基本假设一个完整的短路电流计算应给出从起始到结束的每个时间点上的电流值。计算应关注预加载状态、有源元件的内在特性、无源元件的阻尼效应和短路开始时刻系统不同点上的瞬时电压。这样的计算对大多数实际工程是没有必要的，因此超出本标准的范围。本标准给出的计算公式用于计算时间相关的短路电流最大值的上包络线(见图2)。计算上包络线时，使用由设备制造商提供的公认试验方法获得的专用电机特性参数，并应用下列假设：a)忽略系统所有电容；b) 短路发生瞬问，短路点某相的相电压瞬时值为零；c)短路期间短路电流的路径不变；d
28、)忽略短路电流的电弧阻抗；e)变压器处于主抽头位置；f)短路在三相同时发生；g)并联运行的发电机，在短路开始时刻和整个短路期间，所有发电机按比例承担有功负载和无功负载；h)在每个离散的时间段内，所有电路元件作线性响应。在上述假设前提下，对于达到本标准的目的而言，计算结果是可接受的。短路电流包络线通常包括故障开始的前若干个毫秒(超瞬态期间)，还有接下来的若干个毫秒(瞬态期间)和数秒(稳态期间)。由于同步发电机产生的短路电流极大地受到它的电压调节器的特性的影响，为了精确计算调节器的影响，需要知道电压调节器的准确的设计参数，但还是难以估计得来的等式的误差。然而，考虑电压调节器所产生的短路电流稳态值，
29、一般都能从发电机制造商获得。对于对称三相故障的情况，只需考虑系统元件的正序分量。44计算方法第5章推导出的公式，一般认为最适合于计算短路电流。当信息不完整时，不能使用这些公式。除非进行公式简化，一般来说，任何简化都意味着某个参数的近似或忽略，因此，会引起计算结果精度降低。第6章给出了各种简化方法，并给出了由此引起的精度降低的说明。第8章描述这些公式在系统计算中的应用。可采用两种基本的系统计算方法，时间相关计算和非时间相关计算。在某些情况下，可以忽略短路电流的时间相关特性。然而，在需要进行精确分析，例如在确定非限流型式断路器(如在低压系统中)，或者直流分量的定额是重要的(如对于中压系统)情况下，
30、就需要进行时间相关计算。对于这两种计算方法，系统划分为有源元件和无源元件。有源元件是短路电流的来源，无源元件传递或转换短路电流，将短路电流从短路电流源分送到故障点。每个元件用一个由其特性参数导出的数学模型来表示。8GBT 21066-2007IEC 613631：1998同一定额的并联元件，如电动机和发电机，可以看作是一个单一的“成块”机械。为了完成对一个包含多个不同有源元件的系统的时间相关计算，应使用第7章给出的等效发电机方法。对于电动机来说，有必要区分开“小”电动机和“大”电动机。连接到一个共用配电点的一组小电动机，可以看作是连接到该配电点的单台等效电动机。大电动机应作为独立的短路电流源。
31、注：633给出了术语“大电动机”的定义。对于使用变频器的轴带发电机，描述其特性的精确的等式，取决于各制造商的系统设计的一些参数。相应地，要用要求的精度描述此类系统，就需要使用一个不易求解的复杂方程式。本标准提出的方法是将一个典型系统分成若干分立元件，再分别求出这些元件的短路电流值。但是，建议只要有可能，就要听取制造商的建议。5系统元件和模型51有源元件511同步电机5111一般要求在船上及近海电气装置中使用的同步电机包括同步发电机、电动机和调相机。这些电机产生短路电流的知识是计算电力系统短路电流的基础。在短路的前数个周期内，所有同步电机作出响应的方式是相似的。相应地，由同步电机产生的短路电流也
32、具有相同的基本特性。同步发电机可能是复励的或并励的。对于并励电机，在短路状态期间，随着短路电流减小，励磁电流会下降到接近零。在复励电机中，短路电流用来控制和维持励磁电流。相应地，对于定额相近的并励和复励发电机，在超瞬态影响衰减之后，复励电机会产生较高的短路电流值。5112等效电路为了计算三相同步电机机端短路电流，在正序分量网络中将特性参数连接在一起，见图1。x：xj系统中同步电机 正序网络图1 同步电机正序分量网络5113基本计算同步电机的短路电流计算是基于电机实际时间相关短路电流最大值包络线的计算。包络线是基本电机参数(功率、阻抗等)和对应于电机超瞬态、瞬态和稳态阻抗的电动势(量”、墨、墨)
33、的函数。这些阻抗由短路状态即将发生之前的电机运行状态决定。a)电动势为了精确计算，应考虑在超瞬态和瞬态期间直轴和交轴的电动势(墨：、茧、亘：、墨：)，以及超瞬态和瞬态期间对直轴和交轴阻抗起作用的故障前电流产生的电压。b)电机阻抗电机阻抗包括在直轴和交轴中起作用的电阻和电抗。虽然，为了完成计算假设电机电抗为常数，但仅分别在短路电流的超瞬态、瞬态和稳态期间电9GBT 21066-2007IEC 613631：1998机电抗是常数。c)超瞬态和瞬态电流时问常数短路电流交流分量的衰减由电机的超瞬态和瞬态时间常数表征。超瞬态时间常数T：与短路电流交流分量的初始衰减有关，取决于转子电路(主要是阻尼绕组)的
34、衰减效应。瞬态时间常数T：与短路电流交流分量的衰减有关，主要取决于励磁电路的衰减效应。直流时间常数Td。与短路电流的直流分量的衰减有关，取决于定子电路的衰减特性。5114三相短路电流三相同时短路时，三相短路电流状态发生。每一相中产生的短路电流是一个复杂的时间相关函数。电流中包含有直流和交流分量的典型情况见图2。I兰Ik()，、_(f) T n n 下n可兀一 厂_上包 黼jl -y州上 L U UU UVf：初始对称短路电流；i。峰值短路电流；J-稳态短路电流；z*短路电流衰减(非周期)分量；A非周期分量的初始值图2 同步发电机机端短路电流时间函数如5113所述，任何时间上的电流取决于电机特性
35、参数的瞬时值。对于三相短路状态，只有正序网络(图1)是至关重要的。5115三相短路电流计算如5113所述，为了对短路电流精确求值，要考虑直轴和交轴的电机特性。这样的计算是很复杂的，而且，由其他计算方法获得的额外计算精度并不能保证所做的工作是有用的。如果忽略交轴电流分量，其结果与考虑交轴分量计算的结果将会相差在+10以内。故障前电机运行在额定负载、电压、频率和功率因数下，则会产生短路电流最大值。注1：如果故障前电机运行在额定有功功率之下，但在额定无功功率之上，则超出额定的过励磁将会导致短路电流超出上述短路电流的上限。当计算短路电流时，只考虑电流最大值。图2说明了短路电流最大值是沿着复杂时间相关函
36、数上包络线变化的时间函数。由这条上包络线定义的电流按公式(1)计算。i。()一，三I。(幻+i。() (1)对于一般应用的目的，通常由该包络线计算三个函数：交流分量J。(f)、直流分量ia。(f)和最大可能】oGBT 21066-2007IEC 613631：1998峰值i。a)交流分量I。()交流分量时间函数I。()由超瞬态和瞬态时问段期间的超瞬态、瞬态和稳态电流描述其特性，这些时间段由直轴超瞬态和瞬态时间常数T：和T：来确定，交流分量I。()按公式(2)计算。，。(f)一(J乞一I厶)e叫7巧+(I厶一Jkd)e叫佴+I。 (2)其中kh，为稳态短路电流，由制造商提供。三相短路电流的超瞬态
37、和瞬态初始值j乞、J0是用相对于各自阻抗的电动势，按公式(3)和公式(4)计算。J一E：z：一E：(R：+x”5)“2 (3)f乙一E，0z：一E；(R：+x7：)“2 (4)电动势E：和E：。取决于预加负荷电流，按公式(5)和公式(6)计算，公式(7)和公式(8)为推导的公式(5)和公式(6)的向量等式。E：一瞧cos丸+RL)2+(丸+冲。)2l”岛一(等cos丸+RL)2+(净丸“L)2r(5)E：一u。手+I。Z： (7)E，。一U。手+f。z： (8)式中：z：一(R。+jx：)Z：一(R。+jX：)注2：如果在短路前同步电机运行于配电网标称电压和额定电流，则I。一f，u。一u。b)
38、直流分量i。(f)直流分量按公式(9)计算。id。()一42(I乞一Jo sino)e*k (9)c)峰值电流i。短路电流峰值发生于短路状态的t=0和t-T2时刻之间。其确切时间取决于预加载状态、发电机阻抗和时问常数。然而，在T2时刻，即短路发生后的第一个半周期时刻，峰值电流按公式(10)计算。i。一2I。()+i dc() (10)512异步电动机5121一般要求异步电动机可分为两大类：大电动机；小电动机。分类取决于系统发电机容量和实际电动机定额。侧推器、货油泵、起重机和重型甲板机械的电动机一般是大电动机。而为船舶辅助系统(燃油输送泵、净水器等)提供动力的电动机是小电机。在系统发生短路电流的
39、瞬间，所有连接系统的电动机都能送出短路电流。大电动机单独计算，小电动机可组合在一起，作为一个等效的单一短路电流源。用同样的方式，单一大电动机可作为一个发电机，用特性参数计算在短路状态下产生的最大电流的上包络线。5122等效电路对于三相短路故障状态，只考虑正序元件网络，如图3所示。11GBT 21066-2007IEC 613631：1998系统内异步电动机 正序网络3原国际标准此处为xu，本标准将其改正为x。图3异步电机正序元件网络5123基本计算对于三相短路，异步电动机在很短时间内产生短路电流。短路电流取决于内部超瞬态电动势、阻抗和时间常数，并且包括在适当的超瞬态时间常数和直流时间常数下衰减
40、的交流和直流分量。5124电动机阻抗在正序网络中(见图3)所指的电动机电阻和电抗是以定子电压为基准，即转差率S-l时的电动机转子和定子的电阻和电抗，其按公式(11)和公式(12)计算。RMRR+Rsx一x。+x。(11)(12)5125时间常数超瞬态时间常数T：与交流分量的快速衰减有关。其主要取决于转子电路的阻尼效应，按公式(13)计算。T一(xR+Xs)，RR (13)直流时间常数与短路电流的直流分量的衰减有关，其主要取决于定子电路的阻尼效应，按公式(14)计算。Td。M一(XR+Xs)Rs (14)5126三相短路电流计算异步电动机三相短路电流最大值的上包络线见图4。按公式(15)计算。i
41、M(t)一虿f。M()+imM() (15)a)交流分量J。(t)交流分量取决于电机超瞬态效应，按公式(16)计算。J。M()一I乞e“ (16)式中J按公式(17)计算。J名一E(RR+R。)2+(xR+x。)2 (17)电动势E由短路时刻的电动机机端电压、电动机负载电流和功率因数确定，按公式(18)计算。亘一(型。v，手)一!“兰 (18)式中：兰一Rm+ix。将公式(18)写成标量式如公式(19)所示。E盘一(等cosCM-RMIrM)2+(等s槲”一xIrM门“2 ，GBT 21066-200711EC 613631：1998 厂下骼线竺关 ， 一， 一一一母l，ioM空载电流；，叠
42、初始对称短路电流；i。v峰值短路电流；i州 短路电流衰减(非周期)分量；A非周期分量ia。初始值。图4异步电动机机端短路电流的时间函数b)直流分量id“(f)直流分量按公式(20)计算。id。M(f)一i(J盘+IrMsin)e叫丁d一(20)式中：cos“ 电动机功率因数。c)峰值i。M峰值按公式(21)计算。i。M一2J。M(f)+id。M(f) (21)在fT2时刻计算峰值。513轴带发电机5131一般要求轴带发电机是从船的主推进轴上获得机械动力的任何发电机。诸如：a) 由机械、液压或电力驱动的以固定转速运行的系统所驱动的同步发电机；b)转子电路中，带变频励磁的异步发电机；c) 以变换器
43、连接电源系统的直流或交流发电机。对于上述a)、b)两种情况的短路电流可用511列出的方法计算。用变换器设备连接到电源系统的直流或交流发电机的短路电流的计算需做特殊考虑。5132连接有变换器的发电机由变换器系统连接的发电机的短路特性方面的资料很少。有很多可用的不同方案，在所有情况下应首先向制造商咨询以获得具体的发电机系统的短路运行条件。计算短路电流需要变换器控制系统特性，以及包括限流装置、静态开关和能限制短路电流的任何其他装置在内的变换器保护功能等方面的准确经验。即使所有信息都可用，由于固态装置的开关动作，进行精确计算也是很复杂的。在没有制造商相关信息的情况下，应采用下列方法预算短路电流。GBT
44、 21066-2007IEC 61363-1 1 199814a)总电路图图5给出了用变换器将轴带发电机接到一个系统的总布置图。发电机可以是直流的或交流的，无论哪种情况，仅使用一个变换器桥。么 么 么 7 7 7 一， 夕么 么 么 7弋 7 7一 厂图5有变换器的轴带发电机系统b)假设在计算轴带发电机短路电流时，做下列假设：一短路期间，所有元件正常工作；系统只产生峰值短路电流；计算所考虑的时间段内，没有电路保护电器动作；视发电机短路为三相短路故障；一变换器持续换向至少10 ms。采用上述假设，图5的电路可以用系统阻抗图表示，如图6所示。，一、 R卅凡Lsn+Lm，、刚。R一+R。 L。+L。
45、厂、 见“ k_弋“ 缈，图6 带变换器的轴带发动机系统阻抗图逆变器可与同步调相机(辅助设备)组合在一起，使得轴带发电机被看作常规的同步发电机，但应注意：La。是直流电路的电感。为了获得#=5 ms时刻的短路电流，电感除以一个因子2(“3)。轴带发电机可能在较低频率下运行。通过L除以因子，r将其内整，其中是产生额定电压时轴带发电机的最低频率，r是额定网络频率。GBT 21066-2007IEC 61363-1：1998L一是换向线圈的电感。L釜是同步调相机的超瞬态电感。从图6可以看出，依据L。与同步调相机超瞬态电抗L釜的比率，轴带发电机的影响可以忽略。5133带自换向逆变器的轴带发电机使用自换向逆变器的轴带发电机见图7。L 7 7式 7 = 7 7 7 夕一 图7带自换
