柴油發(fā)電機短路電流計算及有關保護問題-建筑電氣2012.8
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柴油發(fā)電機短路電流計算及有關保護問題-建筑電氣2012.8
【摘要】指出民用建筑中柴油發(fā)電機作為應急或備用電源，由于其短路容量有限，短路電流的周期分量及非周期分量都會衰減，同事大量
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建 虢電乞。
●______●-_-—●●______ BUI LDI NG
Z口1 2年第8 期 1 ELECTRlCITY
由勵磁繞組決定，這個過程根據本文中廠家數據， 時的 1．1倍 ，而非周期分量不考慮此系數。
大約持續(xù) 1 s，出口處短路電流可能達到 8倍額定 電 當距離發(fā)電機 f處線路發(fā)生三相短路時．應計及
流值。如果短路故障未被切除，發(fā)電機將進入穩(wěn)態(tài)短 線路阻抗對短路電流初始值及周期分量與非周期分量
路 ，穩(wěn)態(tài)短路 電流一般至少為 3～4倍額定電流值 ， 衰減的影響。
發(fā)電機可承受這個電流 3 s而不被損壞。 2．2 電動機反饋的短路電流
在實際短路時。發(fā)電機的電磁過程比較復雜 ，在 短路時，沒有電源向電動機供電，但與轉子交鏈
民用建筑中，發(fā)電機的負荷有很大一部分是電動機 ， 的磁鏈不會突然變化．電動機轉速也不會發(fā)生變化 ，
電動機也會向短路點反饋電流，電動機數量較多，位 因而電動機會產生電勢，如果短路點的電壓低于這個
置分散，所以計算比較復雜，也不會很準確。計算時 電勢 ，電動機就會向短路點反饋電流 。電動機短路
按如下思路簡化： 電流周期分量 與非周期分量 if 的計算表達式…：
a． 民用建筑中設置的備用柴油發(fā)電機為不并網
的獨立供電電源 ，不采用 GB／T 15544—1995 《三
相交流系統(tǒng)短路電流計算》中的 “網格電源”短路電
流計算方法。
b． 發(fā)電機按無刷他勵考慮．有阻尼繞組。
= e～
c． 多臺電動機按一臺等效電動機考慮，等效電
動機提供的短路電流與多臺電動機提供的短路電流相 N／'~-U e一面t (4)
同，等效電動機功率是多臺電動機功率的總和。 ： _ ZM
d． 在發(fā)電機出口以外短路時．仍以發(fā)電機的額
專 式中： ， —— 電動機額定電流 ，A；
定電壓作為短路點的電壓。
Z —— 電動機的暫態(tài)阻抗標幺值，
寺
e． 發(fā)電機與電動機的短路電流分別計算 ．時間
常數分別考慮，短路電流為二者算術和。 z M =、／ M +R s ；
2 發(fā)電機供電時三相短路電流計算 — — 暫態(tài)電抗標幺值；
R —— 定子電阻標幺值 ；
2．1 發(fā)電機提供的短路電流
忽略暫態(tài)衰減，在發(fā)電機空載時短路 (短路時間 Z —— 電動機的暫態(tài)電抗有名值，在計算中采
t=T／2時)，發(fā)電機出口處的短路電流周期分量 。 用堵轉阻抗，mQ，Z =VR+2+ ”；
與非周期分量 if。的計算表達式為Ⅲ：
電動機的暫態(tài)電抗 ，mn，
— —
t
。： +(— = 一— — 一 )UUee一 (1)
zG=—— +L——=二二二二二二= 一——=二二二二二二= J Ll X =X+M X U 叼COS ，PM；
Xd ~v／Xd +RG V +RG
R —— 電動機的定子電阻，mn，
=—~／-2—- U e 丟a (L2z)，
t-fG e一
： — — R =R s×U 叼COS ／PM；
”
PM—— 多臺電動機的功率和，kW；
式中 ： —— 相電壓，V；
電動機周期分量衰減時間常數，S；
— —
t—— 短路后的時刻，s；
電動機非周期分量衰減時間常數，S。
發(fā)電機電樞回路時間常數，s； — —
— —
R —— 發(fā)電機電樞電阻，m12。 實際計算中，把工程范圍內的電動機按位置劃分
發(fā)電機帶負載時，發(fā) 電機的相 電勢 E要大于相 為幾個區(qū)域，每個區(qū)域內同時運行的數個小功率電動
電壓，一般取 1．1倍 ，短路電流周期分量因此取空載 機以一臺等效電動機代替 ，這臺電動機經過長度為
8
l_l一 g I_ ! ：
500 http：／／WWW jzdq．net Clqf的電纜接入低壓配電柜母線給短路點反饋電流 ，同 抗可參考制造廠數值。
樣，電纜阻抗影響周期分量的初始值 ，并導致非周期 線路的負序阻抗與正序阻抗相等。而零序阻抗一
分量衰減時間常數 減小 ，加快非周期分量的衰 般大于正序阻抗。對于 TN—S或 TT接地形式 ，零序
電流可以流通。而且 PE導體或接地電阻的阻抗應以
減。本文按同時運行電動機功率總和不大于發(fā)電機容
3倍值計入零序阻抗。
量的 30％計算。
簡化計算中，等效電動機參數可取如下值 ： 4 與手冊 … 中柴油發(fā) 電機供 電系統(tǒng)短路電
0．16，R =0．02，Tz M r=0．016 S， M 0．018 S， 流計算示例的比較
=
叼=0．95，OOS =0．8。
根據手冊Ⅲ中計算示例 (例 【4—3】)的計算電路
2．3 計入電動機后總的短路電流
及參數，把 2臺相同規(guī)格的發(fā)電機合并為一臺發(fā)電機，
周期分量 ：
容量加倍。計算值與手冊中示例計算值比較見表 1。
i =izc+i M (5)
從表 1數據可看出 K1點本文計算值低于手冊計
在帶載情況下 ：
算值 ，一是因為手冊在計算發(fā)電機提供的短路電流時
i =1．1 G+i M (6)
忽略了發(fā)電機電樞電阻，另外一個原因是手冊將等效
非周期分量：
電動機直接接在母線上 ，忽略了接人電纜的阻抗對電
if=ifG+ifM (7)
動機反饋電流的影響。
短路沖擊電流 ：
在計算 K3點的短路電流值時，手冊將電動機與
i。：、／2 i +if (8)
發(fā)電機等效為一臺發(fā)電機 ．即將電動機與發(fā)電機的位
3 發(fā)電機供電時單相接地電流計算 置視為相同，同時用一個統(tǒng)一修正的時間常數來代替
發(fā)電機與電動機的時間常數 ．這兩方面等效與實際情
計算單相接地電流是為了計算最小短路電流．校
況是有差別的。本文計算將二者的物理位置與時間常
驗保護電器的靈敏度，同時單相接地時，接地點有一
數區(qū)分開 ，所以兩種計算的結果有一定差別。
定的正序電壓，靠近短路點的異步電動機在短路初期
的供電作用，要比三相短路時小得多。因此計算單相 5 民用建筑 中常用規(guī)格發(fā)電機配電柜處三
接地電流時不考慮電動機反饋的短路電流。
相短路電流值
單相接地短路電流用對稱分量法計算，故障點處
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Z口1 2年第8 期 1 ELECTRlCITY
由勵磁繞組決定，這個過程根據本文中廠家數據， 時的 1．1倍 ，而非周期分量不考慮此系數。
大約持續(xù) 1 s，出口處短路電流可能達到 8倍額定 電 當距離發(fā)電機 f處線路發(fā)生三相短路時．應計及
流值。如果短路故障未被切除，發(fā)電機將進入穩(wěn)態(tài)短 線路阻抗對短路電流初始值及周期分量與非周期分量
路 ，穩(wěn)態(tài)短路 電流一般至少為 3～4倍額定電流值 ， 衰減的影響。
發(fā)電機可承受這個電流 3 s而不被損壞。 2．2 電動機反饋的短路電流
在實際短路時。發(fā)電機的電磁過程比較復雜 ，在 短路時，沒有電源向電動機供電，但與轉子交鏈
民用建筑中，發(fā)電機的負荷有很大一部分是電動機 ， 的磁鏈不會突然變化．電動機轉速也不會發(fā)生變化 ，
電動機也會向短路點反饋電流，電動機數量較多，位 因而電動機會產生電勢，如果短路點的電壓低于這個
置分散，所以計算比較復雜，也不會很準確。計算時 電勢 ，電動機就會向短路點反饋電流 。電動機短路
按如下思路簡化： 電流周期分量 與非周期分量 if 的計算表達式…：
a． 民用建筑中設置的備用柴油發(fā)電機為不并網
的獨立供電電源 ，不采用 GB／T 15544—1995 《三
相交流系統(tǒng)短路電流計算》中的 “網格電源”短路電
流計算方法。
b． 發(fā)電機按無刷他勵考慮．有阻尼繞組。
= e～
c． 多臺電動機按一臺等效電動機考慮，等效電
動機提供的短路電流與多臺電動機提供的短路電流相 N／'~-U e一面t (4)
同，等效電動機功率是多臺電動機功率的總和。 ： _ ZM
d． 在發(fā)電機出口以外短路時．仍以發(fā)電機的額
專 式中： ， —— 電動機額定電流 ，A；
定電壓作為短路點的電壓。
Z —— 電動機的暫態(tài)阻抗標幺值，
寺
e． 發(fā)電機與電動機的短路電流分別計算 ．時間
常數分別考慮，短路電流為二者算術和。 z M =、／ M +R s ；
2 發(fā)電機供電時三相短路電流計算 — — 暫態(tài)電抗標幺值；
R —— 定子電阻標幺值 ；
2．1 發(fā)電機提供的短路電流
忽略暫態(tài)衰減，在發(fā)電機空載時短路 (短路時間 Z —— 電動機的暫態(tài)電抗有名值，在計算中采
t=T／2時)，發(fā)電機出口處的短路電流周期分量 。 用堵轉阻抗，mQ，Z =VR+2+ ”；
與非周期分量 if。的計算表達式為Ⅲ：
電動機的暫態(tài)電抗 ，mn，
— —
t
。： +(— = 一— — 一 )UUee一 (1)
zG=—— +L——=二二二二二二= 一——=二二二二二二= J Ll X =X+M X U 叼COS ，PM；
Xd ~v／Xd +RG V +RG
R —— 電動機的定子電阻，mn，
=—~／-2—- U e 丟a (L2z)，
t-fG e一
： — — R =R s×U 叼COS ／PM；
”
PM—— 多臺電動機的功率和，kW；
式中 ： —— 相電壓，V；
電動機周期分量衰減時間常數，S；
— —
t—— 短路后的時刻，s；
電動機非周期分量衰減時間常數，S。
發(fā)電機電樞回路時間常數，s； — —
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R —— 發(fā)電機電樞電阻，m12。 實際計算中，把工程范圍內的電動機按位置劃分
發(fā)電機帶負載時，發(fā) 電機的相 電勢 E要大于相 為幾個區(qū)域，每個區(qū)域內同時運行的數個小功率電動
電壓，一般取 1．1倍 ，短路電流周期分量因此取空載 機以一臺等效電動機代替 ，這臺電動機經過長度為
8
l_l一 g I_ ! ：
500 http：／／WWW jzdq．net Clqf的電纜接入低壓配電柜母線給短路點反饋電流 ，同 抗可參考制造廠數值。
樣，電纜阻抗影響周期分量的初始值 ，并導致非周期 線路的負序阻抗與正序阻抗相等。而零序阻抗一
分量衰減時間常數 減小 ，加快非周期分量的衰 般大于正序阻抗。對于 TN—S或 TT接地形式 ，零序
電流可以流通。而且 PE導體或接地電阻的阻抗應以
減。本文按同時運行電動機功率總和不大于發(fā)電機容
3倍值計入零序阻抗。
量的 30％計算。
簡化計算中，等效電動機參數可取如下值 ： 4 與手冊 … 中柴油發(fā) 電機供 電系統(tǒng)短路電
0．16，R =0．02，Tz M r=0．016 S， M 0．018 S， 流計算示例的比較
=
叼=0．95，OOS =0．8。
根據手冊Ⅲ中計算示例 (例 【4—3】)的計算電路
2．3 計入電動機后總的短路電流
及參數，把 2臺相同規(guī)格的發(fā)電機合并為一臺發(fā)電機，
周期分量 ：
容量加倍。計算值與手冊中示例計算值比較見表 1。
i =izc+i M (5)
從表 1數據可看出 K1點本文計算值低于手冊計
在帶載情況下 ：
算值 ，一是因為手冊在計算發(fā)電機提供的短路電流時
i =1．1 G+i M (6)
忽略了發(fā)電機電樞電阻，另外一個原因是手冊將等效
非周期分量：
電動機直接接在母線上 ，忽略了接人電纜的阻抗對電
if=ifG+ifM (7)
動機反饋電流的影響。
短路沖擊電流 ：
在計算 K3點的短路電流值時，手冊將電動機與
i。：、／2 i +if (8)
發(fā)電機等效為一臺發(fā)電機 ．即將電動機與發(fā)電機的位
3 發(fā)電機供電時單相接地電流計算 置視為相同，同時用一個統(tǒng)一修正的時間常數來代替
發(fā)電機與電動機的時間常數 ．這兩方面等效與實際情
計算單相接地電流是為了計算最小短路電流．校
況是有差別的。本文計算將二者的物理位置與時間常
驗保護電器的靈敏度，同時單相接地時，接地點有一
數區(qū)分開 ，所以兩種計算的結果有一定差別。
定的正序電壓，靠近短路點的異步電動機在短路初期
的供電作用，要比三相短路時小得多。因此計算單相 5 民用建筑 中常用規(guī)格發(fā)電機配電柜處三
接地電流時不考慮電動機反饋的短路電流。
相短路電流值
單相接地短路電流用對稱分量法計算，故障點處
AIGC在2012年8月的《建筑電氣》期刊中，有一篇文章詳細探討了柴油發(fā)電機在電力系統(tǒng)中的短路電流計算及其相關保護措施。該文章針對柴油發(fā)電機這種常常被應用于建筑、工業(yè)和應急電源領域的設備，重點分析了以下幾個方面：
1. 短路電流計算：文中介紹了如何依據發(fā)電機的額定功率、電樞繞組參數（如阻抗、感抗等）、以及發(fā)電機連接電網的方式（如單相或三相）來計算在發(fā)生短路故障時，流經發(fā)電機繞組和電網的初始短路電流峰值。這通常會用到電力系統(tǒng)分析的基本公式和電氣工程標準，如歐姆定律、基爾霍夫定律以及國際電工委員會(IEC)等相關技術規(guī)范。
2. 保護措施討論：接著，文章深入剖析了為防止柴油發(fā)電機因短路引發(fā)的過載、熱損壞或其他形式的損害所采取的一系列保護措施，包括但不限于空氣斷路器、差動保護、過電流繼電器、熱過載繼電器、逆功率保護以及發(fā)電機內部的短路保護裝置等。這些保護設備的選擇、整定原則以及它們在實際應用中的作用都進行了詳盡闡述。
通過這篇論文，讀者可以了解到在設計、安裝和運行柴油發(fā)電機供電系統(tǒng)時，對于短路電流的準確計算與合理保護的重要性，以及如何確保系統(tǒng)的安全可靠運行。
