柴油发电机短路电流计算及有关保护问题-建筑电气2012.8
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【摘要】指出民用建筑中柴油发电机作为应急或备用电源，由于其短路容量有限，短路电流的周期分量及非周期分量都会衰减，同事大量
文本预览
建 虢电乞。
●______●-_-—●●______ BUI LDI NG
Z口1 2年第8 期 1 ELECTRlCITY
由励磁绕组决定，这个过程根据本文中厂家数据， 时的 1．1倍 ，而非周期分量不考虑此系数。
大约持续 1 s，出口处短路电流可能达到 8倍额定 电 当距离发电机 f处线路发生三相短路时．应计及
流值。如果短路故障未被切除，发电机将进入稳态短 线路阻抗对短路电流初始值及周期分量与非周期分量
路 ，稳态短路 电流一般至少为 3～4倍额定电流值 ， 衰减的影响。
发电机可承受这个电流 3 s而不被损坏。 2．2 电动机反馈的短路电流
在实际短路时。发电机的电磁过程比较复杂 ，在 短路时，没有电源向电动机供电，但与转子交链
民用建筑中，发电机的负荷有很大一部分是电动机 ， 的磁链不会突然变化．电动机转速也不会发生变化 ，
电动机也会向短路点反馈电流，电动机数量较多，位 因而电动机会产生电势，如果短路点的电压低于这个
置分散，所以计算比较复杂，也不会很准确。计算时 电势 ，电动机就会向短路点反馈电流 。电动机短路
按如下思路简化： 电流周期分量 与非周期分量 if 的计算表达式…：
a． 民用建筑中设置的备用柴油发电机为不并网
的独立供电电源 ，不采用 GB／T 15544—1995 《三
相交流系统短路电流计算》中的 “网格电源”短路电
流计算方法。
b． 发电机按无刷他励考虑．有阻尼绕组。
= e～
c． 多台电动机按一台等效电动机考虑，等效电
动机提供的短路电流与多台电动机提供的短路电流相 N／'~-U e一面t (4)
同，等效电动机功率是多台电动机功率的总和。 ： _ ZM
d． 在发电机出口以外短路时．仍以发电机的额
专 式中： ， —— 电动机额定电流 ，A；
定电压作为短路点的电压。
Z —— 电动机的暂态阻抗标幺值，
寺
e． 发电机与电动机的短路电流分别计算 ．时间
常数分别考虑，短路电流为二者算术和。 z M =、／ M +R s ；
2 发电机供电时三相短路电流计算 — — 暂态电抗标幺值；
R —— 定子电阻标幺值 ；
2．1 发电机提供的短路电流
忽略暂态衰减，在发电机空载时短路 (短路时间 Z —— 电动机的暂态电抗有名值，在计算中采
t=T／2时)，发电机出口处的短路电流周期分量 。 用堵转阻抗，mQ，Z =VR+2+ ”；
与非周期分量 if。的计算表达式为Ⅲ：
电动机的暂态电抗 ，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 —— 电动机的定子电阻，mn，
=—~／-2—- U e 丢a (L2z)，
t-fG e一
： — — R =R s×U 叼COS ／PM；
”
PM—— 多台电动机的功率和，kW；
式中 ： —— 相电压，V；
电动机周期分量衰减时间常数，S；
— —
t—— 短路后的时刻，s；
电动机非周期分量衰减时间常数，S。
发电机电枢回路时间常数，s； — —
— —
R —— 发电机电枢电阻，m12。 实际计算中，把工程范围内的电动机按位置划分
发电机带负载时，发 电机的相 电势 E要大于相 为几个区域，每个区域内同时运行的数个小功率电动
电压，一般取 1．1倍 ，短路电流周期分量因此取空载 机以一台等效电动机代替 ，这台电动机经过长度为
8
l_l一 g I_ ! ：
500 http：／／WWW jzdq．net Clqf的电缆接入低压配电柜母线给短路点反馈电流 ，同 抗可参考制造厂数值。
样，电缆阻抗影响周期分量的初始值 ，并导致非周期 线路的负序阻抗与正序阻抗相等。而零序阻抗一
分量衰减时间常数 减小 ，加快非周期分量的衰 般大于正序阻抗。对于 TN—S或 TT接地形式 ，零序
电流可以流通。而且 PE导体或接地电阻的阻抗应以
减。本文按同时运行电动机功率总和不大于发电机容
3倍值计入零序阻抗。
量的 30％计算。
简化计算中，等效电动机参数可取如下值 ： 4 与手册 … 中柴油发 电机供 电系统短路电
0．16，R =0．02，Tz M r=0．016 S， M 0．018 S， 流计算示例的比较
=
叼=0．95，OOS =0．8。
根据手册Ⅲ中计算示例 (例 【4—3】)的计算电路
2．3 计入电动机后总的短路电流
及参数，把 2台相同规格的发电机合并为一台发电机，
周期分量 ：
容量加倍。计算值与手册中示例计算值比较见表 1。
i =izc+i M (5)
从表 1数据可看出 K1点本文计算值低于手册计
在带载情况下 ：
算值 ，一是因为手册在计算发电机提供的短路电流时
i =1．1 G+i M (6)
忽略了发电机电枢电阻，另外一个原因是手册将等效
非周期分量：
电动机直接接在母线上 ，忽略了接人电缆的阻抗对电
if=ifG+ifM (7)
动机反馈电流的影响。
短路冲击电流 ：
在计算 K3点的短路电流值时，手册将电动机与
i。：、／2 i +if (8)
发电机等效为一台发电机 ．即将电动机与发电机的位
3 发电机供电时单相接地电流计算 置视为相同，同时用一个统一修正的时间常数来代替
发电机与电动机的时间常数 ．这两方面等效与实际情
计算单相接地电流是为了计算最小短路电流．校
况是有差别的。本文计算将二者的物理位置与时间常
验保护电器的灵敏度，同时单相接地时，接地点有一
数区分开 ，所以两种计算的结果有一定差别。
定的正序电压，靠近短路点的异步电动机在短路初期
的供电作用，要比三相短路时小得多。因此计算单相 5 民用建筑 中常用规格发电机配电柜处三
接地电流时不考虑电动机反馈的短路电流。
相短路电流值
单相接地短路电流用对称分量法计算，故障点处
●______●-_-—●●______ BUI LDI NG
Z口1 2年第8 期 1 ELECTRlCITY
由励磁绕组决定，这个过程根据本文中厂家数据， 时的 1．1倍 ，而非周期分量不考虑此系数。
大约持续 1 s，出口处短路电流可能达到 8倍额定 电 当距离发电机 f处线路发生三相短路时．应计及
流值。如果短路故障未被切除，发电机将进入稳态短 线路阻抗对短路电流初始值及周期分量与非周期分量
路 ，稳态短路 电流一般至少为 3～4倍额定电流值 ， 衰减的影响。
发电机可承受这个电流 3 s而不被损坏。 2．2 电动机反馈的短路电流
在实际短路时。发电机的电磁过程比较复杂 ，在 短路时，没有电源向电动机供电，但与转子交链
民用建筑中，发电机的负荷有很大一部分是电动机 ， 的磁链不会突然变化．电动机转速也不会发生变化 ，
电动机也会向短路点反馈电流，电动机数量较多，位 因而电动机会产生电势，如果短路点的电压低于这个
置分散，所以计算比较复杂，也不会很准确。计算时 电势 ，电动机就会向短路点反馈电流 。电动机短路
按如下思路简化： 电流周期分量 与非周期分量 if 的计算表达式…：
a． 民用建筑中设置的备用柴油发电机为不并网
的独立供电电源 ，不采用 GB／T 15544—1995 《三
相交流系统短路电流计算》中的 “网格电源”短路电
流计算方法。
b． 发电机按无刷他励考虑．有阻尼绕组。
= e～
c． 多台电动机按一台等效电动机考虑，等效电
动机提供的短路电流与多台电动机提供的短路电流相 N／'~-U e一面t (4)
同，等效电动机功率是多台电动机功率的总和。 ： _ ZM
d． 在发电机出口以外短路时．仍以发电机的额
专 式中： ， —— 电动机额定电流 ，A；
定电压作为短路点的电压。
Z —— 电动机的暂态阻抗标幺值，
寺
e． 发电机与电动机的短路电流分别计算 ．时间
常数分别考虑，短路电流为二者算术和。 z M =、／ M +R s ；
2 发电机供电时三相短路电流计算 — — 暂态电抗标幺值；
R —— 定子电阻标幺值 ；
2．1 发电机提供的短路电流
忽略暂态衰减，在发电机空载时短路 (短路时间 Z —— 电动机的暂态电抗有名值，在计算中采
t=T／2时)，发电机出口处的短路电流周期分量 。 用堵转阻抗，mQ，Z =VR+2+ ”；
与非周期分量 if。的计算表达式为Ⅲ：
电动机的暂态电抗 ，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 —— 电动机的定子电阻，mn，
=—~／-2—- U e 丢a (L2z)，
t-fG e一
： — — R =R s×U 叼COS ／PM；
”
PM—— 多台电动机的功率和，kW；
式中 ： —— 相电压，V；
电动机周期分量衰减时间常数，S；
— —
t—— 短路后的时刻，s；
电动机非周期分量衰减时间常数，S。
发电机电枢回路时间常数，s； — —
— —
R —— 发电机电枢电阻，m12。 实际计算中，把工程范围内的电动机按位置划分
发电机带负载时，发 电机的相 电势 E要大于相 为几个区域，每个区域内同时运行的数个小功率电动
电压，一般取 1．1倍 ，短路电流周期分量因此取空载 机以一台等效电动机代替 ，这台电动机经过长度为
8
l_l一 g I_ ! ：
500 http：／／WWW jzdq．net Clqf的电缆接入低压配电柜母线给短路点反馈电流 ，同 抗可参考制造厂数值。
样，电缆阻抗影响周期分量的初始值 ，并导致非周期 线路的负序阻抗与正序阻抗相等。而零序阻抗一
分量衰减时间常数 减小 ，加快非周期分量的衰 般大于正序阻抗。对于 TN—S或 TT接地形式 ，零序
电流可以流通。而且 PE导体或接地电阻的阻抗应以
减。本文按同时运行电动机功率总和不大于发电机容
3倍值计入零序阻抗。
量的 30％计算。
简化计算中，等效电动机参数可取如下值 ： 4 与手册 … 中柴油发 电机供 电系统短路电
0．16，R =0．02，Tz M r=0．016 S， M 0．018 S， 流计算示例的比较
=
叼=0．95，OOS =0．8。
根据手册Ⅲ中计算示例 (例 【4—3】)的计算电路
2．3 计入电动机后总的短路电流
及参数，把 2台相同规格的发电机合并为一台发电机，
周期分量 ：
容量加倍。计算值与手册中示例计算值比较见表 1。
i =izc+i M (5)
从表 1数据可看出 K1点本文计算值低于手册计
在带载情况下 ：
算值 ，一是因为手册在计算发电机提供的短路电流时
i =1．1 G+i M (6)
忽略了发电机电枢电阻，另外一个原因是手册将等效
非周期分量：
电动机直接接在母线上 ，忽略了接人电缆的阻抗对电
if=ifG+ifM (7)
动机反馈电流的影响。
短路冲击电流 ：
在计算 K3点的短路电流值时，手册将电动机与
i。：、／2 i +if (8)
发电机等效为一台发电机 ．即将电动机与发电机的位
3 发电机供电时单相接地电流计算 置视为相同，同时用一个统一修正的时间常数来代替
发电机与电动机的时间常数 ．这两方面等效与实际情
计算单相接地电流是为了计算最小短路电流．校
况是有差别的。本文计算将二者的物理位置与时间常
验保护电器的灵敏度，同时单相接地时，接地点有一
数区分开 ，所以两种计算的结果有一定差别。
定的正序电压，靠近短路点的异步电动机在短路初期
的供电作用，要比三相短路时小得多。因此计算单相 5 民用建筑 中常用规格发电机配电柜处三
接地电流时不考虑电动机反馈的短路电流。
相短路电流值
单相接地短路电流用对称分量法计算，故障点处
AIGC在2012年8月的《建筑电气》期刊中，有一篇文章详细探讨了柴油发电机在电力系统中的短路电流计算及其相关保护措施。该文章针对柴油发电机这种常常被应用于建筑、工业和应急电源领域的设备，重点分析了以下几个方面：
1. 短路电流计算：文中介绍了如何依据发电机的额定功率、电枢绕组参数（如阻抗、感抗等）、以及发电机连接电网的方式（如单相或三相）来计算在发生短路故障时，流经发电机绕组和电网的初始短路电流峰值。这通常会用到电力系统分析的基本公式和电气工程标准，如欧姆定律、基尔霍夫定律以及国际电工委员会(IEC)等相关技术规范。
2. 保护措施讨论：接着，文章深入剖析了为防止柴油发电机因短路引发的过载、热损坏或其他形式的损害所采取的一系列保护措施，包括但不限于空气断路器、差动保护、过电流继电器、热过载继电器、逆功率保护以及发电机内部的短路保护装置等。这些保护设备的选择、整定原则以及它们在实际应用中的作用都进行了详尽阐述。
通过这篇论文，读者可以了解到在设计、安装和运行柴油发电机供电系统时，对于短路电流的准确计算与合理保护的重要性，以及如何确保系统的安全可靠运行。
