【国家标准(GB)】 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

ICS_47.020.60
中华人民共和国国家标准
GB/T 21066—2007/IEC 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 units-Procedures for calculating short-circuit currents in three-phase a. c.（IEC61363-1:1998IDT）
2007-08-06发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2008-03-01实施
规范性引用文件
术语和定义、符号、下标和上标3.1术语和定义下载标准就来标准下载网
3.2符号
3.3下标
3.4上标
4概述
一般要求
计算精度
基本假设
4.4计算方法
5系统元件和模型
5.1有源元件…·
5.2无源元件
6简化计算假设
6.1一般要求
6.2同步电机
6.3异步电动机
7等效发电机的应用·
7.1一般要求…
7.2假设…
等效电动机的计算，
等效发电机的计算…
系统计算·
般要求
与有源元件串接的无源元件的影响发电机汇流排的短路电流
直接连接到发电机汇流排的次级汇流排的短路电流·变压器
8.6用于变速驱动的半导体变换器.8.7计算步骤
9计算结果的应用与说明…
9.1一般要求
9.21kV以下的系统
9.31kV以上的系统
GB/T21066—2007/IEC61363-1:19982
GB/T21066—2007/IEC61363-1:1998本标准等同采用IEC61363-1：1998《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IEC61363-1：1998。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改：“本国际标准”一词改为“本标准”；a)
用小数点‘.\代替作为小数点的退号‘，；删除了国际标准的前言；
原文中图3增加注释；
对原文中公式（65）、（66）、（67）、（72)、（75)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。1范围
GB/T21066-2007/1EC61363-1：1998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
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50Hz或60Hz；
b）具有在GB/T73581998表2中所规定的系统电压；具有一个或多个不同的电压等级；c）
d）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；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；e)：
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100ms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100ms时间段的短路电流。当时间段超过100ms时，系统电压调节器的控制作用可能是主要的。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。GB/T7358-1998船舶电气设备系统设计总则（idtIEC60092-201：1994）IEC60034-4：1985旋转电机第4部分：确定同步电机参数的测量方法IEC60038：1983IEC标准电压
IEC60050(151):1978
国际电工词汇（IEV）
IEC60050(411):1996
第151章：电磁装置
国际电工词汇（IEV）第411章：旋转电机IEC60050(441):1984
国际电工词汇（IEV）第441章：开关设备、控制设备和熔断器IEC60092-202:1994天
船舶电气设备第2部分：系统设计保护1
GB/T21066—-2007/IEC61363-1：1998IEC60909：1988三相交流系统短路电流计算3术语和定义、符号、下标和上标3.1术语和定义
以下术语、定义与符号适用于本标准。3.1.1
短路shortcircuit
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。［IEV151-03-41]］3.1.2
短路电流short-circuitcurrent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。[IEV441-11-07]3.1.3
预期电流（针对开关电器）prospectivecurrent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。［IEV441-17-01，修正版］3.1.4
对称短路电流symmetrical short-circuitcurrent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。[IEC60909:1988,3.4]
对称短路电流初始值initial symmetrical short-circuitcurrentI
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。LIEC60909：1988，3.5，见图2
直轴超瞬态短路电流subtransientshort-circuitcurrentinthedirectaxisI'a
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。3.1.7
直轴瞬态短路电流transientshort-circuitcurrentinthedirectaxisI'da
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。3.1.8
直轴稳态短路电流steady-stateshort-circuitcurrentinthedirectaxisIkd
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。3.1.9
短路电流非周期（直流）分量aperiodic(d.c.）componentof theshort-circuitide
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)。2
峰值短路电流peak short-circuitcurrentGB/T21066—2007/IEC61363-1:1998预期（可达到的）短路电流的最大可能瞬时值（见图2和IEC60909，3.8）。注：对于三相短路，假设所有相的导体同时发生短路。3.1.11
直轴超瞬态短路时间常数direct-axissubtransientshort-circuittimeconstantTa
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1/e（即0.368倍)所需的时间。[IEV411-48-30，修正版］3.1.12
直轴超瞬态开路时间常数
direct-axissubtransientopen-circuittimeconstantTao
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1/e(即0.368倍)所需的时间。[IEV411-48-29，修正版]3.1.13
直轴瞬态短路时间常数direct-axistransientshort-circuittimeconstantTa
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1/e(即0.368倍)所需的时间。[IEV411-48-28，修正版］3.1.14
直轴瞬态开路时间常数direct-axis transientopen-circuittime constantTdo
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，当运行条件发生突然变化后，减小到初始值的1/e（即0.368倍)所需的时间。［IEV411-48-27，修正版］3.1.15
文DCtimeconstant
直流时间常数
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1/e(即0.368倍)所需的时间。［见IEC60034-4第20章］3.1.16
直轴超瞬态电抗（饱和值）direct-axis subtransientreactance（saturatedvalue）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。[IEV411-50-11，修正版]3.1.17
直轴瞬态电抗（饱和值）（
direct-axis transient reactance(saturated value)Xa
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。［IEC411-50-09，修正版］3
GB/T21066-2007/IEC61363-1:19983.1.18
直轴同步电抗direct-axissynchronousreactanceXa
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，与直轴初始电流交流基波分量之比。
同步电机定子电阻statorresistanceofageneratonRa
在直流电流下测量的同步电机的定子电阻。3.1.20
短路阻抗short-circuitimpedancez
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。3.1.21
voltagesource
电压源
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。［[IEV131-01-37
Enominalsystemvoltage
标称系统电压
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IEC60038]。3.1.23
旋转电机超瞬态电动势subtransientvoltageofarotatingmachineE\
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。3.1.24
transientvoltageof arotatingmachine旋转电机瞬态电动势
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。3.1.25
标称值（n）nominalvalue
用以标志或标识元件、器件或设备的适当的近似量值。［[IEV151-04-01]3.1.26
额定值（r）ratedvalue
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。［IEV151-04-03]3.1.27
等效发电机（电动机）equivalentgenerator(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。3.2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（标么值或百分比）。4
GB/T21066—2007/IEC61363-1:1998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。@相角
E”E。发电机超瞬态和瞬态交轴电动势(均方根值）EM电动机超瞬态电动势（均方根值）f频率
f。轴带发电机最低频率
f.网络额定频率
I\I、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）IIM，异步电动机和等效电动机超瞬态短路电流（均方根值）aIid同步电机超瞬态和瞬态初始短路电流（均方根值）电流(均方根值）
Ia。同步电机短路电流交流分量（均方根值）IaeM
异步电动机对称短路电流（均方根值）异步电动机堵转电流
同步电机短路电流直流分量（瞬时值）ideM
异步电动机和等效电动机短路电流直流分量（瞬时值）短路电流上包络线值
等效发电机稳态短路电流（均方根值）同步电机稳态短路电流(均方根值）异步电动机短路电流上包络线值同步电机和异步电动机短路电流峰值iipm
额定电流(均方根值）
轴带发电机系统(同步电机)同步调相机的超瞬态电感L\G带变换器的同步轴带发电机系统的超瞬态电感Lc电缆电感
Leom带变换器的同步轴带发电机系统的换向线圈的电感Ldc带变换器的同步轴带发电机系统的直流电路电感Pcu
额定频率下变压器铜耗
R电阻
等效发电机电阻
同步电机定子电阻
电缆电阻
直流电阻
异步电动机电阻
折算到定子侧的异步电动机转子电阻折算到定子侧的等效异步电动机转子电阻异步电动机定子电阻
等效异步电动机定子电阻
变压器电阻
变压器额定功率
以短路发生时刻为起点的持续时间t
变压器额定高压与额定低压之比5
GB/T21066—2007/IEC61363-1:1998以短路发生时刻为起点的某一规定持续时间t.
TT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。Td。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间常数TMTM
异步电动机和等效异步电动机超瞬态时间常数TM。计及连接电缆的等效异步电动机超瞬态时间常数同步电机和等效发电机的直流时间常数Tde Tds
Tdee包括无源元件的同步电机直流时间常数异步电动机和等效异步电动机的直流时间常数TaeMTacM.
包括连接电缆的异步电动机直流时间常数TdeMe
U。故障前电压(线电压)
标称电压(线电压)
额定电压(线电压)
变压器额定短路电压
电抗线圈额定短路电压
电动机额定电压
变压器额定电压的电阻分量
0，2元f.
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XM异步电动机超瞬态电抗
XM，等效异步电动机超瞬态电抗XMe计及连接电缆的异步电动机超瞬态电抗X。同步电机直轴电抗
XrXs折算到定子侧的异步电动机转子电抗和定子电抗XL线圈电抗
变压器电抗
阻抗和等效阻抗
等效发电机超瞬态阻抗
同步电机超瞬态和瞬态阻抗
包括无源元件的同步电机超瞬态阻抗和瞬态阻抗异步电动机超瞬态阻抗
等效异步电动机超瞬态阻抗
变压器阻抗
3.3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,UE,I,U的相量
G同步发电机
HV变压器高压侧
i发电机台数
i电动机台数
k短路
L电感
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
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
3.4上标
”超瞬态值
，瞬态值
4概述
4.1一般要求
GB/T21066-2007/IEC61363-1：1998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、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GB/T21066—2007/IEC61363-1:1998系统的短路电流最大值是三相短路电流。如果中性点直接接到船体，则线对线的短路或线对船体的短路可能产生较大的电流。
4.2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），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。4.3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；
短路发生麟间，短路点某相的相电压麟时值为零c)
短路期间短路电流的路径不变；d)
忽略短路电流的电弧阻抗；
变压器处于主抽头位置；
短路在三相同时发生；
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g）
功负载；
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，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。4.4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，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。