【GB国家标准】 电力变压器第5部分:承受短路的能力

ICS29.180
中华人民共和国国家标准
GB1094.5—2003
eqvIEC60076-5:2000
电力变压器
第5部分：承受短路的能力
Powertransformers-
Part 5:Ability to withstand short circuit2003-05-26发布
中华人民共和国
国家质量监督检验检疫总局
2004-01-01实施
GB1094.52003
IEC前言wwW.bzxz.Net
引用标准
3承受短路能力的要求
3.1总则
3.2过电流条件
4承受短路能力的验证
4.1承受短路的耐热能力
4.2承受短路的动稳定能力
附录A（提示的附录）
鉴别类似变压器的准则
附录B（标准的附录）
附录C（提示的附录）
验证承受短路动稳定能力的计算方法采用说明：
GB1094.52003
本标准的全部技术内容为强制性前
本标准是根据国际电工委员会出版物IEC60076-5：2000《电力变压器第5部分：承受短路的能力》对国家标准GB1094.5-1985《电力变压器第5部分：承受短路的能力》进行修订的，修订原则为等效采用IEC60076-5：2000标准。本标准自实施之日起代替GB1094.5一1985电力变压器第5部分：承受短路的能力》。本标准与前版相比，主要在额定容量分类、系统短路视在容量值、短路后绕组平均温度的计算公式及短路试验后的故障检查和试验结果判断等方面有所改变，此外还增补了适用范围、引用标准等内容。本标准的编写方法及格式按照GB/T1.1一1993.相应的章、条与IEC60076-5：2000标准基本一致。本标准对IEC60076-5：2000标准所修改和补充的内容，分别以采用说明的注的形式进行说明或列于附录C中，以方便对照。
本标准的附录A和附录C为提示的附录，附录B为标准的附录。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国变压器标准化技术委员会归口。本标准主要起草单位：沈阳变压器研究所、中国电力科学研究院、武汉高压研究所、西安变压器厂、保定天威保变电气股份有限公司沈阳变压器有限责任公司。本标准主要起草人：章忠国，林然，李光范武志荣，聂三元郭爱华、钟俊涛本标准参加起草单位：北京变压器厂、顺德特种变压器厂、山东省金曼克电气集团公司、佛山市变压器厂、东莞市变压器厂。
本标准参加起草人：石肃，胡振忠曾庆赣，牛亚民，陈荣勤，王文光本标准于1971年首次发布，1979年第一次修订，1985年第二次修订2003年第三次修订。本标准委托沈阳变压器研究所负责解释。GB1094.52003
IEC前
国际电工委员会（简写为IEC）是由所有国家电工委员会（IEC国家委员会）组成的一个世界性的标准化组织。正C的宗旨是推动电工和电子领域内的全部标准化问题的国际合作。为了这个目的以及其他活动的需要，IEC出版了国际标准。IEC标准的制、修订任务是委托给各技术委员会负责。任何对此宗旨表示关注的国家电工委员会，均可参加标准的制，修订工作。与IEC有联系的国际组织、政府机构和非政府组织也可参加这些标准的制、修订工作。IEC与国际标准化组织（ISO已按相互间达成的协议条件进行紧密的合作。每个技术委员会是由对该技术问题表示特别关心的各国家委员会组成的。它所作出的决定或2
协议，最大限度地反映了国际上对此技术问题的一致意见。3
这些决定或协议，以标准、技术规范、技术报告或导则的形式发布并供国际上使用.在这一意义上已为各国家委员会所承认。
为了促进国际上的统一，IEC希望各国家委员会，尽量采用IEC标准作为本国的国家标准或地区标准。IEC标准和相应的国家标准或地区标准之间的任何差别应在其国家标准或地区标准中明确地指出。
5）IEC尚未制定任何有关认可标志的程序.因此，当某一台设备被宣布为符合某一IEC标准时，IEC对此不承担任何责任。
提请注意本标准的一些内容有涉及到专利权的可能性，对任何或全部的专利权，EC没有责任对此予以确认。
本标准由IECTC14：电力变压器技术委员会制定。本标准是第二版，替代1976年发布的第一版和第2号修改单（1994）。本标准（第二版）是技术修订版。
本标准文本是在下述两个文件的基础上制定的FDIS
14/346/FDIS
有关本标准批准的详细情况，见上表列出的表决报告本标准是按ISO/IEC导则第3部分起草的附录A是信息的附录。
附录B是标准整体的组成部分。
表决报告
14/353/RVD
委员会决定本出版物的内容到2004年保持不变，到时.标准将被：确认；
废止：
修订版本代替，或
局部修改。
1范围
中华人民共和国国家标准
电力变压器
第5部分：承受短路的能力
Power transformers-
Part 5:Ability to withstand short circuitGB1094.52003
eqvIEC60076-5:2000
代替GB1094.51985
本标准规定了电力变压器在由外部短路引起的过电流作用下应无损伤的要求，本标准叙述了表征电力变压器承受这种过电流的耐热能力的计算程序和承受相应的动稳定能力的特殊试验和计算方法。本标准适用于GB1094.1标准所规定范围内的变压器。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB1094.1—1996电力变压器第1部分总则（eqvIEC60076-1：1993）GB6450-1986千式电力变压器（eqvIEC60726：1982）GB/T134992002电力变压器应用导则（idtIEC60076-8：1997）3承受短路能力的要求
3.1总则
变压器及其组件和附件应设计制造成能在本标准3.2规定的条件下承受外部短路的热和动稳定效应而无损伤。
外部短路包括三相短路、相间短路、两相对地和相对地故障。这些故障在绕组中引起的电流在本标准中称作过电流”。
3.2过电流条件
3.2.1—般条件
3.2.1.1需要特殊考虑的使用条件下述情况对过电流大小，持续时间或发生频度有影响·需要进行特殊考虑并应在变压器技术规范中给予明确的规定：
阻抗很小的调压变压器，需要考虑所连接的限流装置的阻抗：发电机组的变压器易受到因发电机与所连接的系统失去同步而产生的较大的过电流：一直接与旋转电机（如电动机或同步调相器）连接的变压器，在系统故障条件下，发电状态运行的旋转电机向变压器供给电流：
专用变压器及安装在高故障率系统中的变压器，见3.2.6：故障时，非故障端子出现高于额定值的运行电压。3.2.1.2关于增压变压器电流限值中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2003-05-26批准2004-01-01实施
GB1094.52003
当增压变压器与系统的合成阻抗导致短路电流值大到使设计这种耐受此过电流的变压器是很困难的或不经济时，制造厂与用户应共同协商确定最大允许过电流值。此时，用户应采取措施使过电流限制到制造广所确定的且标志在铭牌上的最大过电流值。3.2.2具有两个独立绕组的变压器3.2.2.1三相或三相组变压器的额定容量分为三个类别：第I类：不大于2500kVA：
第I类：2501kVA~100000kVA；
第Ⅲ类：100000kVA以上。
3.2.2.2如无其他规定，对称短路电流（方均根值，见4.1.2）应使用测出的变压器短路阻抗加上系统短路阻抗来计算。
对于第I类的变压器，如果系统短路阻抗等于或小于变压器短路阻抗的5%，则在计算短路电流时，系统短路阻抗可忽略不计。短路电流的峰值应按4.2.3计算
3.2.2.3表1中给出了在额定电流（主分接）下的变压器短路阻抗最小值，如果需要更低的短路阻抗值，则变压器承受短路的能力应由制造厂与用户协商确定。表1具有两个独立绕组的变压器短路阻抗最小值额定容量/kVA
630及以下
631~1250
1251~2500
2501~6300
6301~25000
25 001~40000
40001~63000
63001~100000
100000以上
最小短路阻抗/%
额定容量大于100000kVA的短路阻抗值一般由制造厂与用户协商确定。2在由单相变压器组成三相组的情况下，额定容量值适用于三相组。不同额定容量及电压等级的具体短路阻抗值，见相应的标准。3.2.2.4为了获得设计和试验所需的对称短路电流值.应由用户在询价时提供变压器安装地点的系统短路视在容量。
如果没有规定系统短路视在容量，则应按表2选取。3.2.2.5对具有两个独立绕组的变压器，通常只考虑三相短路这种考虑实质上能充分满足其他可能包括在内的故障类型（3.2.5的注中所考虑的特殊情况除外）。注：当绕组为曲折形联结时，单相对地故障电流可能比三相短路电流大。但是·在所涉及的两个心柱中，较高的电流值被限制在半个绕组中。此外，在其他星形联结绕组中的电流都小于三相短路电流。至于是三相短路还是单相短路采用说明：
1TIEC标准中无此规定，本内容是根据我国实际情况增加的。2
GB1094.5—2003
对绕组的动稳定产生更大的危害，与绕组的结构设计有关。制造厂与用户应就考虑是哪种短路类型达成协议表2系统短路视在容量门
系统标称电压/kV
6、10、20
设备最高电压U./kV
7.2、12、24
注：如无规定，则认为系统零序阻抗与正序阻抗之比为1～33.2.3多绕组变压器和自耦变压器短路视在容量/MVA
绕组（包括稳定绕组和辅助绕组）中的过电流应根据变压器和系统的阻抗来确定。应考思运行中可能产生的不同类型的系统故障，如：与系统和变压器的接地有关的相对地故障和相间故障，见GB/T13499。每个系统的特性（至少是短路视在容量值和零序阻抗与正序阻抗之比的范围）应由用户在询价时提出。
三相变压器的三角形联结稳定绕组应能承受运行中可能出现的与相关系统接地条件有关的不同类型系统故障所产生的过电流。
在由单相变压器组成三相组的情况下，除非用户确认将采取特别保护措施以避免相间短路外，稳定绕组应能承受其端子上的短路
注：将辅助绕组设计成能承受其端子上的短路可能是不经济的。此时，应采取合适的措施（如采用申联电抗器，或在某些情况下采用熔断器）来限制过电流值。此外，应注意防止在变压器与其保护装置之间的范围内发生短路故障。
3.2.4增压变压器
增压变压器的阻抗值可能很小，因此，绕组中的过电流主要由变压器安装位置处的系统特性来确定，这些特性应由用户在询价及定货时提出。如果增压变压器直接与一台变压器相连作电压幅值和（或）相位移调节用，则此增压变压器应能承受由这两种设备合成阻抗所产生的过电流。3.2.5直接与其他电器相连的变压器当变压器直接与其他电器相连时，这些电器的阻抗也将限制短路电流。按制造厂与用户之间的协议，可以将变压器、系统及变压器直接相连电器的各自阻抗的总和计人在内。如果发电机与变压器之间的连接良好，以致在此范围内的相间或两相接地故障的可能性可以忽略不计时，则上述规定也适用于发电机变压器、注：如果发电机与变压器之间的连接状态如上所述，对于中性点接地的星形三角形联结的发电机变压器，在与星形联结绕组相连接的系统发生相对地故障，或者在发电机与系统不同步的情况下，就可能发生最严重的短路情况。3.2.6专用变压器和安装在高故障率系统中的变压器对于特殊使用场合（如电炉变压器和向牵引系统供电的变压器）或运行条件（如所连接系统的故障次数多），变压器承受频繁过电流的能力，应由制造厂与用户协商确定。有关系统中非正常运行条件的情况，用户应事先向制造厂提供。采用说明：
与IEC标准的差异见附录C
3.2.7分接变换装置
GB1094.5—2003
当变压器装有分接开关时，分接开关应和绕组一样能承载由短路引起的同样的过电流。但不要求有载分接开关具有切换短路电流的能力。3.2.8中性点端子
星形或曲折形联结绕组的中性点端子，应按可能流经这个端子的最大过电流设计。4承受短路能力的验证
本章的要求既适用于按GB1094.1所规定的油浸式电力变压器，也适用于按GB6450所规定的干式电力变压器。
4.1承受短路的耐热能力
4.1.1总则
变压器承受短路的耐热能力应通过计算进行验证。计算按4.1.2～4.1.5的规定进行。4.1.2对称短路电流值I
对于具有两个独立绕组的三相变压器，对称短路电流的方均根值1按下式计算：U
V3X(Z,+Z.)
一对称短路电流的方均根值，kA：式中：1—
Z一系统短路阻抗，每相欧姆（等值星形联结）.按下式计算：Z
式中：U.系统标称电压，kV：
S一系统短路视在容量，MVA。
U和Z.按以下规定：
a）对于主分接
U-—所考虑绕组的额定电压U..kV：S
·（2）
折算到所考绕组的变压器的短路阻抗，每相欧姆（等值星形联结）按下式计算：Z,=XU
式中：
在参考温度、额定电流和额定频率下所测出的主分接短路阻抗，用%表示；S变压器的额定容量.MVA。
除主分接外的其他分接
U—所考虑绕组在相应分接的电压（另有规定除外），kV；Z折算到所考虑绕组在相应分接的短路阻抗，以每相欧姆表示。（3）
对于多绕组变压器、自耦变压器、增压变压器和直接与其他电器连接的变压器，其过电流计算分别按3.2.3、3.2.4或3.2.5进行。
所有变压器，除3.2.2.2所述情况外，都应考虑系统的短路阻抗。注：曲折形联结的绕组，单相对地故障的短路电流可能明显大于三相短路时的故障电流。因此，在计算曲折形联结绕组的温升时应考虑此电流值的增大。4.1.3对称短路电流的持续时间
除另有规定，用于计算承受短路耐热能力的电流的持续时间为2S。注：对于自耦变压器和短路电流超过25倍额定电流的变压器，经制造厂与用户协商后，短路电流持续时间可以小于2s。1）此外用符号Z和分别代替GB1094.1所采用的Z和，目的是与本标准4.2.3一致，不致泥乱：2）分接电压的定义见GB1094.1的5.2。4
4.1.4每个绕组平均温度的最大充许值GB1094.5—2003
当每个绕组分别按4.1.2和4.1.3施加规定持续时间的对称短路电流1后·其在任何分接位置下的平均温度应不超过表3规定的最大值。公式（4）和公式（5）中所用的绕组起始温度0。应表示为最高允许环境温度与在额定条件下用电阻法测量的绕组温升之和。如果测出的绕组温升不适用时，则绕组起始温度。应为最高允许环境温度与绕组绝缘系统所允许的温升之和。4.1.5温度0的计算
绕组短路后的平均温度e应由下述公式计算：0=0+2×(%+235)
106000-1
0.= +2X(8.+225)
式中：0
绕组短路t(s）后的平均温度，C；绕组起始温度。C：
（铜绕组）
（铝绕组）
短路电流密度，A/mm，按对称短路电流的方均根值计算出：持续时间，S。
·（5）
注：公式（4）和公式（5）是按绝热条件推导的且仅对短路持续时间不超过10s时才有效。公式中的系数是按表4中所列的参数得出的。
表3每个绕组在短路后的平均温度最大允许值变压器的型式
油浸式
绝缘系统温度/C
（括号内为绝缘耐热等级）
105(A)
105(A)
120(E)
130(B)
155（F)
180（H)
铜绕组
温度最大值/C
铝绕组
当绕组由高抗拉强度的铝合金导线制成时，可由制造厂与用户协商确定更高的温度最大值，但不得超过相应的铜绕组的温度
当油浸式变压器所使用的绝缘系统不是A级时，可由制造厂与用户协商确定不同的温度最大值。表4
材料参数
100℃时的比热/U/（kg·C))
100℃时的密度/（kg/m）
100℃时的电阻率/μam
4.2承受短路的动稳定能力
4.2.1总则
GB1094.5—2003
如果用户有要求，承受短路的动稳定能力应由下述两者之一来验证：试验验证：
计算和设计验证。
所用验证方法的选择，应由用户与制造厂在定货前协商确定。短路试验为特殊试验，应在定货合同中规定。试验应按4.2.2～4.2.7的要求进行。大容量变压器有时不能按本标准进行试验，如：受试验条件的限制此时，试验条件应由用户与制造厂协商确定。
当选择计算和设计验证时，要求用已做过短路试验的类似变压器或在有代表性的模型上的短路试验来证明。鉴别类似变压器的准则见附录A（提示的附录）。4.2.2变压器短路试验前的条件
4.2.2.1除非另有规定，试验应在准备投人运行的新变压器上进行。短路试验时，保护用的附件，如气体继电器及压力释放装置应安装在变压器上。注：对短路性能无影响的附件（如可拆卸的冷却器）可不安装4.2.2.2短路试验前，变压器应按GB1094.1的规定进行例行试验.但在此阶段中，不要求做雷电冲击试验。
如果绕组带有分接，应在短路试验所在分接位置上测量电抗，必要时也对电阻进行测量。所有电抗测量值的复验性应在主0.2%以内。试验报告包括例行试验的结果，在短路试验开始前应备齐。4.2.2.3短路试验开始时，绕组的平均温度应在10C～40℃之间（见GB1094.1-1996的10.1）。短路试验期间，由于流过短路电流，绕组的温度可能升高。当布置「类变压器的试验线路时应考虑这种情况
4.2.3双绕组变压器的试验电流峰值7试验应在被试相达到最大非对称电流时进行非对称试验电流的第一个峰值（kA）按下式计算：i=1xkx2
式中，对称短路电流「按4.1.2确定；k为计算试验电流的初始偏移的系数，而2考虑了正弦波峰值与方均根值之比。系数k×2（或称峰值因数）与X/R有关，其中：X-一变压器的电抗与系统电抗之和（X+X,），以a表示：..·（6)
R变压器电阻与系统电阻之和（R十R）以Q表示，其中R为参考温度下的电阻（见GB1094.1—1996的10.1）。在短路电流计算中若包括了系统短路阻抗时，如无另行规定，应假定系统的X/R。值等于变压器的X./R，值。表5列出了不同X/R值的峰值因数值，以供实际应用。3）表5是按下列峰值因数公式得出的：kX/2=[1+(e-($+m/>R/x)singp]×2式中：e自然对数的底
p相位角.等于aretgX/R.弧度。
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