3 第三章船舶交流电力系统的短路计算

1、第三章 船舶交流电力系统的短路计算本章主要内容·短路电流计算的目的及短路分析·短路电流的估算·交流发电机、电动机馈送的短路电流计算·邻近主汇流排处的短路计算和远离主汇流排处的短路计算·电抗、电阻、阻抗和时间常数的计算与换算·船舶交流电力系统短路电流计算应用举例·断路器参数和母线的选择第一节 概 述在船舶电力系统实际运行中,短路故障难以避免,绝缘的自然老化、机械损伤、战斗和误操作等都可能造成短路的发生,当船舶电力系统中主母线附近发生短路时,将出现比正常值大许多倍的短路电流。短路故障时系统的总阻抗很小，在短路计算时,一般考虑最严

2、重的短路情况,即金属性短路。此时系统短路阻抗与短路点的位置有关，短路点距电源越近,则系统的总阻抗就越小,短路电流值也就越大.即使短路所经历的时间很短,强大的短路电流所产生的机械应力和热效应,也能使发电机及其他设备遭破坏。此外，短路电流还会使电网电压大幅度降低，使设备的工作受到影响,以致使正在运转的电动机停止运转。在进行船舶电力系统设计时，必须充分估计到系统可能发生的短路故障,以便选择合理的配电方式和保护装置，保证船舶主要电气设备能承受短路电流的冲击,能快速有效地切断短路故障，把短路故障的影响限制在最小的范围。船舶电力系统短路计算的目的如下。(1）校验所选用的开关电器(如断路器）的短路接通能力和

3、短路分断能力.(2）校验汇流排等器件的电动力稳定性。(3）校验所选电气设备（如开关，母线)的热稳定性.(4）为电力系统选择性保护的设计和整定提供依据.(5）确定是否需要采取必要的限流措施.短路可分为:单相接地短路(中性点直接接地系统）、两相相间短路、两相两点接地短路和三相短路。陆地上电力系统因采用架空线路且都是中性点直接接地系统,发生单相接地短路的故障率最高;而船舶电力系统大多采用三相绝缘系统，故发生三相对称短路的故障率最大,这也是我们研究的重点。至于发生不对称短路时,其短路电流可按下列方法处理。（1)发生两相短路后，第一个半周时的短路电流,可取相应的三相对称短路电流值的0。866倍。（2)在

4、中性点接地的船舶交流电力系统中,发生单相短路后,第一个半周时的最大短路电流，可近似为相应的三相对称短路电流值。交流系统典型短路电流计算方法，有国际电工委员会、中国国家标准、中国国家军用标准、“劳氏"船级社以及美国海军标准等规定的方法。这些方法都离不开电机的基本理论，因此它们在本质上并没有很大的差别,只是对发电机短路电流交流分量衰减的处理,电动机馈送短路电流、短路电流的合成方法以及计算精度有所不同而已。由于交流电力系统短路电流计箅的方法很多,限于篇幅,本书仅介绍国标“GB3321-82”规定的计算方法,它适用于民用船舶交流电力系统的短路计算。我国军用舰艇交流电力系统的短路计算,应按“G

5、JBl7386”规定的方法计算.国标'GB3321-82”规定的交流系统短路电流计算方法,是以IEC(国际电工委员会）第363号出版物规定的标准为基础制定的,该方法较全面地考虑了短路电流在次暂态（超瞬变)过程中的衰减,考虑了外部线路阻抗对时间常数的影响，因此比较接近船舶交流电力系统短路的实际过程，是一种较精确的短路计算方法,特别是在邻近主配电板处发生短路时,计算结果最为准确。在计算远离主配电板的短路电流时,其计算结果偏大,实际上我们所关心的重点是邻近主配电板那些短路点的短路电流值,因为这些短路电流数值大、电器设备多、影响面大;而远点的计算结果偏大,对实际选择电器及保护整定不会造成太大问

6、题.第二节短路电流为了便于理解船舶电力系统短路的物理过程，我们首先来了解无限电源系统短路过程,然后再来分析较为复杂的船舶有限电源系统的短路过程，这样将会容易些。一、无限电源容量系统的短路分析假设电力系统三相交流电路是对称的，我们只要研究短路后,其中一相电流暂态过程的变化规律，便可了解整个三相交流电路的电流、电压的变化规律。1.无限电源容量三相交流电路的短路电流图31为“无限大”系统短路的等值电路（单相),e为电源电动势,L和R为短路回路的综合电感和电阻,且当合上开关Q时，“无限大电源容量”电力系统发生短路,其暂态过程可用微分方程式来描述，即 (3-1） 根据，先求得式（3-1）妁通解，再根据初

7、始条件t=0时,i=0,求得i（t)的特解,即 (32) 式中I-短路电流交流分量有效值; (A)E-电源电动势有效值，v;时间常数,s;-角速度，rad/s;f 频率，Hz;短路瞬间电压相位角(合闸相位角），rad;短路电路功率因数角，rad;从式（3-2)可以看出，交流电路的短路电流由稳态交流分量（即周期分量)和直流分量(即非周期分量）两部分组成。直流分量随时间而衰减，交流分量与直流分量合成三相短路全电流,其为非对称短路电流.短路电流的波形如图32所示。2。短路电流交流分量式（32）右边第一项为短路电流交流分量,即 (33) 从式（33)和图3-2波形中看出:（1）交流分量是一个稳态值，是

8、正弦交变的周期函数，其最大值为；(2）短路瞬间（t=0),短路电流的交流分量（即短路周期分量初始值）为 (3-4） 式中看出,其值取决于I、和值;（3)发生短路后，各不同时间短路电流交流分量瞬时值不同,当时，其值最大最大值发生在 （35) 处，当k = 0，1，2，3,时出现。3。短路电流的直流分量在式（32)中，右边第二项表示短路电流的直流分量,即 （3-6） 从式(36）和图32波形中看出: (1）短路瞬时（ t = 0 ),短路电流的直流分量为 (37） 该值大小与I、有关,与短路瞬时短路电流交流分量大小相等,方向相反;直流分量随着时间的增加而衰减,衰减快慢取决于时间常数或；(3)当，即

9、合闸初相角,当L>> R时,为最大值,亦即得到非对称最大峰值,为非对称最大峰值合闸相位角.4.非对称短路电流的最大峰值非对称短路电流最大峰值一般被称为冲击短路电流,从短路电流波形可近似地认为在非周期分量初始值为最大值时的相位角,且对称短路电流为最大时，即或时，亦即在短路发生后第一个半周期出现(当f = 50Hz时,半个周期为）。因为所以，最大非对称短路电流 (38） 我们所关心的最大非对称短路电流是在时出现的短路全电流，它的值是对称有效值的倍数n。亦称为冲击系数. (39) 冲击系数n与短路电路功率因数角有关，其值在1。412.82间变化。二、船舶有限电源容量的短路分析由于船舶电力

10、系统的电源容量有限,不是“无限大电源容量"电力系统，用前述方法计算短路电流虽然简单,但误差可达3040,且其值离电源愈近误差愈大,因此，无限电源容量电力系统的短路计算不适用于船舶电力系统的短路计算。对于船舶电源容量有限的电力系统,当短路时,其电源端电压不能视为不变，短路电流周期分量幅值在短路过程中是衰减的,其短路电流的变化规律如图3-3所示。根据电机学理论分析,同步发电机三相突然短路最严重的情况，是发电机空载(不考虑励磁电流变化时)、且电压的起始相角时。此时从图3-3中可知，短路电流是交变分量和直流分量(因定子电流不能突变而产生,其初始值等于交变分量的最大值，并按定子电路的时间常数呈

11、指数衰减）相加而成的。短路电流的交变分量在短路初期很大,此后逐渐减小.这是因为电枢反应磁链所经过的磁路在改变,如图3-4所示。图中粗线表示电枢反应磁链（因为磁链为对称分布,图中只画出右半部）.交流同步发电机一般有三个绕组：定子上的电枢绕组、转子上的励磁绕组和阻尼绕组。在发生三相对称短路故障后，此三个绕组互相之间都有电磁作用,因此交流同步发电机短路的电磁过程是相当复杂的.在发电机突然短路的瞬间，由于阻尼绕组和励磁绕组感生电流和磁通阻止磁链突变,而使发电机电枢反应磁链赶到气隙中流通,如图3-4(a）所示,呈现出磁阻很大,电抗很小（即）,短路电流交流分量很大的状况,这是次暂态过程,或称超瞬态过程.短

12、路后约经23个周波,如图34(b）所示，阻尼绕组中感生的电流已经衰减，电枢反应磁链能穿过阻尼绕组的铁芯，磁阻减小些，电抗增大为,短路电流减小些，这是暂态过程,或称瞬态过程.再过一些时间，约十几个周波,如图34（c)所示,励磁绕组中感生的电流已衰减掉，此时电枢反应磁链与主磁链一样穿过整个转子的铁芯，磁阻减小,电抗增大为,短路电流进一步减小达到稳态最小值,这是稳态过程。从上面分析可知，与“无限大电源容量”电力系统相比，交流同步发电机在短路过程中，电抗值不是常数，而是一个从次暂态过渡到暂态的变量。这就是说,发电机短路电流的交变分量分别为次暂态交变分量、暂态交变分量和稳态交变分量次暂态分量按阻尼回路的

13、时间常数呈指数衰减,暂态分量按励磁回路的时间常数指数衰减。1.交流同步发电机短路电流基本公式取出一相来分析，设相电势同样，可根据电压平衡方程式，解微分方程求得其全电流表达式 （310） 式中-发电机直轴次暂态短路时间常数;-发电机直轴暂态短路时间常数;发电机非周期时间常数.与无穷大电网短路电流比较,船舶交流电力系统短路电流同样有对称周期分量和非周期分量两部分，只是它的对称短路电流还随着时间从次暂态向暂态衰减，直至最后到稳态。对交流同步发电机而言，因为发电机电枢电阻<，则短路初暂功率角,与无穷大电源容量电网比较，同样近似认为交流同步发电机在初相角时,可求得最大非对称短路电流,即 （3-11

14、） 此时短路全电流波形正如图33所示。2。次暂态对称短路电流初始(有效）值 (V） （kA） (312) 式中发电机额定线电压，V；发电机额定相电压,V；发电机电枢电阻, ；发电机直轴次暂态电抗， 。3。暂态对称短路电流初始(有效）值 (kA） (3-13） 式中， 为发电机直轴暂态电抗。4.稳态对称短路电流（有效)值 (kA） (314） 式中，为发电机同步暂态电抗.5.最大非对称短路电流由图3 - 3可知,最大非对称短路电流约在,即在今时出现,代入式（3 11）得 (315) 因为我们关心的是短路后半个周波出现的最大瞬时值，在短路后2 3个周波时，暂态短路电流还没有（或刚刚开始)衰减，故在

15、实际工程计算中,忽略暂态短路电流的衰减时间常数，而近似计算 (3-16) 式中短路电流对称分量； -短路电流直流分量(非对称分量),亦即短路发生后第一个半周时发电机馈送 的对称短路电流。 （3-17） 上式为发电机空载时的情况。当短路故障发生在发电机额定负载时，即在额定电压、额定电流、额定功率因数下，发电机馈送的对称短路电流，可用发电机空载情况下的对称短路电流值乘以适当的系数求得。这个系数取决于发电机的特性,在缺乏确切资料的情况下,可取1。1，即 (318） 这是因为发电机在额定负载情况下,相电势E大于相电压，在缺乏资料情况下,取E=1.1.在发电机带负载情况下,计算短路最大非对称短路电流不必

16、使用系数1。1.上述短路电流基本公式是在他励情况下得出的，同样适用于自励交流同步发电机.研究结果表明，自励同步发电机短路发生后第一个半周时的短路电流,大致与他励同步发电机相同,一般增大值不超过他励同步发电机的1。三、短路电流粗略估算在缺乏资料的情况下，对船舶电力系统在主配电板附近发生短路时的最大短路电流，可按钢质海船入级与建造规范2.3。2。5条规定，作如下粗略估计.主配电板附近发生短路时,最大对称短路电流有效值为满足最大需要功率，而可能是并联运行的所有发电机额定电流的10倍，再加上需要同时投入运行的所有电动机额定电流的3倍(对称有效值）,短路功率因数假定为0.1。即 （319） 式中最大对称

17、短路电流有效值；所有并联运行的发电机额定电流之和；所有同时投入运行的电动机的额定电流之和；短路功率因数. 最大非对称短路电流值与短路功率因数有关，如图3-5所示。 （3-20） 式中最大非对称短路电流；n峰值系数。当短路功率因数为=0。1时，由图35的曲线查得其峰值系数为n =2.45，此时第三节 短路计算系统图和标幺值在计算短路电流时,首先必须选择计算工况和短路计算点，并画出短路计算系统图，然后根据国家船舶规范规定的方法进行计算。一、短路计算工况的逸择短路计算应该选择电力系统短路最严重（数值最大)工况下进行.这个工况应该是:投入发电机的额定功率总和为最大;发电机组处于长期并联运行状态，投入工

18、作的异步电动机负荷额定功率总和为最大；发电机组的起始负荷最大。二、短路计算系统图的绘制短路计算系统图应根据所选计算工况和船舶电力一次系统图绘制，通常采用系统单线图。计算图中包括:1。并联工作的发电机;2。用一个等效电动机表示电动机负载；3.相应的导电部分，如开关、电器和变压器等；4.所选择的短路计算点.图上应标注发电机的型号、额定功率和额定电压，开关电器的型号、额定电流,电线和电缆的型号、数量、截面和长度，等效电动机和其他元件的主要技术参数.三、短路计算点的选择船舶电力系统的短路电流,是由系统的所有发电机和电动机的参数及电路的阻抗决定的,而且和短路点的位置有很大关系。我们选择短路点的原则是应该

19、使该点短路后,流过所选择、整定或校验的电气设备的电流为最大。图36为某万吨级货轮简化后的系统单线图。因突然短路时,所有工作电动机都依靠惯性继续旋转，发出电势,也对短路点供电，所以图中用一等效电动机M来表示。当校验母线的动稳定性或开关1（最大用电设备开关）的断流容量时,可选图中1号开关旁点短路.此时所有工作发电机和除1号开关供电的设备之外的所有工作电动机都经过母线及1号开关向点供电。如果短路点选在开关1的左端,则所有工作发电机和工作电动机（1号开关供电的设备除外）供给短路点的电流都不经过1号开关,这样的验算就不合理了。在校验发电机主开关2的断流容量时,应选A点.因为A点短路时另两台工作发电机和所

20、有工作电动机都经过2号开关向短路点供电.如选2号开关靠近母线端短路时，只有经过开关2向短路点供电，显然不是最严重的情况。同理,当校验主配电板汇流排的电动力稳定性时，应选点，校验分配电板上的开关3和4时,应分别选开关附近的C点和D点。四、标幺值（相对值)在短路电流实际计算中，电压、电流、阻抗、功率等物理量,为了计算方便,通常不用其实际的数值表示，而是采用称做标幺值的相对单位值来表示。 （3-21) 已知或求得标幺值之后,也可由上式求得实际值,它等于标幺值与基准值的乘积。船舶电力系统的发电机、电动机、变压器等设备,其产品目录参数的标幺值是以设备的额定值、作为基准值而求得的.例如同步发电机的参数、等

21、,都是以额定值、为基准值的标幺值。以额定值作为基准值的标幺值称额定标幺值，额定标幺值的表达式为，上式中下角注有“N”是表示这些量值是采用额定值作为基准值的标幺值。各物理量的标幺值乘以100%,便是百分值。第四节发电机馈送的短路电流计算一、发电机的对称短路电流根据前面的分析，同步发电机三相突然短路最严重的情况,是在发电机空载并且电压的起始相角时.此时发电机的短路电流由交变分量和直流分量相加而成。为了便于计算，工程上通常近似地将整个过渡过程分成三个阶段:次暂态阶段、暂态阶段和稳态阶段。次暂态分量按阻尼绕组回路的时间常数7;呈指数衰减；暂态分量按励磁绕组回路的时间常数；呈指数衰减。短路电流的最大瞬时

22、值约在短路后半个周期出现,当发电机的电压频率f=50 Hz时，这个时间约为短路后的0。01 s。在计算发生三相对称短路后第一个半周的短路电流时,暂态短路电流还没有（或刚刚开始)衰减，可以忽略暂态短路电流的衰减时间常数.因此，当发电机在空载及额定相电压情况下，在发电机输出端发生短路时，其次暂态对称短路电流初始值和暂态对称短路电流初始值分别为 （kA） (322） （kA） （3-23） 短路发生后第一个半周时发电机空载对称短路电流为 (3-24) 式中系统额定相电压；，分别为发电机直轴次暂态电抗、暂态电抗；发电机电枢电阻； 交流电周期（50Hz,T=0.02s)；发电机直轴次暂态短路时间常数.当

23、带有负载的发电机发生突然短路时,由于初始电压较大，虽然直流分量有所减小,但短路电流仍有所增大，可乘以l。1的系数，求得短路发生后第一个半周时发电机带额定负载的对称短路电流 （kA) (325) 二、发电机的短路电流非周期性分量发电机在空载及额定相电压为的情况下,当发电机输出端发生短路时,其短路发生后第一个半周时短路电流非周期性分量为 (kA） （326） 式中，为发电机非周期分量时间常数.三、发电机的最大非对称短路电流发电机的最大非对称短路电流在短路发生后第一个半周时出现，其值等于对称短路电流的峰值与短路电流非周期性分量之和，即 (kA) （327) 发电机在空载与额定负载下的最大非对称短路电

24、流都用上式求得.四、无阻尼绕组发电机的短路电流无阻尼绕组发电机的短路电流的计算同样采用上述各公式,只要将上面公式中发电机参数、,分别用、代替即可。第五节电动机馈送的短路电流计算对电动机群所馈送的短路电流,国家标准（GB3321-82）采用等效电动机方法进行计算,即将所有运行中的电动机综合成一台直接接至主汇流排上的等效电动机(忽略电动机至主汇流排之间的线路阻抗）.该等效电动机的额定功率等于所有运行中的电动机额定功率之和。一、等效电动机各项参数的确定等效电动机额定功率、运行中的电动机台数q和平均等效电动机额定功率的求取,可按船舶电力负荷计算书进行计算,但其中的等效电动机额定功率亦可取为实际运行中的

25、发电机（不包括转移负载时短时工作的发电机)总额定功率的60.在计算大容量电动机馈电线处的短路电流时,可不计及该电动机本身的作用。若由电动机的参数资料查得平均等效电动机的各项参数分别为、和,则等效电动机相应的各项参数分别为 (m） (328) (m） (329) （m） （330） = （ms） (331） = （ms) (3-32) 式中,，等效电动机定子电阻、暂态电抗、暂态阻抗；，平均等效电动机定子电阻、暂态电抗； ，-平均等效电动机暂态短路时间常数、非周期时间常数;,等效电动机暂态短路时间常数、非周期时间常数.在缺乏确切数据情况下,等效电动机各项参数,可按下列规定选取。1.当运行中的发电机

26、总额定功率kW时： （标幺值） (标幺值） （ms) （ms)式中-等效电动机暂态电抗标幺值;等效电动机定子电阻标幺值。2。当运行中的发电机总额定功率kW时: (标幺值) （标幺值） （ms) （ms)二、等效电动机短路电流的计算当主汇流排电压为额定相电压,在电动机出线端发生短路时,其等效电动机短路发生后第一个半周时的短路电流分别为:对称短路电流 (kA) (333) 短路电流非周期性分量 (kA) （3-34） 最大非对称短路电流 (kA) （335） 第六节在邻近主汇流排处短路时短路电流的计算主汇流排处短路时的短路电流等于投入运行的发电机和电动机所馈送的短路电流的代数和。一、发电机馈送的短

27、路电流首先应计及发电机端至主汇流排之间的线路阻抗，修正发电机参数。即求出在主汇流排处呈现的单台发电机的合成次暂态电抗、暂态电抗和电阻： (m) (336） (m) （3-37） （m) （338) 式中，、分别为从发电机至主汇流排之间的线路电抗、电阻。用修正后的发电机参数计算发电机空载时次暂态对称短路电流初始值、暂态对称短路电流初始值: (kA） （3-39) (kA) （3-40） 则发电机馈送的在短路发生后第一个半周时的短路电流为对称短路电流： 空载时 (341) 负载时 （kA） (342） 短路电流非周期性分量： （kA) (343） 式中, 为计及发电机至主汇流排之间的线路阻抗（、）

28、影响的发电机非周期时间常数,其数值为 (ms) (344） 最大非对称短路电流为 （kA） （345) 二、电动机馈送的短路电流由于忽略了等效电动机至主汇流排之间的线路阻抗，因此该项短路电流仍可按本章第五节的规定进行计算。此外，当等效电动机的额定电流为时,则该项短路电流可近似地取为短路发生后第一个半周时电动机馈送的对称短路电流: （kA） (346) 最大非对称短路电流: （kA） （3-47) 式中可按下式进行估算: (kA） (348） 式中为等效电动机效率、额定功率因数.在缺乏确切数据的情况下可取为0。67。三、短路点的短路电流当有q台发电机和等效电动机向短路点馈送短路电流时,则短路发生

29、后第一个半周时流向短路点的对称短路电流为 (kA) （349) 最大非对称短路电流为 (kA) （350) 第七节远离主汇流排处短路时短路电流的计算首先应求出等效发电机的参数,再计算发电机和电动机向短路点馈送的短路电流,最后计算短路点的短路电流。一、等效发电机及其参数的求取设有q台发电机并联运行,则应将这些发电机在主汇流排处综合成一台等效发电机,并按下列步骤求取其各项参数.1.q台相同规格发电机并联运行其等效发电机的直轴次暂态电抗、直轴暂态电抗和电枢电阻分别为 (m） （3-51) （m) (3-52） (m） (353） 式中，分别为式（3-36）、式(3-37）、式（338）计算结果。2.

30、q台不同规格发电机并联运行这种情况计算较为复杂，可按下列步骤计算等效发电机的各项参数. (1)按式(339）（343）分别计算各台发电机的、和。（2)计算等效发电机空载时次暂态对称短路电流初始值、暂态对称短路电流初始值；计算短路发生后第一个半周时等效发电机空载时对称短路电流、短路电流的非周期性分量.即 （kA） (3-54) （kA） （355） (kA） （3-56） (kA) (3-57） 式中第i台发电机空载时次暂态对称短路电流初始值;第i台发电机空载时暂态对称短路电流初始值；-短路发生后第一个半周时，第i台发电机空载时对称短路电流；短路发生后第一个半周时，第i台发电机的短路电流非周期性

31、分量。（3)计算等效发电机的各项参数,计有: (m) (3-58） (m) （3-59) (ms) （3-60） (ms) (3-61) （m） （3-62) 二、短路电流的计算1。发电机馈送的短路电流当主汇流排至短路点之间的线路电抗为、线路电阻为时，可求得在短路点处呈现的等效发电机合成次暂态阻抗、合成暂态阻抗如下： （m） (3-63） (m） （3-64） 并须计及线路阻抗对时间常数的如下影响。（1） 台相同规格发电机并联运行 （ms） (365） (366) 式中计及线路阻抗影响的等效发电机非周期时间常数； 计及线路阻抗影响的等效发电机直轴次暂态短期时间常数。（2) 台相同规格发电机并联

32、运行 (ms) （3-67） （ms) （3-68） 则得 (kA) (3-69) （kA） (370) (kA) (3-71) （kA) （3-72） （kA） (3-73） (kA） (374) 式中短路发生后第一个半周期等效发电机额定负载时对称短路电流；等效发电机最大非对称短路电流。2。电动机馈送的短路电流当主汇流排至短路点之间的线路电抗为，线路电阻为,时可求得在短路点处呈现的等效电动机合成暂态阻抗计及线路阻抗影响的等效电动机非周期时间常数如下： (m) (375) (ms） （3-76） 则得 (kA) （3-77） (kA） (378) (3-79) 3。短路点的短路电流流向短路点的

33、短路电流等于发电机和电动机馈送的短路电流的算术和,即短路发生后第一个半周时短路点的对称短路电流： (kA） (3-80) 短路点的最大非对称短路电流： （kA） (3-81) 当短路点至主汇流排的线路阻抗足够大时，例如在下列两种情况下，可不计及电动机馈送的短路电流，并可忽略发电机馈送的短路电流非周期性分量.(1)短路电路中不包含变压器时(2）短路电路中包含变压器时即此时短路发生后第一个半周时的对称短路电流和最大非对称短路电流分别为 (kA） (3-82) (kA） (3-83） 三、在变压器次级侧短路时短路电流的计算此种情况亦属于在主汇流排外馈电线处短路之一，只是需将变压器的阻抗作为线路阻抗的

34、一部分，并将变压器的变比考虑在内即可.计算步骤和公式同上述.自主汇流排至短路点之间的线路电抗为 (m) (384) 自主汇流排至短路点之间的线路电阻为 （m） （3-85） 式中主汇流排至变压器初级端之间的线路电抗、电阻；-变压器次级端至短路点之间的线路电抗、电阻;-折算到变压器初级的电抗、电阻；变压器初级和次级额定线电压。变压器次级的短路电流为 (kA) （3-86) 式中为式（380）或式(3-82）计算的结果. （kA) （387) 式中为式(3-81)或式（383)计算的结果。当有多台变压器并联运行时,则须计算各变压器支路线路阻抗（包括变压器阻抗在内）的并联阻抗，然后按式(3-84）、

35、式（3-85)分别计算主汇流排至短路点之间的线路电抗和线路电阻,按式（386)、式(3-87)分别计算短路发生后第一个半周时变压器次级侧的对称短路电流和最大非对称短路电流。第八节短路功率因数计算一、主汇流排馈电分路配电电器出线端处短路功率因数计算此处短路电路阻抗为等效发电机与等效电动机并联阻抗： (m) （388） 经计算可得短路电路的电抗和电阻分别为 (m） （3-89） （3-90) 则短路功率因数为 (3-91） 另外,为简化计算,发电机自动开关电源端处的短路功率因数计算可近似取式（3-89) (391）的计算结果。二、主汇流排外馈电线处的短路功率因数计算此处的短路电路的电阻和电抗分别为

36、 （m） (3-92） （m） (3-93） 则短路功率因数为 (394) 第九节短路阻抗和时间常数的计算与换算短路电路阻抗的计算,仅计及发电机、电动机、变压器以及电缆的阻抗，而忽略如汇流排、电流互感器等元件的阻抗，也不计及连接点的接触电阻及短路故障本身的阻抗.一、发电机电抗和电阻的换算 （m) (3-95） (m) （3-96） （m) (3-97) 式中次配电系统额定线电压;发电机额定电流；发电机额定视在功率。二、电动机电抗、电阻和时间常数的计算与换算 (kA) （398） (kA) （399） (3100) (3101） 式中-电动机额定线电压；-等效电动机额定功率.三、变压器电抗、电阻

37、和阻抗的计算与换算 (m） （3102） (m） (3-103） (3-104) （m) （3105) (m） (3-106） 式中-百分数表示的变压器短路电压、短路电压电阻分量、漏抗分量； -折算到变压器原边的电抗、电抗标幺值；-折算到变压器原边的电阻、电阻标幺值；-变压器额定视在功率；-变压器原边额定线电压.。四、电缆电阻和电抗的计算 （m) (3-107） （m) （3-108) 式中电缆电阻、电抗；-单位长度电缆电阻、电抗;电缆长度（m)、并联电缆根数.第十节船舶交流系统短路计算应用举例根据以上介绍的计算方法和公式,在进行实船短路电流计算时,首先选择计算工况和短路计算点,并画出短路计算

38、系统图。例 假设某船舶短路计算系统图如图37所示.已知参数如表3-1和表3-2所示。试计算各短路点短路电流并选择各自动开关数据。解 应用船舶交流电力系统的短路计算程序进行计算。1.线路阻抗计算(短路回路不包含变压器）点:发电机至至主配电板，电缆3×95mm2,14 m，x=0.077(m/m)，r=0.22（m/m）,并联电缆3根。 (m） (m） 点：主汇流排至短路点，电缆3×16mm2，12 m,1根。x=0。091 (m/m), r=1.3 (m/m）=12×0.091=1。092 （m）=12×1。3=15.6 (m） 点：主汇流排至短路点,电缆

39、3×50mm2,50 m,1根。x=0.082 (m/m）, r =0.409 （m/m)=50×0.082=4.10 (m)=50×0.409=20.45 （m)2.变压器阻抗计算 （m） (m) (m）3。线路阻抗计算(短路回路包含变压器)点:主汇流排至变压器初级,电缆3×35mm2,7 m,1根。x=0。085 （m/m）， r =0.594 (m/m） （m) （m)变压器次级至短路点,电缆3×70mm2,7 m,1根.x=0.078 （m/m）， r =0。305 （m/m) （m) （m）因此， 主汇流排至短路点线路阻抗为 (m）

40、（m）点：变压器次级至短路点电缆3×35mm2，7 m,1根。电缆1：3×70mm2，7 m，1根。x=0.078 （m/m), r =0。305 (m/m)电缆2:3×4mm2,8 m，1根.x=0。109 (m/m）, r =5。14 （m/m) 电缆1和电缆2的线路阻抗为 (m) (m）因此， 主汇流排至短路点线路阻抗为 (m)4。等效电动机参数计算等效电动机额定功率可取实际运行中发电机总额定功率的60： (kW）q=22台 (kW）平均等效电动机的各项参数为=1300 (m），=280 （m）=12.30 （ms），=14.20 （m） （m） （m) （

41、m)=12.30 （ms)=14。20 (ms)5。 点短路发电机馈送的短路电流 （V) (m) （m) (m） (kA) (m） (m） (kA） （kA) (kA) (ms） (kA） （kA）6。等效发电机参数计算因为三台相同型号规格的发电机并联运行，q=3,所以 （m） （m) (m)7。点短路流经的短路电流及短路功率因数计算当点发生短路时，在短路瞬间供给点的短路电流有、发电机和等效电动机M馈送的短路电流： （kA） （kA) （kA) （kA） (kA） （kA） (kA) （m） （m）8.点短路流经的短路电流及短路功率因数计算 (kA) (kA) (kA) (同点) （kA） （

42、同点） （kA） (同点) （kA） (kA） (m） (同点） (m） （同点) （m) (同点)9。点短路流经的短路电流及短路功率因数计算 (m） （m) (kA） （kA） （ms) (ms） （kA) (kA） (kA） （kA) (m) (ms） （kA） （kA） （kA） （kA） (kA) （m） （m）10。点短路流经的短路电流及短路功率因数计算 (m) (m） （kA） （kA) （ms) （ms） （kA） （kA) （kA） (kA） (m) （ms) （kA） (kA） （kA) （kA） （kA） (m） （m)11.点短路流经的短路电流及短路功率因数计算 （m)

43、(m） (kA) (kA) (ms） (ms) （kA) (kA) (kA） （kA） （m) (ms） (kA) (kA) （kA） （kA) (kA) （kA） （kA） (m） （m）12。点短路流经的短路电流及短路功率因数计算 (m) （m) （kA) (kA) (ms） (kA） （kA） （kA) (kA） (kA) (kA） (kA） （kA） （m） （m)13.结论短路计算结果和选用的配电电器数据汇总表如表3-3所示。第十一节断路器额定切断和接通电流的选择一、断路器参数选择原则选择断路器与选择一般低压电器一样，首先应按其额定工作条件(即额定电压和额定电流）来选择,但因断路器还有切断短路电流的作用,故在选择断路器时，必须保证断路器能够切断和接通的最大短路电流.大于其设置电路可能出现的最大短路电流。目前，各主要造船国家基本统一于如下准则。选择断路器的必要条件为：（1)断路器的额定切断电流,必须大于其工作电路短路后1/2周期时的对称交流短路电流的有效值;（2）断路器的额定接通电流,必须大于