如何計算柴油發電機組的沖擊短路電流

如何計算柴油發電機組的沖擊短路電流
柴油發電機供電時若發生短路時，很大的短路電流會使負載設備過熱或受電動力作用而遭到損壞，同時使網絡內的電壓大大降低，因而破壞了發電網絡內用電設備的正常工作。為了消除或減輕短路的后果，就需要計算短路電流。短路沖擊電流是指短路發生經過約半個周期后（當f=50hz時，此時間約為0.01秒），短路電流（包括周期分量和直流分量）達到最大值。因此，短路沖擊電流是柴油發電機組選型時考慮的一個重要參數。
短路電流波形圖
一、短路沖擊電流系數
短路沖擊電流指最惡劣短路條件下的短路電流的最大瞬時值，它出現在短路發生后約二分之一周期時間時，短路沖擊電流可以由i m=km*1.414*ip計算，其中km稱為短路沖擊系數。柴油發電機組在運行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發生非正常連接（即短路）時而流過非常大的電流。其電流值遠大于額定電流，并取決于短路點距電源的電氣距離。例如，在發電機端發生短路時，流過發電機的短路電流最大瞬時值可達額定電流的10～15倍。大容量柴油發電機組中，短路電流可達數萬安。這會對柴油發電機組的正常運行造成嚴重影響和后果。
柴油發電機組正常運行情況的破壞，大多數是由于短路故障所引起，因此，合理地選擇保護電器和載流導體，對柴油發電機組設計的經濟性及供電的可靠性十分重要，這就需要進行柴油發電機組的短路電流計算。在三相四線制交流低壓柴油發電機組中可能發三種短路故障，即單相接地短路、兩相短路和三相短路。發生短路后的最大全電流瞬時值稱為沖擊短路電流，兩相沖擊短路電流約為三相沖擊短路電流的0.866倍，單相沖擊短路電流約為三相沖擊短路電流的1.2~1.35倍。程設計中一般只考慮一相對稱短路這一最嚴重的故障情況，在需要計算兩相或單相短路電流時，可乘以上述系數得到。
二、次暫態短路電流及沖擊短路電流
相對稱次暫態短路電流及沖擊短路電流值是校驗斷路器的分斷能力、母線承受電動力的穩定性以及柴油發電機組繼電保護整定等的依據。在實際短路電流計算中，由于發電機勵磁和調速系統的影響，電磁和機電暫態過程、短路電網的結構、發電機和電動機的分布情況等都十分復雜，不容易得到精確的數據，通常是采用一定的簡化和近似地進行計算。
1、三相對稱短路故障的暫態過程
發電機供電網絡發生短路故障時，在一兩個周期時間內可以認為勵磁調節器還未起調節作用，即作為恒壓勵磁系統來考慮，發電機電勢不變。根據電機學分析，同步發電機三相突然短路最嚴重的情況是發電機空載，并且電壓的起始相角時。剛發生短路時，定子電流不能突變，短路電流是由交流分量和直流分量相加而成，短路電流的直流分量初始值與交流分量最大值相等但方向相反，直流分量按定子回路的時間常數指數衰減，交流分量在短路初期很大，以后逐漸減小，這是因為電樞反應磁鏈所經過的磁路在改變。
2、次暫態短路電流的估算
選擇柴油發電機組主斷路器時，相關規范要求主斷路器的額定斷流容量（或額定開斷電流）不應小于裝設處的次暫態短路電流。一般交流同步發電機出口的次暫態短路電流為發電機額定電流的5.7~14.7倍，在不知道發電機某些參數的情況下，發電機出口的次暫態短路電流可按10、15倍額定電流進行估算。
三、短路沖擊電流的周期
發生短路時，柴油發電機組從正常的穩定狀態過渡到短路的穩定狀態，一般需3～5秒。在這一暫態過程中，短路電流的變化很復雜。它有多種分量，其計算需采用電子計算機。在短路后約半個周波（0.01秒）時將出現短路電流的最大瞬時值，稱為沖擊電流。它會產生很大的電動力，其大小可用來校驗電工設備在發生短路時機械應力的動穩定性。短路電流的分析、計算是柴油發電機組分析的重要內容之一。它為柴油發電機組的規劃設計和運行中選擇電工設備、整定繼電保護、分析事故提供了有效手段。

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