国家标准 GB/T35715一2017 船舶直流电力系统短路电流计算方法 Caleulationmethodsforshorteireuitcuremtofceletriealsystemonship 2017-12-29发布 2018-07-01实施中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/35715一2017 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由船舶重工集团公司提出本标准由全国船舶电气及电子设备标准化技术委员会(SAC/TC531)归口本标准起草单位:船舶重工集团公司第七四研究所、,青岛海检集团有限公司本标准主要起草人:王良秀、李建国、张元玮,刘丽红、赵飞、王乐、洪晓莉、胡方珍
GB/35715一2017 船舶直流电力系统短路电流计算方法范围本标准规定了船舶直流电力系统中短路电流的计算方法本标准适用于连接整流器的船舶直流电力系统中短路电流计算,包括每单位长度的电阻和接触电阻、局部短路电流、准稳态短路电流、峰值短路电流的计算方法规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日朗的引用文件仅注日期的散本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T1554挂.1三相交流系统短路电流计算第1部分电流计算术语和定义下列术语和定义适用于本文件局部短路电流partialshort-eireuiteurrent 一个与其他电源断开的电源馈电的短路位置的短路电流从 3.2 commonbranch 共同支路源自不同电源的带有几个部分短路电流的网络支路 3.3 初始对称短路电流initialsymmetriealshort-eireuiteurrent 若阻抗维持为零,在短路瞬刻施加的预期短路电流交流对称分量的均方根值 3.4 峰值短路电流peakshortcireut current 直流边预期短路电流的最大可能瞬时值 3.5 -stateshort-eireuitcurrent 准稳态短路电流quasisteady 在短路开始1s之后直流边的短路电流值 3.6 到峰值时间timetpeak 短路开始和短路电流峰值之间的间隔
GB/T35715一2017 3.7 short-eireuitdurationm 短路持续时间 T 短路开始和直流短路电流分断之间的间隔时间 3.8 标称系统电压nomimalsystemvoltage U 三相交流系统指定且与某些运行特性有关的电压(线间. 3.9 铅酸蓄电池的标称电压nominalvoltageofalead-acidbattery U 铅酸蓄电池的标称电压由制造商设定若该值未知,可采用一个电池2.0V乘以串联中的电池数得出标称电压 3.10 固定蓄电池stationaryatery 设计用于固定位置的蓄电池,永久性连接负载和相关蓄电池充电电路 3.11 蓄电池最终电压(放电结束电压finalvoltageofabnteryend-of-dlischargevoltage) 在特定放电时间后的最小容许电压符号下列符号适用于本文件导体截面; 导体间的中心线距离; 矩形导体的厚度; 电容; cU/ 为依照GB/T15544.1的等效电压电源; Ep 蓄电池的开路电压; E -短路前的电容器电压; 系统频率; 矩形导体高度; 三相初始对称短路电流; 最大短路电流; 1Koe "an 最小短路电流准稳态短路电流，额定电流; 电流瞬时值; 标准近似函数的截面; 支路内的短路电流 -峰值短路电流修正电流; 整个旋转部件的惯性矩;
GB/35715一2017 K 灵敏系数; -计算峰值短路电流的因素; 计算电容电流上升时间的因素; k 计算电容电流衰减时间常数的因素; -计算到电动机电流峰值时间的因素; 人1 计算电动机电流上升时间常数的因素; k2M,k3M 计算电动机电流衰减时间常数的因素; 电感,每单位长度的电感; -短路时磁场电流的等效饱和电感空载时磁场电流的等效不饱和电感 lo -整流器直流边和直流系统的电感 lD -电容器直流边的电感; lcB -单独励磁直流电动机电感; l 长度; -电动机额定转矩 M 电动机转速空载电动机转速标称电动机转速; 比率lk/i; 电阻,每单位长度的电阻 R，R 整流器支路交流侧电阻; 整流器直流边和直流系统的电阻; RM -电容器直流边的电阻; RcB 单独励磁直流电动机电阻 RMB8 接触电阻共同支路的电阻; 同电源的共同支路电阻; R 通过共同支路提供准稳态短路电流的其他电源支路的共同支路并联电阻的等效电阻; 导体半径: 短路持续时间; 时间常数,一般取30ms; 时间到峰值时间在短路前的短路位置电压; 三相交流系统的系统标称线电压(r r,m.S.; -铅酸蓄电池的标称电压; 电抗整流器支路交流侧电抗; Z 三相交流网络的阻抗三相交流网络的最小阻抗; Zomn 衰减系数 -计算峰值短路电流的因素; 计算整流器准稳态短路电流的因素; 人D
GB/T35715一2017 =4开10-7H/m: -绝对真空磁导率,从 = 从电阻率; -部分短路电流的修正系数电动机电枢时间常数; 电动机磁场电流时间常数; -电动机机械时间常数; -标准近似函数的上升时间常数、衰减时间常数; T1T， -无阻尼固有角频率、阻尼固有角频率; w.w. 温度 5 短路电流计算 5.1通则短路位置的总短路电流可通过几个不同电源的作用而产生 5.1.1不同情况的典型短路电流见图1 带滤波电抗器的整流器 D n 不带滤波电抗器的整流器蓄电池整流器 4 不带补充惯性质量的电动桃带补充惯性质量的电动机电容器整流器典型短路电流图 5.1.2涵盖不同电流变化的标准近似函数见图2 函数通过式(1)式(3)来描述
GB/35715一2017 4O 4 图2标准近似函数当0<1<！p i(t 一i一" ，-(一1p/r 当4,GB/T35715一2017 图见图3 这些电源的等效电路图的特征量,见5.4,5.5、5.6和5.7 5.2.2若系统的等效电路图只包含一个电源,短路位置的短路电流计算应仅考虑串联电阻和电感 5.2.3若等效电路图包含儿个电源,短路电流在短路位置F1情况下应通过相加不同电源的短路电流得出. 5.2.4若等效电路图包含几个电源和一个共同支路,短路电流在短路位置F2情况下应通过下列方式得出: 如同在短路位置F1情况来计算不同电源的短路电流,但增加共同支路的Ry和Ly; 依照6.1用修正系数修改用此方法计算的短路电流 -将不同电源的计算值插人式(1)~式(3); -将不同的时间函数加至F2总短路电流的时间函数馈换相馈电线电电滤波连接点 " 线缆器电抗器线路 R,KR, R,M =R十X 整流器支路线路共同支路钳酸蓄电池线路电容器磁场惯性矩电权线路电动机注，短路位置;F无共同支路的短路;F带共同支路的短路图3计算部分短路电流的等效电路图
GB/35715一2017 5.3导体电阻和电感 5.3.1单位长度的电阻和接触电阻 5.3.1.1单位长度的环路电阻可从导体截面A和电阻率中计算,具体见式(4) R'=2 2" 注;20C下的电阻的计算可用以下值 a)当为铜时,p为1/54; b 当为铝时p为1/34 5.3.1.2其他温度9下的电阻可从20C下的电阻、R中计算得出,按式(5) 5 +*+ R=R[1+0.004K'(0一20)刀 5.3.1.3在确定最大短路电流时可忽略接触电阻在确定最小短路电流时应采用式(6)和图4评定螺栓连接的接触电阻 14力d R做= 6 图4螺栓连接 5.3.2每单位长度的环路电感 5.3.2.1依照图5单芯电缆每单位长度的环路电感按式(7)计算 L'-"G+n" “ 电缆配置 b 汇流排配置图5每单位长度的环路电感 5.3.2.2当a>b时,依照图5b)矩形截面导体每单位长度的环路电感按式(8)计算 '-"(层+") 注:儿个平行电缆或母线的环路电感可采用儿何平均距离方法得出
GB/T35715一2017 5.4整流器 5.4.1 等效电路图和短路参数 5.4.1.1 图6中的R、和X、是图3中整流器支路交流侧电阻和电抗的缩写,按式(9)和式(10)计算 9 R、=Ra十Rp十R下十R (10 X、=X +X,+XX 式中 Ra,Xa 依照GB/T15544.1的折算至变压器次级边的交流馈电线短路电阻和电抗; R,X 折算至变压器次级边的供电电缆短路电阻和电抗; X 依照GB/T15544.1确定的折算至次级边变压器的短路电阻和电抗; R1 -换相电抗器的短路电阻和电抗 RR” Ro 计 AC侧 Dc侧注cU/为依照GB/T15544.l的等效电压电源图6用于计算短路电流的整流器等效电路图 5.4.1.2为确定最大直流短路电流,最小阻抗Zom应采用位于馈电线连接点Q的系统最大短路电流 "o,来计算,见式(11) cU. (1l Zomm V" Kom 5.4.1.3为确定最小直流短路电流,最大阻抗Z应采用位于馈电线连接点Q的系统最小短路电流 "来计算,见式(12). cU 12 Zoma " Komin 5.4.1.4图6中的R和L按式(13)和式(14)计算 13 R=R,十R十R 14 L=L,十Ln十L 式中 Rs,L 直流饱和滤波电抗器的电阻和电感 RL.,L 整流器支路内导体的电阻和电感 Ry,L 共同支路的电阻和电感(若存在) 5.4.2局部短路电流 5.4.2.1 准稳态短路电流IKm 准稳态短路电流按式(15)计算 3 cU UN (15 lKD=入 Z U， Tv
GB/35715一2017 注;按R、/X、和Rm/R,的值,从图7选取因数Ap Ron R 0.8 0.G 0.4 0.2 0.0l 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 图7用于确定准稳态短路电流l的因数An附录A的公式 5.4.2.2峰值短路电流im 峰值短路电流按式(16)计算 irp=kpl 16 法，教会(+号)的值.从用只中透载四数人 a.3 l.6N 这O5 万.可 . . 0.2 0.6 0.8 号会图8为确定峰值短路电流i,部的因数k,(附录A的公式) 5.4.2.3到峰值时间m 当kp>l.05,到峰值时间按式(17)和式(18)计算当 <1时，lip=(3kp十6 当、
GB/T35715一2017 R >I时,w-[aa,十6)+" ( L、注:若Kp<1.05,与准稳态短路电流相比,最大电流应忽略并应采用t=Tk 5.4.2.4上升时间常数rmD 当f =50Hz,上升时间常数按式(19)和式(20)计算: 1 DBir ( 当kp>1.05时,rD=2十(kp一0.9(2.5十9 DBr 20 当kp<1.05时,p一 o7十[-(+号尝](I十注:简化rn= a同能用于保雪处n. 5.4.2.5衰减时间常数tm 当f,=50Hz,衰减时间常数按式(21)计算 2ms (21 T2D= R7 RN (o.6十0.9 XN RN 5.5铅酸蓄电池 5.5.1等效电路图和短路参数 5.5.1.1若蓄电池的开路电压E未知,充电蓄电池采用E=1.05U且放电蓄电池采用E=0.9Um 若制造商未提供信息,铅酸蓄电池的标称电压Ua为2.0V/单元 5.5.1.2 5.5.1.3图9中的R.和L按式(22)和式(23)计算; 22 R=0.9RBR十R 23 Lm，=L十L+Ly 式中 RB,Ln -在短路情况下制造商听规定的充电首电池的电阻和电感;若放电着电池的RA,木匆可用充电蓄电池的R,乘以因数1.7 若包含连接线的单元电池电感未知,可采用 L=0.,2H的值; 蓄电池支路内导体的电阻和电感 R以.,Lm 共同支路的电阻和电感 Ry,Ly 图9用于计算短路电流的固定铅酸电池等效电路图 5.5.2部分短路电流 5.5.2.1准稳态短路电流lm 短路开始后1s的准稳态短路电流按式24)计算: 10
GB/35715一2017 0.95E (24 Ie" R十0.IR 5.5.2.2峰值短路电流in 峰值短路电流按式(25)计算 E 25 ipl= R郎 5.5.2.3到峰值时间1,和上升时间常数T 按的值,从图10的到峰值时间t画和上升时间常数了a选值,其中言按式(26)计算 26 R郎 T B ms 001 50 0 10 1.0 0.5 0.2 o 10 ms 2 1/6 图10到峰值的时间t,m和上升时间常数tim 5.5.2.4衰减时间常数tm 衰减时间常数按式(27)计算 27 TB=100ms 5.6电容器 5.6.1等效电路图和短路参数图11中的R和Lc按式(28)和式(29)计算 RcB=Rc十Rc Ry 28 LcB=Lc十Ly 29 式中制造商提供的电容器等效串联直流电阻;若直流电阻未知,则应采用最大交流电阻 Re 电容器支路内导体的电阻和电感; Rcl.,l 共同支路的电阻和电感 Ry,ly 电容C的值为直流电容若未知,可采用C=1.2Ce,其中C为f=100H2条件下的电容 1
GB/T35715一2017 图11用于计算短路电流的电容器等效电路图 5.6.2部分短路电流 5.6.2.1准稳态短路电流i 准稳态短路电流为ie=0 5.6.2.2峰值短路电流i路峰值短路电流按式(30)计算 5.6.2.2.1 Ee (30 ic=kc R 雪相"分别式 31)和式(32)计算 5.6.2.2.2因数Ac按和.的值从图12选取,其中" 2LcB 31 Rcs 32 o vL 若Lc=0,则kc=1 1.0s 0.8 10s-=o 0.6 MN 0.4 0.2 10 8 0.2 0.5 1020 50ms100 1谷图12用于确定峰值短路电流i吧的因数ke(附录A的公式 5.6.2.3到峰值时间1 按言和".,的值,从图13中选取到峰俄时间,的值著Lw-0,则/,一0. 5.6.2.4 上升时间常数Te 上升时间常数按式(33)计算 (33) Tc=kcie 12
GB/35715一2017 其中,按和叫,的值,从图14中选取k的值 5.6.2.5衰减时间常数T.e 衰减时间常数按式(34)计算 34 r北=kxRew.C 其中,按和“.的值,从图15中选取k元的值著Lct=0,则人x=1. ImS 1 e0.5 0." 0. 0.05 0.02 10 10 20 0msI00 16 图13到峰值/的时间《附录A中的公式》 oss7 0.6 10 0.2 0.5 20ms50100 1/6 图14用于确定上升时间常数下e的因数kiu 13
GB/T35715一2017 w，= 110's" 000 点 10 100 0 10 0.1 0.2 0.5 20 m5D 100 10 1/8 图15用于确定衰减时间常数t的因数k8 5.7单独励磁的直流电动机 5.7.1等效电路图和短路参数图16中的Rm和Lm按式(35)一式(37)计算 35 Rs=Rx十RxMl十R 36 L Lh=L以+L十 lNMB (37 TM Rwm 式中包含电刷的电枢电路的电阻和电感， RM,LNM 电动机支路内导体的电阻和电感; R,Ln 共同支路的电阻和电感; Ry,ly 直至短路位置的电枢电路时间常数 TM 注:若几个带单独励磁的直流电动机连接至直流系统,则每个都可作为单独的电动机支路来处理 M 4 图16用于计算短路电流的单独励磁直流电动机的等效电路图 5.7.2局部短路电流 5.7.2.1准稳态短路电流lm 准稳态短路电流按式(38)和式(39)计算: LFUM一RlM 当n=n =常数,iR8 38 Loe R 14
GB/35715一2017 39 当”-0;lRM=0 式中: L！短路时磁场电路的等效饱和电阻; 空载时磁场电路的等效不饱和电阻; L U，, 电动机额定电压; 电动机额定电流; lnM -电动机标称速度 n 5.7.2.2峰值短路电流i， 5.7.2.2.1峰值短路电流按式(40)计算 U-IRM 40 ipM=kM R 5.7.2.2.2对于标称速度或T>10;时的递减速度按式(41)和式(42)计算,因数k=1 2Tn.JRwnI 41 rmet M,UM F 42 T R 式中机械时间常数 -磁场电路时间常数 T 全旋转部件的惯性矩; 空载速度 n M -电动机额定转矩 5.7.2.2.3对于不GB/T35715一2017 0 1.0 j0.8 k AM =0.20.40.6.70.80.9 -loF- I0.6 kM i0.4 lo.2 上上=0.20.40.60.70.80.9 0 S0 10o 200 10 20 T/f 图18标称及T>10r,时递减速度的用于确定时间'和上升时间常数ri的因数ki,kem ms '100 io 20 30 i00 10 00 10 20 50 16 图19 rm<10r时递减速度到峰值的时间t 5.7.2.3到峰值的时间和上升时间常数TnM 5.7.2.3.1到峰值的时间1和上升时间常数ru的计算按下列要求对于标称速度或下>10r时的递减速度,按式(45)和式(46)计算: a 45 1pM=k1MTM 46 T1M=k2MTM 按rp/r、和Lp/L的值,从图18中选取kI和kx的值 b对于了m<10r时的递减速度按科叫,的值,从图19中选取时间4a的值和值应从式(42)和式(43)中得出 5.7.2.3.2上升时间常数按式(47)计算 (47 TIM=尺3MTM 按一和u,的值,从图20中选取k的值 16
GB/35715一2017 5.7.2.4衰减时间常数rmm 衰减时间常数了M的计算按下列要求: 标称速度或了>10r时的递减速度,按式(48)和式(49)计算 a 48 当n=n=常数 T2M=T ofE 49 当n一0且不mm>10r 4Mrme r2M 其中,按言和的.的值,从图21中选取人a的值,且了应从式(40中得出 AaM 0.8 10 0.6 20 30 50 0 0.2 0o 50ms100 20 1/6 图20Tm<10不时递减速度用于确定上升时间常数T的因数km .10T,时的递减速度,按式(50)计算 b Tme0 rM=kMrm 50 式中,bM取自图21 10 o 100s- 70 60 30 20 io msIoo 1/o 图21 <10,时递减速度用于确定衰减时间常数的因数k，入 17
GB/T35715一2017 6 总短路电流的计算 6.1修正因数 6.1.1由于无共同支路,图3中位于短路位置F的总短路电流通过相加5.4,5.5,5.6和5.7中当Ry- 0且Ly=0时计算出的短路电流得出 6.1.2图3中位于短路位置F 的总短路电流通过相加5.4、5.5,5.6和5.7中考虑到R、和L,计算得出由于有一个共同支路,因此需要修正每个电源的修正电流i和I通过式(51)和式(52)计算 (51 ipror=ai 52 Ieom=a,I) 修正因数 ,按式(53)计算; 6.1.3 R(R，十Ry o，= 53 R R防十RRY十RR 6.1.4时间常数了和飞不应受到修正影响电阻值R,和R见表1 表1电阻值R和R 等效电路图和序号电源 R Rm 短路参数 Rnp 整流器D 5,4.1 RD Ry I R 5.5.1 蓄电池B Rw=R十Rmn RM1 R 电容器c Re=Re十Ra 5,6.1 R R Rm ReM= 电动机M 5,7.1 RN=RM十RN RDR 注1:不考虑同电源共同支路的电容器电阻Re 注2:若电动机的部分短路电流不等于零,需考虑直至共同支路的电动机电阻RM 注3;若直流装置不符合图3中给出的安装方案,需对修正因数作特殊考虑在短路位置叠加局部短路电流总短路电流应依照6.1通过叠加来自不同电源的电流时间函数而得出,具体按式(54)式(56 计算斗体当0<1< 时,i() 54 55 当t<1T时,i(t 一))e十户] 习4w[I 56 A= 18
GB/35715一2017 式中: (t) -总短路电流; -电压电源数量; -电源数量; mn 短路持续时间 T 6.3标准近似函数峰值短路电流、其时间,和准稳态短路电流可直接从总短路电流的曲线图中读出其他标准近似函数的特征量r和r按式(57)和式(58)计算: -图22a)和图22c)中的曲线图 ,/3 57 r=lp/ 图22b)和图22d)中的曲线图: 58 r1=minT1D,r1B,c,r1M, 式中 -部分短路电流的上升时间常数若i吹0.5i,,则不应考虑电容器的上升 rID、T1B、T1c、TIM 时间常数 0.(- b a./-0 图22总短路电流的典型时间曲线图 19
GB/T35715一2017 l0.伙一心说明: 一总短路电流; ---标准近似丽数图22(续) 20
GB/35715一2017 A 附录资料性附录 kwk和1的计算公式整流器(图7和图8 用于计算准稳态短路的因数A,的平均值按式(A.1l)计算， R 1十入n (A.1 2R DB J+(+ R、因数k,按式(A.2)和式(A.3)计算 L LD -1+G etfD A.2 kp= -arctan " ID Pp=arctan A.3 R R 袋(+ R、电容器图12和图13) 因数k.和到峰值的时间1按式(A.4)一式(A.l1)计算当> a w 2o -郎,cimie/e" ke A.4 w 十w -ln A.5 t 2o w 、/ w4= w A.6 b 当8

船舶直流电力系统短路电流计算方法GB/T35715-2017

船舶直流电力系统是指在船舶上采用直流电源供电的电力系统。由于直流电力系统具有稳定、可靠、节能的特点，因此被广泛应用于船舶上。然而，船舶直流电力系统也存在一些缺点，如短路故障可能引起严重后果。

因此，确定直流电力系统的短路电流水平是非常重要的。电路中的短路电流取决于电源的电压、输出阻抗和负载阻抗等因素。为了保证短路电流的安全水平，需要根据GB/T35715-2017标准中的方法进行计算。

GB/T35715-2017标准内容

GB/T35715-2017标准规定了船舶直流电力系统短路电流的计算方法。该标准根据直流电路的特点，结合船舶电气系统的实际情况，详细阐述了短路电流的计算原理和步骤。

其中，短路电流计算的基本原理是：在短路故障时，电源输出的电流将尽可能地通过负载电阻和线路电阻，而不是通过电源输出阻抗。因此，在计算过程中需要考虑电源输出阻抗以及各个部件的等效电路参数。

根据GB/T35715-2017标准，短路电流的计算可以分为三个步骤：

确定电源输出阻抗
确定各个部件的等效电路参数
计算短路电流

具体计算方法

下面将对上述三个步骤进行详细说明。

步骤一：确定电源输出阻抗

电源输出阻抗包括内部阻抗和外部阻抗两部分。其中，内部阻抗主要由电源本身的特性决定，通常可以在设备的技术资料中查找；外部阻抗包括电缆、接头、负载等各个部分的阻抗，通过测量或者计算得到。在具体计算中，需要将内部阻抗和外部阻抗相加得到总输出阻抗。

步骤二：确定各个部件的等效电路参数

在短路电流计算中，需要将各个部件转化为等效电路，以简化计算过程。例如，电缆可以看作是一段线性电阻和电感串联的等效电路。根据GB/T35715-2017标准，各个部件的等效电路参数应该满足一定的条件，如线性等效、稳态等效等。

步骤三：计算短路电流

在确定了电源输出阻抗和各个部件的等效电路参数之后，可以使用下列公式计算短路电流：

I_SC = U_S / Z_T

其中，I_SC表示短路电流，U_S表示电源的输出电压，Z_T表示总输出阻抗。

需要注意的是，在实际计算中，需要考虑短路位置、负载特性等因素对短路电流的影响。此外，由于船舶直流电力系统通常具有较高的电压和电流水平，因此必须采取一系列的安全措施来保证计算结果的正确性。

结论

船舶直流电力系统短路电流的计算方法是船舶电气系统设计和维护中非常重要的一项技术。GB/T35715-2017标准为船舶直流电力系统短路电流的计算提供了详细的规范和指导，对于确保船舶电气系统的安全和可靠性具有重要的意义。