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中华人民共和国国家标准

三相交流系统短路电流计算 第3部分：电气设备数据

Short-circuit current calculation in three-phase a．c．systems-Part 3：Data of electrical equipment

GB/T 15544．3-2017

发布部门：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

  发布日期：2017年12月29日
  实施日期：2018年07月01日

前 言

    GB/T 15544《三相交流系统短路电流计算》分为以下5个部分：
    ——第1部分：电流计算；
    ——第2部分：短路电流计算应用的系数；
    ——第3部分：电气设备数据；
    ——第4部分：同时发生两个独立单相接地故障时的电流以及流过大地的电流；
    ——第5部分：算例。
    本部分为GB/T 15544的第3部分。
    本部分按照GB/T 1．1-2009给出的规则起草。
    本部分使用翻译法等同采用IEC TR 60909-2：2008《三相交流系统短路电流计算 第2部分：短路电流计算应用的电气设备数据》。
    本部分做了下列编辑性修改：
    ——为与现有标准系列一致，将本部分名称改为《三相交流系统短路电流计算 第3部分：电气设备数据》。
    本部分由中国电力企业联合会提出。
    本部分由全国短路电流计算标准化技术委员会(SAC/TC 424)归口。
    本部分起草单位：中国电力科学研究院、国家电网公司国家电力调度控制中心、西安交通大学。
    本部分主要起草人：汤涌、李明节、卜广全、张彦涛、周济、郭强、施浩波、段翔颖、张玉红、韩家辉、肖惕。

1 概述

1．1 范围及目标
    GB/T 15544的本部分涵盖从小同国家收集的电气设备数据，必要时可用于依照GB/T 15544．1进行短路电流计算。
    通常电气设备的数据由制造商作为铭牌参数提供，或由电力供应商给出。
    在某些情况下，这些数据可能无法获得。当本部分给出的数据与使用者的国家的典型设备相符合时，则这些数据可用于计算低压电网的短路电流。本部分收集到的数据及其评价可应用于中压或高压电网的规划，还可用作与设备制造商或电力供应商所提供设备数据的对比。对于架空线路和电缆，在某些情况下，其电气参数则可根据其外形尺寸由本文件提供的公式计算获得。
    本部分作为GB/T 15544．1的补充，不改变GB/T 15544．1与GB/T 15544．4给出的标准化计算流程。

1．2 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。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。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/T 15544．1-2013 三相交流系统短路电流计算 第1部分：电流计算(IEC 60909-0：2001，IDT)
    GB/T 15544．4-2017 三相交流系统短路电流计算 第4部分：同时发生两个独立单相接地故障时的电流以及流过大地的电流(IEC 60909-3：2009，IDT)

2 电气设备数据

2．1 概述
    本部分所提供的数据在计算短路电流时是必要的。数据通过曲线或表格形式给出。架空线路及电缆的正序与零序短路阻抗可通过公式计算得到。
    共15个国家委员会（National Committee，以下简写为NC）对本部分之前的调查问卷做出了响应。参见附录A。
    在某些情况下，电气设备数据的平均值或特性趋势以电气设备额定值（如额定功率、额定电压等）的函数形式给出。

2．2 同步电机的典型数据
    同步电机的特征参数列于表1。电抗用标幺值表示，其基准值为Z_rG＝U²_rG/S_rG（见GB/T 15544．1），或以百分比数值给出。
    表1中还给出零序电抗数值，建议取X₍₀₎/X"_d＝0．5。

    图1为50Hz或60Hz同步电机（发电机、电动机和调相机）的超瞬态电抗与其额定容量的关系。

    图2为50Hz或60Hz同步电机（发电机、电动机）的额定电压及功率因数与其额定容量的关系。
    图3为50Hz或60Hz汽轮发电机的饱和/不饱和同步电抗(χ_dsat/χ_d)与其额定容量的关系，该数据用于计算稳态短路电流。

2．3 双绕组、三绕组及自耦变压器的典型数据
    表2、表3和表4分别给出双绕组、三绕组的自耦变压器的特性参数。

图4给出了表3中变压器6的补充信息。低压绕组C(30kV)离铁芯较近，中压绕组B(230kV)位于高压绕组A与低压绕组C之间。高压绕组A包含主体部分与辅助调压部分，辅助调压部分与高压侧星形连接点附近的有载调压开关相连[见图4中的b)]。正序电抗X_A、X_B、X_C可根据表3中的短路电压求出。折算到高压A侧(U_rTA＝400kV)且不含阻抗校正系数（见GB/T 15544．1）时，X_A＝51．1Ω、X_B＝-4．4Ω、X_C＝124．93Ω。X_B的值与表3中的X_(0)B值相近，为较小的负值。

如果仅高压侧中性点接地，则X_(0)T＝X_(0)A＋X_(0)C。若仅中压侧中性点接地，则折算到高压侧X_(0)T＝X_(0)B＋X_(0)C，折算到中压侧X_(0)Tt＝(X_(0)B＋X_(0)C)×(230kV)²/(400kV)²。

图5给出了有或无带载调节分接头的发电厂单元接线变压器短路阻抗与额定容量的关系。短路电压百分比的均值可近似由式(1)计算：

    由图5，可使用如下u_kr的均值：
    S_rT＝1… 10MVA：u_kr＝9％
    S_rT＝10… 100MVA：u_kr＝11％
    S_rT＝100… 1000MVA：u_kr＝13％
    图6中给出了网络变压器短路电压百分数与额定容量的关系。低压变压器ukr通常取4％或6％。通常，自耦变压器u_kr取值更低些。
    双绕组或三绕组变压器，如果只有一个中性点接地，X₍₀₎/X₍₁₎取如下值：
    YNd变压器：X₍₀₎/X₍₁₎＝0．8……1．0
    Yzn变压器：X₍₀₎/X₍₁₎＝1．0
    Ynyn0d变压器：X₍₀₎/X₍₁₎＝1．5……3．2(3．7)

2．4 典型单回与同杆并架双回线路参数
    正序阻抗可以通过导体横截面积和中心距离等参数求得[见GB/T 15544．1，3．4的式(14)和式(15)]。
    导体温度为20℃时，单位千米长度有效电阻可用式(2)求得。

    导体温度为20℃时，计算最大短路电流ρ可采用以下值：

   

    如果是钢芯铝绞线，仅用铝导体的横截面积作为q_n参与计算。
    式(3)～式(9)可分别用于计算有/无地线的单/双回采用单根或分裂导线的三相交流架空线路的正序或零序系统的短路阻抗。
    单回线路(Ⅰ)
    单回线路的正序系统阻抗用式(3)计算。

    n表示分裂数(n＝1，2，3，4，6)，如果n＝1，则为单根导体，r表示分裂导体半径，

表示各根导体间的几何均距，

表示有效分裂半径，其中R为布置分裂导体所在圆的半径。

    单回线路无地线情况下的零序系统阻抗用式(4)计算。

    图7、图8和表5中的零序系统阻抗计算时，大地导电率取ρ＝100Ωm，等效电流返回深度取δ＝930m(50Hz)或δ＝850m(60Hz)。δ的计算公式见GB/T 15544．4-2017中的式(36)。
    单回线路带一回地线Q情况下的零序阻抗用式(5)计算。

    式中：

   

    μ_rQ取决于地线的材料和结构。
    单回线路带双回地线Q1和Q2情况下的零序阻抗用式(6)计算。

    式中：

   

    计算值

，其中

。
    同杆并架双回线路(Ⅱ)
    同杆并架双回线路每回线路的正序阻抗用式(7)计算。

    若为双回线路各导体均相对杆塔对称，式(7)中

   

    否则

   

。
    很多情况下，d_mL1M2/d_mL1M1的比值都接近于1，从而每回线路的正序阻抗

。

    并行双回架空线路带有一回地线Q情况下，每回线路的零序阻抗用式(8)计算。

    若双回线路全部导体相对杆塔对称，式(8)中

   

    并行双回架空线路带有双回地线Q1和Q2情况下的零序阻抗用式(9)计算。

    式中：

同式(8)，

和

同式(6)。

2．5 典型高压、中压和低压电缆参数
    高压、中压和低压电缆阻抗取决于技术水平和相关标准，可以通过相关资料或制造商获取。表6中给出了50Hz电缆特性参数。

    对于不带金属护套（屏蔽）与带金属护套（屏蔽）且双端接地的单芯电缆，表7中给出了其正序与零序阻抗的计算公式。表中示例2适用于低压系统四芯电缆的计算(N＝PEN)。

高压电缆
    表7中示例3式(15)与式(16)可用于计算单芯高压电缆线路的正序与零序阻抗，如金属护套（屏蔽）两端接地的64kV/110kV电缆（图10）。正序系统与零序系统中，电缆护套（屏蔽）均会存在电流。在这种情况下，减缩系数（见GB/T 15544．4）的计算必须考虑3个电缆的护套（屏蔽）。

    64kV/100kV(Um＝123kV)铜芯铅护套单芯电缆的参数，以及按表7中式(15)与式(16)得到的计算结果列于表8。其中表8a)为品字型敷设，表8b)为平行敷设，这种敷设方式下，需要计算数学中值。电缆数据由制造商提供[4]。

    电流通过护套和大地返回情况下，取ƒ＝50Hz、ρ＝100Ωm，零序阻抗

。

中压电缆
    按式(15)～式(17)计算德国标准(N)铜或铝芯交联聚乙烯绝缘(2X)铜带铜丝螺旋铠装(S)聚乙烯护套(2Y)单芯电缆的阻抗参数。表9、表10分别给出了电流经铜铠及大地返回情况下6/10kV、12/20kV电缆的正序阻抗及零序阻抗。减缩系数

，考虑3根单芯电缆屏蔽层。

    低压电缆
    表11以四根低压(0．6/1kV)单芯电缆NYY4×1×q_n为例，求取表7中例2a的阻抗。其中，若电流经第四芯N返回，阻抗值为

；若电流经第四芯N与大地返回，阻抗值为

。

表11中给出的数值

、适用于电缆埋设深度δ＝931m，长度至少为1000m的电缆。对于短电缆(ｌ＜1000m≈δ)，、的值将小于表11中所给数值，在这种情况下，δ用表达式

替代。其中，ｌ_c为电缆长度(ｌc＜δ)，e＝2．718，

/8用0．75(/8)d_E/δ替代[2，5]。
    德国标准低压电缆[3]：
    类型A：

    铜或铝(A)芯四芯导体PVC(Y)绝缘PVC(Y)护套电缆[N(A)YY]如右图所示，其正

序阻抗用式(18)计算。

    电缆N(A)YY的四根导体截面相同情况下，其零序阻抗计算适用式(19)～(21)。
    电流经第四芯N返回时，用式(19)计算其零序阻抗。

    电流经第四芯N及大地E返回时，用式(20)计算其零序阻抗。

    减缩系数（大地电流：

，见GB/T 15544．4）用式(21)计算。

    表12给出了按式(18)～式(21)计算四芯低压电缆NYY的参数。

电缆N(A)YY的第四芯N截面小于其他导体情况下（三芯半电缆），其零序阻抗计算适用式(23)～式(25)。其正序阻抗用式(22)计算，同式(18)。

电流经第四芯N返回时，其零序阻抗用式(23)计算。

    其中，

    电流经第四芯N及大地返回时，其零序阻抗用式(24)计算。

    减缩系数用式(25)计算。

    表13给出了按式(22)～式(25)计算三芯半低压电缆NYY的参数。

    类型B：

    铜或铝(A)三芯或四芯PVC绝缘(Y)铜包带铠装(CW)PVC护套(Y)电缆[N(A)YCWY]，如图例

所示。
    四芯电缆NYCWY的正序阻抗用式(26)计算，同式(18)。零序阻抗的计算适用式(27)～式(29)。

    电流经第四芯N与铜铠导体S返回时其零序阻抗用式(27)计算。

    式(27)中，中值半径r_Sm＝0．5(r_Sa＋r_Si)。
    流经第四芯与铜铠的电流分别：

    电流经第四芯N、铜铠导体S及大地返回时其零序阻抗用式(28)计算。

    其中，

   

    减缩系数按式(29)计算：

    表14给出了按式(26)～式(29)计算四芯低压电缆NYCWY的参数，r_L，R＇_L，r_N＝r_L，R＇_N＝R＇_L及d＝d_LN与表12一致。

    三芯电缆N(A)YCWY的正序阻抗用式(30)计算，同式(18)。零序阻抗计算适用式(31)～式(33)。

    电流经金属护套S返回时，其零序阻抗计算应用式(31)。

    其中，金属护套S中值半径r_Sm＝0．5(r_Sa＋r_Si)。
    电流回路通过金属护套S与大地返回时，其零序阻抗计算应用式(32)。

    减缩系数按式(33)计算：

    表15给出了按式(30)～式(33)计算三芯低压电缆NYCWY的参数。

类型C：

    三芯铜或铝(A)浸渍纸绝缘褶皱铝护套(KL)弹性带或塑料薄膜防护(E)PVC外护套(Y)电缆[N(A)KLEY]，如图例所示。

    式(30)～式(33)适用于计算三芯C类电缆正序阻抗、零序阻抗及减缩因子。铝护套适用于作为中性线芯N或PEN[3]。
    类型D：

    四芯（或三芯半）铜或铝(A)浸渍纸绝缘铅护套(K)钢带铠装(B)纤维外护套(A)电缆[N(A)KBA]，如图例所示。

    式(26)～式(29)适用于计算四芯（或三芯半）电缆的正序阻抗、零序阻抗及减缩系数，式(30)～式(33)适用于四芯电缆的计算。
    铅护套且具有至少两个重叠钢带铠装的电缆，其减缩因子可通过量测得到，如图11、图12所示[3]。

2．6 异步电动机的典型参数
    低压电动机与中压电动机的堵转电流与额定电流的比值I_LR/I_rM不同。对于每对极功率为2kW～300kW的低压电动机，其均值约为6．7；对于每对极功率为30kW～6MW的中压电动机，其均值约为5．5。
    表16给出了异步电动机的真实数据。

    图13中给出了I_LR/I_rM数值，图14中给出了功率因数和效率的乘积(cosφ_rM×η_rM)与每对极有功功率(P_rM/p)的关系。

2．7 母线
    表17给出了收集到的低压母线数据。

    每个导体L1/L2/L3分别为单、双或三并列架构下的铜或铝质母线，应用几何均距理论[5]，其单位长度的正序电抗可由式(34)计算。

    图15中给出了几何均距g_L1L1的近似值。

    图16a)、图16b)、图16c)分别给出了单、双与三并列架构下，母线主导体的系数α＝g_L1L2/d_L1L2、β＝g_L1L3/d_L1L3与距离d_L1L2(d_L1L3＝2·d_L1L2)及系数n＝2、4、6、…（见图15）的关系。

    按照图15、图16计算方法，表18给出了计算X＇₍₁₎的算例。

附录A

（资料性附录）

国家委员会信息

    本部分表1、表2、表3、表4、表5、表6、表16和表17中的数据取自不同国家。总共15个国家委员会为IEC/TR 60909-2：1992(E1)提供了数据。表A．1列出了当时获取的信息（见IEC TR 60909-2：1992的表1）。

参考文献

    [1] Balzer，G.，Impedanzmessungen in Niederspannungsnetzen zur Bestimmung der Kurzschluвstrme(Measurement of impedances in low-voltage networks for the determi-nation of short-circuit currents)Diss.TH Darmstadt 1977.
    [2] Meyer，E.P.，Stromrückleitung über das Erdreich，Impedanzen und induktive Beein-flussung bei Leitern endlicher Lnge(Current return through the earth，impedances and inductive interference in the case of conductors with limited length)Diss.TH Darmstadt 1982.
    [3] Heinhold，L.，Kabel und Leitungen für Starkstrom，Part 1：1987，Part 2：1989.Siemens Ak-tiengesellschaft.
    [4] NEXANS，Energy Networks Germany.Insulated Cables for High and Extra High Voltage.Nexans Deutschland Industries AG & Co.KG，2000.
    [5] Oeding，D.，Oswald，B.R.，Elektrische Kraftwerke und Netze，6.Edition：Springer 2004.
    [6] IEC 60038：2002，IEC standard voltages.
    [7] IEC/TR 60909-1：2002，Short-circuit currents in three-phase a.c. systems-Part 1：Factors for the calculation of short-circuit currents according to IEC 60909-0.
    [8] IEC/TR 60909-4：2000，Short-circuit currents in three-phase a.c.systems-Part 4：Examples for the calculation of short-circuit currents.

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