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1、50Hz、60H 峰值短路电动流对比摘 要通过阐述交流短路电流的原理，揭示了 50Hz和 60Hz 峰值短路电流的关系，为计算峰值短路电流、峰值短路电动力铺垫了基础；为不同工作频率下的产品进行区别地设计和考核提供了理论依据。 【关键词】电力系统频率 峰值短路电流 非周期分量 周期分量 1 前言 电力系统频率是指电力系统的运行参数。电力系统的频率取决于负荷的频率特性和发电机的频率特性。中国、东南亚国家和欧洲国家电力系统采用 50Hz 频率，而美国、日本、加拿大及台湾地区等则采用 60Hz 频率。随着国内高压开关技术的发展与成熟，各厂家陆续开始生产 60Hz 电网需求的订单。不同频率的产品需要区别
2、地进行设计和试验考核。由于 50Hz 和 60Hz 下短路峰值电流不同，因此在电动力计算和母线校核时需要区别对待。 2 50Hz、60H 峰值短路电动流? 由于交流电随着时间作正弦变化，导体间电动力也相应作脉动变化。但交流电路的短路电流更为复杂，电流中除正弦周期分量外通常还含有非周期分量，非周期分量电流值大小与发生短路时的电压相位角有关。 非周期分量的产生是由于短路回路中存在着电感，根据楞次定律理论，短路瞬间短路电流不能突变而产生。在短路瞬间为了维持电流的连续性，系统在短路回路中产生一个自感电流来阻止电流的突变，这个自感电流就是非周期分量。短路电流的非周期分量是按指数规律衰减，其衰减快慢取决于
3、短路回路的时间常数 t，一般在 0.2S 即衰减到初值的 2%。如图 1 所示。 不含周期分量和含有非周期分量的短路电流表达式分别如下： i=Im sin（t） （1） （2） 式中： Icc额定短路电流的有效值，电力设备通常按照标准将其为 12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.kA、40kA、50kA等。 ?短路瞬间电压的相位角。 电流滞后于电压的相位角。 R线路电阻。 L线路电感。 R/L短路电流非周期分量的衰减系数，系统平均值约为 22.311S-1。 从含有周期分量的短路电流表达式可以看出，第一项为电流的周期分量，即稳态分量；第二项为电流的非周期分量即瞬态分量。由上式可以看
4、出，当?= 时非周期分量电流为零，即电流是周期回路；当?-=-/2 时周期分量最大，瞬态分量最大，也就是短路电流的最大值。此时交流电短路电流公式为： （3） 图 2 中： is短路电流。 Ism含非周期分量短路电流最大值。 Im周期分量短路电流最大值。 is1短路电流周期分量。 is2短路电流非周期分量。 对于 50Hz 电网，交流电频率 f=50Hz，交流电流以20mS 为周期变化。对于公式 2.29，当 t=，即半周期10mS 时短路电流达到最大，电动力也达到峰值。同样的对于 60Hz 电网，交流电频率 f=60Hz，交流电以 17mS 为周期变化。对于上式当 t=，即半周期 8.3mS
5、时短路电流达到最大，峰值电流结果分别如下。 （4） （5） 由此可见，60Hz 系统的峰值短路电动力大于 50Hz。在普通电力系统（R/L=22.311S-1）中，峰值短路电流 60Hz约为 50Hz 的 1.04 倍，峰值短路电动力 60Hz 约为 50Hz 的1.08 倍。 正如公式 2.20 和公式 2.21 计算所示，与 50Hz 相比60Hz 达到峰值的半波时间从 10mS 缩短到 8.3mS，峰值电流冲击系数，即峰值电流 Ism 与交流分量有效值 Icc 的比值，50Hz 为 2.5，60Hz 为 2.6。例如，额定断流电流 31.5KA 在50Hz 频率下的考核的峰值短路电流为
6、80KA，而在 60Hz 频率下考核为 82KA，额定短路电流为 40KA 在 50Hz 和 60Hz 条件下分别为 100KA 和 104KA。因此，在开关产品设计时，需要考虑频率对电动力峰值的影响。 3 总结 （1）相同短路条件下，60Hz 电力系统电流达到短路峰值更早，60Hz 情况下为 8.3mS，50Hz 情况下为 10mS。 （2）因短路周期不同，60Hz 电力系统峰值短路电流Ism 是额定短路电流的 2.6 倍，50Hz 是额定短路电流的 2.5倍。 （3）通过理论计算可得，相同短路条件下 60Hz 电力系统更为严酷，6Hz 峰值短路电动力为 50Hz 短路电动力的1.1 倍。 作者单位 同济大学 上海市 200092
