供配电电气设备的选择PPT课件

第5章电气设备的选择 电气设备的选择是供配电系统设计的重要步骤 其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行 故必须遵循一定的选择原则 本章对常用的高 低压电器即高压断路器 高压隔离开关 仪用互感器 高低压熔断器及成套配电装置 高压开关柜 等分别介绍了其选择方法 为合理 正确使用电气设备提供了依据 第一节电气设备选择的一般原则第二节高压开关电器的选择第三节互感器的选择第四节高压开关柜的选择第五节低压熔断器选择第六节低压断路器选择 第一节电气设备选择的一般原则 1 按工作环境初选电气设备根据电气装置所处的位置 使用环境和工作条件 初步选择电气设备型号等 如户内户外 海拔高度 环境温度及防尘 防腐 防爆等 2 按正常工作条件确定电气设备型号 1 按工作电压选择电气设备的额定电压UN UW N 2 按最大负荷电流选择电气设备的额定电流IN Imax或IN Ic 3 注意温度和海拔对额定电流和电压的影响 调整公式 考虑工作环境温度对电气设备额定电流的影响目前我国规定 一般工作环境温度为40度温度升高 则电气设备允许的工作电流下降温度在40 60度间 额定电流调整一般电器不可工作于60度以上环境温度降低 则电气设备允许的工作电流升高当温度低于40度 每下降1度电流按升高0 5 IN调整 但总值应小于20 IN 在实际使用中 就不必调整 考虑海拔高度对电气设备额定电压的影响海拔高度当与设备出厂规定不同时 应进行调整 如 海拔在1000 4000米间 按每100米进行1 补偿 使设备实际额定电压下降 3按短路情况进行校验 1 短路热稳定校验当系统发生短路 有短路电流通过电气设备时 导体和电器各部件温度 或热量 不应超过允许值 即满足热稳定的条件式中 I 短路电流的稳态值 tima 短路电流的假想时间 It 设备在t秒内允许通过的短时热稳定电流 t 设备的热稳定时间 2 短路动稳定校验当短路电流通过电气设备时 短路电流产生的电动力应不超过设备的允许应力 即满足动稳定的条件或式中 ish Ish 短路电流的冲击值和冲击有效值 imax Imax 设备允许的通过的极限电流峰值和有效值 4 开关类电气设备的断流能力校验对要求能开断短路电流的开关设备 如断路器 熔断器 其断流容量不小于安装处的最大三相短路容量 即 或式中 三相最大短路电流与最大短路容量 断路器的开断电流与开断容量 补充 1 对于负荷开关 因为开断的是正常的负荷电流 所以 断流能力的校验采用计算电流和容量 2 开断能力与操作机构有关 引入修正系数K 手动操作机构K 0 7 电动操作机构K 1 电气设备选择的一般原则 常用电气设备的选择及校验项目供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同 选择及校验的项目也有所不同 常用高低压设备选择校验项目如下 电气设备选择的一般原则 电气设备选择的一般原则 第二节高压开关电器的选择 高压开关电器主要指高压断路器 高压熔断器 高压隔离开关和高压负荷开关 具体选择如下 1 根据使用环境和安装条件选择设备的型号2 按正常条件选择设备的额定电压和额定电流 调整 3 动稳定校验 或 4 热稳定校验 5 开关电器断流能力校验 KSoc Sk max或K 式中 Ioc Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量 K为修正系数 一 高压断路器选择 按高压断路器使用场合 环境条件来选择型号 常用的断路器类型主要有少油断路器 真空断路器 SF6断路器 一般工厂企业中常用少油型断路器 但由于真空断路器 SF6断路器技术特性比较好 少油断路器正逐渐被它们代替 然后再选择额定电压 额定电流值 最后校验动稳定 热稳定和断流容量 例5 1试选择某35KV变电所主变次总高压开关柜的高压断路器 已知变压器35 10 5kV 5000KVA 三相最大短路电流为3 35kA 冲击短路电流峰值为8 54kA 三相短路容量为60 9MVA 继电保护动作时间为1 1s 解 1 初定型号 普通型 户内型 故选择户内少油断路器 2 根据正常工作条件选择断路器型号 按变压器二次侧电压确定断路器额定电压为 10kV按变压器二次侧额定电流选择断路器的额定电流 查附录表A 4 确定选用SN10 10I 630型少油断路器 采用CD型操作机构 3 校验 由该附表查得其相关技术参数与安装地点的电气条件 计算选择结果列于下表 可见断路器的参数均大于装设地点的电气条件 选该型号断路器符合条件 表高压断路器选择校验表 3 352 1 1 0 2 0 05 15 15kA2 S t Ioc 二 高压隔离开关选择 隔离开关不可以带电操作 因此不需要进行开断能力校验 只需要选择额定电压和额定电流 校验动稳定度和热稳定度 例5 2按例5 1所给的电气条件 选择柜内隔离开关 解 1 初定型号 普通型 户内型 故选择GN6 或者GN8 型高压隔离开关 2 根据正常工作条件选择高压隔离开关型号 按变压器二次侧电压确定高压隔离开关额定电压为 10kV按变压器二次侧额定电流275A 选择高压隔离开关的额定电流 查附录表A 5 确定选用GN6 10T 600高压隔离开关 3 校验 由该附表查得其相关技术参数与安装地点的电气条件 计算选择结果列于下表 可见高压隔离开关的参数均大于装设地点的电气条件 选该型号隔离开关符合条件 表高压隔离开关选择校验表 3 352 1 1 0 2 0 05 15 15kA2 S 例试选择如图所示变压器10 5kV侧高压断路器QF和高压隔离开关QS 已知图中K点短路时I I 4 8kA 继电保护动作时间top 1S 拟采用快速开断的高压断路器 其固有分闸的时间toc 0 1S 采用弹簧操作机构 解 工作电流短路冲击电流峰值 断路器及隔离开关的选择结果 附表A 4 5 三 高压熔断器的选择1 熔断器型号的选择对于6 10kV变压器 凡容量在1000kVA及以下者 可采用熔断器作为变压器的短路及过载保护保护电力变压器 高压侧 的熔断器 户内熔断器选择RN1型 户外熔断器选择RW型 保护电压互感器的熔断器型号的选择因为电压互感器二次侧电流很小 故选择RN2型专用熔断器作电压互感器短路保护 其熔体额定电流为0 5A 2 额定电压选择对于 般的高压熔断器 其额定电压必须大于或等于电网的额定电压 对于充填石英砂具有限流作用的熔断器如RN型 则只能用在等于其额定电压的电网中 因为这种类型的熔断器能在电流达最大值之前就将电流截断 致使熔断器熔断时产生过电压 3 熔断器熔体额定电流选择 熔断器额定电流应大于或等于所装熔体额定电流 即式中 熔断器额定电流 A 熔体额定电流 A 选择时还应必须满足以下几个条件 1 正常工作时熔断器的熔体不应熔断 要求熔体额定电流大于或等于通过熔体的最大工作电流 IN FE Ic 2 在电动机启动时 熔断器的熔体在尖峰电流的作用下不应熔断 3 对于6 10kV变压器 凡容量在1000kVA及以下者 可采用熔断器作为变压器的短路及过载保护 熔断器熔体额定电流应满足 IN FE 1 5 2 0 I1N T其中 IN FE 熔断器熔体额定电流 I1N T 变压器一次绕组额定电流 4 低压网络中用熔断器作为保护时 为了保证熔断器保护动作的选择性 一般要求上级熔断器的熔体额定电流比下级熔断器的熔体额定电流大两级以上 5 应保证线路在过载或短路时 熔断器熔体未熔断前 导线或电缆不至于过热而损坏 与所保护线路的配合 4 熔断器极限熔断电流或极限熔断容量的校验 1 对有限流作用的熔断器 由于它们会在短路电流到达冲击值之前熔断 因此可按下式校验断流能力 或 式中 熔断器极限熔断电流和容量 熔断器安装处三相短路次暂态有效值和短路容量 2 对无限流作用的熔断器 由于它们会在短路电流到达冲击值之后时熔断 因此可按下式校验断流能力 式中 熔断器安装处三相短路冲击电流有效值和短路容量 3 对有断流容量上 下限值的熔断器 非限流型 其断流容量的上限值按上式 2 进行校验 其断流容量的下限值 在小电流接地系统中按下式校验 或 式中 熔断器的断流电流和容量的下限值 最小运行方式下熔断器所保护线路末端两相短路电流的有效值和容量 5 熔断器保护灵敏度的校验为了保证熔断器在其保护范围内发生短路故障时能可靠地熔断 因此要求满足 4 7 式中 熔断器保护范围末端短路故障时流过熔断器最小短路电流 第三节互感器的选择 一 电流互感器选择高压电流互感器二次侧线圈一般有一至数个不等 其中一个二次线圈用于测量 其他二次线圈用于保护 1 电流互感器的主要性能 1 准确级电流互感器测量线圈的准确级设为0 1 0 2 0 5 1 3 5六个级别 数值越小越精确 保护用的互感器或线圈的准确级一般为 级和10 级两种 电流误差分别为 和 其复合误差分别为5 和10 2 线圈铁芯特性测量用的电流互感器的铁芯在一次电路短路时易于饱和 以限制二次电流的增长倍数 保护仪表 保护用的电流互感器铁芯则在一次电流短路时不应饱和 二次电流与一次电流成比例增长 以保证灵敏度要求 3 变流比与二次额定负荷电流互感器的一次额定电流有多种规格可供用户选择 二次绕组回路所带负荷不应超过额定负荷值 2 电流互感器的选择 1 电流互感器型号的选择根据安装地点和工作要求选择电流互感器的型号 查附表A 7 2 电流互感器额定电压的选择电流互感器额定电压应不低于装设点线路额定电压 3 电流互感器变比选择根据一次负荷计算电流Ic选择电流互感器变比 电流互感器一次侧额定电流有20 30 40 50 75 100 150 200 300 400 600 800 1000 1200 1500 2000 A 等多种规格 二次侧额定电流均为5A 4 电流互感器准确度选择及校验准确度选择的原则 计量用的电流互感器的准确度选0 2 0 5级 测量用的电流互感器的准确度选1 0 3 0级 准确度校验公式为 S2 SN2 电流互感器二次侧所接实际负荷容量S2不超过该准确度级下的最大允许负荷容量SN2 5 电流互感器动稳定和热稳定校验 1 动稳定度校验电流互感器的动稳定性倍数Kes 查附表A 7获取 电流互感器技术数据 是指电流互感器允许短时极限通过电流峰值与电流互感器一次侧额定电流峰值之比 即 电流互感器的动稳定性校验条件为 2 热稳定度校验电流互感器的热稳定倍数Kt 查附表A 7获取 电流互感器技术数据 是指在规定时间 通常取1s 内所允许通过电流互感器的热稳定电流与其一次侧额定电流之比 即 电流互感器的热稳定条件应为 二 电压互感器选择1 按装设点环境及工作要求选择电压互感器型号查附表A 82 电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压3 按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度 计量用电压互感器准确度选0 5级以上 测量用的准确度选1 0 3 0级 保护用的准确度为3P级和6P级 式中 和分别为仪表 继电器电压线圈消耗的总有功功率和总无功功率 准确度校验 二次侧负荷S2应不大于所要求准确度级下的电压互感器二次侧额定容量 即S2 SN2式中 SN2 电压互感器二次侧允许负荷容量 互感器在主接线中的配置原则1 电流互感器的配置原则 1 凡装有断路器的回路均装设电流互感器 其数量应满足仪表 保护和自动装置的要求 2 发电机和变压器的中性点侧 发电机和变压器的出口端和桥式接线的跨接桥上等均应装设电流互感器 3 对大接地电流系统线路 一般按三相配置 对小接地电流系统线路 依具体要求按两相或三相配置 2 电压互感器的配置原则 1 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关 并应能满足测量 保护 同期和自动装置的要求 2 6 220kV电压等级的每组主母线的三相均应装设电压互感器 3 当需要监视和检测线路侧有无电压时 出线侧的一相上应装设电压互感器 第四节高压开关柜的选择 一 开关柜的技术参数产品使用环境条件 环境温度 25 40 海拔高度 1000m 相对湿度 月平均不大于90 25 无火灾 爆炸危险 严重污秽 化学腐蚀及剧烈震动的场所 二 高压开关柜的选择1 选择开关的型号主要根据负荷等级选择开关柜型号 一般一 二级负荷选择移开式开关柜 如KYN2 10 JYN2 10 JYN1 35型开关柜 三级负荷选固定式开关柜 如KGN 10型开关柜 2 选择开关柜回路方案号每种型号的开关柜主要有电缆进出线柜 架空线进出线柜 联络柜 避雷器及电压互感器柜 所用变柜等 但各型号开关柜的方案号可能不同 第五节低压熔断器选择 1 低压熔断器的选择 根据工作环境条件要求选择熔断器的型号 熔断器额定电压应不低于保护线路的额定电压 熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流 即 2 熔体额定电流的选择 熔体额定电流IN FE应不小于线路的计算电流Ic 即 IN FE Ic 熔体额定电流应满足下式条件 IN FE K Ipk式中 K为小于1的计算系数 当熔断器用作单台电动机保护时 K的取值与熔断器特性及电动机起动情况有关 K的取值 见书P127表5 6系数K的取值范围 熔断器保护还应考虑与被保护线路配合 在被保护线路过负荷或短路时能得到可靠的保护 还应满足下式条件 IN FE KoL Ial式中Ial为绝缘导线和电缆最大允许载流量 KoL为绝缘导线和电缆允许短时过负荷系数 a 当熔断器作短路保护时 绝缘导线和电缆的过负荷系数取2 5 明敷导线取1 5 b 当熔断器作过负荷保护时 各类导线的过负荷系数取0 8 1 对有爆炸危险场所的导线过负荷系数取下限值0 8 熔体额定电流 应同时满足上述三个条件 3 熔断器断流能力校验 对限流式熔断器 如RT系列 只需满足条件Ioc I 3 对非限流式熔断器应满足条件Ioc Ish 3 4 前后级熔断器选择性的配合低压线路中 熔断器较多 前后级间的熔断器在选择性上必须配合 以使靠近故障点的熔断器最先熔断 1FU 前级 与2FU 后级 当K点发生短路时2FU应先熔断 但由于熔断器的特性误差较大 一般为 30 50 当1FU发生负误差 提前动作 2FU为正误差 滞后动作 如图5 5b所示 则1FU可能先动作 从而失去选择性 为保证选择性配合 要求 t1 3t2 式中 t1 为1FU的实际熔断时间 t2 为2FU实际熔断时间 一般前级熔断器的熔体电流应比后级大2 3级 例5 6有一台电动机 UN 380V PN 17kW IC 42 3A 属重载起动 起动电流188A 起动时间为3 8s 采用BLV型导线穿钢管敷设线路 导线截面为10mm2 该电机采用RT0型熔断器做短路保护 线路最大短路电流为21kA 选择熔断器及熔体的额定电流 并进行校验 解 1 选择熔断器额定电压 低压380V 选择熔体及熔断器额定电流 IN FE Ic 42 3A IN FE K Ipk 0 4 188 A 75 2A 说明 单台电动机重载启动 K查表P127表5 6 根据上两式计算结果 查书P343附表A 11常用低压熔断器技术数据 选IN FE 80A 熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流 查该表选RT0 100型熔断器 其熔体额定电流为80A 熔断器额定电流为100A 最大断流能力50kA 2 校验熔断器开断能力 RT系列 限流型 IOC 50kA Ikmax 21kA断流能力满足要求 3 导线与熔断器的配合校验 熔断器作短路保护 导线为绝缘导线时 短时过负荷系数KoL 2 5 查书P345附表A 13 2聚氯乙烯绝缘导线BLV截面10mm2穿钢管时的允许载流量在35度环境温度下得 Ial 38A IN FE 80AKoL Ial 2 5 38A 95A则 IN FE KoL Ial满足要求 第六节低压断路器选择 一 低压断路器选择的一般原则在选择低压断路器时应满足下列条件 低压断路器的类型及操作机构形式应符合工作环境 保护性能等方面的要求 低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压 低压断路器的 等级 额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流IN QF IN OR 低压断路器的短路断流能力应不小于线路中最大短路电流 对万能式 DW型 断路器 其分断时间在0 02S以上时 Ioc I 3 对塑壳式 DZ型或其他型号 断路器 其分断时间在0 02S以下时 二 低压断路器脱扣器的选择和整定1 过电流脱扣器的选择和整定 1 电流脱扣器额定电流的选择过电流脱扣器额定电流IN OR应不小于线路的计算电流IC 即 IN OR IC 2 过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定 瞬时过电流脱扣器动作电流的整定瞬时过电流脱扣器动作电流IOP 0 应躲过线路的尖峰电流IPk 即 Iop 0 KrelIPk 式中 Krel为可靠系数 对动作时间在0 02s以上的断路器 如DW型等Krel 1 35 对动作时间在0 02s以下的断路器 如DZ型等Krel 2 2 5 短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定短延时过流脱扣器动作电流Iop s 也应躲过线路尖峰电流Ipk 即 Iop s KrelIpk式中 Krel为可靠系数 可取1 2短延时过流脱扣器动作时间 按设备有不同的等级 一般不超过1S 可根据保护要求确定动作时间等级 长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定长延时过流脱扣器动作电流Iop l 只需躲过线路中最大负荷计算电流Ic 即 Iop l KrelIc式中 Krel取1 1 长延时过流脱扣器用于过负荷保护 动作时间为反时限特性 一般动作时间在1 2h 过流脱扣器与配电线路的配合要求防止被保护线路因过负荷或短路故障引起导线或电缆过热 其配合条件为 Iop KOLIal 式中 Ial为绝缘导线或电缆的允许载流量 KOL为导线或电缆允许的短时过负荷系数 对瞬时和短延时过流脱扣器KOL 4 5 对长延时过流脱扣器KOL 1 对有爆炸气体区域内的配电线路KOL 0 8 2 低压断路器热脱扣器的选择和整定 热脱扣器的额定电流应不小于线路最大计算负荷电流Ic 即 IN TR Ic 热脱扣器动作电流整定热脱扣器的动作电流应按线路最大计算负荷电流来整定 即 Iop TR Krel Ic式中 Krel取1 1 并应在实际运行时调试 3 欠电压脱扣器和分励脱扣器选择欠压脱扣器用于欠压或失压时保护 电压低于35 70 UN时能动作 分励脱扣器用于断路器分闸操作 电压在85 110 UN时能可靠动作 欠压和分励脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压 并按直流或交流的类型及操作要求进行选择 三 前后级低压断路器选择性的配合一般要求前一级 靠近电源 低压断路器采用短延时的过流脱扣器 而后一级 靠近负荷 低压断路器采用瞬时脱扣器 动作电流为前一级大于后一级动作电流的1 2倍 即 Iop 1 1 2Iop 2 四 低压断路器灵敏度的校验低压断路器短路保护灵敏度应满足下式条件 式中 Ks为灵敏度 Iop为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流整定值 Ik min为保护线路末端在最小运行方式