供配电技术第章电气设备的选择

1、第5章 电气设备的选择第一页，共五十一页。主要内容电气设备选择的一般原则高压开关电器的选择互感器的选择母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择高压开关柜选择低压熔断器选择低压断路器选择第二页，共五十一页。5.1电气设备选择的一般原则1）按工作环境及正常工作条件选择电气设备；（1）电气设备所处位置、使用环境、工作条件选择型号；（2）按工作电压选择电气设备的额定电压；（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。第三页，共五十一页。5.1电气设备选择的一般原则2）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；保证电气设备在短路故障时不至于损坏 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

2、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。第四页，共五十一页。5.1电气设备选择的一般原则2）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定； 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。第五页，共五十一页。5.1电气设备选择的一般原则3）开关电器断流能力校验；断流容量不小于安装地

3、点最大三相短路容量 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。第六页，共五十一页。5.1电气设备选择的一般原则设备名称选 择 项 目校 验 项 目额定电压(kV)额定电流 (A)装置类型(户内/户外)准确度级 短路电流开断能力(kA)热稳定动稳定高压断路器高压负荷开关高压隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器母线电缆支柱绝缘子穿墙套管第七页，共五十一页。5.2高压开关电器的选择高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关1）根据使用环境和安装条件选择设

4、备型号；2）正常工作条件下，选择设备额定电压和额定电流 ；3） 按最大可能的短路电流校验动稳定性和热稳定性；4）开关电器断流能力校验；第八页，共五十一页。5.2.1高压断路器的选择大多选择户内型，少油断路器、真空断路器和SF6断路器：例5-1 ：试选择某35KV户内型变电所主变压器二次侧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3.35KA，冲击短路电流8.54KA，三相短路容量60.9MVA，继电保护动作时间1.1S。解：1）变压器工作环境选择类型：户内，故选择户内少油断路器；2）二次侧线路电压选择断路器额定电压，变压器二次侧的额定电流来选择断路器

5、额定电流；第九页，共五十一页。5.2.1高压断路器的选择大多选择户内型，少油断路器、真空断路器和SF6断路器：解：3）高压断路器动稳定和热稳定性校验；4）利用最大开断电流校验高压断路器断流能力；例5-1 ：试选择某35KV户内型变电所主变压器二次侧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3.35KA，冲击短路电流8.54KA，三相短路容量60.9MVA，继电保护动作时间1.1S。快速断路器的断路时间第十页，共五十一页。 高压断路器选择校验表 序号SN10-10I/630 选择 要求 装设地点电气条件 结论 项目 数据 项目 数据 1 UN 10kV

6、 UW.N 10kV 合格 2 IN 630A IC 275A 合格 3 I.N 16kA IK(3) 3.35kA 合格 4 imax 40kA ish(3) 8.54kA 合格 5 It2 4 1624=1024 kA2S I2tima (3.35)2(1.1+0.1)=13.5 kA2S 合格 第十一页，共五十一页。5.2.2高压隔离开关的选择只用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，不需校验其断流能力。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tp=1S。拟采用快速开断的高压断路器，其固有分闸的

7、时间ttr=0.1S。第十二页，共五十一页。断路器及隔离开关的选择结果 计 算 数 据ZN12-10I型断路器GN6-10型隔离开关工作电压 10kV最大工作电流 439.9A短路电流 4.8kA短路电流冲击电流 10.8kA热稳定性校验 I2timar=4.821.1=25.34A2s额定电压 UN=10kV额定电流 IN=630A额定开断电流 IOFF=25 kA极限过电流峰值imax=80kA热稳定值 It2t=2523=1875A2sUN=10kVIN=630A-imax=50kAIt2t=1425=980A2s第十三页，共五十一页。5.2.3高压熔断器的选择熔断器没有触头，分断短路电

8、流后熔体熔断，不必校验动稳定和热稳定；仅需校验断流能力：1）熔断器的类型应符合安装条件（户内或户外）2）熔断器额定电压应与线路额定电压相同，不得降低电压使用 ；户内型RN1主要用于高压电路和设备的短路保护；RN2用于电压互感器的短路保护；第十四页，共五十一页。5.2.3高压熔断器的选择3）熔断器的额定电流应不小于它所装熔体的额定电流；（1）保护线路的熔断器熔体电流的选择应不小于电路计算电流；熔断器的额定电流是可以更换的最大熔体额定电流。 （2）保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择由于电压互感器二次侧电流很小，因此保护电压互感器一次侧的RN2型熔断器的熔体额定电流一般为0.5A第十五页，共五十一

9、页。5.2.3高压熔断器的选择3）熔断器的额定电流应不小于它所装熔体的额定电流；（3）保护电力变压器（高压侧）的熔断器熔体电流的选择A、熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流；B、熔体电流要躲过来自变压器低压侧的电动机自启动引起的尖峰电流；C、熔体电流要躲过变压器空载合闸时的励磁涌流；第十六页，共五十一页。5.2.3高压熔断器的选择4）熔断器断流能力的校验；对限流式熔断器，断流能力：对非限流式熔断器，断流能力：能在短路电流达到冲击值之前完全熔断并熄灭电弧，切除短路；不能在短路电流达到冲击值之前完全熄灭电弧，切除短路；对具有断流能力上下限的熔断器，断流能力：第十七页，共五十一页。5.3互感器的

10、选择1电流互感器的选择1）电流互感器的主要性能；计量用：0.1、 0.2、 0.5、 1、 3 、5（电流误差）保护用：5P 、10P（电流误差1%、3%；复合误差5%、10%）；（1）电流互感器的准确级：（2）线圈铁心特性：在额定频率下，二次负荷为额定负荷的25%100%，功率因数为0.8时，各准确级的电流误差和相位误差不超过规定限值。计量用：在一次电路短路时易于饱和，以限制二次电流的增长倍数；保护用：在一次电路短路时不应饱和，二次电流与一次电流成比例增长，保证灵敏度要求。第十八页，共五十一页。5.3互感器的选择1电流互感器的选择1）电流互感器的主要性能；一次侧额定电流有多种规格可供用户选择

11、；（3）电流互感器变流比与二次侧额定负荷电流互感器的准确度与二次负荷容量有关，互感器二次侧负荷不得大于其准确级所限定的额定二次负荷。20，30，40，50，75，100，150，200，300，400，600，800，1000，1200，1500，2000（A）第十九页，共五十一页。(1)一相式接线(2)两相式接线二次回路中仪表、继电器线圈的阻抗二次回路中所有接头、触点接触电阻(3)星型接线二次回路中导线电阻第二十页，共五十一页。5.3互感器的选择1电流互感器的选择2）电流互感器的选择与校验（1）型号的选择：根据安装地点和工作要求；（2）额定电压的选择：不应低于装设点线路的额定电压 ；（3）变

12、比的选择：二次侧额定电流均为5A，一次侧有多种规格；一次额定电流应不小于线路计算电流；第二十一页，共五十一页。5.3互感器的选择1电流互感器的选择2）电流互感器的选择与校验（4）准确度的选择：（5）动稳定和热稳定的校验：计量用：0.20.5级；测量用：1.03.0级；保护用：10P级；动稳定倍数：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热稳定倍数和热稳定时间P120 例5-3第二十二页，共五十一页。例5-3 按例5-1电气条件，选择柜内电流互感器。已知电流互感器采用两相式接线，如图所示，其中0.5级二次绕组用于测量，接有三相有功电度表和三相无功电度表各一只，每一电流

13、线圈消耗功率0.5VA，电流表一只，消耗功率3VA。电流互感器二次回路采用BV-500-12.5mm2的铜芯塑料线,互感器距仪表的单向长度为2m。 第二十三页，共五十一页。解：型号、额定电压、额定电流选择：根据变压器10kV额定电流275A，查附录表A-7，选变比为400/5 A的LQJ-10型电流互感器，Kes=160，Kt=75，t=1s，0.5级二次绕组的Z2N=0.4。 (1)准确度校验 故满足准确度要求。 第二十四页，共五十一页。(2)动稳定校验 满足动稳定要求。 满足热稳定要求。 所以选择LQJ-10 400/5A型电流互感器满足要求。 解：根据变压器10kV额定电流275A，查附

14、录表A-7，选变比为400/5 A的LQJ-10型电流互感器，Kes=160，Kt=75，t=1s，0.5级二次绕组的Z2N=0.4。 (3)热稳定校验 第二十五页，共五十一页。5.3互感器的选择2）电压互感器的选择1）型号的选择：根据安装地点和工作要求；2）额定电压的选择；不应低于装设点线路的额定电压 ；3）准确度的选择：按电压仪表对电压互感器准确度要求。计量用：0.5级以上；测量用：1.0或3.0级；保护用：3P和6P级；4）变压器一二次侧都有熔断器保护，不需检验短路动稳定和热稳定。第二十六页，共五十一页。 母线的材料有铜和铝。 母线的截面形状有矩形、槽形和管形。5.4母线、支柱绝缘子和穿

15、墙套管选择1）母线的选择1）材料和类型的选择：母线都用支柱绝缘子固定在开关柜上，因而无电压要求。 目前变电所的母线除大电流采用铜母线以外，一般尽量采用铝母线。变配电所高压开关柜上的高压母线，通常选用硬铝矩形母线（LMY）。 第二十七页，共五十一页。5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择1）母线的选择2）截面的选择：（2）当母线较长或传输容量较大时，按经济电流密度选择母线截面式中： 经济截面（mm2）； 汇集到母线的计算电流（A）； 经济电流密度（A/ mm2）。（1）一般汇流母线按长期允许发热条件选择截面第二十八页，共五十一页。5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择1）母线的选择3）母线热稳定性校

16、验：当系统发生短路时，母线上最高温度不应超过母线短时允许最高温度。 式中： ， 母线截面积及最小允许截面(mm2) 热稳定系数。 短路电流的假想时间(S)； 短路电流的稳态值(A)。第二十九页，共五十一页。5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择1）母线的选择4）母线动稳定性校验： 当短路冲击电流通过母线时，母线将承受很大电动力。要求每跨母线中产生的最大应力计算值不大于母线材料允许的抗弯应力,即：式中： 短路时每跨母线中最大计算应力(Pa); 母线允许抗弯应力(Pa)。硬铝母线（LMY）al=70Mpa，硬铜母线（TMY） al=140Mpa；第三十页，共五十一页。 校验时，如果不满足要求，则必须

17、采取措施以减小母线计算应力，具体方法有： 降低短路电流，但需增加电抗器； 增大母线相间距离，但需增加配电装置尺寸； 增大母线截面，但需增加投资； 减小母线跨距尺寸，但需增加绝缘子； 将立放的母线改为平放，但散热效果变差。5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择1）母线的选择4）母线动稳定性校验：第三十一页，共五十一页。5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择2）支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子主要用来固定导线或母线，并使导线或母线与设备或基础绝缘。穿墙套管用于导线或母线穿过墙壁、楼板及封闭配电装置时，作绝缘支持与外部导线间连接使用第三十二页，共五十一页。5.6低压熔断器的选择1）选择（1）型号选择

18、：根据工作环境条件；（2）额定电压选择：不低于保护线路的额定电压；（3）额定电流选择：应不低于其熔体的额定电流；第三十三页，共五十一页。5.6低压熔断器的选择2）熔体的额定电流不小于线路的计算电流躲过尖峰电流在被保护线路过负荷或短路时得到可靠保护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的取值见表5-6。 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。第三十四页，共五十一页。5.6低压熔断器的选择3）熔断器断流能力校验（1）对限流式熔断器；（2）对非限流式熔断器：低压线路中，熔断器较多，前后级间的熔断器在选

19、择性上必须配合，以使靠近故障点的熔断器最先熔断。 4）前后级熔断器的配合第三十五页，共五十一页。5.6低压熔断器的选择4）前后级熔断器的配合第三十六页，共五十一页。5.6低压熔断器的选择为保证选择性配合：前级熔断器实际熔断时间本级熔断器实际熔断时间一般前级熔断器熔体额定电流比后级熔断器的熔体额定电流大23级。4）前后级熔断器的配合第三十七页，共五十一页。例：有一台电动机，其额定电压380V，额定功率18.5KW，额定电流35.5A，起动电流倍数7。该电动机采用RT0型熔断器做短路保护，短路电流最大值可达13KA。试选择其熔体额定电流。选择熔体及熔断器额定电流由附表A-11查得RT0-100：断

20、流能力校验：满足要求。第三十八页，共五十一页。例5-6：有一台电动机，其UN=380V，PN=17KW，IC=42.3A，属重载启动，起动电流为188A，启动时间38s。采用BLV型导线穿钢管敷设线路，导线截面为10mm2。该电动机采用RT0型熔断器做短路保护，线路最大短路为21kA。试选择熔断器及其熔体额定电流，并进行校验。（1）选择熔体及熔断器额定电流有附表A-11查得RT0-100：（2）断流能力校验断流能力满足要求。（3）导线与熔断器的配合熔断器做短路保护，导线为绝缘导线时：查表A-13-2得：满足要求。第三十九页，共五十一页。5.7低压断路器的选择低压断路器在低压配电系统中的应用（1

21、）单独接QF或QF-QS的方式；（2）QF与FU配合的方式第四十页，共五十一页。5.7.1低压断路器选择的一般原则1）型号及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；2）额定电压应不低于装设地点线路额定电压；3）额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流；4）短路断流能力应不小于线路中最大三相短路电流；（1）对万能式断路器，其分断时间在0.02s以上；（2）对塑壳式断路器，其分断时间在0.02s以下：第四十一页，共五十一页。5.7.2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）额定电流的选择（2）动作电流的整定瞬时过电流脱扣器动作电流的整定短延时过电流脱扣器动

22、作电流和动作时间的整定长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定过电流脱扣器与配电线路的配合要求第四十二页，共五十一页。短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定动作电流应躲过线路的尖峰电流可靠系数，取1.2；动作时间一般不超过1s，通常为0.2s、0.4s、0.6s 3级；产品不同，延时时间有所不同。长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定动作电流只需躲过线路的计算电流可靠系数，取1.1；动作时间一般12h；用于过负荷保护，动作时间为反时限特性。瞬时过电流脱扣器动作电流的整定应躲过线路的尖峰电流可靠系数；对动作时间在0.02s以上的断路器，如DW、ME型，取1.35；对动作时间在0.02s

23、以下的断路器，如DZ型等，取22.5；第四十三页，共五十一页。过电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断路故障引起导线或电缆过热导线或电缆允许的短时过负荷系数。对瞬时和短延时过电流脱扣器，取4.5；对长延时过电流脱扣器，取1；对有爆炸气体区域内的配电线路过电流脱扣器取0.8整定倍数过电流脱扣器的动作电流，按照其额定电流的倍数来整定，即选择过电流脱扣器的整定倍数K。过电流脱扣器的动作电流，应不大于整定倍数过电流脱扣器额定电流。各种型号断路器的脱扣器动作电流整定倍数不一样。第四十四页，共五十一页。5.7.2低压断路器脱扣器的选择和整定2）热脱扣器的选择和整定；（1）额定电流的选择（

24、2）动作电流的整定可靠系数，取1.1；并应在实际运行时调试3）欠电压脱扣器的选择和分励脱扣器的选择；欠电压脱扣其主要用于欠压或失压保护，当电压下降低于（0.350.7）UN时便能动作；分励脱扣器用于断路器的分闸操作，在（0.81.1）UN时便能可靠动作。第四十五页，共五十一页。5.7.3前后级断路器选择性的配合1）动作电流选择性配合上：2）动作时间选择性配合上：如果后一级（靠近负载）采用瞬时过电流脱扣器，则前一级（靠近电源）要求采用短延时过电流脱扣器；如果前后级都采用短延时过电流脱扣器，则前一级短延时时间应至少比后一级短延时时间大一级。由于低压断路器保护特性时间误差为+20% + 30%，防止

25、误动作，应把前一级动作时间计入负误差（提前动作），后一级动作时间计入正误差（滞后动作），在这种情况下，仍要保证前一级动作时间大于后一级动作时间，才能保证前后级断路器的选择性配合。第四十六页，共五十一页。5.7.4低压断路器灵敏度的配合短路保护灵敏度应满足：瞬时或短延时过电流脱扣器的动作电流整定值。保护线路末端的最小短路电流。第四十七页，共五十一页。例：某380V动力线路，采用低压断路器保护，线路计算电流为125A，尖峰电流为390A，线路首端最大三相短路电流为7.6KA，末端最小单相短路电流为2.5KA，线路允许载流量为168A，试选择低压断路器。解：低压断路器用于配电线路保护，选择DW15系列断路器，查附录表A-10-4、A-10-5，确定配置瞬时和长延时过流脱扣器。 Iop（0）Krel Ipk=1.35390A=527A 根据上表中的整定倍数，选择3倍整定倍数的瞬时脱扣器，则动作电流整定值为：3200=600527A 与保护线路的配合 Iop（0）=600A4.5Ial=4.5168A=756A 满足要求 2瞬时过流脱扣器动作电流整定故选取INOR=200A脱扣器 1过流脱扣器额定电流选择第四十八页，共五十一页。例：某380V动力线路，采用低压断路器保护，线路计算电流为125A，尖峰电流为390