第5章 电气设备的选择.ppt

第五章 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、母线、绝缘子、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 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择 第五节 高压开关柜的选择 第六节 低压熔断器选择 第七节 低压断路器选择,第一节 电气设备选择的一般原则,1按工作环境及正常工作条件选择电气设备 （1）根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号等。 （2）按工作电压选择电气设备的额定电压 UN UWN （3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流 IN Imax 或 IN Ic 2按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定 (1)动稳定校验 或 ,式中，imax为电气设备的极限通过电流峰值；Imax为电气设备的极限通过电流有效值。,(2)热稳定校验 ,式中, It为电气设备的热稳定电流；t为热稳定时间。,3开关电器断流能力校验 对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量。 即： 或 S S k .max,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 3动稳定校验 或 ,4热稳定校验 ,5开关电器断流能力校验,Soc Skmax或 ,式中，Ioc 、Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。,一、高压断路器选择,按断路器使用场合、环境条件来选择型号，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，冲击短路电流为8.54kA，三相短路容量为60.9MVA，继电保 护动作时间为1.1s。 解：因为户内型，故选择户内少油断路器。根据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，选择SN10-10I/630型少油断路器，其有关技术参数及安装地点电气条件和 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，选断路器合格。,表5-2 高压断路器选择校验表,二、高压隔离开关选择,隔离开关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：由于10kV出线控制采用成套开关柜，选择GN -10T/600高压隔离开关。选择计算结果列于下表。,三、 高压熔断器的选择,1. 保护线路的熔断器的选择 (1)熔断器的额定电压UNFU应等于线路的额定电压UN UNFU=UN (2)熔体额定电流INFE不小于线路计算电流Ic，即 INFEIc (3)熔断器额定电流INFU不小于熔体的额定电流INFE。 INFU INFE (4)熔断器断流能力校验, 对限流式熔断器（如RN1型）其断流能力Ioc应满足 I I“ (3) 式中，I“(3)为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流的有效值。 对非限流式熔断器(RW型),其断流能力应大于三相短路冲击电流有效值： I Ish(3) 对断流能力有下限值的熔断器(RW型)还应满足: Imin IK(2) 式中，Imin为熔断器分断电流下限值；Ik(2)为线路末端两相短路电流。,2. 保护电力变压器（高压侧）的熔断器熔体额定电流的选择 (1)熔断器型号的选择 户内熔断器选择RN1型,户外熔断器选择RW型。 （2） 熔体额定电流INFE的选择 熔断器熔体额定电流应满足： INFE = (1.52.0)I1NT INFE - 熔断器熔体额定电流； I1NT - 变压器一次绕组额定电流。 3. 保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择 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。,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。,( 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0.20.5级，测量用的电流互感器的准确度选1.03.0级。准确度校验公式为：S2S2N,S2Si+ （RWL+RXC）,式中，Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷(VA)和阻抗() ； 为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0.1； 为二次回路导线电阻,5.电流互感器动稳定和热稳定校验 （1）动稳定度校验,Kes 动稳定倍数,（2）热稳定度校验 （Kt I1N）2 t I(3)2 tima Kt 热稳定倍数,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。,解：根据变压器10kV额定电流275A，查附录表7，选变比为400/5 A的LQJ-10型电流互感器，Kes=160，Kt=75，0.5级二次绕组的Z2N=0.4。,(1)准确度校验,S2n =52 S2Si+ （ ） =（0.5+0.5+3）+52 2/(532.5)+0.1=7.1510VA,（2） 动稳定校验 Kes I1N=1601.4140.4=90.50ish =8.54kA,满足动稳定要求。,（3） 热稳定度校验,（Kt I1N）2 t=（750.4）21=900 I(3)2 tima =3.3521.2=13.5KA2S,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。,故满足准确度要求。,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 2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1.03.0级，保护用的准确度为3P级和6P级。,准确度校验:二次侧负荷S2应不大于电压互感器二次侧额定容量，即 S2S2N,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。,例5-4 例5-1总降变电所10kV母线上配置三只单相三绕组电压互感器，采用Y0/Y0/ 接法，作母线电压、各回路有功电能和无功电能测量及母线绝缘监视用。电压互感器和测量仪器的接线如图所示。若该母线共有四路出线，每路出线装设三相有功电度表和三相无功电度表及功率表各一只，每个电压线圈消耗的功率,为1.5VA，四只电压表，其中三只分别接于各相，作相电压监视，另一只电压表用于测量各线电压，电压线圈的负荷均为4.5VA。电压互感器 侧电压继电器线圈消耗功率为2.0VA。 试选择电压互感器，校验其二次负荷是否满足准确度要求。,解：根据要求查附录表8，选三只JDZJ-10型电压互感器电压比为10000/ ：100/ V，0.5级二次绕组（单相）额定负荷为50VA。,除三只电压表分别接于相电压外，其余设备的电压线圈均接于AB或BC线电压间，可将其折算成相负荷，B相的负荷最大，若不考虑电压线圈的功率因数，接于线电压的负荷折算成单相负荷为,B相负荷为 S2 = 4.5+ SB = 4.5+ SAB = 4.5 + 4.5 + 4(1.5+1.5+1.5) =27(VA) 50(VA) 故二次负荷满足准确度要求。,第四节 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择,一、 母线选择,母线都用支柱绝缘子固定在开关柜上，因而无电压要求，其选择条件如下：,1.型号选择 母线的种类有矩形母线和管形母线，母线的材料有铜、铝。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）。,2.母线截面选择 (1)对一般汇流母线按计算电流选择母线截面 Ial Ic 式中，Ial为汇流母线允许的载流量(A)；Ic为汇集到母线上的计算电流(A) (2)对年平均负荷、传输容量较大时，宜按经济电流密度选择母线截面 Sec = Ic / j ec 式中，j ec为经济电流密度，Sec为母线经济截面。,3.硬母线动稳定校验 al c 式中，al为母线最大允许应力(Pa)，硬铝母线（LMY）al=70Mpa，硬铜母线（TMY） al=140Mpa； c为母线短路时冲击电流ish(3)产生的最大应力。,4.母线热稳定校验,式中，I(3)为三相短路稳态电流(A)，tima为假想时间(s)；C为导体的热稳定计算系数。,二、 支柱绝缘子的选择,1、按使用场所（户内、户外）选择型号； 2、选择额定电压； 3、校验动稳定 FC(3) K Fal 式中，Fal为支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（见表5-4）；按弯曲破坏负荷计算时，K=0.6，按拉伸破坏负荷计算时，K=1；Fc（3）为短路时冲击电流作用在绝缘子上的计算力，母线在绝缘子上平放时，按Fc（3）= F（3）计算，母线竖放时，则Fc（3）=1.4 F（3）。,三、穿墙套管的选择,1使用场所选择结构型式选择额定电压； 2选择额定电流； 3校验动稳定度和热稳定度。 4动稳定校验 Fc0.6Fal Fc = K(l1+l2)/a ish (3) 210-7N 式中， Fc为三相短路冲击电流作用于穿墙套管上的计算力（N）；Fal为穿墙套管允许的最大抗弯破坏负荷（N）；l1为穿墙 套管与最近一个支柱绝缘子之间的距离（m）， l2为套管本身的长度（m），a为相间距离，K = 0.862。,5. 热稳定校验 I(3) 2 tima It 2t 式中，It为热短时的电流有效值；t为热稳定短路电流有效值试验时间。,例5-5 选择例5-1总降变电所 10kV室内母线，已知铝母线的经济电流密度为1.15，假想时间为1.2s，母线水平放置在支柱绝缘子上，型号为ZA-10Y，跨距为1.1m,母线中心距为0.3m，变压器10KV套管引入配电室穿墙套管型号为CWL-10/600，相间距离为0.22m，与最近一个支柱绝缘子间的距离为1.8m，试校验母线、支柱绝缘子、穿墙套管是否满足动稳定和热稳定的要求。,解：（1）选择LMY硬铝母线，其按经济截面选择：,查附录表A-12-2，选择LMY-3（505）。,（2）母线动稳定和热稳定校验 母线动稳定校验 三相短路电动力,弯曲力矩按大于2档计算,(m3),计算应力为,母线满足动稳定要求,母线热稳定校验 热稳定最小截面为,母线实际截面为S=505=250(mm2) =50.3(mm2) 母线满足热稳定要求,(3)支柱绝缘子动稳定校验 查表5-4支柱绝缘子最大允许的机械破坏负荷(弯曲)为3.75kN, KFal=0.63.75103=2250(N),Fc(3)KFal 故支柱绝缘子满足动稳定要求,(4)穿墙套管动稳定和热稳定校验 动稳定度校验： 查表5-5 Fal=7.5kN，l2=0.56m；l1=1.8m，a=0.22m, 按式(5-30) 则:,=,0.6 Fal=0.67.5103=4500(N) Fc0.6 Fal 穿墙套管满足动稳定要求 热稳定校验: 额定电流为600A的穿墙套管5秒热短时电流有效值为12kA，根据式（5-31）：,（kA2s）,故穿墙套管满足热稳定要求。,第五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、JY N1-35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。例如例5-1某总降变电所变压器10kV次总回路选择KGN-10型固定式开关柜，回路方案号07。,第六节 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 熔断器熔体额定电流INFE应不小于线路的计算电流Ic，即： INFEIc,熔体额定电流应满足下式条件： INFEKIpk 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的取值见表5-6。,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： INFEKoLIal 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。,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 ；当熔断器作过负荷保护时，各类导线的过负荷系数取0.81，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 I I“(3）,对非限流式熔断器应满足条件 I 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： 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23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38s。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选择熔体及熔断器额定电流 INFEIc=42.3A INFEKIpk=(0.4188)A=75.2A 根据上两式计算结果选INFE=80A,熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流，查附表11选RT0100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校验熔断器能力 IOC=50kA =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：KoL=2.5、查附表13-2 Ial=48A。 INFE=80A2.544A=110A 满足要求。,第七节 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；, 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，,或,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， I I“(3）,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INOR应不小于线路的计算电流IC，即： INORIC (2）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) Krel IPk,式中，Krel 为可靠系数。 Krel=1.35 对动作时间在0.02s以上的断路器，如DW型、ME型等。 Krel =22.5 对动作时间在0.02s以下的断路器，如DZ型等。, 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) Krel Ipk 式中，Krel 为可靠系数，可取1.2。, 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) Krel Ic 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12h。 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： IopKOL Ial,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： INTRIc 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： I opTRKrelIc 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。Ikmin为保护线路末端在最小运行方式下的短路电流，对TN和TT系统Ikmin应为单相短路电流，对IT系统则视为两相短路电流。,例5-6 某0.38kV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，线路首端三相短路电流为7.6kA，最小单相短路电流为2.5kA，线路允许载流量为165A（BLV三芯绝缘导线穿塑料管，30时），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10-4、10-5，确定配置瞬时和长延时过流脱扣器（半导体式，非选择型）。 1瞬时脱扣器额定电流选择及动作电流整定 INORIc=125A，故选取INOR=200A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=4.5165A=742.5A 满足要求,2长延时过流脱扣器的动作电流整定 动作电流整定 Iop（l）Krel Ic=1.1125A=137.5A 选取128160200中整定电流为160A（0.8倍）的脱扣器，则Iop（l）=160A,与保护线路的配合 Iop=160KOL Ial=1165A=165A 满足要求 3断路器额定电流选择 IN。aFIN。OR =200A 查附录表10-1、选400ADW15系列断路器。,4.断流能力校验 Ioc=20kA7.6kV 满足要求 5.灵敏度校验 Ks = Ik.min/Iop = 2.5103/600=4.21.3 灵敏度满足要求。 所选低压断路器为DW15-200或DW15-400Y，脱扣器额定电流为200A。,习题 1.根据 选择电气设备的型号。 2.按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定, 如 、 、 、 等电气设备。 3.电缆只需校验 ， 支柱绝缘子只需校验 。 4.断路器既要校验 和 ， 也要校验 。 5.高压开关柜回路方案号根据 选择。,1. 工作要求和环境条件。 2. 隔离开关、电流互感器、穿墙套管、 母线。 3. 热稳定、动稳定。 4. 热稳定和动稳定、断流能力。 5. 主接线。,