供配电技术(第3版)[唐志平]第5章.ppt

第五章电气设备的选择 内容 电气设备选择的原则 开关电器 互感器 穿墙套管和绝缘子的选择 低压电气设备的选择 重点 熟悉穿墙套 管 绝缘子和低压电器的选择 掌握开关电器和互感器的选择 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第五章电气设备的选择 5 1电气设备选择的一般原则 5 2高压开关电器的选择 5 3互感器的选择 5 4母线 支柱绝缘子和穿墙套管选择 5 5高压开关柜选择 5 6低压熔断器选择 5 7低压断路器选择小结思考题与习题 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 1电气设备选择的一般规定 导体和电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一为保证设备可靠运行 各种电气设备均按照正常条件下的额定电压和额定电流选择 并按照短路条件校验动稳定性和热稳定性 一 按正常工作条件选择1 电压 安装地点电网的实际工作电压 或者额定电压 2 电流 或 其中 额定环境温度下长期允许通过的电流 设备安装回路的最大持续工作电流 二 按短路条件校验1 热稳定校验短路电流通过时 导体和电器各部件温度不超过短路时发热最高允许值 即 设备安装地点稳态三相短路电流 发热等值时间 短路电流假想时间 厂家给出t秒热稳定电流 t秒内允许通过的短路电流值 厂家给出的热稳定计算时间 2 动稳定校验主要校验导体和电器承受短路电流机械应力的能力 满足 设备安装地点短路冲击电流 设备允许通过的电流峰值 对于下列情况可不校验动稳定或热稳定 1 用熔断器保护的电器 热稳定性不必校验 由熔断器的熔断时间保证 但动稳定性需要校验 2 电压互感器的及其回路的导线和电器可不必校验动稳定和热稳定 3 电缆的动稳定由厂家保证 但热稳定性要校验 三 开关电器断流能力的校验对具有断流能力的高压开关设备 断路器 熔断器等 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 5 2高压开关设备的选择 高压断路器 高压隔离开关 高压熔断器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 4 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 第二节导体和电气设备选择的一般规定 5 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 开关电气设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量 即 式中 Ioc Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量 5 2 1高压断路器的选择 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 故选择户内真空断路器 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ZN28 12 630型真空断路器 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 表5 2高压断路器选择校验表 返回 5 2 2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 查表A 5选择GN19 12 630高压隔离开关 选择计算结果列于下表 表5 2高压隔离开关选择校验表 5 2 3高压熔断器的选择 1 保护线路的熔断器的选择 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 熔断器的额定电压应等于线路的额定电压UN FU UN 3 熔体额定电流IN FE不小于线路计算电流IN FE Ic 4 熔断器额定电流不小于熔体额定电流IN FU IN FE 5 熔断器断流能力校验 对限流式熔断器 RN1型 其断流能力I 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 I min IK 2 式中 I min为熔断器分断电流下限值 Ik 2 为线路末端两相短路电流 5 2 3高压熔断器的选择 2 保护电力变压器的熔断器熔体电流选择 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IN FE的选择熔断器熔体额定电流应满足 IN FE 1 5 2 0 I1N TIN FE 熔断器熔体额定电流 I1N T 变压器一次绕组额定电流 3 保护电压互感器短路的熔断器选择因电压互感器二次侧电流很小 故选择RN2型专用熔断器 其熔体额定电流为0 5A 5 3互感器的选择 5 3 1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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 准确度校验的原则 S2 S2N或S2 Si I2N2 RWL RXC 电流互感器10 误差曲线具体校验步骤如下 1 按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数 2 根据电流互感器的型号 变比和一次电流倍数 在10 误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷 3 按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型 计算电流互感器的实际二次负荷 4 比较实际二次负荷与允许二次负荷 如实际二次负荷小于允许二次负荷 表示电流互感器的误差不超过10 如实际二次负荷大于允许二次负荷 则应采取下述措施 使其满足10 误差 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 KtI1N 2 t I 3 2timaKt 热稳定倍数 例5 3 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 1 2 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 5A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 25S2 Si 0 5 0 5 3 25 2 53 2 5 0 1 7 15 10VA故满足准确度要求 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 动稳定校验 3 热稳定度校验 Kes I1N 160 1 414 0 4 90 50 ish 8 54kA 满足动稳定要求 KtI1N 2 t 75 0 4 2 1 900 I 3 2tima 3 352 1 2 13 5KA2S 满足热稳定要求 所以选择LQJ 10400 5A型电流互感器满足要求 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 3 2电压互感器选择 电压互感器的选择如下 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 0 3 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S2 S2N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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例5 4例5 1总降变电所10kV母线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表的接线如图5 3所示 该母线共有四路出线 每路出线上均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 一只用于测量各线电压 电压线圈的负荷均为4 5VA 若选择三只JDZJ 10型电压互感器 试校验其二次负荷是否符合其准确度要求 解 查附表A 8 选三只JDZJ 10型电压互感器 电压比为10000 100 100 V 准确度0 5级 二次绕组 单相 额定负荷为50VA 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相负荷为故二次负荷满足准确度要求 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 4母线 支柱绝缘子和穿墙套管选择 5 4 1母线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 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 jec式中 jec为经济电流密度 Sec为母线经济截面 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 计算公式为 c M W式中 M为母线通过ish 3 时受到的弯曲力矩 W为母线截面系数 M Fc 3 l K式中 Fc 3 为三相短路时中间相受到的最大计算电动力 N l为档距 m K为系数 当母线档数为1 2档时 K 8 当母线档数为大于2档时 K 10 W b2 h 6式中 b为母线截面水平宽度 m h为母线截面垂直高度 m 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 4 2支柱绝缘子的选择 支柱绝缘子的型号及有关参数见表5 4应按下列条件选择 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 KFal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 4F 3 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 4 3穿墙套管的选择 1 使用场所选择型号 2 选择额定电压 3 选择额定电流 4 校验动稳定和热稳定 动稳定校验Fc 0 6FalFc K l1 l2 a ish 3 2 10 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 热稳定校验 I 3 2tima It2 t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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 试选择母线 校验母线 支柱绝缘子 穿墙套管的动稳定和热稳定 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 50 5 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 N 计算应力为 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 6 3 75 103 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 5Fal 7 5kN l2 0 56m l1 1 8m a 0 22m 按式 5 30 则 0 6Fal 0 6 7 5 103 4500 N Fc 0 6Fal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 kA2 s 故穿墙套管满足热稳定要求 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 5高压开关柜选择 5 5 1开关柜的技术参数产品使用环境条件 1 环境温度 25 40 2 海拔高度 1000m 3 相对湿度 月平均不大于90 25 4 无火灾 爆炸危险 严重污垢 化学腐蚀及剧烈震动的场所 5 5 2开关柜选择1 开关柜型号选择 一 二级负荷 移开式三级负荷 固定式2 回路方案号选择 按照变电所主接线选3 柜内设备选择 按前述方法选 表 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 6低压熔断器选择 5 6 1 低压熔断器选择 1 根据工作环境条件要求选择熔断器的型号 2 熔断器的额定电压应不低于保护线路的额定电压 3 熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流 即5 6 2 熔体额定电流的选择 1 熔断器体额定电流IN FE应不小于线路的计算电流IC 使熔体在线路正常工作时不至熔断 即 IN FE IC 2 熔体额定电流还应躲过尖峰电流 PK 因此 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 K的取值见表5 6 熔断器 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 熔断器 表5 6K系数的取值范围 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 3 熔断器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 还应满足下列条件 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 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 当熔断器作为过负荷保护时 各类导线的过负荷系数取0 8 1 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 6 3 熔断器的断流能力校验 1 对限流式熔断器 只需满足条件I I 3 2 对非限流式熔断器应满足条件I Ish 3 5 6 4 前后级熔断器间选择性配合低压线路中 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 一般前级熔断器的熔体电流应比后级大2 3级 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 选择熔体及熔断器额定电流 IN FE Ic 42 3A IN FE K Ipk 0 4 188 A 75 2A根据上两式计算结果查附表11选IN FE 80A熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流 查附表11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 2Ial 48A IN FE 80A 2 5 44A 110A满足要求 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 7低压断路器选择 5 7 1低压断路器选择的一般原则 1 低压断路器的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的额定电压 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的短路电流 在校验断流能力时 线路中最大的短路电流应是指IK 3 或Ish 3 ish 3 对万能式 DW型 断路器 其分断时间在0 02S以上时 即 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 过电流脱扣器额定电流的选择过电流脱扣器的额定电流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的动作电流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 对动作时间在0 02s以上的断路器 如DW ME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 根据动作电流IOP 0 计算值和瞬时过电流脱扣器的技术数据 确定其动作电流整定值 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定动作电流IOP S 应躲过线路短时出现的尖峰电流IPK 即 IOP S Krel IPK式中 Krel为可靠系数 取1 2 短延时脱扣器动作时间一段不超过1s 通常分为0 2 0 4 0 6秒三级 但是现在一些新产品中短延时的时间也有所不同 如DW40型断路器其定时限特性为0 1 0 2 0 3 0 4s四级 ME系列断路器采用半导体过电流脱扣器时 其短延时范围为30 270ms 分级式 每级30或60ms 可根据保护要求确定动作时间 长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定动作电流IOP 1 只需躲过线路中最大负荷计算电流IC 即 IOP 1 Krel IC式中 Krel为可靠系数 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IOP KOL 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 当上述要求得不到满足时 可改选脱扣器动作电流 或增大配电线路导线截面 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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ICIN R IC 热脱扣器的动作电流整定动作电流应线路最大计算负荷电流来整定IOP TR Krel IC3 欠电压脱扣器和分励脱扣器选择欠电压脱扣器主要用于欠压或失压保护 当电压下降至 0 35 0 7 UN时便能动作 分励脱扣器主要用于断路器的分闸操作 在 0 85 1 1 UN时便能可靠动作 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 7 3前后级低压断路器之间选择性配合 为了保证前后级断路器选择性要求 在动作电流选择性配合 前一级的动作电流大于后一级动作电流的1 2倍 即 Iop 1 1 2Iop 2 在动作时间选择性配合 如果后一级 靠近负载 采用瞬时过流脱扣器 则前一级 靠近电源 要求采用短延时过流脱扣器 如果前后级都采用短延时脱扣器 则前一级短延时时间应至少比后一级短延时时间大一级 5 7 4低压短路器灵敏度的检验低压断路器短路保护灵敏度KS应满足下式条件式中 IOP为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流整定值 IK imn为保护线路末端在最小运行方式下的短路电流 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例5 7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 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 一般低压断路器都是安装在低压配电屏内 设所选断路器为DW15系列断路器 查附表A 10 4 10 5 确定配置瞬时和长延时过流脱扣器