配电系统设计原则及开关和电缆选择

配电系统设计原则及开关和电缆选择 目录 一 负荷分级二 不同等级负荷对电源的要求三 负荷计算四 配电网络系统简述1 供配电系统中性点运行方式2 低压配电系统型式3 低压配电系统网络结构五 常用电器的选择六 电缆的选择及压降的校验七 电缆桥架的选择 一 负荷分级1 一级负荷 一级负荷中的特别重要负荷中断供电将造成人身伤亡 环境严重污染和将给政治 经济 社会治安造成重大影响在一级负荷中 当中断供电将发生中毒 爆炸和火灾等情况的负荷 以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷 应视为特别重要负荷2 二级负荷中断供电将造成政治 经济上较大影响3 三级负荷除以上两类以外的其它重要负荷 4 消防负荷11 1 1建筑物 储罐 区 堆场的消防用电设备 其电源应符合下列规定 1除粮食仓库及粮食筒仓工作塔外 建筑高度大于50 0m的乙 丙类厂房和丙类仓库的消防用电应按一级负荷供电 2下列建筑物 储罐 区 和堆场的消防用电应按二级负荷供电 1 室外消防用水量大于30L s的工厂 仓库 2 室外消防用水量大于35L s的可燃材料堆场 可燃气体储罐 区 和甲 乙类液体储罐 区 3 座位数超过1500个的电影院 剧院 座位数超过3000个的体育馆 任一层建筑面积大于3000m2的商店 展览建筑 省 市 级及以上的广播电视楼 电信楼和财贸金融楼 室外消防用水量大于25L s的其它公共建筑 3除本条第1 2款外的建筑物 储罐 区 和堆场等的消防用电可采用三级负荷供电 二 不同等级负荷对电源的要求1 一级负荷 电源来自两个不同发电厂 电源来自两个区域变电站 电压一般在35kV及以上 一级负荷中的特别重要负荷除满足上述条件的两个电源之外还须增设应急电源2 二级负荷一般应由两回线路供电 当电源来自于同一区域变电站的不变压器时 即可认为满足要求 在负荷较小或地区供电条件困难时 可由一回6KV及以上专门的架空线路或电缆线路供电 3 三级负荷对电源无特殊要求 4 消防负荷消防负荷为二级负荷 在高压只有1路进线的情况下 须设置备用电源 备用电源可为柴油发电机或者EPS 若高压2路进线 则可以不设置备用电源 消防负荷为三级负荷 则不需要设置备用电源 消防负荷必须设置末端互投箱为其供电 三 负荷计算1 单相负荷的计算Ijs Pe U cos Ijs 计算电流Pe 设备额定功率U 设备额定电压 单相负荷接相电压为0 22KV 接线电压为0 38KV2 三相负荷的计算Ijs Pe U cos Ijs 计算电流Pe 设备额定功率U 设备额定电压 一般为0 38KV 3 需要系数法认为造成P及之间差异的因素有 并非供电范围内的所有用电设备都会同时投入使用 以同时系数K1表示 并非投入使用的所有电气设备任何时候都会满载运行 以负荷系数K2表示 电气设备额定功率与输入功率不一定相等 以电气设备的平均效率K3表示 考虑直接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后 电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同 以线路平均效率K4表示 考虑上述因素得到的系数称为需要系数K 此需要系数可表达为 但是工程实际中很难通过求上述四个系数来得到需要系数 而是根据已运行的实际系统的统计数据 得到需要系数的经验值 这部分参考设计手册 需要系数是以电气设备的性质为分类原则分类得到的 因此使用时应首先对所要计算的设备进行分类 设计手册给出的需要系数是一个范围 使用时根据实际设备的数量决定取值的大小 四 配电网络系统简述1 供配电系统中性点运行方式供配电系统中性点是指星形连结的变压器或发电机绕组的中间点 所谓系统的中性点运行方式是指系统中性点与大地的电气连结方式 1 中性点接地系统中性点直接接地或经小电阻接地 优点 发生单相接地故障时 由于系统中性点钳位作用 使非故障相的对地电压不会有明显上升 对系统绝缘有利 缺点 发生单相接地故障时 接地故障相故障电流很大 为防止设备损坏 必须迅速切断电流 因而供电可靠性低 2 中性点不接地系统中性点不接地或经高阻抗接地 优点 发生单相接地故障时 只有比较小的导线对地电容电流通过故障点 因而系统仍可继续运行 供电可靠性比较高缺点 发生单相接地故障时 系统中性点对地电压会升高至相电压 非故障相对地电压会升高至线电压 对绝缘不利一般110KV及以上一般采用中性点接地系统 6KV 35KV采用中性点不接地系统 1KV以下低压配电系统中性点运行方式取决于供电的可靠性和安全性 2 低压配电系统型式1 带电导体型式带电导体是指相线和中性线 正常运行时会有工作电流流过的导体 常用的带电导体型式 2 系统接地型式接地型式按照配电系统和电气设备的不同接地组合分类 按照IEC60364规定 接地系统一般由两个字母组成 必要时可加后续字母 第一个字母 表示电源中性点对地的关系 T 直接接地 I 不接地或通过阻抗与大地相连 第二个字母 表示电气设备外壳与大地的关系 T 独立于电源接地点的直接接地 N 表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连 低压配电系统接地型式有以下三种 TN系统 电力系统有一点直接接地 电气装置的外露可导电部分通过保护线与该接地点相连接 根据中性导体 N 和保护导体 PE 的配置方式 TN系统可分为如下三类 a TN C系统 整个系统的N PE线是合一的 如图5所示 b TN C S系统 系统中有一部分线路的N PE线是合一的 如图6所示 c TN S系统 整个系统的N PE线是分开的 如图7所示 TT系统 电力系统有一点直接接地 电气设备的外露可导电部分通过保护线接至与电力系统接地点无关的接地极 如图8所示 IT系统 电力系统与大地间不直接连接 电气装置的外露可导电部分通过保护接地线与接地极连接 如图9所示 3 低压配电系统网络结构放射式 树干式链式 五 常用电器的选择1 断路器1 1低压断路器主要结构 主要功能及工作原理1 1 1主要结构 1 主触头2 灭弧系统主触头及灭弧系统是执行电路通断的主要部件3 具有不同保护功能的各种脱扣器热脱扣器 用于长延时过电流保护电磁脱扣器 用于短延时及瞬时过电流保护分励脱扣器 用于远距离分断欠电压脱扣器 用于监视电压 完成电气联锁及远距离分断 1 1 2主要功能短路保护短路保护指当电路发生短路时 断路器能及时切断电流 过载延时保护过载延时保护是指负荷电流超过电气设备的限定范围时 断路器能按设定的延时时间切断电源 使电路和设备得到有效保护 隔离功能 1 1 3工作原理 低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的 主触点闭合后 自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上 过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联 欠电压脱扣器的线圈和电源并联 当电路发生短路或严重过载时 过电流脱扣器的衔铁吸合 使自由脱扣机构动作 主触点断开主电路 当电路过载时 热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲 推动自由脱扣机构动作 主触点断开主电路 当电路欠电压时 欠电压脱扣器的衔铁释放 也使自由脱扣机构动作 主触点断开主电路 当按下分励脱扣按钮时 分励脱扣器衔铁吸合 使自由脱扣机构动作 主触点断开主电路 1 2主要技术参数 1 2 1额定电压断路器铭牌上的额定电压是指断路器主触头的额定电压 是保证主触头长期正常工作的电压值 1 2 2额定电流断路器铭牌上的额定电流是指断路器主触头的额定电流 是保证主触头长期正常工作的电流值 1 2 3脱扣电流脱扣电流是使过电流脱扣器动作的电流设定值 当电路短路或负载严重超载 负载电流大于脱扣电流时 断路器主触头分断 1 2 4额定短路分断能力额定极限短路分断能力Icu 是断路器分断能力极限参数 分断几次短路故障后 断路器分断能力将有所下降 额定运行短路分断能力Ics 是断路器的一种分断指标 即分断几次短路故障后 还能保证其正常工作 1 2 5反时限脱扣曲线过载电流越大 热脱扣器动作的时间就越短 图2为断路器的脱扣特性曲线 在特性曲线带左侧是不脱扣区域 此区域属正常工作条件 断路器闭合承载电流 在特性曲线带右侧及上方是脱扣区域 属于非正常操作情况 断路器应可靠地分断过电流或短路电流 曲线2 4是过载脱扣器特性曲线段 曲线4是过载脱扣器动作机构开始启动的平均时间 曲线2是过载脱扣器最长的分断时间 在曲线段1的左右两端是垂直于电流轴的直线 最左侧的直线对应的电流叫不脱扣电流 一般为1 05In或1 13In In为脱扣器额定电流 不同的产品会有不同的规定 当In63A时脱扣器的不脱扣时间应大于2h 最右侧的直线对应的电流叫脱扣电流 一般为1 3In或1 45In 不同的产品会有不同的规定 当In63A时脱扣器的脱扣时间应小于2h 曲线带3以下为瞬时脱扣器脱扣特性曲线 曲线带3的两边是两条垂直于X轴的直线 最左侧的曲线对应的电流为瞬时脱扣器不脱扣电流值 在此电流下脱扣器应在0 1S内不脱扣 最右侧的曲线对应的电流为瞬时脱扣器的脱扣电流值 在此电流下脱扣器应在0 1S内脱扣 曲线5为断路器瞬时脱扣器在过流或短路情况下的最大分断时间线 图2中曲线所夹的深色区域带为不确定区域或叫误差带 在此区域中脱扣器可能是脱扣状态或未脱扣状态 对于不同的断路器此区域带的不脱扣电流值及脱扣电流值不同 对于小型断路器A型 瞬时脱扣器的脱扣电流范围为2 3倍 在曲线带3最左侧的直线对应的电流为2In即不脱扣电流 最右侧的直线对应的电流为3In即脱扣电流B型断路器的瞬时脱扣器的脱扣电流范围为3 5倍 3In为瞬时脱扣器的不脱扣电流 5In为瞬时脱扣器的脱扣电流C型断路器的瞬时脱扣器的脱扣电流范围为5 10倍D型断路器的瞬时脱扣器的脱扣电流范围为10 20倍 2 接触器主要功能 用于用电设备的控制 一般用于马达及金卤灯的控制主要技术参数 额定电压 额定电流参考设计手册第657页3 热继电器主要功能 马达类负荷保护用主要技术参数 额定电压 整定电流参考设计手册第669页 六 电缆的选择及压降的校验1 常用电缆电线规格VV 聚氯乙烯绝缘及护套YJV 聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套ZR YJV 阻燃聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套 防爆区 NH YJV 耐火聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套 消防负荷 WD YJV 无卤低烟聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套 洁净室 YJV22 铠装聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套 室外用 BV ZR BV NH BV 2 按温升选择电缆截面2 1设计手册上电缆的载流量 空气中敷设以环境温度30C 为基准 埋地敷设20C 为基准 因此在不同的环境温度下电缆电线的载流量应乘以相应的校正系数Kt n 电线电缆线芯允许长期工作温度 a 敷设处的环境温度 c 已知载流量数据的对应温度Kt是可以查表得出来的 因此2 2低压配电设计规范第4 3 4条过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件 Ijs 线路计算负载电流 A In 熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流 A Iz 导体允许持续载流量 A 下表为Kt常用值 3 按经济电流选择电缆截面经济电流密度曲线j A mm2 当地电价P元 kwh最大负荷利用小时Tmax 小时 案例分析 某一负荷计算电流为Ijs 140A 最大负荷利用小时Tmax 2000h 当地电价为1元 kwh 求电缆截面 查上图得 j 1 6A mm2则Sse 140 1 6 87 5 mm2 因此 Sse取相近截面 为95mm2 多根电缆拼接时 须考虑不平衡系数 一般取0 9 3 根据电压降验算电缆的截面 U 线路电压损失百分数 Ua 三相线路每1AKm的电压损失百分数Un 标称线电压 KVI 负荷计算电流 AL 线路长度 Km若 U 超过规定值 则需加大截面 以满足压降 4 电缆的敷