工厂供电第五章

1、中 等 职 业 教 育 国 家 规 划 教 材 工 厂 供 电笫 2 版电子教案第五章 电器和导体的选择与校验1思 考 题第一节 电力变压器的容量和过负荷能力第二节 工厂变电所主变压器台数和容量的选择 第三节 高低压电器的选择与校验 第五章 电器和导体的选择与校验第四节 工厂电力线路的选择与校验 2第一节 电力变压器的容量和过负荷能力一、电力变压器的额定容量 电力变压器的额定容量（铭牌容量），是指它在规定的环境温度条件下，户外安装时，在规定的使用年限（20年）内所能连续输出的最大视在功率（kVA）。 变压器的使用年限，主要取决于变压器绕组绝缘的老化速度，而绝缘的老化速度又取决于绕组最热点的温度

2、。二、电力变压器的正常过负荷能力 电力变压器在运行中，其负荷电流总是不断变化的，不均匀的。1.变压器的允许过负荷系数OL（1） 32.夏季欠负荷而在冬季允许的变压器过负荷 过负荷不得超过15，即过负荷系数为: (5-1)变压器在冬季时的最大正常过负荷系数为: (5-2)变压器最大的正常过负荷能力（最大出力）为: (5-3) 4三 、 电力变压器的事故过负荷能力 电力变压器在事故状态下（例如两台并列运行的变压器在一台被切除时），为了保证重要负荷的继续供电，可允许短时间较大幅度的过负荷运行。 表5-1油浸式变压器事故过负荷的允许时间过负荷值30 %45 %60 %75 %100 %200 %允许时

3、间2h80min45min20min10min90s变压器的事故过负荷能力是以牺牲变压器的寿命为代价的。5第二节 工厂变电所主变压器台数和容量的选择一、工厂变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时，应考虑下列原则： 应满足负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应选用两台变压器。对只有少量二级而无一级负荷的变电所，如低压侧有与其他变电所相联的联络线作为备用电源时，亦可只采用一台变压器。 季节性负荷变化较大而宜于采用经济运行方式（参看第九章第三节）的变电所，可选用两台变压器。 一般供三级负荷的变电所，可只采用一台变压器。但集中负荷较大者，虽为三级负荷，亦可选用两台变压器。 在

4、确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。6二、工厂变电所主变压器容量的选择（一）只装有一台主变压器的变电所 主变压器的额定容量SN,T应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要，即（5-4）（二）装有两台主变压器的变电所 每台主变压器的额定容量S应同时满足以下两个条件： 任一台变压器单独运行时，应能满足不小于总计算负荷60的需要 任一台变压器单独运行时， 应能满足全部一、二级负荷入。的需要 SS30(+ ) （5-6） SS30 （5-5）7（三）单台主变压器（低压为）的容量上限 低压为的单台主变压器容量，一般不宜大于1250kVA。这一方面是受现在通用的低压断路器的断

5、流能力及短路稳定度要求的限制，另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于负荷中心，以减少低压配电系统的电能损耗和电压损耗 。 主变压器容量的确定，应适当考虑发展。一个单位的变压器容量的等级不宜太多。主变压器的台数和容量的最后确定，应结合变电所主结线方案的选择，择优而定。 8例 51 某降压变电所，总计算负荷为1400kVA，其中一、二级负荷为760kVA。试初步选择该变电所主变压器的台数和容量。解 根据题目所给条件，有一、二级负荷，因此应选两台主变压器。 每台主变压器的容量应满足以下两个条件： S 0.61400kVA840kVA S 760kVA 因此每台主变压器的容量应选1000kVA。9三.

6、 变压器容量与全压起动的笼型电动机最大功率 一般而言,当电动机起动时,配电母线上的电压不应低于系统额定电压的90%(频繁起动时)或80 %(不频繁起动时)。 若变压器高压侧短路容量比变压器的额定容量SNT大50倍以上(无限大容量系统）,则允许全压起动的笼型电动机最大功率P（KW）为NT（频繁起动时）或NT （不频繁起动时）。 此值亦可作为选择10（6）变压器容量的一个条件。10第三节 高低压电器的选择与校验一、概述 高低压电器的选择，必须满足其在一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。 高低压电器按正常条件下工作选择，就是要考虑电气设备

7、的环境条件和电气要求。环境条件是指电器的使用场所（户内或户外）、环境温度。电气要求是指电器在电压、电流、频率等方面的要求；对一些开断电流的电器，则还包括其断流能力的要求。 高低压电器按短路故障条件下工作选择 ，就是要校验其短路时能否满足动稳定度和热稳定度的要求。11二、熔断器的选择与校验（一）熔断器熔体电流的选择.保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 保护电力线路的熔体电流，应满足下列条件：熔体额定电流I应不小于线路的计算电流I30 ，以使熔体在线路正常最大负荷下运行时也不致熔断，即 I I30 (5-7)熔体额定电流IN.FE 还应躲过线路的尖峰电流Ipk，以使熔体在线路出现尖峰电流时也不致熔

8、断。由于尖峰电流为短时最大电流，而熔体熔断需经一定时间，因此满足的条件为 IKIpk (5-8)12 熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不致发生因线路出现过负荷或短路引起绝缘导线或电缆过热甚至起燃而熔断器熔体不熔断的事故，因此还应满足以下条件 I KOLIal (5-9)保护电力压器的熔断器熔体电流的选择 保护电力变压器的熔体电流，应满足下式要求 INFE = (1.5 2) I1NT (5-10) 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的负荷很小，因此,保护电压互感器的等型熔断器的熔体电流一般均为。 13（二）熔断器规格的选择和校验 熔断器规格的选择和校验应满足下列

9、条件： 熔断器的额定电压 应不低于所在线路的额定电压N ，即 NFU N (5-11)熔断器的额定电流INFU 应不小于它本身所安装的熔体额定电流INFE ，即 INFU INFE (5-12) 熔断器断流能力的校验：对限流熔断器（如RN1、RTO等型），由于能在短路电流达到冲击值之前灭弧，因此应满足下列条件 IOC I(3) (5-13) 14 对非限流熔断器（如RW4、RM10等型），需满足下列条件 IOC I sh (3) (5-14) 对具有断流能力上下限的熔断器（如RW4等跌开式熔断器），其断流能力的上限应满足以上式（514）的条件，而其断流能力的下限应满足下列条件 IOCmin I

10、k(2) (5-15) 熔断器的类型应符合安装使用条件及被保护设备的技术要求。例如:机床上宜安装不怕震动的RL0型；保护晶闸管应采用RS0型快速熔断器等。15（三）熔断器保护灵敏度的检验 为了保证熔断器在其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠地熔断，熔断器保护的灵敏度必须满足下列条件： (5-16)（四）前后熔断器之间的选择性配合问题 前后熔断器之间的选择性配合，就是在线路上发生故障时，应该是最靠近故障点的熔断器最先熔断，切除故障部分，从而使系统的其他部分迅速恢复正常运行。 16 例 - 有一台异步电动机，额定电压为380V，额定容量为，额定电流为，起动电流倍数为。采用10 mm2的铝心塑料

11、线穿硬塑料管对电动机配电。采用RM10型熔断器作短路保护。短路电流最大可达2000。当地环境温度为30。试选择熔断器及其熔体的额定电流，并进行校验。 171819三、低压断路器的选择与校验 （一）低压断路器过电流脱扣器的选择 过电流脱扣器的额定电流INOR应不小于线路的计算电流I30，即 INOR I30 (5-18) （二）低压断路器热脱扣器的选择 热脱扣器的额定电流INTR不小于线路的计算电流I30，即 INTR I30 (5-19) 20（三）低压断路器的选择 低压断路器的选择，应满足下列条件： 低压断路器的额定电压UNQF应不低于线路的额定电压UN，即 UNQF UN (5-20) 低

12、压断路器的额定电流INQF应不小于它所安装的脱扣器额定电流INOR或INTR ，即 INQF INOR (5-21) 或 INQF INTR (5-22) 21（四）低压断路器脱扣器的整定 瞬时过电流脱扣器的动作电流Iop(o)，应躲过线路的尖峰电流Ipk，即 Iop(o) Krel Ipk (5-23) 短延时过电流脱扣器的动作电流Iop(s) ，也应躲过线路的尖峰电流Ipk，即 Iop(s) Krel Ipk (5-24) 长延时过电流脱扣器的动作电流Iop(l) ，应躲过线路的计算电流I30，即 Iop(s) Krel I30 (5-23)22以上各种过电流脱扣器的动作电流 Iop，还应

13、与被保护线路相配合，应满足以下条件： Iop KOLIal (5-26) 低压断路器热脱扣器的动作电流IopTR ，应躲过线路的计算电流I30 ，即 IopTR Krel I30 (5-27)低压断路器失压脱扣器的释放电压和吸合电压，通常由产品自定。释放电压通常为额定电压的3540及以下，吸合电压通常为额定电压的70及以上。 23（五）低压断路器断流能力的校验 对动作时间在以上的万能式断路器，其极限分断电流IOC应不小于通过它的三相短路电流周期分量有效值Ik(3)，即 IOC Ik(3) (5-28) 对动作时间在0.02s 及以下的塑壳式断路器，其极限分断电流IOC 或iOC应不小于通过它的

14、三相短路冲击电流Ish(3) 或 ish(3)，即 IOC Ish(3) (5-29) 或 iOC ik (3) (5-30) 24（六）低压断路器过电流保护灵敏度的检验 为了保证低压断路器作为短路保护的过电流脱扣器在系统最小运行方式下当其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠地动作，低压断路器保护的灵敏度必须满足下列条件 低压断路器可不校验短路的动稳定度和热稳定度；但其保护的母线应校验动稳定度和热稳定度，保护的绝缘导线和电缆应校验热稳定度。(5-31)25（七）前后断路器之间及断路器与熔断器之间的选择性配合问题 1.前后断路器之间的选择性配合最好按断路器的保护特性曲线来检验,但实现选择性配合

15、有一定困难。从实际出发，GB50054-95低压配电设计规范规定：对于非重要负荷，允许无选择性切断。 一般来说 II (5-32) . 断路器与熔断器之间的选择性配合 宜按它们的保护特性曲线来检验，前一级断路器可考虑-30 -20的负偏差，后一级熔断器可考虑+30+50的正偏差。 26例 5-4 有一条采用BLX-500-150mm2铝心橡皮绝缘线明敷的380V三相三线线路，I30=130A，Ipk=360A，此线路首端的Ik(3) =5kA ，未端Ik(3) =2kA。当地环境温度为30。试选择此线路首端装设的DW10型低压断路器及过电流脱扣器规格，并进行校验。解 选择低压断路器及其过电流脱

16、扣器 由附录表-4知，DW10-200 型断路器的过电流脱扣器额定电流I=150AI30=130A，故初步选DW10-200型断路器，其I=200A ，I=150A。27 设瞬时脱扣器的动作电流整定为其额定电流的倍（由附录表A-4可知，其脱扣电流倍数只有1、3），即IOP(O)=3150A=450A。而 KrelIpk=1.35360A=486AIOP(O),不满足式（5-23）的条件，因此将脱扣器额定电流增大为200。这时Iop(o)=pk=486A,从而满足脱扣要求。 .校验低压断路器的断流能力 由附录表A-知，所选断路器的Ioc=10kAIk(3) =5kA,故满足断路要求。28 .检验

17、断路器保护的灵敏度因 I=Ik(2)k(3) 0.8662kA=1.73kA,故Sp1.5,满足要求。 校验低压断路器保护与导线的配合问题由于Iop(o)=600A，而由附录表A-14 知，导线BLX-500-150mm2 明敷时的允许载流量Ial =163A(30时)，Iop(o)=600Aal，由此可见满足配合要求。29四、高压隔离开关、负荷开关和断路器的选择与校验 （一）电压和电流的选择 如表-所示，开关、断路器额定电压不得低于装设地点的电网额定电压；其额定电流不得小于通过的计算电流。 （二）断流能力的校验 高压隔离开关不允许带负荷操作，只作隔离电源用，因此不校验其断流能力。 高压负荷开

18、关能带负荷操作，但不能切断短路电流，因此其断流能力应按切断最大可能的过负荷电流来校验，满足的条件为 IOCIOLmax (5-33) 高压断路器可分断短路电流，其断流能力应满足的条件为 IOCIk(3) (5-34) 或 SOCSk(3) (5-35) 30（三）短路稳定度的校验 高压隔离开关、负荷开关和断路器均需进行短路动稳定度和热稳定度的校验。 例 5-5 试选择某10kA高压配电所进线侧的高压户内少油断路器的型号规格。已知该进线的计算电流280A ，配电所母线的三相短路电流周期分量有效值Ik(3)=，继电保护的动作时间为。 解 根据我国目前生产的10kV高压户内少油断路器型式，选用全国统

19、一设计的SN10-10型。根据I30=280A,初步选SN10-10I/630-300型进行校验，如表5-3所示，结果全部合格，所以所选是正确的。 31五、电流互感器和电压互感器的选择与校验（一）电流互感器的选择与校验电压、电流的选择 电流互感器的额定电压应不低于装设地点电路的额定电压。按准确级要求的选择 电流互感器满足准确级要求的条件，是其二次负荷S2不得大于规定准确级所对应的额定二次负荷（容量）S2N，即 S2NS2 (5-36) S2由互感器二次侧的阻抗Z2来决定 ，电流互感器二次回路的计算长度l与互感器结线方式有关 ，电流互感器的二次负荷S2就按下式计算 32 3.短路动稳定度的校验

20、电流互感器的动稳定度的校验，应满足的条件仍为式（4-87）或式（4-88）。 但有的电流互感器产品给出的是动稳定倍数Kes ,因此其动稳定度校验公式亦可为 4.短路热稳定度的校验 电流互感器的热稳定度的校验，应满足的条件仍为式（4-98）。 但有的电流互感器产品给出的是热稳定倍数t ，因此其热稳定度校验公式亦可为33 （二）电压互感器的选择与校验 1.电压的选择 电压互感器的额定一次电压应与安装地点电网的额定电压相适应，其额定二次电压一般为100V。 2.按准确级要求的选择 电压互感器满足准确级要求的条件，也是其二次负荷S2不得大于规定准确级所对应的额定二次容量S2N，即 S2N S2 (5-

21、42) 电压互感器的二次负荷S2只计其二次回路中所有仪表、继电器电压线圈所消耗的视在功率，即 34第四节 工厂电力线路的选择与校验 一、概述 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，电力线路的导线和电缆等载流导体截面的选择必须满足下列条件： .发热条件 导线和电缆（含母线）在通过计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运 行时的最高允许温度，如附录表A-10所列。 .允许电压损耗 导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。 .经济电流密度 35kV及以上的高压线路，规定宜选“经济截面”，即按国家规定的经

22、济电流密度来选择。一般10kV及以下的线路， 可不按经济电流密度选择。 35.机械强度 导线的截面应不小于最小允许截面，如附录表A-11附录表A-12所列。由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但需校验短路热稳定度。5.短路时的动稳定度和热稳定度 导体的截面应满足短路时的动稳定度和热稳定度，以保证短路时不至损坏。6.导体与保护电器的配合 导体的截面应与熔断器、低压断路器等保护电器相配合，以保证当线路上出现过负荷或短路时保护电器能可靠动作。 36设计经验： 低压动力线和10kV及以下的高压线，一般先按发热条件来选择截面，然后校验机械强度和电压损耗。 低压照明线，由于照明对电压水平要求较

23、高，所以一般先按允许电压损耗来选择截面，然后校验发热条件和机械强度。 35kV及以上的高压线，则可先按经济电流密度来选择经济截面，再校验发热条件、允许电压损耗和机械强度等。37二、按发热条件选择校验导线和电缆的截面 电流通过导体（包括母线、导线和电缆，下同），由于导体存在电阻，必然产生电能损耗，使导体发热。裸导体的温度升高会使接触电阻增大；绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。（一）按发热条件选择相线截面 按发热条件选择三相线路中的相线截面A时，应使其允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流I30，即 Ial I30 (5-44) 导体的允许载流量应乘以温度校正系数 ： 附录

24、表A-13列出LJ型、LGJ型铝绞线的允许载流量，附录表A-14列出BLX和BLV型铝心绝缘导线明敷、穿钢管和穿硬塑料管时的允许载流量，供参考。 (5-45)38（二）低压线路的中性线（N线）、保护线（PN线）和保护中性线（PEN线）截面的选择中性线截面的选择 一般三相负荷基本平衡的低压线路中的中性线截面Ao，宜不小于相线截面A 的 。 对次谐波电流突出的三相线路，中性线截面宜选为与相线截面相等。 对由三相线路分出的两相三线线路和单相双线线路中的中性线，中性线截面应与相线截面相等。 39.保护线截面的选择 低压系统中的保护线（PE线），按GB50054-95低压配电设计规范规定，当其材质与相线

25、相同时，其最小截面应符合表5-4的要求。 表-4 PE线的最小截面相线芯线截面PE线最小截面403.保护中性线截面的选择 低压系统中的保护中性线（PEN线）的截面，应同时满足上述中性线（N线）和保护线（PE线）选择的条件，即 =(0.51) (5-53) 按GB50054-95规定，采用单芯导线为PEN干线时，铜心截面不应小于10mm2，铝心截面不应小于16mm2；采用多芯电缆的芯线为PEN干线时，截面不应小于4mm2。41例5- 有一条采用BLV型铝心塑料线明敷的220/380V的TN-S线路，计算电流为86A，敷设地点的环境温度为35。试按发热条件选择此线路的导线截面。解 此TN-S线路为

26、具有单独PE线的三相四线制线路，包括相线、N线和PE线。1.相线截面的选择 查附录表A-14得35时明敷的BLV-500型铝心塑料线 =25mm2的 ，满足发热条件，故选 =25mm2。线截面的选择 按式（5-50），选 =16mm2。 线截面的选择 按表5-4，选 16mm2。 该线路所选的导线型号规格可表示为BLV-500-(325116PE16)。42三、按经济电流密度选择导线和电缆的截面 经济电流密度就是能使线路的“年费用支出”接近于最小而又适当考虑节约有色金属条件的导线和电缆的电流密度值。我国规定的经济电流密度如表5-5所示。 表5-5 我国规定的经济电流密度 线 路 类 别导 体

27、材 料年最大负荷利用小时Tmax/h3000300050005000/A.mm-2架空线路铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.5443 按经济电流密度选择的寻线和电缆截面 ，称为经济截面，即 (5-54) 按上式计算出后，应选最接近的（可选稍小的）标准截面 。例5-7 有一条采用LGJ型钢心铝绞线架设的35kV架空线路供电给某厂，其计算负荷为5000kW，。试选择该钢心铝绞线的额定截面。444546四、线路电压损耗的计算（一）线路的允许电压损耗 按规定，高压配电线路的电压损耗，一般不应超过线路额定电压的5，从变压器低压母线

28、到用电设备受电端上的低压配电线路的电压损耗，一般不应超过用电设备额定电压的5；对视觉要求较高的照明线路，则为23。如果线路的电压损耗值超过了允许值，则应适当加大导线或电缆的截面，使之满足允许的电压损耗要求。47（二）集中负荷的三相线路电压损耗的计算 以带两个集中负荷的三相线路（图5-3a）为例。线路图中的负荷电流都用小写i表示，各段线路电流都用大写I表示；各线段的长度、每相电阻和电抗分别用小写l、r和x表示，各负荷点至线路首端的长度、每相电阻和电抗分别用大写L、R和X表示，如图5-3a所示。 以线路未端的相电压作参考轴，绘制该线路的电压、电流相量图，如图5-3b所示 481-4495-1050

29、10-1251由图5-3b的相量图可知式中的换算为一般公式，即为 （5-55）52用各线段中的负荷电流计算 用负荷功率计算 用线段功率计算 （5-56）（5-58）（5-57）53 如果线路的感抗相对于线路的电阻来说小到可以忽略或者负荷的，则这种线路称为“无感”线路。“无感”线路的电压损耗计算公式为 如果全线路的导线材料和相线截面相同，且可不计感抗或者负荷，则这种线路称为“均一无感”线路。“均一无感”线路的电压损耗计算公式为 “均一无感”的三相线路电压损耗百分值为 （5-60）（5-63）（5-61）54“均一无感”的单相和直流线路的电压损耗百分值为“均一无感”的两相三线线路电压损耗百分值为“

30、均一无感”线路按允许电压损耗选择导线截面的公式为（5-64）（5-65）（5-66）55例5-8 某6kV三相架空线路，采用LJ-50型铝绞线，水平等距排列，线距为。该线路负荷P30=846kW，Q30=406kvar，线路长。试计算其电压损耗百分值。解 线路的线间几何均距 。查附录表A-13，得线路的R0=0.66/km,X0。故线路的电压损耗为 =(846Kw0.662.5+406kvar0.362.5)/6KV =294V因此线路的电压损耗百分值为56例 5-9 某220/380V的TN-C线路，采用BLV-500-(350+135)的四根导线穿焊接钢管埋地敷设，在距线路首端30m处，接

31、有20kW电阻炉个，在未端接有30kW电阻炉个。线路全长80m。试计算该线路的电压损耗百分值。解 由表5-6 查得 而 故 57（三）均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算 设线路带有一段均匀分布负荷，如图5-4所示。单位长度线路上的负荷电流为 ，微小线段 的负荷电流则为 。这一负荷电流 通过 线路产生的电压损耗为58则整个线路由分布负荷所产生的电压损耗为 令令 为与均匀分布负荷等效的集中负荷，则得（5-67）59例 5-10 某220/380V的TN-C线路，如图5-5a所示。线路拟采用BLX-500型导线户内明敷，环境温度为30，允许电压损耗为5%。试选择导线截面。解 1.线路的等效变换原集

32、中负荷 原分布负荷 602.按发热条件选择导线截面 线路中的最大负荷（计算负荷）为 查附录表A-14，得BLX-500型导线16在30时的 。因此可选根BLX-500-116型导线作相线，另选1根相同的导线作PEN线。 即：BLV-500-(316+PEN16)M。 613.校验机械强度 查附录表A-12，得户内明敷的铝心绝缘线的芯线最小截面为2.5 ，现所选导线A=16 ，故满足机械强度要求。4.校验电压损耗查附录表A-15得，因此线路的电压损耗为由于 ，因此所选导线BLX-500-116也是满足电压损耗要求的。62另一解法 图5-5a所示带有均匀分布负荷的线路，等效变换为图5-5b所示的带两个集中负荷的线路。正巧这两个集中负荷完全相同（是一个特例），因此又可看作是“均匀分布负荷”，将