低压电器技术精讲有声课件第4章

低压电器技术精讲第四章低压电器在配电系统中的应用和配置方法

本章的要点是：1）如何确定低压配电柜的容量；2）如何确定低压配电柜各主电路元器件的额定参数；3）如何确定低压配电系统上、下级配电线路过电流保护装置之间的选择性配合关系；4）如何设计低压配电系统各主电路的控制原理。

本章的内容牵涉到大量的知识，以及各种国家标准和规范。限于篇幅，本章以第一到第三章的内容为主线，适当地扩充后来阐述这些知识，力求给读者建立起有关低压配电设备的基本概要性知识体系。

这些内容都比较重要，与电气人员日常工作密切相关。1.低压配电系统的设计——负荷分级和配电系统分级

对于具体的民用建筑来说，一般一类负荷就是可能产生人身伤害的设备，如电梯和消防设备等；二类负荷则包括常用的空调机组、水泵机组、扶梯、办公照明、居民生活用电等等；三类负荷一般是指广告照明及夜景照明等等。1.低压配电系统的设计——负荷分级和配电系统分级

从低压电网的进线侧开始，到最终用电负荷一般有三级配电设备。

一级低压配电设备又被称为PCC低压馈电设备，实施电能的接受、分配和馈送任务；二级配电设备是车间或区间级的配电中心，由馈电中心PCC或电动机控制中心MCC开关柜组成；三级配电设备是就地照明配电箱、动力配电箱或入户配电箱，其控制对象是最终用电设备。

各级配电设备之间常用电缆连接。

负荷计算的内容包括：

确定计算负荷，作为按发热条件选配电器和电缆，并用来计算电压损失和功率损耗。

确定尖峰电流，用以检验电压波动和选择保护电器。

根据负荷计算的结果，计算出各级配电系统的运行电流电压参数，计算出短路容量。

设计和配置各级配电系统的元器件的型号规格及参数，确定连接电缆的截面及长度等参数。

可见负荷计算的重要性。图4-1：配电设备的分级1.低压配电系统的设计——用电设备和各级配电系统的计算负荷

1.低压配电系统的设计——开关柜和控制柜内进线与馈电回路之间的电流关系

虽然需要系数法和同时系数法是设计部门实施负荷计算的主要方法，但在开关柜和控制柜内部，则需采用“额定分散系数”法和同时系数法来确定配电负荷。根据图纸提供的馈电回路计算电流来确定进线回路的计算电流。

式4-11这里的IL是馈电回路电流，In是进线回路电流，Ks是额定分散系数。

2.低压配电电器的配置方法——低压进线主电路的设计1.进线回路的断路器一般选用ACB框架断路器，电流较小时也可选用MCCB塑壳断路器2.进线回路的保护方式选择LSIG，即过载保护、短路短延时保护、短路瞬时保护和接地故障保护3.低压系统的接地形式，按系统选配方式选择。若采用TN-C接地形式，则断路器严禁使用4极开关图4-2：低压进线、母联和馈电回路图4-3：低压进线断路器的时间－电流特性曲线2.低压配电电器的配置方法——低压母联主电路的设计根据电力变压器参数选配低压进线断路器的方法2.低压配电电器的配置方法——低压母联主电路的设计1.母联回路的断路器一般选用ACB框架断路器，电流较小时也可选用MCCB塑壳断路器2.母联回路的保护方式选择LSI，即过载保护、短路短延时保护、短路瞬时保护3.低压系统的接地形式，按系统选配方式选择。若采用TN-C接地形式，则断路器严禁使用4极开关图4-2：低压进线、母联和馈电回路图4-5：母联回路断路器的进出线方式

式4-15：进线和母联的投退互锁关系2.低压配电电器的配置方法——低压进线和母联主电路断路器的极数

中性线的截面积与低压电网的接地形式密切相关。如果中性线的截面规格选择正确时，一般无需为中性线配备特殊的保护措施。如果中性线因为三次谐波电流的原因或中性线的截面积不够大，则中性线需要配备过载保护和短路保护。

在TN-C系统中，保护中性线PEN在任何情况下不得断开。

在TT、TN-S和IT系统中，当低压配电网的线路发生故障时则要求断路器同时断开所有线路，其中包括中性线。1）TN-C接地系统中不允许装设四极隔离开关2）TN-C-S接地系统和TN-S接地系统中可装设四极隔离开关或者四极抽出式断路器。3）TT接地系统需要在低压配电柜进线处装设四极隔离开关或者四极抽出式断路器。

当TT系统发生单相接地故障后，接地电流Id流过变压器中性点接地极电阻Rb，于是在Rb上产生了较高的电压Ub并使得N线电压上升，有可能对人身产生伤害作用。

为此TT系统应在低压配电柜的电源进线处装设四极开关，或者采用四极抽出式断路器，也可在固定式断路器前加装四极隔离开关。2.低压配电电器的配置方法——低压馈电回路的设计方法

在图4-11中有3处发生了短路事故。第一处短路发生在一级配电设备的输出电缆中，；第二处短路发生在二级配电设备的主母线中，而第三处短路则发生在最终用电设备上。

当某处发生短路故障时，正常情况下应当是离短路点最近的上游断路器先跳闸。为了做到这一点，上下级断路器的保护参数之间需要建立保护参数选择性匹配关系。

如果两台串接的断路器只是在达到规定的短路电流值之前呈现选择性，这种情况被称为局部选择性；如果两台串接的断路器对所有短路电流值均呈现选择性，这种情况被称为完全选择性。

上下级断路器之间具有完全或者局部选择性取决于断路器保护门限电流的大小和脱扣延迟时间的长短。图4-11：馈电回路上下级断路器之间的保护选择性问题2.低压配电电器的配置方法——低压馈电回路上、下级间的选择性

在左图中，断路器B的最大短路电流ISB被完全地限制在A断路器的短路S参数反时限脱扣电流I2A的范围之内，当断路器B出现了短路后，只有B断路器跳闸而A断路器不会跳闸，系统具有完全选择性。

在右图中，断路器B的最大短路电流ISB超过了I2A的范围，则系统具有局部选择性。当断路器B出现了短路后，则有可能断路器B和断路器A均跳闸。2.低压配电电器的配置方法——低压馈电回路上、下级间的选择性选择性配合的要点要点1：类别为A的断路器只能通过瞬时I参数脱扣器的动作电流来实现局部选择性。要点2：因为I参数脱扣器中有20％的误差，所以电流分级的划分至少要相差1.5倍。要点3：若上级断路器的容量大于下级断路器容量2.5倍以上，就可认为上下级断路器之间满足完全选择性要点4：若上级断路器采用热磁式保护脱扣器，下级断路器采用电子式保护脱扣器，则上级断路器保护脱扣的时间延迟足以保证上下级具有完全选择性。要点5：若上级断路器和下级断路器为同型号同规格，则实际上不可能实现两者的完全选择性。要点6：上级脱扣器动作时间比下级长70～100毫秒，动作电流大1.5倍。2.低压配电电器的配置方法——低压馈电回路出口处电缆压降计算在《工业与民用配电设计手册》第四版第9章“导体选择”中的表9.4-3“线路的电压降计算公式“中，有如下公式：

当馈电电流流过电缆时，在电缆的阻抗上会产生一定的压降，因此下级配电设备的进线端口处的电压一定会低于上级配电设备出口端口的电压。

一般地，对于照明馈电回路，电缆上的电压降不能大于电源电压的3%～5%；对于电热馈电回路和电动机回路，电缆上的电压降不能大于电源电压的6%～8%。2.低压配电电器的配置方法——低压馈电回路出口处电缆压降计算2.低压配电电器的配置方法——低压电动机控制主电路方案1到方案4是电动机直接起动，方案5到方案7是电动机可逆起动，方案8是电动机星三角起动，方案9是采用了电动机测控模块MCU后的星三角起动。2.低压配电电器的配置方法——低压电动机控制主电路

2.低压配电电器的配置方法——低压无功功率补偿主电路例4-8：设低压配电网的额定电压为400V，低压配电网的谐波是5次，单只无功补偿电容的容量是12.5kVar，低压配电网的额定频率为50Hz，补偿电容的设计安全电压Um为12%，计算补偿电容的参数。3.低压配电电路设计举例1．根据范例要求核算出低压配电系统的计算电流

根据用户的负荷表配置出合适的低压配电系统，选配合适的低压开关电器元件。

注意到表格中出现了需要系数Kx，这样我们就可以得到计算有功功率、计算无功功率和计算电流。其中原理车间的计算结果是：3.低压配电电路设计举例2．用同时系数计算出各个二级配电系统的计算电流3．用同时系数计算出总配电室的计算电流有了这些数据，我们就可以确定电力变压器的容量、额