供配電電氣設備的選擇PPT課件

第5章電氣設備的選擇 電氣設備的選擇是供配電系統(tǒng)設計的重要步驟 其選擇的恰當與否將影響到整個系統(tǒng)能否安全可靠的運行 故必須遵循一定的選擇原則 本章對常用的高 低壓電器即高壓斷路器 高壓隔離開關(guān) 儀用互感器 高低壓熔斷器及成套配電裝置 高壓開關(guān)柜 等分別介紹了其選擇方法 為合理 正確使用電氣設備提供了依據(jù) 第一節(jié)電氣設備選擇的一般原則第二節(jié)高壓開關(guān)電器的選擇第三節(jié)互感器的選擇第四節(jié)高壓開關(guān)柜的選擇第五節(jié)低壓熔斷器選擇第六節(jié)低壓斷路器選擇 第一節(jié)電氣設備選擇的一般原則 1 按工作環(huán)境初選電氣設備根據(jù)電氣裝置所處的位置 使用環(huán)境和工作條件 初步選擇電氣設備型號等 如戶內(nèi)戶外 海拔高度 環(huán)境溫度及防塵 防腐 防爆等 2 按正常工作條件確定電氣設備型號 1 按工作電壓選擇電氣設備的額定電壓UN UW N 2 按最大負荷電流選擇電氣設備的額定電流IN Imax或IN Ic 3 注意溫度和海拔對額定電流和電壓的影響 調(diào)整公式 考慮工作環(huán)境溫度對電氣設備額定電流的影響目前我國規(guī)定 一般工作環(huán)境溫度為40度溫度升高 則電氣設備允許的工作電流下降溫度在40 60度間 額定電流調(diào)整一般電器不可工作于60度以上環(huán)境溫度降低 則電氣設備允許的工作電流升高當溫度低于40度 每下降1度電流按升高0 5 IN調(diào)整 但總值應小于20 IN 在實際使用中 就不必調(diào)整 考慮海拔高度對電氣設備額定電壓的影響海拔高度當與設備出廠規(guī)定不同時 應進行調(diào)整 如 海拔在1000 4000米間 按每100米進行1 補償 使設備實際額定電壓下降 3按短路情況進行校驗 1 短路熱穩(wěn)定校驗當系統(tǒng)發(fā)生短路 有短路電流通過電氣設備時 導體和電器各部件溫度 或熱量 不應超過允許值 即滿足熱穩(wěn)定的條件式中 I 短路電流的穩(wěn)態(tài)值 tima 短路電流的假想時間 It 設備在t秒內(nèi)允許通過的短時熱穩(wěn)定電流 t 設備的熱穩(wěn)定時間 2 短路動穩(wěn)定校驗當短路電流通過電氣設備時 短路電流產(chǎn)生的電動力應不超過設備的允許應力 即滿足動穩(wěn)定的條件或式中 ish Ish 短路電流的沖擊值和沖擊有效值 imax Imax 設備允許的通過的極限電流峰值和有效值 4 開關(guān)類電氣設備的斷流能力校驗對要求能開斷短路電流的開關(guān)設備 如斷路器 熔斷器 其斷流容量不小于安裝處的最大三相短路容量 即 或式中 三相最大短路電流與最大短路容量 斷路器的開斷電流與開斷容量 補充 1 對于負荷開關(guān) 因為開斷的是正常的負荷電流 所以 斷流能力的校驗采用計算電流和容量 2 開斷能力與操作機構(gòu)有關(guān) 引入修正系數(shù)K 手動操作機構(gòu)K 0 7 電動操作機構(gòu)K 1 電氣設備選擇的一般原則 常用電氣設備的選擇及校驗項目供配電系統(tǒng)中的各種電氣設備由于工作原理和特性不同 選擇及校驗的項目也有所不同 常用高低壓設備選擇校驗項目如下 電氣設備選擇的一般原則 電氣設備選擇的一般原則 第二節(jié)高壓開關(guān)電器的選擇 高壓開關(guān)電器主要指高壓斷路器 高壓熔斷器 高壓隔離開關(guān)和高壓負荷開關(guān) 具體選擇如下 1 根據(jù)使用環(huán)境和安裝條件選擇設備的型號2 按正常條件選擇設備的額定電壓和額定電流 調(diào)整 3 動穩(wěn)定校驗 或 4 熱穩(wěn)定校驗 5 開關(guān)電器斷流能力校驗 KSoc Sk max或K 式中 Ioc Soc為制造廠提供的最大開斷電流和開斷容量 K為修正系數(shù) 一 高壓斷路器選擇 按高壓斷路器使用場合 環(huán)境條件來選擇型號 常用的斷路器類型主要有少油斷路器 真空斷路器 SF6斷路器 一般工廠企業(yè)中常用少油型斷路器 但由于真空斷路器 SF6斷路器技術(shù)特性比較好 少油斷路器正逐漸被它們代替 然后再選擇額定電壓 額定電流值 最后校驗動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定和斷流容量 例5 1試選擇某35KV變電所主變次總高壓開關(guān)柜的高壓斷路器 已知變壓器35 10 5kV 5000KVA 三相最大短路電流為3 35kA 沖擊短路電流峰值為8 54kA 三相短路容量為60 9MVA 繼電保護動作時間為1 1s 解 1 初定型號 普通型 戶內(nèi)型 故選擇戶內(nèi)少油斷路器 2 根據(jù)正常工作條件選擇斷路器型號 按變壓器二次側(cè)電壓確定斷路器額定電壓為 10kV按變壓器二次側(cè)額定電流選擇斷路器的額定電流 查附錄表A 4 確定選用SN10 10I 630型少油斷路器 采用CD型操作機構(gòu) 3 校驗 由該附表查得其相關(guān)技術(shù)參數(shù)與安裝地點的電氣條件 計算選擇結(jié)果列于下表 可見斷路器的參數(shù)均大于裝設地點的電氣條件 選該型號斷路器符合條件 表高壓斷路器選擇校驗表 3 352 1 1 0 2 0 05 15 15kA2 S t Ioc 二 高壓隔離開關(guān)選擇 隔離開關(guān)不可以帶電操作 因此不需要進行開斷能力校驗 只需要選擇額定電壓和額定電流 校驗動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度 例5 2按例5 1所給的電氣條件 選擇柜內(nèi)隔離開關(guān) 解 1 初定型號 普通型 戶內(nèi)型 故選擇GN6 或者GN8 型高壓隔離開關(guān) 2 根據(jù)正常工作條件選擇高壓隔離開關(guān)型號 按變壓器二次側(cè)電壓確定高壓隔離開關(guān)額定電壓為 10kV按變壓器二次側(cè)額定電流275A 選擇高壓隔離開關(guān)的額定電流 查附錄表A 5 確定選用GN6 10T 600高壓隔離開關(guān) 3 校驗 由該附表查得其相關(guān)技術(shù)參數(shù)與安裝地點的電氣條件 計算選擇結(jié)果列于下表 可見高壓隔離開關(guān)的參數(shù)均大于裝設地點的電氣條件 選該型號隔離開關(guān)符合條件 表高壓隔離開關(guān)選擇校驗表 3 352 1 1 0 2 0 05 15 15kA2 S 例試選擇如圖所示變壓器10 5kV側(cè)高壓斷路器QF和高壓隔離開關(guān)QS 已知圖中K點短路時I I 4 8kA 繼電保護動作時間top 1S 擬采用快速開斷的高壓斷路器 其固有分閘的時間toc 0 1S 采用彈簧操作機構(gòu) 解 工作電流短路沖擊電流峰值 斷路器及隔離開關(guān)的選擇結(jié)果 附表A 4 5 三 高壓熔斷器的選擇1 熔斷器型號的選擇對于6 10kV變壓器 凡容量在1000kVA及以下者 可采用熔斷器作為變壓器的短路及過載保護保護電力變壓器 高壓側(cè) 的熔斷器 戶內(nèi)熔斷器選擇RN1型 戶外熔斷器選擇RW型 保護電壓互感器的熔斷器型號的選擇因為電壓互感器二次側(cè)電流很小 故選擇RN2型專用熔斷器作電壓互感器短路保護 其熔體額定電流為0 5A 2 額定電壓選擇對于 般的高壓熔斷器 其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓 對于充填石英砂具有限流作用的熔斷器如RN型 則只能用在等于其額定電壓的電網(wǎng)中 因為這種類型的熔斷器能在電流達最大值之前就將電流截斷 致使熔斷器熔斷時產(chǎn)生過電壓 3 熔斷器熔體額定電流選擇 熔斷器額定電流應大于或等于所裝熔體額定電流 即式中 熔斷器額定電流 A 熔體額定電流 A 選擇時還應必須滿足以下幾個條件 1 正常工作時熔斷器的熔體不應熔斷 要求熔體額定電流大于或等于通過熔體的最大工作電流 IN FE Ic 2 在電動機啟動時 熔斷器的熔體在尖峰電流的作用下不應熔斷 3 對于6 10kV變壓器 凡容量在1000kVA及以下者 可采用熔斷器作為變壓器的短路及過載保護 熔斷器熔體額定電流應滿足 IN FE 1 5 2 0 I1N T其中 IN FE 熔斷器熔體額定電流 I1N T 變壓器一次繞組額定電流 4 低壓網(wǎng)絡中用熔斷器作為保護時 為了保證熔斷器保護動作的選擇性 一般要求上級熔斷器的熔體額定電流比下級熔斷器的熔體額定電流大兩級以上 5 應保證線路在過載或短路時 熔斷器熔體未熔斷前 導線或電纜不至于過熱而損壞 與所保護線路的配合 4 熔斷器極限熔斷電流或極限熔斷容量的校驗 1 對有限流作用的熔斷器 由于它們會在短路電流到達沖擊值之前熔斷 因此可按下式校驗斷流能力 或 式中 熔斷器極限熔斷電流和容量 熔斷器安裝處三相短路次暫態(tài)有效值和短路容量 2 對無限流作用的熔斷器 由于它們會在短路電流到達沖擊值之后時熔斷 因此可按下式校驗斷流能力 式中 熔斷器安裝處三相短路沖擊電流有效值和短路容量 3 對有斷流容量上 下限值的熔斷器 非限流型 其斷流容量的上限值按上式 2 進行校驗 其斷流容量的下限值 在小電流接地系統(tǒng)中按下式校驗 或 式中 熔斷器的斷流電流和容量的下限值 最小運行方式下熔斷器所保護線路末端兩相短路電流的有效值和容量 5 熔斷器保護靈敏度的校驗為了保證熔斷器在其保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時能可靠地熔斷 因此要求滿足 4 7 式中 熔斷器保護范圍末端短路故障時流過熔斷器最小短路電流 第三節(jié)互感器的選擇 一 電流互感器選擇高壓電流互感器二次側(cè)線圈一般有一至數(shù)個不等 其中一個二次線圈用于測量 其他二次線圈用于保護 1 電流互感器的主要性能 1 準確級電流互感器測量線圈的準確級設為0 1 0 2 0 5 1 3 5六個級別 數(shù)值越小越精確 保護用的互感器或線圈的準確級一般為 級和10 級兩種 電流誤差分別為 和 其復合誤差分別為5 和10 2 線圈鐵芯特性測量用的電流互感器的鐵芯在一次電路短路時易于飽和 以限制二次電流的增長倍數(shù) 保護儀表 保護用的電流互感器鐵芯則在一次電流短路時不應飽和 二次電流與一次電流成比例增長 以保證靈敏度要求 3 變流比與二次額定負荷電流互感器的一次額定電流有多種規(guī)格可供用戶選擇 二次繞組回路所帶負荷不應超過額定負荷值 2 電流互感器的選擇 1 電流互感器型號的選擇根據(jù)安裝地點和工作要求選擇電流互感器的型號 查附表A 7 2 電流互感器額定電壓的選擇電流互感器額定電壓應不低于裝設點線路額定電壓 3 電流互感器變比選擇根據(jù)一次負荷計算電流Ic選擇電流互感器變比 電流互感器一次側(cè)額定電流有20 30 40 50 75 100 150 200 300 400 600 800 1000 1200 1500 2000 A 等多種規(guī)格 二次側(cè)額定電流均為5A 4 電流互感器準確度選擇及校驗準確度選擇的原則 計量用的電流互感器的準確度選0 2 0 5級 測量用的電流互感器的準確度選1 0 3 0級 準確度校驗公式為 S2 SN2 電流互感器二次側(cè)所接實際負荷容量S2不超過該準確度級下的最大允許負荷容量SN2 5 電流互感器動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗 1 動穩(wěn)定度校驗電流互感器的動穩(wěn)定性倍數(shù)Kes 查附表A 7獲取 電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù) 是指電流互感器允許短時極限通過電流峰值與電流互感器一次側(cè)額定電流峰值之比 即 電流互感器的動穩(wěn)定性校驗條件為 2 熱穩(wěn)定度校驗電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)Kt 查附表A 7獲取 電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù) 是指在規(guī)定時間 通常取1s 內(nèi)所允許通過電流互感器的熱穩(wěn)定電流與其一次側(cè)額定電流之比 即 電流互感器的熱穩(wěn)定條件應為 二 電壓互感器選擇1 按裝設點環(huán)境及工作要求選擇電壓互感器型號查附表A 82 電壓互感器的額定電壓應不低于裝設點線路額定電壓3 按測量儀表對電壓互感器準確度要求選擇并校驗準確度 計量用電壓互感器準確度選0 5級以上 測量用的準確度選1 0 3 0級 保護用的準確度為3P級和6P級 式中 和分別為儀表 繼電器電壓線圈消耗的總有功功率和總無功功率 準確度校驗 二次側(cè)負荷S2應不大于所要求準確度級下的電壓互感器二次側(cè)額定容量 即S2 SN2式中 SN2 電壓互感器二次側(cè)允許負荷容量 互感器在主接線中的配置原則1 電流互感器的配置原則 1 凡裝有斷路器的回路均裝設電流互感器 其數(shù)量應滿足儀表 保護和自動裝置的要求 2 發(fā)電機和變壓器的中性點側(cè) 發(fā)電機和變壓器的出口端和橋式接線的跨接橋上等均應裝設電流互感器 3 對大接地電流系統(tǒng)線路 一般按三相配置 對小接地電流系統(tǒng)線路 依具體要求按兩相或三相配置 2 電壓互感器的配置原則 1 電壓互感器的數(shù)量和配置與主接線方式有關(guān) 并應能滿足測量 保護 同期和自動裝置的要求 2 6 220kV電壓等級的每組主母線的三相均應裝設電壓互感器 3 當需要監(jiān)視和檢測線路側(cè)有無電壓時 出線側(cè)的一相上應裝設電壓互感器 第四節(jié)高壓開關(guān)柜的選擇 一 開關(guān)柜的技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品使用環(huán)境條件 環(huán)境溫度 25 40 海拔高度 1000m 相對濕度 月平均不大于90 25 無火災 爆炸危險 嚴重污穢 化學腐蝕及劇烈震動的場所 二 高壓開關(guān)柜的選擇1 選擇開關(guān)的型號主要根據(jù)負荷等級選擇開關(guān)柜型號 一般一 二級負荷選擇移開式開關(guān)柜 如KYN2 10 JYN2 10 JYN1 35型開關(guān)柜 三級負荷選固定式開關(guān)柜 如KGN 10型開關(guān)柜 2 選擇開關(guān)柜回路方案號每種型號的開關(guān)柜主要有電纜進出線柜 架空線進出線柜 聯(lián)絡柜 避雷器及電壓互感器柜 所用變柜等 但各型號開關(guān)柜的方案號可能不同 第五節(jié)低壓熔斷器選擇 1 低壓熔斷器的選擇 根據(jù)工作環(huán)境條件要求選擇熔斷器的型號 熔斷器額定電壓應不低于保護線路的額定電壓 熔斷器的額定電流應不小于其熔體的額定電流 即 2 熔體額定電流的選擇 熔體額定電流IN FE應不小于線路的計算電流Ic 即 IN FE Ic 熔體額定電流應滿足下式條件 IN FE K Ipk式中 K為小于1的計算系數(shù) 當熔斷器用作單臺電動機保護時 K的取值與熔斷器特性及電動機起動情況有關(guān) K的取值 見書P127表5 6系數(shù)K的取值范圍 熔斷器保護還應考慮與被保護線路配合 在被保護線路過負荷或短路時能得到可靠的保護 還應滿足下式條件 IN FE KoL Ial式中Ial為絕緣導線和電纜最大允許載流量 KoL為絕緣導線和電纜允許短時過負荷系數(shù) a 當熔斷器作短路保護時 絕緣導線和電纜的過負荷系數(shù)取2 5 明敷導線取1 5 b 當熔斷器作過負荷保護時 各類導線的過負荷系數(shù)取0 8 1 對有爆炸危險場所的導線過負荷系數(shù)取下限值0 8 熔體額定電流 應同時滿足上述三個條件 3 熔斷器斷流能力校驗 對限流式熔斷器 如RT系列 只需滿足條件Ioc I 3 對非限流式熔斷器應滿足條件Ioc Ish 3 4 前后級熔斷器選擇性的配合低壓線路中 熔斷器較多 前后級間的熔斷器在選擇性上必須配合 以使靠近故障點的熔斷器最先熔斷 1FU 前級 與2FU 后級 當K點發(fā)生短路時2FU應先熔斷 但由于熔斷器的特性誤差較大 一般為 30 50 當1FU發(fā)生負誤差 提前動作 2FU為正誤差 滯后動作 如圖5 5b所示 則1FU可能先動作 從而失去選擇性 為保證選擇性配合 要求 t1 3t2 式中 t1 為1FU的實際熔斷時間 t2 為2FU實際熔斷時間 一般前級熔斷器的熔體電流應比后級大2 3級 例5 6有一臺電動機 UN 380V PN 17kW IC 42 3A 屬重載起動 起動電流188A 起動時間為3 8s 采用BLV型導線穿鋼管敷設線路 導線截面為10mm2 該電機采用RT0型熔斷器做短路保護 線路最大短路電流為21kA 選擇熔斷器及熔體的額定電流 并進行校驗 解 1 選擇熔斷器額定電壓 低壓380V 選擇熔體及熔斷器額定電流 IN FE Ic 42 3A IN FE K Ipk 0 4 188 A 75 2A 說明 單臺電動機重載啟動 K查表P127表5 6 根據(jù)上兩式計算結(jié)果 查書P343附表A 11常用低壓熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù) 選IN FE 80A 熔斷器的額定電流應不小于其熔體的額定電流 查該表選RT0 100型熔斷器 其熔體額定電流為80A 熔斷器額定電流為100A 最大斷流能力50kA 2 校驗熔斷器開斷能力 RT系列 限流型 IOC 50kA Ikmax 21kA斷流能力滿足要求 3 導線與熔斷器的配合校驗 熔斷器作短路保護 導線為絕緣導線時 短時過負荷系數(shù)KoL 2 5 查書P345附表A 13 2聚氯乙烯絕緣導線BLV截面10mm2穿鋼管時的允許載流量在35度環(huán)境溫度下得 Ial 38A IN FE 80AKoL Ial 2 5 38A 95A則 IN FE KoL Ial滿足要求 第六節(jié)低壓斷路器選擇 一 低壓斷路器選擇的一般原則在選擇低壓斷路器時應滿足下列條件 低壓斷路器的類型及操作機構(gòu)形式應符合工作環(huán)境 保護性能等方面的要求 低壓斷路器的額定電壓應不低于裝設地點線路的額定電壓 低壓斷路器的 等級 額定電流應不小于它所能安裝的最大脫扣器的額定電流IN QF IN OR 低壓斷路器的短路斷流能力應不小于線路中最大短路電流 對萬能式 DW型 斷路器 其分斷時間在0 02S以上時 Ioc I 3 對塑殼式 DZ型或其他型號 斷路器 其分斷時間在0 02S以下時 二 低壓斷路器脫扣器的選擇和整定1 過電流脫扣器的選擇和整定 1 電流脫扣器額定電流的選擇過電流脫扣器額定電流IN OR應不小于線路的計算電流IC 即 IN OR IC 2 過電流脫扣器動作電流和動作時間的整定 瞬時過電流脫扣器動作電流的整定瞬時過電流脫扣器動作電流IOP 0 應躲過線路的尖峰電流IPk 即 Iop 0 KrelIPk 式中 Krel為可靠系數(shù) 對動作時間在0 02s以上的斷路器 如DW型等Krel 1 35 對動作時間在0 02s以下的斷路器 如DZ型等Krel 2 2 5 短延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定短延時過流脫扣器動作電流Iop s 也應躲過線路尖峰電流Ipk 即 Iop s KrelIpk式中 Krel為可靠系數(shù) 可取1 2短延時過流脫扣器動作時間 按設備有不同的等級 一般不超過1S 可根據(jù)保護要求確定動作時間等級 長延時過流脫扣器動作電流和動作時間整定長延時過流脫扣器動作電流Iop l 只需躲過線路中最大負荷計算電流Ic 即 Iop l KrelIc式中 Krel取1 1 長延時過流脫扣器用于過負荷保護 動作時間為反時限特性 一般動作時間在1 2h 過流脫扣器與配電線路的配合要求防止被保護線路因過負荷或短路故障引起導線或電纜過熱 其配合條件為 Iop KOLIal 式中 Ial為絕緣導線或電纜的允許載流量 KOL為導線或電纜允許的短時過負荷系數(shù) 對瞬時和短延時過流脫扣器KOL 4 5 對長延時過流脫扣器KOL 1 對有爆炸氣體區(qū)域內(nèi)的配電線路KOL 0 8 2 低壓斷路器熱脫扣器的選擇和整定 熱脫扣器的額定電流應不小于線路最大計算負荷電流Ic 即 IN TR Ic 熱脫扣器動作電流整定熱脫扣器的動作電流應按線路最大計算負荷電流來整定 即 Iop TR Krel Ic式中 Krel取1 1 并應在實際運行時調(diào)試 3 欠電壓脫扣器和分勵脫扣器選擇欠壓脫扣器用于欠壓或失壓時保護 電壓低于35 70 UN時能動作 分勵脫扣器用于斷路器分閘操作 電壓在85 110 UN時能可靠動作 欠壓和分勵脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓 并按直流或交流的類型及操作要求進行選擇 三 前后級低壓斷路器選擇性的配合一般要求前一級 靠近電源 低壓斷路器采用短延時的過流脫扣器 而后一級 靠近負荷 低壓斷路器采用瞬時脫扣器 動作電流為前一級大于后一級動作電流的1 2倍 即 Iop 1 1 2Iop 2 四 低壓斷路器靈敏度的校驗低壓斷路器短路保護靈敏度應滿足下式條件 式中 Ks為靈敏度 Iop為瞬時或短延時過流脫扣器的動作電流整定值 Ik min為保護線路末端在最小運行方式