供配電技供配電技術(shù)第五章課件

1、第五章 電氣設(shè)備的選擇 內(nèi)容：電氣設(shè)備選擇的原則，開關(guān)電器、互感 器、穿墻套管和絕緣子的選擇，低壓電氣 設(shè)備的選擇。 重點(diǎn)：熟悉穿墻套、管、絕緣子和低壓電器的選 擇，掌握開關(guān)電器和互感器的選擇。第五章 電氣設(shè)備的選擇5.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則5.2高壓開關(guān)電器的選擇5.3互感器的選擇5.4母線、支柱絕緣子和穿墻套管的選擇5.5高壓開關(guān)柜的選擇5.6低壓熔斷器的選擇5.7低壓斷路器的選擇 小結(jié)思考題與習(xí)題5.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則 1按工要求和環(huán)境條件選擇電氣設(shè)備 2按正常工作條件選擇電氣設(shè)備（1）按工作電壓選擇電氣設(shè)備的額定電壓 電氣設(shè)備的額定電壓UN應(yīng)不低于設(shè)備所在的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓UN

2、S，即：UN UN.S 規(guī)定:電氣設(shè)備的額定電壓等于設(shè)備所在系統(tǒng)的最高電壓的上限值。（2）按最大負(fù)荷電流選擇電氣設(shè)備的額定電流 電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于實(shí)際通過它的最大負(fù)荷電流Imax（或計算電流IC），即： IN Imax 或 IN Ic 3按短路條件校驗(yàn)電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 4開關(guān)電器必須校驗(yàn)斷流能力 開關(guān)電器設(shè)備的額定短路開斷電流 不小于安裝地點(diǎn)最大三相短路電流。 5.2 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(fù)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(shè)備的型號 2按正常條件選擇設(shè)備的額定電壓和額定電流 3短路校驗(yàn)（1）動穩(wěn)定校

3、驗(yàn) （2）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 式中，Ith為電氣設(shè)備在tth內(nèi)允許通過的額定短時耐受電流有效值；tth為電氣設(shè)備的額定短路持續(xù)時間。 4開關(guān)電器斷流能力校驗(yàn) 對具有斷流能力的高壓開關(guān)設(shè)備需校驗(yàn)其斷流能力。 開關(guān)電氣設(shè)備的額定短路分?jǐn)嚯娏鳎ㄓ行е担?應(yīng)不小于安裝地點(diǎn)最大三相短路 電流 ，即： 5.2.1 高壓斷路器的選擇 按斷路器使用場合、環(huán)境條件來選擇型號，然后再選擇額定電壓、額定電流值,最后校驗(yàn)動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和斷流量。 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，沖擊短路電流為8.54kA，三相短路容

4、量為60.9MVA，繼電保護(hù)動作時間為1.1s。 解：因?yàn)閼魞?nèi)型，故選擇戶內(nèi)真空斷路器。根據(jù)變壓器二次側(cè)額定電 流選擇斷路器的額定電流。 查表A-4，選擇ZN28-12/630型真空斷路器，其有關(guān)技術(shù)參數(shù)及安裝地點(diǎn)電氣條件和計算選擇結(jié)果列于下表，可見斷路器的參數(shù)均大于裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件，選斷路器合格。 表真空斷路器表5-3 高壓斷路器選擇校驗(yàn)表 序號ZN28-12/630選擇要求裝設(shè)地點(diǎn)電氣條件結(jié)論項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1UN12kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3I.N25kAIK(3)3.35kA合格4imax63kAish(3)8.54kA合格5Ith2 tt2524=25

5、00kA2SI2tima(3.2)2(1.1+0.1)=13.5 kA2S合格返回5.2.2 高壓隔離開關(guān)選擇 隔離開關(guān)只需要選擇額定電壓和額定電流，校驗(yàn)動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)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：由于10kV出線控制采用成套開關(guān)柜，選擇GN19-12/630高壓隔離開關(guān)。選擇計算 結(jié)果列于下表。 表5-4 高壓隔離開關(guān)選擇校驗(yàn)表 序號GN19-12/630 選擇要求安裝地點(diǎn)電氣條件結(jié)論項目數(shù)據(jù)項目計算數(shù)據(jù)1UN12kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3imax50kAish(3)8.54kA合格4It2t2024=1600kA2SI2ti

6、ma(3.35)2(1.1+0.1)=13.5 kA2S 合格5.2.3 高壓熔斷器的選擇1保護(hù)線路的熔斷器的選擇 (1) 熔斷器的額定電壓應(yīng)不低于其所在系統(tǒng)的額定電壓 UNFU UNS （2）熔體額定電流INFE 不小于線路計算電流 INFE IC （3） 熔斷器額定電流不小于熔體額定電流 INFU INFE （4） 熔斷器斷流能力校驗(yàn) 對限流式熔斷器(RN1型),其額定短路分?jǐn)嚯娏鳎ㄓ行е担㊣CS應(yīng)滿足: ICS I (3) 式中，I(3)為熔斷器安裝地點(diǎn)的三相次暫態(tài)短路電流的有效值。 對非限流式熔斷器(RW型),其斷流能力應(yīng)大于三相短路沖擊電流有效值： I Ish(3) 對斷流能力有下限

7、值的熔斷器(RW型)還應(yīng)滿足: ICSmin IK(2) 式中,ICSmin為熔斷器額定短路分?jǐn)嚯娏飨孪拗?；Ik(2)為線路末端兩相短 路電流。 2保護(hù)電力變壓器的熔斷器熔體電流選擇 熔斷器熔體額定電流應(yīng)滿足： INFE = (1.52.0)I1NT 式中, INFE 為熔斷器熔體額定電流； I1NT為變壓器一次繞組額定電流。 3保護(hù)電壓互感器短路的熔斷器選擇 因電壓互感器二次側(cè)電流很小，故選擇XRNP、RN2型專用熔斷器，其熔體額定電流為0.5A。5.3 互感器的選擇5.3.1 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(hù)。 1.

8、電流互感器的選擇與校驗(yàn) （1）電流互感器型號的選擇 根據(jù)安裝地點(diǎn)和工作要求選擇電流互感器的型號。 （2）電流互感器額定電壓的選擇 電流互感器額定電壓應(yīng)不低于裝設(shè)點(diǎn)線路額定電壓。 （3）電流互感器變比選擇 根據(jù)一次負(fù)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或1A。（4）電流互感器準(zhǔn)確度選擇及校驗(yàn) 準(zhǔn)確度選擇的原則：計量用的電流互感器的準(zhǔn)確度選0.20.5級，測量用的電流互感器的準(zhǔn)確度 選0.51.0級。 準(zhǔn)確度校驗(yàn)

9、的原則: S2 S2N S2Si+ （ ） 式中，Si、Zi為二次回路中的儀表、繼電器線圈的額定負(fù)荷(VA)和阻抗() ； 為二次 回路中所有接頭、觸點(diǎn)的接觸電阻，一般取0.1； 為二次回路導(dǎo)線電阻 式中，為導(dǎo)線的導(dǎo)電率，銅線=53m/（mm2），鋁線=32m/（mm2）； S為導(dǎo)線截面（mm2）；Lc為導(dǎo)線的計算長度（m）。設(shè)互感器到儀表單向長度為l1， 則： 電流互感器10%誤差曲線具體校驗(yàn)步驟如下： （1）按照保護(hù)裝置類型計算流過電流互感器的一次電流倍數(shù)； （2）根據(jù)電流互感器的型號、變比和一次電流倍數(shù)，在10%誤差曲線上確定電流互感器的允許二次 負(fù)荷； （3）按照對電流互感器二次負(fù)荷最

10、嚴(yán)重的短路類型，計算電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷； （4）比較實(shí)際二次負(fù)荷與允許二次負(fù)荷。如實(shí)際二次負(fù)荷小于允許二次負(fù)荷，表示電流互感器的誤 差不超過10%，如實(shí)際二次負(fù)荷大于允許二次負(fù)荷，則應(yīng)采取下述措施，使其滿足10%誤差： 增大連接導(dǎo)線截面或縮短連接導(dǎo)線長度，以減小實(shí)際二次負(fù)荷； 選擇變比較大的電流互感器，減小一次電流倍數(shù)，增大允許二次負(fù)荷。2.電流互感器動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn)（1）動穩(wěn)定度校驗(yàn) （2）熱穩(wěn)定度校驗(yàn) 例53例5-3 按例5-1電氣條件，選擇柜內(nèi)電流互感器。已知電流互感器采用兩相式接線，如圖所示，其中0.5級二次繞組用于測量，接有三相有功電能表和三相無功電能表各一只，每一電流線圈消

11、耗功率0.5VA，電流表一只，消耗功率3VA。電流互感器二次回路采用BV-500-12.5mm2的銅芯塑料線,互感器距儀表的單向長度為2m。解：根據(jù)變壓器10kV額定電流275A，查附錄表7，選變比為400/5 A的LZZBJ9-12型電流互感器， ， ， 。 (1)準(zhǔn)確度校驗(yàn) S2Si+ （ ） =（0.5+0.5+3）+25 2/(532.5)+0.1=7.1510VA 故滿足準(zhǔn)確度要求。 （2） 動穩(wěn)定校驗(yàn)（3） 熱穩(wěn)定度校驗(yàn) 滿足動穩(wěn)定要求。 滿足熱穩(wěn)定要求。 所以選擇LZZBJ9-12 400/5A型電流互感器滿足要求。5.3.2電壓互感器選擇 電壓互感器的選擇如下：1按裝設(shè)點(diǎn)環(huán)境及

12、工作要求選擇電壓互感器型號 2電壓互感器的額定電壓應(yīng)不低于裝設(shè)點(diǎn)線路額定電壓 3按測量、計量儀表對電壓互感器準(zhǔn)確度要求選擇并校驗(yàn)準(zhǔn)確度 計量用電壓互感器準(zhǔn)確度選0.2 0.5級以上，測量用的準(zhǔn)確度選0.51.0 級，保護(hù)用的準(zhǔn)確度為3級。 準(zhǔn)確度校驗(yàn):二次側(cè)負(fù)荷S2應(yīng)不大于電壓互感器二次側(cè)額定容量， 即 S2S2N 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。 例54例5-4 例5-1總降變電所10kV母線配置三只單相三繞組電壓互感器，采用Y0/Y0/ 接法，作母 線電壓、各回路有功電能和無功電能測量及母線絕緣監(jiān)視用。電壓互感器和測量儀表的接線 如圖5-3所示。該母線

13、共有四路出線，每路出線上均裝設(shè)三相有功電能表和三相無功電能表及 功率表各一只，每個電壓線圈消耗的功率為1.5VA，四只電壓表，其中三只分別接于各相，一 只用于測量各線電壓。電壓線圈的負(fù)荷均為4.5VA。若選擇三只JDZJ-10型電壓互感器，試校驗(yàn) 其二次負(fù)荷是否符合其準(zhǔn)確度要求。 解：查附表A-8，選三只JDZJ-10型電壓互感器,電壓比為10000/ ： 100/ :100/3 V, 準(zhǔn)確度0.5級,二次繞組(單相)額定負(fù)荷為50VA。 若不考慮電壓線圈的功率因數(shù)，接于線電壓的負(fù)荷折算成單相負(fù)荷為 B相負(fù)荷為 故二次負(fù)荷滿足準(zhǔn)確度要求。5.4母線、支柱絕緣子和穿墻套管選擇5.4.1母線的選擇

14、母線都用支柱絕緣子固定在開關(guān)柜上，因而無電壓要求，其選擇條件如下： 1.型號選擇 母線的種類有矩形母線和管形母線，母線的材料有銅、鋁。目前變電所的 母線除大電流采用銅母線以外，一般盡量采用鋁母線。變配電所高壓開關(guān)柜 的高壓母線，通常選用硬鋁矩形母線（LMY）。 2.母線截面選擇 (1) 按允許載流量選擇母線截面 Ial Ic 式中，Ial為母線允許的載流量(A)；Ic為匯集到母線上的計算電流(A) (2)對年平均負(fù)荷、傳輸容量較大時，宜按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面 Sec = Ic / j ec 式中，j ec為經(jīng)濟(jì)電流密度，Sec為母線經(jīng)濟(jì)截面。3.硬母線動穩(wěn)定校驗(yàn) al c 式中，al為母線

15、最大允許應(yīng)力(Pa)，硬鋁母線（LMY） al=70Mpa，硬銅母線（TMY） al=140Mpa； c為母線短路時沖 擊電流ish(3)產(chǎn)生的最大計算應(yīng)力。 計算公式為：c = M / W 式中，M為母線通過i sh(3)時受到的彎曲力矩；W為母線截面系數(shù)。 M = Fc(3) l / K 式中，F(xiàn)c(3)為三相短路時中間相受到的最大計算電動力(N)；l為檔距 (m)；K為系數(shù),當(dāng)母線檔數(shù)為12檔時，K=8，當(dāng)母線檔數(shù)為大于2檔 時，K=10。 W = b2h/6 式中，b為母線截面水平寬度(m)；h為母線截面垂直高度(m)。4.母線熱穩(wěn)定校驗(yàn) 式中，I(3)為三相短路穩(wěn)態(tài)電流(A)，tim

16、a為假想時間(s)；C為導(dǎo)體的 熱穩(wěn)定系數(shù)。5.4.2支柱絕緣子的選擇 支柱絕緣子的型號及有關(guān)參數(shù)見表5-5支柱絕緣子應(yīng)按下列條件選擇： （1）按使用場所（戶內(nèi)、戶外）選擇型號； （2）按工作電壓選擇額定電壓； （3）校驗(yàn)動穩(wěn)定 FC(3) K Fal 式中， Fal為支柱絕緣子最大允許機(jī)械破壞負(fù)荷（見表5-5）；按彎曲破壞負(fù)荷計算時，K=0.6，按拉伸破壞負(fù)荷計算時，K=1； FC(3)為短路時沖擊電流作用在絕緣子上的計算力， 母線在絕緣子上平放時，按FC(3) = F（3）計算， 母線豎放時，則FC(3) =1.4 F（3）。5.4.3 穿墻套管的選擇穿墻套管的型號及有關(guān)參數(shù)見表5-6。穿

17、墻套管按下列條件選擇： （1）按使用場所選擇型號； （2）按工作電壓選擇額定電壓； （3）按計算電流選擇額定電流 （4）校驗(yàn)動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 動穩(wěn)定校驗(yàn) Fc 0.6 Fal Fc = K(l1+l2)/a ish (3) 210-7N 式中，F(xiàn)c為三相短路沖擊電流作用于穿墻套管上的計算力（N）；Fal為穿墻套管允許 的最大抗彎破壞負(fù)荷（N）；l1為穿墻 套管與最近一個支柱絕緣子之間的距離（m）， l2為套管本身的長度（m），a為相間距離，K =0.862。 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 式中， 為額定短時耐受電流有效值； 為額定短路持續(xù)時間。例5-5 選擇例5-1總降變電所 10kV室內(nèi)母線，已知鋁母線的經(jīng)濟(jì)電

18、流密度為1.15，假想時間為1.2s，母線水平放置在支柱絕緣子上，型號為ZA-10Y，跨距為1.1m,母線中心距為0.3m，變壓器10KV套管引入配電室穿墻套管型號為CWL-10/600，相間距離為0.22m，與最近一個支柱絕緣子間的距離為1.8m，試選擇母線，校驗(yàn)?zāi)妇€、支柱絕緣子、穿墻套管的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。解:（1）選擇LMY硬鋁母線，其按經(jīng)濟(jì)截面選擇： 查表A-11-2，選擇LMY-505。 （2）母線動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn) 母線動穩(wěn)定校驗(yàn) 三相短路電動力 彎曲力矩按大于2檔計算 （N） 計算應(yīng)力為 (3)支柱絕緣子動穩(wěn)定校驗(yàn)查表5-5支柱絕緣子最大允許的機(jī)械破壞負(fù)荷(彎曲)為3.75kN,

19、KFal=0.63.75103=2250(N) Fc(3)KFal 故支柱絕緣子滿足動穩(wěn)定要求(4)穿墻套管動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn) 動穩(wěn)定度校驗(yàn)： 查表5-5 Fal=7.5kN，l2=0.56m；l1=1.8m，a=0.22m, 按式(5-30) 則: = 0.6 Fal=0.67.5103=4500(N) Fc0.6 Fal 穿墻套管滿足動穩(wěn)定要求 熱穩(wěn)定校驗(yàn):查表5-6，CWL-10/600穿墻套管5s額定短時耐受電流有效值為12kA，根據(jù)（5-31）： 故穿墻套管滿足熱穩(wěn)定要求。 5.5 高壓開關(guān)柜選擇1.選擇開關(guān)柜的型號 一、二級負(fù)荷：應(yīng)選擇金屬封閉戶內(nèi)移開式開關(guān)柜； 三級負(fù)荷：選用金屬

20、封閉戶內(nèi)固定式開關(guān)柜，也可選用金屬封閉戶內(nèi)移開式開關(guān)柜。 2.選擇開關(guān)柜回路方案號 每種型號的開關(guān)柜，其回路方案號有數(shù)十種，用戶可以根據(jù)主接線方案，選擇與主接線方案一致的開關(guān)柜回路方案號，然后選擇柜內(nèi)設(shè)備型號規(guī)格。表5.6 低壓熔斷器選擇1. 低壓熔斷器選擇 （1）根據(jù)工作環(huán)境條件要求選擇熔斷器的型號； （2）熔斷器的額定電壓應(yīng)不低于保護(hù)線路的額定電壓； （3）熔斷器的額定電流應(yīng)不小于其熔體的額定電流，即 2.熔體額定電流的選擇 （1）熔斷器體額定電流INFE應(yīng)不小于線路的計算電流IC，使熔體在線路正常工作時不至熔斷。即： INFE IC （2）熔體額定電流還應(yīng)躲過尖峰電流PK，因此，熔體額定

21、電流應(yīng)滿足下式條件： INFE KIpk 式中，K為小于1的計算系數(shù)，K的取值見表5-7。熔斷器熔斷器表5-7 K系數(shù)的取值范圍線路情況起 動 時 間K值 單臺電動機(jī)3s以下0.250.3538s（重載起動）0.350.58s以上及頻繁起動、反接制動0.50.6多臺電動機(jī)按最大一臺電動機(jī)起動情況0.51Ic與Ipk較接近時1（3）熔斷器應(yīng)考慮與被保護(hù)線路配合，在被保護(hù)線路過負(fù)荷或短路時能 得到可靠的保護(hù)，還應(yīng)滿足下列條件：INFE KOLIal式中， Ial為絕緣導(dǎo)線和電纜最大允許載流量，KOL為絕緣導(dǎo)線和 電纜允許短時過負(fù)荷系數(shù)，當(dāng)熔斷器作短路保護(hù)時，絕緣導(dǎo)線和 電纜的過負(fù)荷系數(shù)取2.5，明

22、敷導(dǎo)線取1.5，當(dāng)熔斷器作為過負(fù)荷保 護(hù)時，各類導(dǎo)線的過負(fù)荷系數(shù)取0.81。 3. 熔斷器的斷流能力校驗(yàn) (1)對限流式熔斷器，只需滿足條件 Ics I(3） (2)對非限流式熔斷器應(yīng)滿足條件 Ics 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(diǎn)的熔斷器 最先熔斷。一般前級熔斷器的熔體電流應(yīng)比后級大23級。 例5-6 有一臺電動機(jī)，UN=380V、PN=17kW，IC=42.3A，屬重載起動，起動電流188A，起動時間為38s。采用BLV型導(dǎo)線穿鋼管敷設(shè)線路，導(dǎo)線截面為10mm2。該電機(jī)采用RT19型熔斷器做短路保護(hù)，線路

23、最大短路電流為21kA。選擇熔斷器及熔體的額定電流，并進(jìn)行校驗(yàn)。解：1選擇熔體及熔斷器額定電流 INFEIc=42.3A INFEKIpk=(0.4188)A=75.2A 根據(jù)上兩式計算結(jié)果查A-10選INFE=80A 熔斷器的額定電流應(yīng)不小于其熔體的額定電流，查A-10選RT19125 型熔斷器，其熔體額定電流為80A，熔斷器額定電流為125A,最大斷流能力 50kA。 2校驗(yàn)熔斷器能力 斷流能力滿足要求。 3導(dǎo)線與熔斷器的配合校驗(yàn)： 熔斷器作短路保護(hù),導(dǎo)線為絕緣銅導(dǎo)線時：KoL=2.5、查附表A-12-2 ， Ial=50A。 INFE=80A 780 A 與保護(hù)線路的配合 Iop(i)=960A4.5Ial=4.5 239A=1075A 滿足要求。2.熱脫扣器的額定電流選擇及動作電流整定 額定電流選擇 查表A-9-1，選取熱脫扣器額定電流160A。 動作電流整定查表A-9-1，選擇0.9倍整定倍數(shù)，其動作電流整定為 IOP(TR)=160A0.9=144A137.5