5-电气设备的选择

第5章电气设备的选择电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。本章对常用的高、低压电器即高压断路器、高压隔离开关、仪用互感器、母线、绝缘子、高低压熔断器及成套配电装置（高压开关柜）等分别介绍了其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。5.1电气设备选择的一般原则供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择除了满足正常工作条件下安全可靠运行，还应满足在短路故障条件下不损坏，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。电气设备的选择应根据以下原则：1．按工作环境及正常工作条件选择电气设备（1）根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号。（2）按工作电压选择电气设备的额定电压电气设备的额定电压UN应不低于其所在线路的额定电压UW•N，即：UN≥UW·N（5-1）例如在10kV线路中，应选择额定电压为10kV的电气设备，380V系统中应选择额定电压为380V（0.4kV）或500V的电气设备。（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax（或计算电流IC），即：IN≥Imax或IN≥Ic（5-2）2．按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定为了保证电气设备在短路故障时不致损坏，就必须按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用下，电气设备不致损坏。热稳定是指电气设备载流导体在最大稳态短路电流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。3．开关电器断流能力校验断路器和熔断器等电气设备担负着切断短路电流的任务，通过最大短路电流时必须可靠切断，因此开关电器还必须校验断流能力。对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量。5.2高压开关电器的选择高压开关电器主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关。高压电气设备的选择和校验项目如表5-1所示。高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关具体选择如下：1．根据使用环境和安装条件选择设备的型号2．按正常条件选择设备的额定电压和额定电流按式（5-1）和（5-2）分别选择额定电压和额定电流。3．动稳定校验maxi≥3shi或maxI≥3shI（5-3）式中，imax为电气设备的极限通过电流峰值；Imax为电气设备的极限通过电流有效值。4．热稳定校验tIt2≥imatI23（5-4）式中，It为电气设备的热稳定电流；t为热稳定时间。5．开关电器断流能力校验对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力。开关电气设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量，即：Soc≥Sk·max或ocI≥3maxkI（5-5）式中，Ioc、Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。表5-1高压电气设备选择和校验项目注：表中“√”表示必须校验，“—”表示不要校验。5.2.1高压断路器选择高压断路器是供电系统中最重要的设备之一。由于成套配电装置应用普遍，断路器大多选择户内型的，如果是户外式变电所，则应选择户外型断路器。高压断路器一般选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器。具体选择方法如前述。例5-1试选择某35KV变电所主变次总高压开关柜的高压断路器，已知变压器35/10.5kV,5000KVA,三相最大短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54kA，三相短路容量为60.9MVA，继电保护动作时间为1.1s。解：因为户内型，故选择户内少油断路器。根据变压器二次侧额定电流选择断路器的额定电流。AUSINNN2755.103500032电气设备名称额定电压/kV额定电流/A短路电流校验动稳定度热稳定度断流能力/kA高压断路器√√√√√高压隔离开关√√√√－高压负荷开关√√√√√高压熔断器√√－－√电流互感器√√√√－电压互感器√－－－－支柱绝缘子√－√－－套管绝缘子√√√√－母线（硬）－√√－－电缆√√－√－查附录表4，选择SN10-10I/630型少油断路器，其有关技术参数及安装地点电气条件和计算选择结果列于表5-2，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。表5-2例5-1高压断路器选择校验表序号SW10-10I/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据1UN10kV≥UW·N10kV合格2IN630A≥IC275A合格3IOC16kA≥Ik（3）3.35kA合格4imax40kA≥ish(3)8.54kA合格5It2×t162×4=1024SkA2≥I∞2×tima3.352×(1.1+0.1)=13.5SkA2合格5.2.2高压隔离开关选择由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。成套开关柜生产厂商一般都提供的开关柜方案号及柜内设备型号供用户选择，用户也可以自己指定设备型号。开关柜柜内高压隔离开关有的带接地刀,有的不带接地刀。表5-3例5-2高压隔离开关选择校验表序号GN68-10T/600选择要求安装地点电气条件结论项目数据项目计算数据1UN10kV≥UW·N10kV合格2IN600A≥Ic275A合格3maxi52kA≥ish(3)8.54kA合格4It2×t202×5=2000SkA2≥I∞2×tima3.352×(1.1+0.1)=13.5SkA2合格例5-2按例5-1所给的电气条件，选择柜内高压隔离开关。解：由于10kV出线控制采用成套开关柜，选择GN68-10T/600高压隔离开关。选择计算结果列于表5-3。5.2.3高压熔断器的选择高压熔断器有户内和户外型两种，熔断器额定电压一般不超过35kV。熔断器没有触头，而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验断流能力。高压熔断器在选择时，要注意以下几点：⑴户内型熔断器主要有RN1型和RN2型，RN1型用于线路和变压器的短路保护，而RN2型用于电压互感器保护。⑵RN型熔断器的额定电压应与线路额定电压相同，不得降低电压使用。⑶户外型跌落式熔断器需校验断流能力上下限值，应使被保护线路的三相短路的冲击电流小于其上限值，而两相短路电流大于其下限值。⑷高压熔断器除了选择熔断器额定电流，还要选择熔体额定电流。1.保护线路的熔断器的选择(1)熔断器的额定电压UN·FU应等于线路的额定电压UNUN·FU=UN（5-6）(2)熔体额定电流IN·FE不小于线路计算电流Ic，即IN·FE≥Ic（5-7）(3)熔断器额定电流IN·FU不小于熔体的额定电流IN·FE。IN·FU≥IN·FE（5-8）(4)熔断器断流能力校验①对限流式熔断器（如RN1型）其断流能力Ioc应满足ocI≥3I（5-9）式中，3I为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流的有效值，无限大容量系统中3I=3I，因为限流式熔断器开断的短路电流是3I。②对非限流式熔断器（如RW4型等）可能开断的短路电流是短路冲击电流，其断流能力应不小于三相短路冲击电流有效值3shI。ocI≥3shI（5-10）对断流能力有下限值的熔断器还应满足minocI≤2kI（5-11）式中，Ioc·min为熔断器分断电流下限值；2kI为线路末端两相短路电流。2.保护电力变压器（高压侧）的熔断器熔体额定电流的选择考虑到变压器的正常过负荷能力（20%左右）、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足：IN·FE=（1.5～2.0）I1N·T（5-12）式中，IN·FE为熔断器熔体额定电流；I1N·T为变压器一次绕组额定电流。3.保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择因为电压互感器二次侧电流很小，故选择RN2型专用熔断器作电压互感器短路保护，其熔体额定电流为0.5A。5.3互感器的选择5.3.1电流互感器选择高压电流互感器二次侧线圈一般有一至数个不等,其中一个二次线圈用于测量,其他二次线圈用于保护。电流互感器的主要性能如下：(1)准确级电流互感器测量线圈的准确级设为0.1、0.2、0.5、1、3、5六个级别（数值越小越精确），保护用的互感器或线圈的准确级一般为５Ｐ级和10Ｐ级两种。准确级的含义是：在额定频率下，二次负荷为额定负荷的25％～100％之间，功率因数为0.8时，各准确级的电流误差和相位误差不超过规定的限值。在上述条件下，0.1级，其电流误差为0.1％，保护用电流互感器5Ｐ、10Ｐ级的电流误差分别为１％和３％，其复合误差分别为5％和10％。(2)线圈铁芯特性测量用的电流互感器的铁芯在一次电路短路时易于饱和,以限制二次电流的增长倍数，保护仪表。保护用的电流互感器铁芯则在一次电流短路时不应饱和，二次电流与一次电流成比例增长，以保证灵敏度要求。(3)变流比与二次额定负荷电流互感器的一次额定电流有多种规格可供用户选择。电流互感器的每个二次绕组都规定了额定负荷，二次绕组回路所带负荷不应超过额定负荷值，否则会影响精确度。电流互感器的选择与校验主要有以下几方面：1．1．电流互感器型号的选择根据安装地点和工作要求选择电流互感器的型号。2．2．电流互感器额定电压的选择电流互感器额定电压应不低于装设点线路额定电压。3.电流互感器变比选择电流互感器一次侧额定电流有20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、2000（A）等多种规格，二次侧额定电流均为5A。一般情况下，计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流I1N不小于线路中的计算电流Ic。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。4.电流互感器准确度选择及校验准确度选择的原则：计量用的电流互感器的准确度选0.2～0.5级，测量用的电流互感器的准确度选1.0～3.0级。为了保证准确度误差不超过规定值，互感器二次侧负荷S2应不大于二次侧额定负荷NS2，所选准确度才能得到保证。准确度校验公式为：NSS22（5-13）二次回路的负荷S2取决于二次回路的阻抗Z2的值，即：S2=22NI|Z2|≈22NI（∑|Zi|+touWLRR）或S2≈∑Si+22NI（touWLRR）（5-14）式中，Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷(VA)和阻抗(Ω)；touR为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0.1Ω；WLR为二次回路导线电阻，计算公式为：SLRCWL（5-15）式中，γ为导线的导电率，铜线γ=53m/（Ω·mm2），铝线γ=32m/（Ω·mm2）；S为导线截面（mm2）；Lc为导线的计算长度（m）。设互感器到仪表单向长度为l1，则：一相式接线形接线两相星形接线11123lVllLc（5-16）保护用互感器的准确度选10P级，其复合误差限值为10%。为了正确反映一次侧短路电流的大小，二次电流与一次电流成线性关系，也需要校验二次负荷。为保证在短路时互感器变比误差不超过10%，一般生产厂家都提供一次侧电流对其额定电流的倍数（I1/I1N）与最大允许的二次负荷阻抗的关系曲线，简称10%误差曲线，如图5-1所示。通常是按电流互感器接入位置的最大三相短路电流来确定I1/I1N值，从相应互感器的10％曲线中找出横坐标上允许的二次阻抗Z2。al，使接入二次侧的总阻抗Z2不超过Z2。al，则互感器的电流误差保证在10％以内。电流互感器10%误差曲线校验步骤如下：（1）按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数；（2）根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数，在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷；（3）按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型，计算电流互感器的实际二次负荷；（4）比较实际二次负荷与允许二次负荷。如实际二次