第五章电气设备选择

•按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。6.电气设备选择的一般原则•6.3.1.1按正常工作条件选择电气设备•1．电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。•2．电气设备的额定电流电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。•3.选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。•6.3.1.2按短路情况进行校验•1．短路热稳定校验•当系统发生短路，有短路电流通过电气设备时，导体和电器各部件温度(或热量)不应超过允许值，即满足热稳定的条件••式中：I∞—短路电流的稳态值；•tima—短路电流的假想时间；•It—设备在t秒内允许通过的短时热稳定电流；•t—设备的热稳定时间。tItItima22•2．短路动稳定校验•当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超过设备的允许应力，即满足动稳定的条件•或•式中：ish，Ish——短路电流的冲击值和冲击有效值•imax，Imax——设备允许的通过的极限电流峰值和有效值。maxiishmaxIIsh•3．开关设备断流能力校验•对要求能开断短路电流的开关设备，如断路器、熔断器，其断流容量不小于安装处的最大三相短路容量，即：•或••式中：，—三相最大短路电流与最大短路容量；•，—断路器的开断电流与开断容量。max·kOFFSS）（3max·kOFFII）（3max·kImax·kSOFFIOFFS•6.3.1.3常用电气设备的选择及校验项目•供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同，选择及校验的项目也有所不同，常用高低压设备选择校验项目如下：设备名称选择项目校验项目额定电压(kV)额定电流(A)装置类型(户内/户外)准确度级短路电流开断能力(kA)二次容量热稳定动稳定高压断路器√√√√√√高压负荷开关√√√√√√高压隔离开关√√√√√高压熔断器√√√√电流互感器√√√√√√√电压互感器√√√√母线√√√√电缆√√√支柱绝缘子√√√穿墙套管√√√√√设备名称额定电压(V)额定电流(A)短路电流开断能力(kA)热稳定动稳定低压断路器√√（√）（√）√低压负荷开关√√（√）（√）√低压刀开关√√（√）（√）√低压熔断器√√√返回6.3.2高压开关设备的选择•高压断路器、负荷开关、隔离开关和熔断器的选择条件基本相同，除了按电压、电流、装置类型选择，校验热、动稳定性外，对高压断路器、负荷开关和熔断器还应校验其开断能力。•6.3.2.1高压断路器的选择•1.断路器的种类和类型•高压断路器应根据设备安装的条件，环境等来选择断路器的类型和种类。常用的断路器类型主要有少油断路器、真空断路器、SF6断路器，由于真空断路器、SF6断路器技术特性比较好，少油断路器已经逐渐被它们代替。•2.开断电流选择•高压断路器运行时应可以开断短路电流，所以断路器的额定开断电流应不小于短路电流周期分量的有效值，实际计算中我们一般根据次暂态电流来进行选择，即：•≥•或≥•式中：，——短路电流与短路容量的次暂态值；•，——断路器的开断电流与开断容量。OFFIIOFFSSISOFFIOFFS•3.短路关合电流的选择•为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流需满足：••式中：—断路器的额定关合电流（kA）。shmciimci•6.3.2.2高压隔离开关的选择•例试选择如图所示变压器10.5kV侧高压断路器QF和高压隔离开关QS。已知图中K点短路时I’’=I∞=4.8kA,继电保护动作时间tp=1S。拟采用快速开断的高压断路器，其固有分闸的时间ttr=0.1S,采用弹簧操作机构。•断路器及隔离开关的选择结果计算数据ZN12-10I型断路器GN6-10型隔离开关工作电压10kV最大工作电流439.9A短路电流4.8kA短路电流冲击电流12.24kA热稳定性校验I∞2timar=4.82×1.1=25.34A2s额定电压UN=10kV额定电流IN=630A额定开断电流IOFF=25kA极限过电流峰值imax=80kA热稳定值It2t=252×3=1875A2sUN=10kVIN=630A----imax=50kAIt2t=142×5=980A2s•6.3.2.3高压熔断器的选择•1．额定电压选择•对于—般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于充填石英砂具有限流作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中，因为这种类型的熔断器能在电流达最大值之前就将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。•2．熔断器熔体额定电流选择：•熔断器额定电流应大于或等于所装熔体额定电流，即••式中：——熔断器额定电流（A）;•——熔体额定电流（A）。FENFUNII··FUNI·FENI·•选择时还应必须满足以下几个条件：•（1）正常工作时熔断器的熔体不应熔断，要求熔体额定电流大于或等于通过熔体的最大工作电流。•（2）在电动机启动时，熔断器的熔体在尖峰电流的作用下不应熔断。••（3）对于6~10kV变压器，凡容量在1000kVA及以下者，可采用熔断器作为变压器的短路及过载保护，其熔体额定电流可取为变压器一次侧额定电流的1.4～2倍。•（4）低压网络中用熔断器作为保护时，为了保证熔断器保护动作的选择性，一般要求上级熔断器的熔体额定电流比下级熔断器的熔体额定电流大两级以上。•（5）应保证线路在过载或短路时，熔断器熔体未熔断前，导线或电缆不至于过热而损坏。•3．熔断器极限熔断电流或极限熔断容量的校验•（1）对有限流作用的熔断器，由于它们会在短路电流到达冲击值之前熔断，因此可按下式校验断流能力：•≥•或≥•式中：、——熔断器极限熔断电流和容量；•、——熔断器安装处三相短路次暂态有效值和短路容量；OFFIIOFFSSOFFIOFFSIS•（2）对无限流作用的熔断器，由于它们会在短路电流到达冲击值之后时熔断，因此可按下式校验断流能力•≥•≥••式中：、—熔断器安装处三相短路冲击电流有效值和短路容量；OFFIshIOFFSshSshIshS•（3）对有断流容量上、下限值的熔断器，其断流容量的上限值按式(6.2.11)进行校验；其断流容量的下限值，在小电流接地系统中按下式校验：•≤•或≤•式中：、—熔断器的断流电流和容量的下限值；•、—最小运行方式下熔断器所保护线路末端两相短路电流的有效值和容量。min·OFFI）（2min·kImin·OFFS）（2min·kSmin·OFFImin·OFFS）（2min·kI）（2min·kS•4．熔断器保护灵敏度的校验•为了保证熔断器在其保护范围内发生短路故障时能可靠地熔断，因此要求满足：•≥(4～7)••式中：——熔断器保护范围末端短路故障时流过熔断器最小短路电流。min·kIE·FNImin·kI返回6.3.3低压开关电器选择•6.3.3.1低压断路器的选择•1.低压断路器的种类和类型•按用途常分为：•①配电用断路器；•②电动机保护用断路器;•③照明用断路器;•④漏电保护用断路器。•按结构型式分有塑壳式和框架式两大类。•2.低压断路器脱扣电流的整定•（1)低压断路器过流脱扣器额定电流的选择•过流脱扣器额定电流应大于或等于线路的计算电流，即：••式中：—过流脱扣器额定电流；•—线路的计算电流。R·ONIcaIR·ONIcaI•（2）瞬时和短延时脱扣器的动作电流的整定•瞬时和短延时脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流•—瞬时和短延时脱扣器的动作电流整定值；•—线路的尖峰电流；•—可靠系数。pkrelsopIKI·sopI·pkIrelK•（3）长延时脱扣器的动作电流的整定•长延时脱扣器的动作电流应大于或等于线路的计算电流••式中：—长延时脱扣器的动作电流整定值；•—可靠系数，取1.1。carellopIKI·lopI·relK•（4）过电流脱扣器与导线允许电流的配合•过电流脱扣器的整定电流与导线或电缆的允许电流（修正值）应按下式配合：•式中：—导线或电缆的允许载流量；•—导线或电缆允许短时过负荷系数alOLsopIKI·alIOLK•3.低压断路器保护灵敏度和断流能力的校验•（1）低压断路器保护灵敏度校验•≥1.5～2••≥1.5～2•式中：,—在最小运行方式下线路末端发生两相或单相短路时的短路电流；•—两相短路时的灵敏度,一般取2;•—单相短路时的灵敏度,对于框架开关一般取2,对于塑壳开关一般取1.5。sopkSIIK·)2(min·)2(sopkSIIK·)1(min·)1()2(min·kI)1(min·kI)2(SK)1(SK•（2）低压断路器断流能力的校验•对于动作时间在0.02S以上的框架断路器，其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路电流的周期分量有效值：•式中：—框架断路器其极限分断电流；•—三相短路电流的周期分量有效值。)3(kOFFIIOFFI)3(kI•对于动作时间在0.02S以下的塑壳断路器，其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路电流冲击值。••或•式中：、—塑壳断路器极限分断电流峰值、效值；•、—三相短路电流冲击值、冲击有效值。shOFFIIshOFFiiOFFiOFFIshishI•6.3.3.2低压刀开关的选择•低压刀开关选择和校验选择时还应注考虑到以下几点：•（1）极数和类型•（2）开断能力。返回6.3.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择•6.3.4.1母线的选择•1．母线材料和类型选择•母线的材料有铜和铝。•母线的截面形状有矩形、槽形和管型。•三相母线有水平布置和垂直布置两种布置方式，有立放和平放放置方式。•2．母线截面的选择•（1）一般汇流母线按长期允许发热条件选择截面•式中：—母线允许载流量（A）；•—通过母线的计算电流（A）。caalIIalIcaI•（2）当母线较长或传输容量较大时，按经济电流密度选择母线截面•式中：—经济截面（mm2）；•—通过母线的计算电流（A）；•—经济电流密度（A/mm2）。eccaecJIS/ecScaIecJ•3．母线热稳定性校验•当系统发生短路时，母线上最高温度不应超过母线短时允许最高温度。•••式中：，—母线截面积及最小允许截面(mm2)；•—热稳定系数。•—短路电流的假想时间(S)；•—短路电流的稳态值(A)。imatCISSminSminSCimatI•4．母线动稳定校验•当短路冲击电流通过母线时，母线将承受很大电动力。要求每跨母线中产生的最大应力计算值不大于母线材料允许的抗弯应力即：•式中：—短路时每跨母线中的最大计算应力(帕斯卡Pa);•—母线允许抗弯应力(Pa)。alcacaal•根据材料力学的原理，母线在弯曲时最大相间计算应力为••式中：W—母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，又称抗弯矩(m3)。与母线截面形状，布置方式有关。•M—最大弯矩（Nm）。WMca•当母线只有两段跨距时，最大弯矩M为••当母线跨距数目在两个以上时,最大弯矩M为•式中：F—一跨距长度母线所受电动力(N)；•l—母线跨距长度(m)。8FlM10FlM•校验母线动稳定时，也可根据母线允许应力计算出最大允许跨距，与实际跨距值比较，即要求：••式中：F1—单位长度母线上所受电动力(N/m)。1max10FWllal•校验时，如果不满足要求，则必须采取措施以减小母线计算应力，具体方法有：•①降低短路电流，但须增加电抗器；•②增大母线相间距离，但须增加配电装置尺寸；•③增大母线截面，但须增加投资；•④减小母线跨距尺寸，但须增加绝缘子；•⑤将立放的母线改为平放，但散热效果变差。•6.3.4.2支柱绝缘子与穿墙套管的选择•支柱绝缘子与穿墙套管的选择方法分别为：•（1）对支柱绝缘子，按额定电压条件选择，校验短路时动稳定性。•（2）穿墙套管按额定电压和额定电流条件选择，校验短路时热稳定性和动稳定性。•（3）母线型穿墙套管不需按额定电流条件选择，只需保证套管与母