第十章电气设备的选择1

第十章电气设备的选择南京师范大学电气工程系供配电系统第十章电气设备的选择第一节电气设备选择的一般原则第二节高压开关设备的选择第三节低压开关电器选择第四节母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择第五节互感器的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。第一节电气设备选择的一般原则按正常工作条件选择,按短路条件校验一、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.电气设备的型号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。w.maxNUUw.maxNII二、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不应超过短时发热允许温度，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。22imatItIt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ish，Ish—短路电流的冲击值和冲击有效值imax，Imax—设备允许通过的极限电流峰值和有效值maxshii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，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3·maxOFFkII（））（3max·kImax·kSOFFIOFFS三、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：表10-1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√√√√√表10-2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√√√第二节高压开关电器的选择高压断路器、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。一、高压断路器的选择按正常工作条件选择1.断路器的额定电压2.断路器的额定电流3.断路器的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。真空断路器:3—35kV额定电压SF6断路器:35kV及以上额定电压w.maxNUUw.maxNII按短路条件校验1．短路热稳定校验2．短路动稳定校验见p.248附录表2322imatItItmaxshii3.开断电流校验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≥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OFFIOFFS4.短路关合电流校验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：—断路器的额定关合电流shmciimci二、高压隔离开关的选择按正常工作条件选择1.额定电压2.额定电流3.类型选择按短路条件校验1．短路热稳定校验2．短路动稳定校验w.maxNUU22imatItItmaxshiiw.maxNUUw.maxNII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top=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。1.按正常工作条件选择变压器额定电流查附表23选10kV断路器ZN12-10Ial=1250439.9A2.按短路条件校验8000439.9A3310.5NcaNSIU22224.8(10.1)254imatItItmax2.554.863kAshii''254.8kAOFFII断路器及隔离开关的选择结果计算数据ZN12-10型断路器GN6-10隔离开关工作电压10kV最大工作电流439.9A短路电流4.8kA短路冲击电流12.24kA热稳定性校验I∞2timar=4.82×1.1=25.34kA2s额定电压UN=10kV额定电流IN=1250A开断电流IOFF=25kA动稳定电流imax=63kA热稳定值It2t=252×4=2500kA2s额定电压UN=10kV额定电流IN=600A----极限通过电流峰值imax=52kA热稳定It2t=202×5=2000kA2s三、高压负荷开关的选择接通和切断正常的负荷电流或规定范围内的过负荷电流不能切断短路电流附表25:高压负荷开关技术数据额定电压、额定电流、极限通过电流、热稳定电流最大开断电流、闭合电流峰值第三节低压开关电器选择一、低压断路器的选择（一）低压断路器的种类和类型按用途分为：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。按结构型式分为：①框架式；②塑壳式。过载保护、短路保护、欠压保护、失压保护长延时、短延时、瞬时保护（二）低压断路器脱扣电流的整定断路器额定电流的选择（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脱扣器的动作电流的整定（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1.3～1.35(top0.02s)1.7～2.0(top0.02s)·opsrelpkIKIsopI·pkIrelK短延时脱扣器的动作时间：0.2,0.4,0.6s（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。长延时脱扣器动作时间：大于过负荷持续时间反时限特性·oplrelcaIKI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瞬时和短延时脱扣器=4.5长延时脱扣器=1·opsOLalIKIalIOLKOLKOLK3.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≥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以上的框架式断路器，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：—框架式断路器的极限分断电流；—三相短路电流周期分量有效值。)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、—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（四）低压断路器与低压断路器或熔断器之间的选择性配合1.低压断路器与低压断路器之间的选择性配合动作时间的配合：上一级低压断路器比下一级低压断路器的动作时间大一个时限动作电流的配合：2.低压断路器与熔断器之间的选择性配合通过保护特性曲线来校验..1.2opAopBII例10-2(1)选择低压断路器型号和额定电流查p251附录表27,选MW-06低压断路器断路器壳架等级额定电流过电流脱扣器额定电流630380NcaIAIA.630380NORcaIAIA(2)脱扣器动作电流的整定瞬时过电流脱扣器的动作电流选择瞬时脱扣电流整定倍数为3倍(3)校验断流能力(4)校验过电流脱扣器与导线的配合(3)3513.8OFFkIkAIkA.18904.54562052opsIAA.36301890opsIA..(1)6100(380100)880pkstMNMnIIIA.1.38801144AopsrelpkIKI1断路器的额定电流参数国标《低压开关设备和控制设备低压断路器》GBl4048.2—94(等效采用IEC947—2)对断路器的额定电流使用两个概念，断路器的额定电流In和断路器壳架等级额定电流Inm，并给出如下定义：——断路器的额定电流In，是指脱扣器能长期通过的电流，也就是脱扣器额定电流。对带可调式脱扣器的断路器则为脱扣器可长期通过的最大电流。——断路器壳架等级额定电流Inm，用基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流表示。“断路器壳架等级额定电流”是标明断路器的框架通流能力的参数，主要由主触头的通流能力决定，它也决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。2过电流脱扣器的电流参数过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路(电磁)脱扣器，并有长延时、短延时、瞬时之分。过电流脱扣器其动作电流整定值可以是固定的或是可调的。而电子式过流脱扣器通常总是可调的。——脱扣器额定电流In，指脱扣器能长期通过的最大电流。——长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir，固定式脱扣器其Ir=In，可调式脱扣器其Ir为脱扣器额定电流In的倍数，如Ir=0.4～1×In。——短延时电磁脱扣器动作电流整定值Im，为过载脱扣器动作电流整定值Ir的倍数，倍数固定或可调，如Im=2～10×Ir。——瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′，为脱扣器额定电流In的倍数，倍数固定或可调，如Im′=1.5～11×In。小型断路器MCB(MiniatureCircuitBreaker)对于将塑壳和过电流脱扣器加工为一体的小型断路器MCB而言，一般产品资料中只提供“断路器额定电流”一个值，此参数具有断路器壳架等级额定电流Inm、脱扣器额定电流In、长延时过载脱器动作电流整定值Ir三重含义，也即Inm=In=Ir，而瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im′一般为固定值。因此在选择小型断路器时，只需给出一个电流值即可。塑壳式断路器MCCB(MouldedCaseCircult—Breaker)当断路器配装固定式的过流脱扣器时，脱扣器额定电流In和长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir相同，即In=Ir。此时需要标定两个电流值，断路器壳架等级额定电流Inm、脱扣器额定电流In(或长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir)。瞬时脱扣器动作电流整定值Im′为固定值，一般不需标明。当断路器配装可调模块式的过流脱扣器时，脱扣器的各个电流均需明确标定，首先标明断路器壳架等级额定电流Inm，然后标明所选择的脱扣器型号和脱扣器的各个电流整定值。例如当选择MerlinGerin公司的CompactNS系列断路器时，需给出如下完整参数。NSl00H型，Inm=100A，配STR22SE—40A型电子脱扣器，In=40A，Ir=0.8In(32A)，Im=5Ir(160A)，Im′≤1