低压电气设备选择与保护.

1低压电器设备选择与设备保护主讲人：罗勇存24.1短路电流•(1)概述•本节所示的短路电流，使电压在1KV及以下网络的短路电流，1KV及以下网络的短路电流计算，是供校验低压电器的分段能力和热稳定电动机起动时电压波动计算时用的，还有1个重要作用是用于继电保护整定。•短路电流有三相短路电流、两相短路电流和单相短路电流。•a．短路电流的定义•短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之间，发生一起阻抗极小的故障而引起的过电流。322XRZt223XRUZtUIsc4•b．三相短路5•c．两相短路6•d．单相短路•相对中性线故障7•相对地故障8•(2)短路电流的计算方法•短路电流有三相短路电流，两相短路电流和单相短路电流。其计算方法如下：•（A）三相短路电流周期分量计算•三相短路电流周期分量按下式计算•（4-1）•式中，——三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA；•U——低压网络平均额定线电压，V，可取400V；•Z∑——每相总阻抗，mΩ；•R∑——每相总电阻，mΩ；•X∑——每相总电抗，mΩ。2233XRUZUIZZI9•低压电网一般以三相短路电流为最大，与中性点是否接地无关。如在一相和两相上有电流互感器。而使短路电流不对称时，仍可按上式计算，但式中的R∑和X∑采用没有电流互感器的那一相的总阻抗。10•（B）不对称短路电流周期分量的计算•a.两相短路•由于低压网络距发电机的电气距离很远，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，在实用计算中，可以假定Z2≈Z1,这样可直接由三相短路电流求得，按下式算出•（4-2）•式中，——两相短路电流周期分量第一周期有效值，kA•——三相短路电流周期分量分一周期有效值，kA)3()2(87.0ZZII)2(ZI)3(ZI11•b.单相短路•单相短路电流计算可以用两种方法计算•对称分量法计算•（4-3）•式中，——单相短路电流周期分量第一周期有效值，KA；•Ux——低压网络平均额定相电压，V，可取230V；•R1∑——短路电流正序总电阻，mΩ；•R2∑——短路电流负序总电阻，mΩ；•R0∑——短路电流零序总电阻，mΩ；•X1∑——短路电流正序总电抗，mΩ；•X2∑——短路电流负序总电抗，mΩ；•X0∑——短路电流零序总电抗，mΩ。20212021)1(33XXXRRRUxIZ)1(ZI12•相-零回路电流法计算•（4-4）•式中，、Ux——意义同式4-3•R∑——短路电路相-零回路总电阻，mΩ；•X∑——短路电路相-零回路总电抗，mΩ；22)1(XRUxIZ)1(ZI32301021RRRRRR32301021XXXXXX13•（C）短路冲击电流值•电源系统供给短路冲击电流值，按下式计算，•（4-5）•式中，——三相短路冲击电流（即三相短路电流第一周期全电流峰值），kA；•——三相短路电流冲击系数，可据X∑/R∑的比值从图4-1查得；•——三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA。2ZchchxIKichxichKZI14图4-1曲线1.001.101.201.301.401.501.601.701.80012345678910KchRXfKch15•电动机反馈冲击电流值，按下式计算•(4-6)•式中，——电动机反馈三相短路冲击电流值，kA;•——电动机短路冲击系数，一般为0.80~1.28；简化计算可取1；•——电动机额定电流，kA。edchdchdIKi5.6chdichdKedI16•晶闸管装置反馈冲击电流值，按下式计算•（4-7）•式中，——晶闸管装置反馈三相短路冲击电流值，kA;•Pe∑——晶闸管供电直流电动机总容量，kW;•U——低压网络平均额定线电压，V;一般为400V。UPiechG3chGi17•总的短路冲击电流值•（4-8）•式中，——总的短路冲击电流值，kA;•、、——意义同式4-54-7。•短路点远处（即非直接联接短路点的电动机、晶闸管装置；或非配电母线及其直接联接低压配电屏屏内短路）的电动机、晶闸管装置的反馈的、短路冲击电流值可以忽略不计。chGchdchxchiiiichichxichdichGi18•（D）短路全电流的最大有效值•电源系统供给的：•当Kch1.3时，可按下式计算•（4-9）•当Kch≤1.3时，可按下式计算•(4-10)•式中Ichx——三相短路电流电源系统第一周期全电流有效值，kA；•I”z——三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA;•Kch——三相短路电流冲击系数，可从图4-1查得；•Ta——三相短路电流非周期分量衰减时间常数，S；•（4-11）•式中，X∑——短路总电抗，mΩ；•R∑——短路总电阻，mΩ。2)1(21chZchxKII02.01aZchxTIIRXTa31419•短路点近处连接的电动机，晶管闸装置反馈的、全电流最大有效值。•电动机反馈的（4-12）•式中，Keh、Ied——意义同式4-6•晶闸管装置反馈的（4-13）•式中，Keh、Ied——意义同式4-6•总的短路全电流的最大有效值为•（4-14）chdIchGIedchdchdIKI9.3edchdchGIKI3chGchdchxchIIII20•（3）校验断路器的分断能力•断路器的额定通断能力应大于或等于线路中最大短路电流（有效值）。•1)在0.02s以上动作的断路器（如DW型）•Ik∑d≥Id•式中，Id——线路的短路电流周期分量有效值，A；•Ik∑d——断路器的分断电流（周期分量有效值），A；212)在0.02s以下动作的断路器（如DZ型）•Ik∑d≥Ic•式中，Ic——短路开始第一周期内的全电流有效值，A；•Ik∑d——断路器的分断电流（冲击电流有效值），如制造厂提供的分段电流为峰值时，可按峰值校验。•断路器分段能力的有效值与峰值的关系可按参照表4-1换算。22•表4-1断路器分断能力的有效值与峰值的关系•注：cosφ为功率因数；Ta为时间常数。•各种不同容量的变压器低压侧发生三相短路时，其各种短路电流值的计算见第4章。表4-2，列出断路器的分断能力与相应的变压器短路电流的有关数据，供参考。cosφsinφtgφTa(s)冲击系数峰值电流/周期分量有效值0.90.4350.4830.001541.00151.420.80.60.750.00241.0151.4420.70.7141.020.003251.0461.4750.60.81.330.004251.0951.550.50.8661.7320.00551.1641.6550.40.9172.30.00731.2541.780.350.9352.680.00851.3081.850.30.9553.180.01011.3671.940.250.9683.870.01231.4432.040.20.9754.870.01551.5242.1623•根据断路器标准，确定新系列断路器分断能力的条件是：1.变压器容量不超过2000kVA,单台运行，短路阻抗按4%考虑;(注1)2.变压器的6(10)kVc侧短路容量按150~200MVA考虑，如为直接变压（即35/0.4kV），35kV侧的短路容量按650~750MVA考虑；3.在变压器低压出线端3m母线处发生三相金属性短路；4.短路时，低压电动机的反馈电流按变压器额定电流的4倍考虑（注2）•在检验通断能力时不要忽略，配电回路的功率因素必须大于或等于该断路器的规定值。24•当断路器的分断能力不够时，可考虑采取以下措施：（1）对于一般配电线路，可将断路器改用或串用分断能力达的熔断器（其分断能力50~120kA，可适应1600kVA或更大容量的变压器）。（2）采用限流式断路器，600A限流式断路器能分断2000kVA以下变压器的短路电流。（3）对于特别重要的线路，如果要求在故障排除后能立即恢复送电，则断路器的分断能力必须要大于短路电流，此时可更换大容量的断路器，即选用断路器的额定电流大一级的断路器，而按线路计算电流选定过电流脱扣器的额定电流；如果还不能满足需要，则采用牺牲选择性的级联保护方案，参见下册29.1.2.4中有关内容，必须指出，这些都是迫不得已的做法，应慎重决定。25•表4-26(10)kV侧短路容量200MVA时,新系列断路器的分断能力与相应的变压器短路电流断路器变压器短路电流周期分量有效值额定电流（A）分断能力（A）额定容量（kVA）短路电压（Ud%）额定电流（A）变压器（A）电动机反馈电流（A）合计（A）675010100020150030200020431720124844502500304461080184126410010000506344769617902250304384209426342001500010012544152190356044406067604166520040020000160200250444243304380567070308740972121615206642824610260600（630）25000315400444806101090013700192024401282016140（800）1000（1250）30000（50000）5006304476096017000210003040384020040248401500（1600）40000（50000）80010004．54．5122015202350028800488060802838034880（2000）250050000（90000）12504．51900352007600428003150（3200）16004．52432435009728532284000（5000）70000（100000）20004304066880121607904026•注：1：表4-2中的短路电流是按变压器短路电压，4%和高压侧短路容量为200MVA时计算出来的。变压器的短路电压大，短路电流小，变压器的短路损耗小，电阻小，电抗大，也引起短路电流变化。另外高压侧短路容量大，短路电流大，所以表4-2的短路中流值仅供参考。•2：低压配电设计规范（GB50054-95）第2.1.2条，验算电器在短路条件下的通断能力，应采用安装处预期短路电流周期分量的有效值，当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入，电动机反馈电流的影响。4.2低压电器设备选择•低压电器设备选用原则：•一般用途的低压电器（称为基本系列）的使用环境条件为：•（1）海拔高度不超过2000m；•（2）周围空气温度为-10℃～+40℃（户外型-25℃～+40℃，但电子式电器在仍为-10℃）；•（3）最湿月的平均最大相对湿度90%（该月平均最低温度为25℃）；•（4）对安装方位有规定的或动作性能要受重力影响的电器，其安装倾斜度不大于5°；•（5）无显著摇动和冲击振动的场合；•（6）污染等级为3级（即无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃，包括导电性尘埃或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的环境）和无雨雪侵袭的地方；•（7）无爆炸危险的介质。•对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基本系列产品的基础上进行派生，构成如防爆、船舶、化工、牵引、湿热带、高原、矿用、航空用电器。28•4.2.1刀开关的选择•刀开关主要用作隔离电源用，一般不直接接通和断开电动机等负载，但亦可有条件地不频繁地带负荷操作。习惯上将刀形转换开关（又称双投刀开关），组合开关（盒式转换开关），熔断器式刀开关，铁壳开关等均归属刀开关这一类。•刀开关选择的注意事项为：•(1)按额定电压选择。安装刀开关等的线路电压应不超过刀开关出头额定电压。一般刀开关及刀形转换开关的额定电压为交流500V，直流440V；HR5,HR6型熔断器式刀开关的额定电压为交流660V；组合开关的额定电压为交流380V，直流220V；大电流的HD18型额定