电气设备及导线截面的选择和校验

§6.1电气设备选择及检验的一般原则3．按最大负荷电流选择电气设备的额定电流1．按工作环境要求选择电气设备的型号如户内、户外、海拔高度、环境温度、矿山（井）、防尘、防爆等。2．按工作电压选择电气设备的额定电压一般电气设备和导线的额定电压应不低于设备安装地点电网的电压（额定电压），即：＞导体和电气设备的额定电流是指在额定环境温度下长期允许通过的电流，以表示，该电流应不小于通过设备的最大负荷电流（计算电流）,即：＞4．对开关类电气设备还应考虑其断流能力5．按短路条件校验电气设备的动稳定度和热稳定度（1）热稳定度校验通过短路电流时，导体和电器各部件的发热温度不应超过短时发热最高允许温度值，即：或设备的最大开断电流（或容量）应不小于安装地点的最大三相短路电流（或短路容量)，即：＞＝＞＝t=(6-5)其中t=tk＋0.05(s)当tk1s时，式中，为设备安装地点的三相短路稳态电流（kA）；为短路发热假想时间（又称短路发热等值时间）（s）；tk为实际短路时间；为t秒内允许通过的短路电流值或称t秒热稳定电流（kA）；ｔ为设备生产厂家给出的设备热稳定计算时间，一般为4秒、5秒、1秒等。和ｔ可查相关的产品手册或产品样书。（2）动稳定度校验动稳定（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足动稳定度的校验条件是：≥i(6-8)或≥(6-9)式中,为设备安装地点的三相短路冲击电流峰值（kA）；为设备安装地点的三相短路冲击电流有效值（kA）；i为设备的极限通过电流（或称动稳定电流）峰值（kA）；为设备的极限通过电流（或称动稳定电流）有效值（kA）。i和均可由相关产品的手册或样本中查到。各种类型的电力变压器的不同性能和应用场合的比较：6.2电力变压器的选择对于户内变压器，由于散热条件较差，从而使其户内的环境温度比户外的温度大约要高8℃，因此户内变压器的实际容量为：6.2.1电力变压器实际容量的计算电力变压器的实际容量是指变压器在实际使用条件（包括实际输出的最大负荷和安装地点的环境温度）下，在不影响变压器的规定使用年限（一般为20年）时所能连续输出的最大视在功率，单位是kV·A。对于户外安装的变压器，其实际容量为：=(6-10)（6-11）（1）高压隔离开关的额定电压应大于或等于安装处的线路额定电压，见式6-1。（2）高压隔离开关的额定电流应大于通过它的计算电流，见式6-2。(3)高压隔离开关的动稳定度校验见式6-9。（4）高压隔离开关的热稳定度可按式6-5进行校验。6.3高压开关的选择及校验6.3.1高压隔离开关的选择及校验1．高压负荷开关的额定电压应大于或等于安装处线路的额定电压，见式6-1。2．高压负荷开关的额定电流应大于或等于它所安装的热脱扣器的额定电流，见式6-2。3．高压负荷开关的最大开断电流应不小于它可能开断的最大过负荷电流，即：≥（6-10）式中，为高压负荷开关需要开断的线路最大过负荷电流值。4．高压负荷开关的动稳定度可按式（6-6）进行检验。5．高压负荷开关的热稳定度可按式（6-5）进行检验。6.3.2高压负荷开关的选择及校验1．高压断路器的额定电压应大于或等于安装处的额定电压，见式6-1。2．高压断路器的额定电流应大于通过它的计算电流，见式6-2。3．高压断路器的最大开断电流（或容量）应不小于安装地点的实际开断时间（继电保护实际动作时间加上断路器固有分闸时间）内的最大三相短路电流（或短路容量），见式6-3或6-4。4．高压断路器的动稳定度可按式（6-6）进行检验。5.高压断路器的热稳定度可按式（6-5）进行检验。6.3.3高压断路器的选择及校验6.4互感器的选择和校验6.4.1电流互感器的选择与检验①电流互感器的选择与校验主要有以下几个条件：②电流互感器额定电压应不低于装设地点线路的额定电压，见式6-1；③根据一次侧的负荷计算电流I，选择电流互感器的变流比；④根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；校验动稳定度和热稳定度。⑤电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。1．电流互感器变流比的选择：K=(6-11)式中，为电流互感器的一次侧额定电流，按式（6-2）进行选择；为二次侧额定电流，一般为5A。2．电流互感器准确度的选择及校验（1）电流互感器准确度等级的选用应根据二次回路所接测量仪表和保护电器对准确度等级的要求而定。准确度选择的原则是：计费计量用的电流互感器其准确度为0.2～0.5级，一般计量用的电流互感器其准确度为1.0～3.0级，保护用的电流互感器，常采用10P准确度级。为保证测量的准确性，电流互感器的准确度等级应不低于所供测量仪表等要求的准确等级。（2）额定二次负荷容量的选择为确保准确度误差不超过规定值，一般还需校验电流互感器的二次负荷容量（伏安），即其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定的准确度等级所对应的额定二次负荷容量S2N，准确度的校验公式为：S２N≥S2（6-12）电流互感器的二次负荷S2取决于二次回路的阻抗值，可按下式计算：S2＝I｜｜≈I（∑｜｜+RWL+RXC）(6－13)或S2≈∑Si＋（RWL＋RCL）（6-14）保护用电流互感器满足保护准确度级要求的条件为：｜Z2.al｜≥｜Z2｜（6-15）式中，为电流互感器二次侧额定电流，一般为5A；｜｜为电流互感器二次侧总阻抗；∑｜｜为二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈阻抗之和，∑Si为二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈的负荷容量之和，均可由相关的产品样本查得；Rwl为电流互感器二次侧连接导线的电阻；RXC为电流互感器二次回路中的接触电阻，一般近似地取0.1Ω。对于保护用电流互感器，其10P准确度级的复合误差限值为10%。电流互感器在出厂时一般已给出电流互感器误差为10%时的一次电流倍数K1（即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6-1所示图6-1某电流互感器的10%误差曲线用户可根据一次电流倍数K1，查出相应的允许二次负荷阻抗Z2.al。因此保护用电流互感器满足保护准确度级要求的条件为：｜Z2.al｜≥｜Z2｜（6-15）3．电流互感器动稳定度和热稳定度的校验多数电流互感器都给出了对应于额定一次电流的动稳定倍数（）和1秒热稳定倍数（），因此其动稳定度可按下式校验：×≥(6-16)ish热稳定度可按下式校验：≥tima(6-17)如电流互感器不满足式（6-12）、（6-15）、(6-16)、(6-17)的要求，则应改选较大变流比或具有较大的S2N或｜Z2.al｜的电流互感器，或者加大二次侧导线的截面。6.4.2电压互感器的选择电压互感器的选择应按以下几个条件：①电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件要适应；②电压互感器的一次侧额定电压应不低于装设点线路的额定电压，即：③按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。≥（6-18）为了确保准确度的误差在规定的范围内，其二次侧所接负荷容量也必须满足式（6-12），不同的只是式中的为电压互感器二次侧所有仪表、继电器电压线圈所消耗的总视在负荷，其计算公式为：=（6-19）式中，=和=分别为所接测量仪表和继电器电压线圈消耗的总有功功率和总无功功率。6.5电力线路的截面选择及检验6.5.1概述为了保证供配电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：1．发热条件导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2．电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。（对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。）3．经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但长距离、大电流的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。一般工厂和高层建筑内的10KV及以下线路，选择“经济截面”的意义并不大，因此通常不考虑此项条件。4．机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面，见附录表15。5．短路时的动、热稳定度校验和一般电气设备一样，导线也必须具有足够的动稳定度和热稳定度，以保证在短路故障时不会损坏。6．与保护装置的配合导线和安装在其线路上的保护装置（如熔断器、低压断路器等）必须互相配合，才能有效地避免短路电流对线路造成的危害。对于电缆，不必校验其机械强度和短路动稳定度，但需校验短路热稳定度。在工程设计中，根据经验，一般对6～10KV及以下的高压配电线路和低压动力线路，先按发热条件选择导线截面，再校验其电压损耗和机械强度；对35KV及以上的高压输电线路和6～10KV长距离、大电流线路，则先按经济电流密度选择导线截面，再校验其发热条件、电压损耗和机械强度；对低压照明线路，先按电压损耗选择导线截面，再校验发热条件和机械强度。通常按以上顺序进行截面的选择，比较容易满足要求，较少返工，从而减少计算的工作量。6.5.2按发热条件选择导线和电缆的截面1．三相系统相线截面的选择电流通过导线（包括电缆、母线等）时，由于线路的电阻而会使其发热。当发热超过其允许温度时会使导线接头处的氧化加剧，增大接触电阻而导致进一步的氧化，如此恶性循环会发展到触头烧坏而引起断线。而且绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘加速老化甚至损坏，或引起火灾。因此，导线的正常发热温度不得超过附录表17所列的各类线路在额定负荷时的最高允许温度。F当在实际工程设计中，通常用导线和电缆的允许载流量不小于通过相线的计算电流来校验其发热条件，即≥（6-20）导线的允许载流量，是指在规定的环境温度条件下，导线或电缆能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。如果导线敷设地点的实际环境温度与导线允许载流量所规定的环境温度不同时，则导线的允许载流量须乘以温度校正系数Kθ,其计算公式为：Kθ＝式中，为导线额定负荷时的最高允许温度；为导线允许载流量所规定的环境温度；为导线敷设地点的实际环境温度。这里所说的“环境温度”，是按发热条件选择导线和电缆所采用的特定温度。在室外，环境温度一般取当地最热月平均最高气温。在室内，则取当地最热月平均最高气温加5℃。对土中直埋的电缆，取当地最热月地下0.8～1m的土壤平均温度，亦可近似地采用当地最热月平均气温。按发热条件选择导线所用的计算电流时，对降压变压器高压侧的导线，应取为变压器额定一次电流I。对电容器的引入线，由于电容器放电时有较大的涌流，因此应取为电容器额定电流IＮ.Ｃ的1.35倍。中性线和保护线截面的选择（1）中性线（N线）截面的选择三相四线制系统中的中性线，要通过系统的三相不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量应不小于三相系统的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响。一般三相线路的中性线截面A０，应不小于相线截面A的50%，即A０≥0.5A（6-22）２.中性线和保护线截面的选择（1）中性线（N线）截面的选择三相四线制系统中的中性线，要通过系统的三相不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量应不小于三相系统的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响。一般三相线路的中性线截面A０，应不小于相线截面A的50%，即A０≥0.5A（6-22）由三相线路引出的两相三线线路和单相线路，由于其中性线电流与相线电流相等，因为它们的中性线截面A０应与相线截面A相同，即A０＝A（6-23）对于三次谐波电流较大的三相四线制线路及三相负荷很不平衡的线路，使得中性线上通过的电流可能接近甚至超过相电流。因此在这种情况下，中性线截面A０宜等于或大于相线截面A，即：A０≥A（6-24）（2）保护线（PE线）截面的选择例6-6有一条采用BLX-500型铝芯橡皮线明敷的220/380V的TN-S线路，计算电流为50A，当地最热月平均最高气温为＋30℃。试按发热条件选择此线路的导线截面。保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度。根据短路热稳