第五章 高低压电气设备的选择

第五章高低压电气设备的选择高压断路器选择与校验条件高压断路器的选择高压隔离开关的选择重合器与分段器的选择电流互感器的选择电压互感器的选择高压熔断器的选择绝缘子的基本知识支柱和穿墙套管的选择第七章高低压电气设备的选择母线的选择与校验电缆的选择与校验低压断路器的选择与校验第四章高低压电气设备的选择5.1电气设备选择与校验条件为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。第一，第二，第三，5.1.1按正常工作条件选择电气设备1．电气设备的额定电压: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: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。电气设备选择的一般原则IN≥ImaxUN≥UNS一般温度每升高10C，额定电流减少1.8%；温度每降低10C，额定电流增加0.5%。5.1.2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·kSOFFIOFFS5.1.3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：电气设备选择与校验项目表电气设备选择与校验项目按正常条件选择高压电气设备额定电压：UN≥UNS一般电气设备的最高工作电压可达到1.1~1.15UN。额定电流：IN≥Imax按环境工作条件检验：一般温度每升高10C，额定电流减少1.8%；温度每降低10C，额定电流增加0.5%。按短路条件校验短路热稳定校验热稳定条件为：It—由生产厂给出的电气设备在时间t秒内的热稳定电流；I∞—短路稳态电流值；t—与It相对应的时间；tdz—短路电流热效应等值计算时间。电动力稳定校验动稳定条件为：ich、Ich—短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies—电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。短路电流计算条件（1）容量接线按工程设计最终容量计算。（2）短路种类一般按三相短路验算。（3）计算短路点选择为最大短路电流点。短路计算时间tkd—断路器全开断时间；td—保护动作时间；tgf—断路器固有分闸时间，可查附录1；th—断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.04~0.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.02~0.04s。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√√√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。5.2高低压开关设备的选择5.2.1高压断路器的选择高压断路器选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验外，还应注意以下几点：第一，断路器的种类和型式的选择第二，断路器的开断电流第三，短路关合电流的选择。断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich。5.2.2高压隔离开关的选择隔离开关的选择及校验条件除额定电压、电流、动热稳定校验外，还应注意隔离开关的种类和形式的选择。附表：隔离开关选型参考表如图5.1所示，降压变电所中一台变压器，容量为7500KVA，系统中的短路电压百分比为Uk%=7.5，二次母线电压为10kV，变电所由无限大容量系统供电，二次母线上的短路电流为I’’=I∞=5.5kA。作用于高压断路器的定时限保护装置的动作时限为1s，瞬时动作保护装置的动作时间为0.05s，拟采用高速动作的高压断路器，其固有开断时间为0.05s，灭弧时间为0.05s，断路器全开断时间则为top=0.05+0.05=0.1s，试选择高压断路器与隔离开关。例5-1：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。短路冲击电流值为短路电流热效应的等值计算时间为可忽略tk-，则tke=tk=1.1s根据上述计算数据结合具体情况和选择条件，选择户内SN10-10I-600型的高压断路器和GN7-10-600型的隔离开关，经短路稳定性校验，均合格。将计算数据和其额定数据列于表5-3中，并选取CD10与CS7-lT型操作机构。5.2.3电流互感器的选择一次回路额定电压和电流选择UN1≥UNs和IN1≥(1.2~1.5)Imax二次额定电流选择电流互感器二次额定电流为5A和1A两种，一般5A用于强电，1A用于弱电。电流互感器种类和型式选择安装地点（如屋内、屋外等）安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）电流互感器准确级选择第一，二次容量或负载的校验互感器的精确等级与二次负载的容量有关，容量过大，精确度等级下降。互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S21应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2及SN2均可从产品样本查到）第二，为保证测量准确度，互感器准确级不得低于所供测量仪表的准确级。当所供仪表要求不同准确级时，应按最高级别来确定电流互感器准确级。电流互感器动热稳定校验第一，热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次额定电流IN1的倍数Kh来表示，即Kh，IN1—这两个参数由厂家提供。I∞，tima—短路稳态电流值及热效应等值计算时间。第二，电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次额定电流最大值的倍数kmo一动稳定电流倍数表示，即Kmo，IN1—这两个参数由厂家提高。ish—故障时可能通过电流互感器最大三相短路电流冲击值。瓷套电流互感器应校验瓷套管的机械强度，一般按下列公式计算注意:5.2.4电压互感器的选择一次回路额定电压选择二次额定电压选择电压互感器二次额定电压为100V、100/3、100/。电流互感器种类和型式选择安装地点（如屋内、屋外等）安装方式（如油浸式、浇注式、电磁式和电容式等）电压互感器准确级选择额定二次容量的选择电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）SN2，应不小于电压互感器的二次负荷S2，即SN2≥S2供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。电压互感器二次绕组负荷计算公式5.2.5高压熔断器的选择额定电压的选择UN≥UNs额定电流的选择熔断器的额定电路选择包括熔管额定电流和熔体额定电流的选择。IN.R≥IN.J≥Imax熔断器开断电流校验INbr≥Ish(或I)INbr——熔断器的额定开断电流熔断器选择性校验熔断器必须与上级熔断器或保护装置配合选用。电压互感器用熔断器只需按额定电压及断流容量两项来选择。5.2.6低压断路器的选择选择一般原则低压断路器的类型及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求；第一，第二，第三，低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压；低压断路器的（等级）额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流；低压断路器的短路断流能力应不小于线路中最大短路电流。第四，第一类，对万能式（DW型）断路器，其分断时间在0.02S以上时第二类，对塑壳式（DZ型或其他型号）断路器，其分断时间在0.02S以下时，I∞≥I(3）脱扣器的选择与整定过电流脱扣器额定电流IN·OR应不小于线路的计算电流IC，即：IN·OR≥IC电流脱扣器额定电流的选择第一，瞬时过电流脱扣器动作电流的整定过电流脱扣器动作电流的整定瞬时过电流脱扣器动作电流IOP(0)应躲过线路的尖峰电流IPk，即：Iop(0)≥Krel·IPk式中，Krel为可靠系数。动作时间在0.02s以上的断路器，Krel=1.35，如DW型、ME型等。对动作时间在0.02s以下的断路器，Krel=2~2.5，如DZ型等。短延时过流脱扣器动作电流Iop(s)也应躲过线路尖峰电流Ipk，即Iop(s)≥Krel·Ipk式中，Krel为可靠系数，可取1.2。第二，短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定长延时过流脱扣器动作电流Iop（l）只需躲过线路中最大负荷计算电流Ic，即Iop(l)≥Krel·Ic式中，Krel取1.1。第三，长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定说明：长延时过流脱扣器用于过负荷保护，动作时间为反时限特性。一般动作时间在1~2h。防止被保护线路因过负荷或短路故障引起导线或电缆过热，其配合条件为：Iop≤KOL·Ial式中，Ial为绝缘导线或电缆许载流量，KOL为导线或电缆允许的短时过负荷系数。第四，过流脱扣器与配电线路的配合要求（1）对瞬时和短延时的过流脱扣器KOL=4.5；（2）对长延时过流脱扣器KOL=1；（3）对有爆炸气体区域内的配电线路KOL=0.8。说明：低压断路器热脱扣器的选择与整定第一，热脱扣器的额定电流应不小于线路最大计算负荷电流Ic，即IN·TR≥Ic第二，热脱扣器的动作电流应按线路最大计算负荷电流来整定，即Iop·TR≥Krel·Ic式中，Krel取1.1，并应在实际运行时调试。第三，欠压和分励脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压，并按直流或交流的类型及操作要求进行选择。前后级低压断路器选择性的配合第一，一般要求前一级（靠近电源）低压断路器采用短延时的过流脱扣器，而后一级（靠近负荷）低压断路器采用瞬时脱扣器。第二，动作电流为前一级大于后一级动作电流的1.2倍，即低压断路器灵敏度校验低压断路器短路保护灵敏度应满足下式条件式中，Ks为灵敏度，Iop为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流整定值。Ik·min为保护线路末端在最小运行方式下的短路电流，对TN和TT系统Ik·min应为单相短路电流，对IT系统则视为两相短路电流。一、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、槽形和管形。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。5.2.7母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择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/ecScaIecJ3．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