供配电技供配电技术第五章课件

1、第五章 电气设备的选择 内容：电气设备选择的原则，开关电器、互感 器、穿墙套管和绝缘子的选择，低压电气 设备的选择。 重点：熟悉穿墙套、管、绝缘子和低压电器的选 择，掌握开关电器和互感器的选择。第五章 电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般原则5.2高压开关电器的选择5.3互感器的选择5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管的选择5.5高压开关柜的选择5.6低压熔断器的选择5.7低压断路器的选择 小结思考题与习题5.1 电气设备选择的一般原则 1按工要求和环境条件选择电气设备 2按正常工作条件选择电气设备（1）按工作电压选择电气设备的额定电压 电气设备的额定电压UN应不低于设备所在的系统标称电压UN

2、S，即：UN UN.S 规定:电气设备的额定电压等于设备所在系统的最高电压的上限值。（2）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流 电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax（或计算电流IC），即： IN Imax 或 IN Ic 3按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定 4开关电器必须校验断流能力 开关电器设备的额定短路开断电流 不小于安装地点最大三相短路电流。 5.2 高压开关电器的选择 高压开关电器主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关。具体选择如下： 1根据使用环境和安装条件选择设备的型号 2按正常条件选择设备的额定电压和额定电流 3短路校验（1）动稳定校

3、验 （2）热稳定校验 式中，Ith为电气设备在tth内允许通过的额定短时耐受电流有效值；tth为电气设备的额定短路持续时间。 4开关电器断流能力校验 对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力。 开关电气设备的额定短路分断电流（有效值） 应不小于安装地点最大三相短路 电流 ，即： 5.2.1 高压断路器的选择 按断路器使用场合、环境条件来选择型号，然后再选择额定电压、额定电流值,最后校验动稳定、热稳定和断流量。 例5-1 试选择某35KV变电所主变次总高压开关柜的高压断路器，已知变压器35/10.5kV,5000KVA, 三相最大短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54kA，三相短路容

4、量为60.9MVA，继电保护动作时间为1.1s。 解：因为户内型，故选择户内真空断路器。根据变压器二次侧额定电 流选择断路器的额定电流。 查表A-4，选择ZN28-12/630型真空断路器，其有关技术参数及安装地点电气条件和计算选择结果列于下表，可见断路器的参数均大于装设地点的电气条件，选断路器合格。 表真空断路器表5-3 高压断路器选择校验表 序号ZN28-12/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据1UN12kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3I.N25kAIK(3)3.35kA合格4imax63kAish(3)8.54kA合格5Ith2 tt2524=25

5、00kA2SI2tima(3.2)2(1.1+0.1)=13.5 kA2S合格返回5.2.2 高压隔离开关选择 隔离开关只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定度和热稳度。 例5-2 按例5-1所给的电气条件，选择柜内隔离开关。 解：由于10kV出线控制采用成套开关柜，选择GN19-12/630高压隔离开关。选择计算 结果列于下表。 表5-4 高压隔离开关选择校验表 序号GN19-12/630 选择要求安装地点电气条件结论项目数据项目计算数据1UN12kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3imax50kAish(3)8.54kA合格4It2t2024=1600kA2SI2ti

6、ma(3.35)2(1.1+0.1)=13.5 kA2S 合格5.2.3 高压熔断器的选择1保护线路的熔断器的选择 (1) 熔断器的额定电压应不低于其所在系统的额定电压 UNFU UNS （2）熔体额定电流INFE 不小于线路计算电流 INFE IC （3） 熔断器额定电流不小于熔体额定电流 INFU INFE （4） 熔断器断流能力校验 对限流式熔断器(RN1型),其额定短路分断电流（有效值）ICS应满足: ICS I (3) 式中，I(3)为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流的有效值。 对非限流式熔断器(RW型),其断流能力应大于三相短路冲击电流有效值： I Ish(3) 对断流能力有下限

7、值的熔断器(RW型)还应满足: ICSmin IK(2) 式中,ICSmin为熔断器额定短路分断电流下限值；Ik(2)为线路末端两相短 路电流。 2保护电力变压器的熔断器熔体电流选择 熔断器熔体额定电流应满足： INFE = (1.52.0)I1NT 式中, INFE 为熔断器熔体额定电流； I1NT为变压器一次绕组额定电流。 3保护电压互感器短路的熔断器选择 因电压互感器二次侧电流很小，故选择XRNP、RN2型专用熔断器，其熔体额定电流为0.5A。5.3 互感器的选择5.3.1 电流互感器选择 高压电流互感器二次侧线圈一般有一至数个不等,其中一个二次线圈用于测量,其他二次线圈用于保护。 1.

8、电流互感器的选择与校验 （1）电流互感器型号的选择 根据安装地点和工作要求选择电流互感器的型号。 （2）电流互感器额定电压的选择 电流互感器额定电压应不低于装设点线路额定电压。 （3）电流互感器变比选择 根据一次负荷计算电流Ic选择电流互感器变比。电流互感器一次侧额定电流有20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、2000（A）等多种规格，二次侧额定电流均为5A或1A。（4）电流互感器准确度选择及校验 准确度选择的原则：计量用的电流互感器的准确度选0.20.5级，测量用的电流互感器的准确度 选0.51.0级。 准确度校验

9、的原则: S2 S2N S2Si+ （ ） 式中，Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷(VA)和阻抗() ； 为二次 回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0.1； 为二次回路导线电阻 式中，为导线的导电率，铜线=53m/（mm2），铝线=32m/（mm2）； S为导线截面（mm2）；Lc为导线的计算长度（m）。设互感器到仪表单向长度为l1， 则： 电流互感器10%误差曲线具体校验步骤如下： （1）按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数； （2）根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数，在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次 负荷； （3）按照对电流互感器二次负荷最

10、严重的短路类型，计算电流互感器的实际二次负荷； （4）比较实际二次负荷与允许二次负荷。如实际二次负荷小于允许二次负荷，表示电流互感器的误 差不超过10%，如实际二次负荷大于允许二次负荷，则应采取下述措施，使其满足10%误差： 增大连接导线截面或缩短连接导线长度，以减小实际二次负荷； 选择变比较大的电流互感器，减小一次电流倍数，增大允许二次负荷。2.电流互感器动稳定和热稳定校验（1）动稳定度校验 （2）热稳定度校验 例53例5-3 按例5-1电气条件，选择柜内电流互感器。已知电流互感器采用两相式接线，如图所示，其中0.5级二次绕组用于测量，接有三相有功电能表和三相无功电能表各一只，每一电流线圈消

11、耗功率0.5VA，电流表一只，消耗功率3VA。电流互感器二次回路采用BV-500-12.5mm2的铜芯塑料线,互感器距仪表的单向长度为2m。解：根据变压器10kV额定电流275A，查附录表7，选变比为400/5 A的LZZBJ9-12型电流互感器， ， ， 。 (1)准确度校验 S2Si+ （ ） =（0.5+0.5+3）+25 2/(532.5)+0.1=7.1510VA 故满足准确度要求。 （2） 动稳定校验（3） 热稳定度校验 满足动稳定要求。 满足热稳定要求。 所以选择LZZBJ9-12 400/5A型电流互感器满足要求。5.3.2电压互感器选择 电压互感器的选择如下：1按装设点环境及

12、工作要求选择电压互感器型号 2电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压 3按测量、计量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度 计量用电压互感器准确度选0.2 0.5级以上，测量用的准确度选0.51.0 级，保护用的准确度为3级。 准确度校验:二次侧负荷S2应不大于电压互感器二次侧额定容量， 即 S2S2N 式中， 和 分别为仪表、继电器电压线圈消耗 的总有功功率和总无功功率。 例54例5-4 例5-1总降变电所10kV母线配置三只单相三绕组电压互感器，采用Y0/Y0/ 接法，作母 线电压、各回路有功电能和无功电能测量及母线绝缘监视用。电压互感器和测量仪表的接线 如图5-3所示。该母线

13、共有四路出线，每路出线上均装设三相有功电能表和三相无功电能表及 功率表各一只，每个电压线圈消耗的功率为1.5VA，四只电压表，其中三只分别接于各相，一 只用于测量各线电压。电压线圈的负荷均为4.5VA。若选择三只JDZJ-10型电压互感器，试校验 其二次负荷是否符合其准确度要求。 解：查附表A-8，选三只JDZJ-10型电压互感器,电压比为10000/ ： 100/ :100/3 V, 准确度0.5级,二次绕组(单相)额定负荷为50VA。 若不考虑电压线圈的功率因数，接于线电压的负荷折算成单相负荷为 B相负荷为 故二次负荷满足准确度要求。5.4母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择5.4.1母线的选择

14、母线都用支柱绝缘子固定在开关柜上，因而无电压要求，其选择条件如下： 1.型号选择 母线的种类有矩形母线和管形母线，母线的材料有铜、铝。目前变电所的 母线除大电流采用铜母线以外，一般尽量采用铝母线。变配电所高压开关柜 的高压母线，通常选用硬铝矩形母线（LMY）。 2.母线截面选择 (1) 按允许载流量选择母线截面 Ial Ic 式中，Ial为母线允许的载流量(A)；Ic为汇集到母线上的计算电流(A) (2)对年平均负荷、传输容量较大时，宜按经济电流密度选择母线截面 Sec = Ic / j ec 式中，j ec为经济电流密度，Sec为母线经济截面。3.硬母线动稳定校验 al c 式中，al为母线

15、最大允许应力(Pa)，硬铝母线（LMY） al=70Mpa，硬铜母线（TMY） al=140Mpa； c为母线短路时冲 击电流ish(3)产生的最大计算应力。 计算公式为：c = M / W 式中，M为母线通过i sh(3)时受到的弯曲力矩；W为母线截面系数。 M = Fc(3) l / K 式中，Fc(3)为三相短路时中间相受到的最大计算电动力(N)；l为档距 (m)；K为系数,当母线档数为12档时，K=8，当母线档数为大于2档 时，K=10。 W = b2h/6 式中，b为母线截面水平宽度(m)；h为母线截面垂直高度(m)。4.母线热稳定校验 式中，I(3)为三相短路稳态电流(A)，tim

16、a为假想时间(s)；C为导体的 热稳定系数。5.4.2支柱绝缘子的选择 支柱绝缘子的型号及有关参数见表5-5支柱绝缘子应按下列条件选择： （1）按使用场所（户内、户外）选择型号； （2）按工作电压选择额定电压； （3）校验动稳定 FC(3) K Fal 式中， Fal为支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（见表5-5）；按弯曲破坏负荷计算时，K=0.6，按拉伸破坏负荷计算时，K=1； FC(3)为短路时冲击电流作用在绝缘子上的计算力， 母线在绝缘子上平放时，按FC(3) = F（3）计算， 母线竖放时，则FC(3) =1.4 F（3）。5.4.3 穿墙套管的选择穿墙套管的型号及有关参数见表5-6。穿

17、墙套管按下列条件选择： （1）按使用场所选择型号； （2）按工作电压选择额定电压； （3）按计算电流选择额定电流 （4）校验动稳定和热稳定 动稳定校验 Fc 0.6 Fal Fc = K(l1+l2)/a ish (3) 210-7N 式中，Fc为三相短路冲击电流作用于穿墙套管上的计算力（N）；Fal为穿墙套管允许 的最大抗弯破坏负荷（N）；l1为穿墙 套管与最近一个支柱绝缘子之间的距离（m）， l2为套管本身的长度（m），a为相间距离，K =0.862。 热稳定校验 式中， 为额定短时耐受电流有效值； 为额定短路持续时间。例5-5 选择例5-1总降变电所 10kV室内母线，已知铝母线的经济电

18、流密度为1.15，假想时间为1.2s，母线水平放置在支柱绝缘子上，型号为ZA-10Y，跨距为1.1m,母线中心距为0.3m，变压器10KV套管引入配电室穿墙套管型号为CWL-10/600，相间距离为0.22m，与最近一个支柱绝缘子间的距离为1.8m，试选择母线，校验母线、支柱绝缘子、穿墙套管的动稳定和热稳定。解:（1）选择LMY硬铝母线，其按经济截面选择： 查表A-11-2，选择LMY-505。 （2）母线动稳定和热稳定校验 母线动稳定校验 三相短路电动力 弯曲力矩按大于2档计算 （N） 计算应力为 (3)支柱绝缘子动稳定校验查表5-5支柱绝缘子最大允许的机械破坏负荷(弯曲)为3.75kN,

19、KFal=0.63.75103=2250(N) Fc(3)KFal 故支柱绝缘子满足动稳定要求(4)穿墙套管动稳定和热稳定校验 动稳定度校验： 查表5-5 Fal=7.5kN，l2=0.56m；l1=1.8m，a=0.22m, 按式(5-30) 则: = 0.6 Fal=0.67.5103=4500(N) Fc0.6 Fal 穿墙套管满足动稳定要求 热稳定校验:查表5-6，CWL-10/600穿墙套管5s额定短时耐受电流有效值为12kA，根据（5-31）： 故穿墙套管满足热稳定要求。 5.5 高压开关柜选择1.选择开关柜的型号 一、二级负荷：应选择金属封闭户内移开式开关柜； 三级负荷：选用金属

20、封闭户内固定式开关柜，也可选用金属封闭户内移开式开关柜。 2.选择开关柜回路方案号 每种型号的开关柜，其回路方案号有数十种，用户可以根据主接线方案，选择与主接线方案一致的开关柜回路方案号，然后选择柜内设备型号规格。表5.6 低压熔断器选择1. 低压熔断器选择 （1）根据工作环境条件要求选择熔断器的型号； （2）熔断器的额定电压应不低于保护线路的额定电压； （3）熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流，即 2.熔体额定电流的选择 （1）熔断器体额定电流INFE应不小于线路的计算电流IC，使熔体在线路正常工作时不至熔断。即： INFE IC （2）熔体额定电流还应躲过尖峰电流PK，因此，熔体额定

21、电流应满足下式条件： INFE KIpk 式中，K为小于1的计算系数，K的取值见表5-7。熔断器熔断器表5-7 K系数的取值范围线路情况起 动 时 间K值 单台电动机3s以下0.250.3538s（重载起动）0.350.58s以上及频繁起动、反接制动0.50.6多台电动机按最大一台电动机起动情况0.51Ic与Ipk较接近时1（3）熔断器应考虑与被保护线路配合，在被保护线路过负荷或短路时能 得到可靠的保护，还应满足下列条件：INFE KOLIal式中， Ial为绝缘导线和电缆最大允许载流量，KOL为绝缘导线和 电缆允许短时过负荷系数，当熔断器作短路保护时，绝缘导线和 电缆的过负荷系数取2.5，明

22、敷导线取1.5，当熔断器作为过负荷保 护时，各类导线的过负荷系数取0.81。 3. 熔断器的断流能力校验 (1)对限流式熔断器，只需满足条件 Ics I(3） (2)对非限流式熔断器应满足条件 Ics Ish(3) 4前后级熔断器选择性的配合 低压线路中，熔断器较多，前后级间的熔断器在选择性上必须配合，以使靠近故障点的熔断器 最先熔断。一般前级熔断器的熔体电流应比后级大23级。 例5-6 有一台电动机，UN=380V、PN=17kW，IC=42.3A，属重载起动，起动电流188A，起动时间为38s。采用BLV型导线穿钢管敷设线路，导线截面为10mm2。该电机采用RT19型熔断器做短路保护，线路

23、最大短路电流为21kA。选择熔断器及熔体的额定电流，并进行校验。解：1选择熔体及熔断器额定电流 INFEIc=42.3A INFEKIpk=(0.4188)A=75.2A 根据上两式计算结果查A-10选INFE=80A 熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流，查A-10选RT19125 型熔断器，其熔体额定电流为80A，熔断器额定电流为125A,最大断流能力 50kA。 2校验熔断器能力 断流能力满足要求。 3导线与熔断器的配合校验： 熔断器作短路保护,导线为绝缘铜导线时：KoL=2.5、查附表A-12-2 ， Ial=50A。 INFE=80A 780 A 与保护线路的配合 Iop(i)=960A4.5Ial=4.5 239A=1075A 满足要求。2.热脱扣器的额定电流选择及动作电流整定 额定电流选择 查表A-9-1，选取热脱扣器额定电流160A。 动作电流整定查表A-9-1，选择0.9倍整定倍数，其动作电流整定为 IOP(TR)=160A0.9=144A137.5