第5章 供配电工程-电气设备的选择.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章 电气设备的选择,电气设备的选择是供配电系统设计的重要步骤，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。本章对常用的,高、低压电器即高压断路器、高压隔离开关、仪用互感器、母线、绝缘子、高低压熔断器及成套配电装置（高压开关柜）,等分别介绍了其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。,第一节,电气设备选择的一般原则,第二节,高压开关电器的选择,第三节,互感器的选择,第四节 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择,第五节,高压开关柜的选择,第六节,低压熔断器选择,第七节,低压断路器选择,第一节,电气设备选择的一般原则,1,按工作环境及正常工作条件选择电气设备,（,1,）根据电气装置所处的位置（户内或户外）、使用环境和工作条件，选择电气设备型号等。,（,2,）按工作电压选择电气设备的额定电压,U,N,U,W,N,（,3,）,按最大负荷电流选择电气设备的额定电流,I,N,I,max,或,I,N,I,c,2,按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定,(1),动稳定校验,或,式中，,i,max,为电气设备的极限通过电流峰值；,I,max,为电气设备的极限通过电流有效值。,(2),热稳定校验,式中,I,t,为电气设备的热稳定电流；,t,为热稳定时间。,3,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，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量。,即：,或,S,S,k.max,第二节,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,动稳定校验,或,4,热稳定校验,5,开关电器断流能力校验,S,oc,S,k,max,或,式中，,I,oc,、,S,oc,为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。,一、高压断路器选择,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、热稳定和断流容量。,例,5-1,试选择某,35,KV,变电所主变次总高压开关柜的高压断路器，已知变压器,35/10.5,kV,5000KVA,三相最大短路电流为,3.35,kA,，,冲击短路电流为,8.54,kA,，,三相短路容量为,60.9,MVA,，,继电保,护动作时间为,1.1,s,。,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。,查附录表,A-4,，,选择,SN10-10I/630,型少油断路器，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,5-2,高压断路器选择校验表,序号,SN10-10I/630,选择,要求,装设地点电气条件,结论,项目,数据,项目,数据,1,U,N,10,kV,U,W,.,N,10,kV,合格,2,I,N,630,A,I,C,275,A,合格,3,I,.,N,16,kA,I,K,(3),3.35,kA,合格,4,i,max,40,kA,i,sh,(3),8.54,kA,合格,5,I,t,2,4,16,2,4=1024,kA,2,S,I,2,t,ima,(3.2),2,(,1.1+0.1,),=13.5,kA,2,S,合格,二、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定度。,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,10,kV,出线控制采用成套开关柜，选择,GN,-10T/600,高压隔离开关。选择计算结果列于下表。,序号,GN,-10T/600,选择,要求,安装地点电气条件,结论,项目,数据,项目,计算数据,1,U,N,10,kV,U,W,.,N,10,kV,合格,2,I,N,600,A,I,C,275,A,合格,3,i,max,52,kA,i,sh,(3),8.54,kA,合格,4,I,t,2,t,20,2,5=,2000,kA,2,S,I,2,t,ima,(3.35),2,(,1.1+0.1,),=13.5,kA,2,S,合格,三、,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,U,N,FU,应等于线路的额定电压,U,N,U,N,FU,=U,N,(2),熔体额定电流,I,N,FE,不小于线路计算电流,I,c,，,即,I,N,FE,I,c,(3),熔断器额定电流,I,N,FU,不小于熔体的额定电流,I,N,FE,。,I,N,FU,I,N,FE,(4),熔断器断流能力校验,对限流式熔断器（如,RN1,型）其断流能力,I,oc,应满足,I,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,I,sh,(3),对断流能力有下限值的熔断器,(,RW,型,),还应满足,:,I,min,I,K,(2),式中，,I,min,为熔断器分断电流下限值；,I,k,(2),为,线路末端两相短路电流。,2.,保护电力变压器（高压侧）的熔断器熔体额定电流的选择,(1),熔断器,型号,的选择,户内,熔断器选择,RN1,型,户外,熔断器选择,RW,型。,（,2,）熔体额定电流,I,NFE,的选择,熔断器熔体额定电流应满足：,I,NFE,=(1.5,2.0)I,1NT,I,NFE,-,熔断器熔体额定电流；,I,1NT,-,变压器一次绕组额定电流。,3.,保护电压互感器的熔断器熔体额定电流的选择,因为电压互感器二次侧电流很小，故选择,RN2,型专用熔断器作电压互感器短路保护，其熔体额定电流为,0.5,A,。,第三节,互感器的选择,一、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.,电流互感器的主要性能,(1),准确级,电流互感器测量线圈的准确级设为,0.1,、,0.2,、,0.5,、,1,、,3,、,5,六个级别（数值越小越精确），保护用的互感器或线圈的准确级一般为级和,10,级两种,电流误差分别为和，其复合误差分别为,5,和,10,。,(2),线圈铁芯特性,测量用的电流互感器的铁芯在一次电路短路时易于饱和,以限制二次电流的增长倍数，保护仪表。保护用的电流互感器铁芯则在一次电流短路时不应饱和，二次电流与一次电流成比例增长，以保证灵敏度要求。,(3),变流比与二次额定负荷,电流互感器的一次额定电流有多种规格可供用户选择,二次绕组回路所带负荷不应超过额定负荷值。,2.,电流互感器的,选择,(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,5,A,。,（,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,0.2,0.5,级，测量用的电流互感器的准确度选,1.0,3.0,级。准确度校验公式为：,S,2,S,2N,S,2,S,i,+,（,R,WL,+R,XC,）,式中，,S,i,、,Z,i,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,5.,电流互感器动稳定和热稳定校验,（,1,）动稳定度校验,K,es,动稳定倍数,（,2,）热稳定度校验,（,K,t,I,1N,）,2,t I,(3)2,t,ima,Kt,热稳定倍数,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，接有三相有功电度表和三相无功电度表各一只，每一电流线圈消耗功率,0.5,VA,，,电流表一只，消耗功率,3,VA,。,电流互感器二次回路采用,BV-500-1,2.5mm,2,的铜芯塑料线,互感器距仪表的单向长度为,2,m,。,解：,根据变压器,10,kV,额定电流,275,A,，,查附录表,7,，选变比为,400/5,A,的,LQJ-10,型电流互感器，,K,es,=160,，,K,t,=75,，,0.5,级二次绕组的,Z,2N,=0.4,。,(1),准确度校验,S,2n,=5,2,S,2,S,i,+,（,）,=,（,0.5+0.5+3,）,+5,2,2/(53,2.5)+0.1=7.15,10VA,（,2,）动稳定校验,K,es,I,1N,=160,1.414,0.4=90.50,i,sh,=8.54kA,满足动稳定要求。,（,3,）热稳定度校验,（,K,t,I,1N,）,2,t=,（,75,0.4,）,2,1=900,I,(3)2,t,ima,=3.35,2,1.2=13.5KA,2,S,满足热稳定要求。,所以选择,LQJ-10 400/5A,型电流互感器满足要求。,故满足准确度要求。,二、电压互感器选择,1,按装设点环境及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,0.5,级以上，测量用的准确度选,1.0,3.0,级，保护用的准确度为,3,P,级和,6,P,级。,准确度校验,:,二次侧负荷,S,2,应不大于电压互感器二次侧额定容量，即,S,2,S,2N,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,5-4,例,5-1,总降变电所,10,kV,母线上配置三只单相三绕组电压互感器，采用,Y,0,/Y,0,/,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器的接线如图所示。若该母线共有四路出线，每路出线装设三相有功电度表和三相无功电度表及功率表各一只，每个电压线圈消耗的功率,为,1.5,VA,，,四只电压表，其中三只分别接于各相，作相电压监视，另一只电压表用于测量各线电压，电压线圈的负荷均为,4.5,VA,。,电压互感器,侧电压继电器线圈消耗功率为,2.0,VA,。,试选择电压互感器，校验其二次负荷是否满足准确度要求。,解：,根据要求查附录表,8,，选三只,JDZJ-10,型电压互感器电压比为,10000/,：,100/,V,，,0.5,级二次绕组（单相）额定负荷为,50,VA,。,除三只电压表分别接于相电压外，其余设备的电压线圈均接于,AB,或,BC,线电压间，可将其折算成相负荷，,B,相的负荷最大，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,S,2,=4.5+S,B,=4.5+S,AB,=4.5+4.5+4(1.5+1.5+1.5)=27(VA),50(VA),故二次负荷满足准确度要求。,第四节 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择,一、母线选择,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上的高压母线，通常选用硬铝矩形母线（,LMY,）。,2.,母线截面选择,(1),对一般汇流母线按计算电流选择母线截面,I,al,I,c,式中，,I,al,为汇流母线允许的载流量,(,A),；,I,c,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,S,ec,=,I,c,/j,ec,式中，,j,ec,为经济电流密度，,S,ec,为母线经济截面。,3.,硬母线动稳定校验,al,c,式中，,al,为母线最大允许应力,(,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),产生的最大应力。,4.,母线热稳定校验,式中，,I,(3),为三相短路稳态电流,(,A),，,t,ima,为假想时间,(,s),；,C,为导体的热稳定计算系数。,二、支柱绝缘子的选择,1,、按使用场所（户内、户外）选择型号；,2,、选择额定电压；,3,、校验动稳定,F,C,(3),K,F,al,式中，,F,al,为支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（见表,5-4,）；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,；,F,c,（,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,F,c,（,3,）,=F,（,3,）,计算，母线竖放时，则,F,c,（,3,）,=1.4 F,（,3,）,。,三、穿墙套管的选择,1,使用场所选择结构型式,选择额定电压；,2,选择额定电流；,3,校验动稳定度和热稳定度。,4,动稳定校验,F,c,0.6F,al,Fc,=K(l,1,+l,2,)/a,i,sh,(3)2,10,-7,N,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,）；,l,1,为,穿墙 套管与最近一个支柱绝缘子之间的距离（,m,），,l,2,为套管本身的长度（,m,），,a,为相间距离，,K=0.862,。,5.,热稳定校验,I,(3)2,t,ima,It,2,t,式中，,It,为热短时的电流有效值；,t,为热稳定短路电流有效值试验时间。,例,5-5,选择例,5-1,总降变电所,10,kV,室内母线，已知铝母线的经济电流密度为,1.15,，假想时间为,1.2,s,，,母线水平放置在支柱绝缘子上，型号为,ZA-10Y,，,跨距为,1.1,m,母线中心距为,0.3,m,，,变压器,10,KV,套管引入配电室穿墙套管型号为,CWL-10/600,，,相间距离为,0.22,m,，,与最近一个支柱绝缘子间的距离为,1.8,m,，,试校验母线、支柱绝缘子、穿墙套管是否满足动稳定和热稳定的要求。,解：（,1,）选择,LMY,硬铝母线，其按经济截面选择：,查附录表,A-12-2,，,选择,LMY-3,（,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,(m,3,),计算应力,为,母线满足动稳定要求,母线热稳定校验,热稳定,最小截面为,母线实际截面为,S=505=250(mm,2,),=50.3(mm,2,),母线满足热稳定要求,(3),支柱绝缘子动稳定校验,查表,5-4,支柱绝缘子最大允许的机械破坏负荷,(,弯曲,),为,3.75,kN,KF,al,=0.63.7510,3,=2250(N),F,c,(3),KF,al,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,F,al,=7.5kN,，,l,2,=0.56m,；,l,1,=1.8m,，,a=0.22m,按式,(5-30),则,:,=,0.6,F,al,=0.67.510,3,=4500(N),F,c,0.6,F,al,穿墙套管满足动稳定要求,热稳定校验,:,额定电流为,600,A,的穿墙套管,5,秒热短时电流有效值为,12,kA,，,根据式（,5-31,）：,=21kA,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,导线为绝缘导线时：,K,oL,=2.5,、,查附表,13-2,I,al,=48A,。,I,N,FE,=80A1.3,灵敏度满足要求。,所选低压断路器为,DW15-200,或,DW15-400Y,，,脱扣器额定电流为,200,A,。,习题,1.,根据,选择电气设备的型号。,2.,按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定,如,、,、,、,等,电气设备,。,3.,电缆只需校验,，,支柱绝缘子只需校验,。,4.,断路器既要校验,和,，,也要校验,。,5.,高压开关柜,回路方案号,根据,选择。,1.,工作要求和环境条件,。,2.,隔离开关、电流互感器、穿墙套管、,母线。,3.,热稳定、动稳定。,4.,热稳定和动稳定、断流能力。,5.,主接线。,