电气设备的选择与校验ppt课件.ppt

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1、电气设备的选择与校验,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，故须遵循一定选择原则。,本节对常用的高、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）等分别介绍其选择方法，为合理、正确使用电气设备提供了依据。,高压电气设备选择和校验项目,1电气设备选择的一般原则2 高压开关电器的选择3互感器的选择4 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择5 高压开关柜的选择6 低压熔断器选择7 低压断路器选择,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,一.电气设备选择的一般原则1按工作环境及正常工作

2、条件选择电气设备,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,（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 UN UWN,（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流IN Imax或 IN Ic,一.电气设备选择的一般原则,第五节供电系统中电气设备的选择及校验,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imax ish(3)或Imax Ish(3),式中，imax为电气设备的极限通过电流峰值；Imax为电气设备的极限通过电流有效值。,(2)热稳定校验 It2t It(3)2tima,式中，It为电气设备的热稳

3、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：Ioc Ikmax(3)或 S S k.max,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,二.高压开关电器的选择,1根据使用环境和安装条件选择设备的型号,4热稳定校验 It2tI(3)2tima,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,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：,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 imax ish(3)或 Imax Ish(3),5开关电器断流能力校验,So

4、c Skmax或 Ioc Ikmax(3),式中，Ioc、Soc为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。,1)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。,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,例5-1 试选择某35kV户内型变电所主变压器二次侧高压开关柜的高压断路器，已知变压器35/10.5kV，5000kVA，安装处三相最大短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54kA，三相短路容量为60.9MVA，继电保 护动作时间为1.1s。,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,GG-1A(F)型固定式高压开关设备,第五章

5、供电系统中电气设备的选择及校验,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P294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。,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,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10kV出线控制采用成套开关柜，查P294表A-5选择GN6-10T/600高压隔离开关。选择计算结果列于下表。,

6、第五章供电系统中电气设备的选择及校验,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,3)高压熔断器的选择,1.保护线路的熔断器的选择,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,(1)熔断器的额定电压UNFU应等于线路的额定电压UNUNFU=UN,(2)熔体额定电流INFE不小于线路计算电流Ic，即 INFEIc,(3)熔断器额定电流INFU不小于熔体的额定电流INFE。INFU INFE,(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Ioc应满足 Ioc 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。,第五章供电系统中电气设备的选择及校验,对非限流式熔断器(RW型)

7、,其断流能力应大于三相短路冲击电流有效值：IocIsh(3),对断流能力有下限值的熔断器(RW型)还应满足:Iocmin Ik(2)式中，Iocmin为熔断器分断电流下限值；Ik(2)为线路末端两相短路电流。,2.保护电力变压器（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INFE的选择 熔断器熔体额定电流应满足：INFE=(1.52.0)I1NT INFE-熔断器熔体额定电流；I1NT-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

8、作电压互感器短路保护，其熔体额定电流为0.5A。,三.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5P级和10P级两种,电流误差分别为1%和3%，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

9、比例增长，以保证灵敏度要求。,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。,(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。,(4)电流互感

10、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1.03.0级。准确度校验公式为：S2S2N,S2Si+2N2（RWL+RXC）,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(W)；XC为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0.1W；RWL 为二次回路导线电阻,5.电流互感器动稳定和热稳定校验,Kes 动稳定倍数,（1）动稳定度校验,（2）热稳定度校验（Kt I1N）2 t I(3)2 tima 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，

11、其中0.5级二次绕组用于计量，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0.5VA，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P296附录表A-7，选变比为400/5 A的LQJ-10型电流互感器，Kes=160，Kt=75（1s），0.5级二次绕组的Z2N=0.4W。,(1)准确度校验,S2NI2N2Z2N=520.4=10VA S2Si+I2N2（RWL+RXC）=（0.5+0.5+3/2）+5232/(532.5)+0.1=5.6510VA,（2

12、）动稳定校验 Kes2 I1N=1601.4140.4kA=90.50ish=8.54kA,满足动稳定要求。,（3）热稳定度校验,（Kt I1N）2 t=（750.4）21=900 I(3)2 tima=3.3521.2=13.5kA2s,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1.03.0级，保护用的准确度为3P级和6P级。,准

13、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5-4 例5-1总降变电所10kV母线上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1.5VA，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4.5VA。电压互感器 侧电压继电器线圈消耗功率为2.0V

14、A。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P296附录表A-8，选三只JDZJ-10型电压互感器电压比为10000/3：100/3V，0.5级二次绕组（单相）额定负荷为50VA。,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 S2=26(VA)50(VA)故二次负荷满足准确度要求。,四.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

15、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 Ial Ic式中，Ial为汇流母线允许的载流量(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 sal sc式中，sal为母线最大允许应力(Pa)，硬铝母线（LMY）sal=70Mpa，硬铜母线（TMY）sal=140

16、Mpa；sc为母线短路时冲击电流ish(3)产生的最大应力。,母线应力计算,5.母线应力计算,母线形状分：圆形、矩形、楔形。,截面按经济电流密度选：Sec=Ic/j ec,力稳定校验：s als，其中s al为母线允许应力(Cu：140MPa、Al：70MPa)；,计算应力s：s=M/w，w为截面系数，见下图。M为最大弯曲力矩：三个支柱绝缘子(二 跨)M=F(3)l/8；四个 或四个以上支柱绝缘 子(二跨以上)M=F(3)l/10。,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 Fc(3)K Fal式中，Fal为支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷；按

17、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）。,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 Fc0.6FalFc=K(l1+l2)ish(3)210-7N/a 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=0.8

18、62。,5.热稳定校验I(3)2 tima It 2t 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 10kV室内母线，已知铝母线的经济电流密度为1.15，假想时间为1.7s，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，试选择和校验母线、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P300表A-11-2，选择LMY

19、-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,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(mm2)=42.2(mm2)母线满足热稳定要求，所以选LMY-3(505)。,(3)支柱绝缘子动稳定校验 查P114表5-4支柱绝缘子最大允许的机械破坏负荷(弯曲)为3.75kN，KFal=0.63.75103=2250(N)Fc（3）=46.4(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P115表5-5 Fal=7.5kN，l2=

20、0.56m；l1=1.8m，a=0.22m,按式(5-30)则：,0.6 Fal=0.67.5103=4500(N)Fc=67.8N0.6 Fal 穿墙套管满足动稳定要求热稳定校验:额定电流为600A的穿墙套管5秒热短时电流有效值为12kA，根据式（5-31）：,故穿墙套管满足热稳定要求。,五.高压开关柜的选择,一)开关柜的技术参数 产品使用环境条件：环境温度：-25+40海拔高度：1000m相对湿度：月平均不大于90%（+25）无火灾、爆炸危险、严重污秽、化学腐蚀及剧烈震动的场所。,二)高压开关柜的选择 1.选择开关的型号 主要根据负荷等级选择开关柜型号，一般一、二级负荷选择移开式开关柜，如

21、KYN2-10、JYN2-10、JY N1-35型开关柜，三级负荷选固定式开关柜，如KGN-10型开关柜。,2.选择开关柜回路方案号 每种型号的开关柜主要有电缆进出线柜、架空线进出线柜、联络柜、避雷器及电压互感器柜、所用变柜等，但各型号开关柜的方案号可能不同。例如例5-1某总降变电所变压器10kV次总回路选择KGN-10型固定式开关柜，回路方案号07。,六.低压熔断器选择,1.低压熔断器的选择根据工作环境条件要求选择熔断器的型号；熔断器额定电压应不低于保护线路的额定电压；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熔断器熔体额定电流INFE应不小于线路的计算电流Ic，即

22、：INFEIc,熔体额定电流应满足下式条件：INFEKIpk 式中，K为小于1的计算系数，当熔断器用作单台电动机保护时，K的取值与熔断器特性及电动机起动情况有关，K的取值见表5-6。,熔断器保护还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，还应满足下式条件：INFEKoLIal 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，明敷导线取1.5；当熔断器作过负荷保护时，各类导线的过负荷系数取0.81，对有爆炸危险场所的导线过负荷系数取下限值0.8。熔体额定电流，应同时满足上述三

23、个条件。,3.熔断器断流能力校验 对限流式熔断器，（如RT系列）只需满足条件I I(3),对非限流式熔断器应满足条件I 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。,1FU（前级）与2FU（后级），当K点发生短路时2FU应先熔断，但由于熔断器的特性误差较大，一般为30%50%，当1FU发生负误差（提前动作），2FU为正误差（滞后动作），如图5-5b所示。则1FU可能先动作，从而失去选择性。为保证选择性配合，要求：t1 3t2,式中，t1为1FU的实际熔断时间，t2为2FU实际熔断时间。,一般前级熔断器的

24、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RT0型熔断器做短路保护，线路最大短路电流为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=42.3AINFEKIpk=(0.4188)A=75.2A根据上两式计算结果选INFE=80A,熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流，查附表11选RT0100型熔断器，其熔体额定电流为80A，熔断器额定电流为100A,最大断流能力50kA。,2

25、校验熔断器能力IOC=50kAIkmax=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：KoL=2.5、查附表13-2 Ial=48A。INFE=80A2.544A=110A 满足要求。,七.低压断路器选择,一)低压断路器选择的一般原则 在选择低压断路器时应满足下列条件：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；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。对万能式（DW型）断路器，其分断时间在

26、0.02S以上时，,或,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）,二)低压断路器脱扣器的选择和整定1.过电流脱扣器的选择和整定(1)电流脱扣器额定电流的选择过电流脱扣器额定电流INOR应不小于线路的计算电流IC，即：INORIC(2）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。Krel=1.35 对动作时间在0.02s以上的断路器，如DW型、ME型等。Krel=22.5 对动作时间在0.02s以下的断路器，如DZ型等。

27、,短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定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。,长延时过流脱扣器动作电流和动作时间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。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12h。过流脱扣器与配电线路的配合要求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：IopKOL Ial,式中，Ial为绝缘导线或电缆的允许载流量，KOL为导线或电

28、缆允许的短时过负荷系数。对瞬时和短延时过流脱扣器KOL=4.5，对长延时过流脱扣器 KOL=1。对有爆炸气体区域内的配电线路KOL=0.8。,2.低压断路器热脱扣器的选择和整定 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：INTRIc 热脱扣器动作电流整定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：I opTRKrelIc 式中，Krel取1.1，并应在实际运行时调试。,3.欠电压脱扣器和分励脱扣器选择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,三、前后级低压断路器选择性的配合一般要求前一级（靠近电源）低压断路器采用短延时的过

29、流脱扣器，而后一级（靠近负荷）低压断路器采用瞬时脱扣器，动作电流为前一级大于后一级动作电流的1.2倍，即：Iop.（1）1.2Iop.（2）,四)低压断路器灵敏度的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。Ikmin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Ikmin应为单相短路电流，对IT系统则视为两相短路电流。,例5-6 某0.38kV动力线路，采用低压断路器保护，线路计算电流为125A，尖峰电流为390A，线路首端三相短路电流为7.6kA，最小单相短路电流为2.5kA，线路允许载流量为165A（BLV三

30、芯绝缘导线穿塑料管，30时），试选择低压断路器。解：低压断路器用于配电线路保护，选择DW15系列断路器，查附录表10-4、10-5，确定配置瞬时和长延时过流脱扣器（半导体式，非选择型）。1瞬时脱扣器额定电流选择及动作电流整定 INORIc=125A，故选取INOR=200A脱扣器,Iop（0）Krel Ipk=1.35390A=527A根据上表中的整定倍数，选择3倍整定倍数的瞬时脱扣器，则动作电流整定值为：3200=600527A,与保护线路的配合Iop（0）=600A4.5Ial=4.5165A=742.5A 满足要求,2长延时过流脱扣器的动作电流整定 动作电流整定Iop（l）Krel Ic=1.1125A=137.5A选取128160200中整定电流为160A（0.8倍）的脱扣器，则Iop（l）=160A,与保护线路的配合Iop=160KOL Ial=1165A=165A 满足要求3断路器额定电流选择IN。aFIN。OR=200A查附录表10-1、选400ADW15系列断路器。,4.断流能力校验 Ioc=20kA7.6kV 满足要求5.灵敏度校验 Ks=Ik.min/Iop=2.5103/600=4.21.3 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200A。,作业,作业：P123 5-13（断路器）、5-19（母线）,