4 电气设备的选择
第四部分高压电气设备的选择
导线和电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一。各种高压设备(断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、互感器、电抗器、母线、电缆、支持绝缘子及穿墙套管等)的功能和特点不同,要求的运行条件和装设环境也各不相同,但也具有共同遵守的原则:电气设备要能可靠地工作,必须按正常工作条件进行选择,并且按短路条件进行稳定校验。
4.1电气设备选择的一般原则
一、按正常工作条件选择电器
1.电压
电缆和电器的额定电压Ue不应小于所在回路的工作电压U,即
Ue≥U
制造厂对电器还规定了一个基准海拔高度,如对110kV以下的设备,
hb=1000米,如果电器安装在规定的基准海拔高度以上时,额定电压值应加以校正,实验指出,在海拔高度为1000米以上,4000米以下时,海拔每增加100米,电压应降低1%。
2.电流
导体和电器的额定电流Ie不应小于该回路的最大长期工作电流Imax,即
Ie>Imax
各种电气设备可能的最大持续电流一般按表4-1取值。我国目前生产的电器,设计时取周围介质温度为40℃,如果电器的工作环境最高气温大于或小于40℃,由于冷却条件不同,其允许电流应加以校正:
(1)当电器工作环境温度高于+40℃时,环境温度每增高1℃,额定电流应减少1.8%;
(2)当电器工作环境温度低于+40℃时,每降低1℃额定电流可增加0.5%.但增加的总数不得超过20%Ie。3.其他
选择电器时应考虑设备的装设地点,即按工作环境,运行条件和要求,选择设备的型号规格,如屋内或屋外设备,防爆型或普通型设备,如果工作环境污染严重,应选用加强绝缘的电器,电路操作频繁时应选用胜任频繁操作的真空断路器而不应选用不适于频繁操作的少油式断路器等。
二、按短路情况校验电器的稳定性
1.短路热稳定校验
短路热稳定校验就是要求所选的电器,当短路电流流过它时,其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热最高允许温度,即
2I∞Rtj≤It2Rt
或
2
I∞tj≤It2t
2
式中I∞Rtj——短路电流产生的热量;
It2Rt——电器在短路时的允许发热量,制造厂常以t秒(通常为1,4,
5秒)内允许通过的电流It所产生的热量表示;
tj——短路电流的假想时间(秒)
tj=td+0.05=tb+tfd+0.05秒
式中
td——短路延续时间(秒);tb——主保护动作时间(秒);tfd——断路器分闸时间(秒);
如果缺乏断路器分闸时间数据,当主保护为速动时,短路延续时间可取下列数值:
对于快速及中速断路器,td=0.15秒;对于低速断路器td=0.2秒。此外,当
td>1秒时,可认为td=tj
2.电动力稳定校验
电动力稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的能力。在校验时,用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较
即或
式中
ich≤imaxIch≤Imax
ich,Ich——短路冲击电流及其有效值;
imax,Imax——电器极限通过电流的最大值及有效值。
对于下列情况,可不进行短路校验
(1)用熔断器保护的电器和导体,其热稳定由熔断时间保证,可不验算
热稳定。
(2)装设在电压互感器回路内的电器和裸导体可不验算动、热稳定,因
为短路电流较少。
(3)架空线路可不验算动、热稳定。
(4)电缆一般有足够的机械强度,可不校验动稳定。
(5)在非重要用电场所的导体,当变压器容量在1250kVA以下,高压侧
电压为10kV及以下,且不致因短路故障损坏导体而产生严重后果者(如引起爆炸,修复困难或生产过程混乱等),可不验算动、热稳定。
表4-2导体和电器的选择与校验项目正常工作条件
额定电额定电压(kV流(A断路器负荷开关隔离开关熔断器电流互感器电压互感器支持绝缘子穿墙套管导线电缆
√√√√√√√√—√
√√√√√√—√√√
开断容量(kVA√√—√——————
√√————准确等级二次负荷———
√√√—√—√√√—
√√√—√——√√√
○○○—○○○○—○
○○○—○○————
用于切断长线时应校验过电压选择保护熔断特性
动稳定热稳定温度
海拔高度
其他
短路条件
环境条件
电晕及允许电压校验允许电压校验
注:1.表中“√”代表选择、校验项目,“—”代表不需要校验项目。
2.封闭电器的选择与校验项目与断路器相同。
4.2高压断路器选择
高压断路器是根据其主要技术参数来选择的。即按正常工作电压、电流选择,按短路电流校验热稳定和动稳定。还应满足额定切断电流(或切断容量)的条件,即
Ied≥I
或
"
(或I0.2)
(或S0.2)
Sed≥Sd
式中Ied(Sed)——断路器在额定电压下的切断电流(切断容量);
I"(I0.2)——断路器安装地点发生三相短路时的次稳态短路电流(或0.2时短0秒短路容量(或0.2秒时的短路容量)路电流);Sd(S0.2)————0。额定电压
Ue≥U
额定电流额定开断电流动稳定热稳定
2
I∞tj≤It2t
Ie≥ImaxIed≥I"ich≤imax
断路器型号意义:L——六氟化硫断路器N——户内型
Z W 6 -12 / 630 -□
额定开断电流(kA)
额定电流(A)额定电压(kV)设计序号户外
真空断路器
Z——真空断路器W——户外型
4.3隔离开关选择
隔离开关的主要用途是在检修高压电器时,将被修理的设备与其他带电的部分可靠地断开,并构成明显的断开点,以保证检修时的安全。在一定条件下,允许用隔离开关接通或隔开小功率电路,如容量不大的空载变压器或电压互感器等。
隔离开关按额定电压,额定电流,装置种类和结构型式选择,按短路条件校验动稳定和热稳定。
额定电压
Ue≥U
额定电流动稳定热稳定
2I∞tj≤It2t
Ie≥Imaxich≤imax
隔离开关型号的意义:
G W 5 -35 G D (K)
快分式
带接地刀改进型产品
电压等级(KV)设计序号户外型隔离开关
4.4负荷开关选择
负荷开关具有简单的灭弧装置,用来切断或接通带负荷电流的电路,但不能切断短路电路,负荷开关一般与高压熔断器装在一起使用,其中熔断器用于切断短路电流。
负荷开关的选择方法与高压断路器的选择方法相同。额定电压
Ue≥U
额定电流额定开断电流动稳定热稳定
2I∞tj≤It2t
Ie≥ImaxIed≥I"ich≤imax
负荷开关型号的意义:F——负荷开关;N——户内式;G——改进型;S——熔断器上装式
F W 2 -10 G
其他标志(改进型)额定电压(千伏)
设计序号
使用环境(室外)负荷开关
W——户外式R——带熔断器
T——统一设计
4.5高压熔断器选择
高压熔断器是一种防止电气设备长期通过过载电流和短路电流的保护元件。高压熔断器有熔管、熔体、灭弧填充物(石英砂)、指示器、静触座等构成。熔断器的动作具有反时限的安秒保护特性。由于熔断器的结构简单,使用方便,价格低廉,所以在工厂企业的供配电系统中,对中断供电无特殊要求的设备或网络,得到极为广泛的应用,特别对于动作时间要求不太严格,且灵敏系数有较大潜力时,从降低造价考虑,只要断流容量合格,应优先考虑采用高压熔断器作为控制和保护设备。
高压熔断器的选择,校验条件如表4-2所示,选择时应注意以下几点:
额定电压
额定电流
额定开断电流
保护特性校验*
Kd(t)⋅IeRt>Icj"
IeRg≥IeRt
Ue≥U
Ied≥I"Ied≥Ich
IeRt=KImax
1.按额定电压选择
对于一般高压熔断器,其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于填充石英砂有限流作用的熔断器,则只能用在等于其额定电压的电网中,因为这类熔断器在电流达到最大值之前就将电流截断,致使熔断器熔断时产生过电压。过电压倍数与电路参数及熔体长度有关,一般在等于其额定电压的电网中为2.0-2.5倍,但如在低于其额定电压的电网中,因熔体较长,过电压可达相电压的3.5-4倍,以致损害电网中的电气设备。
2.按额定电流选择
熔断器的额定电流选择,包括熔断器的额定电流和熔体的额定电流的选择。(1)熔管额定电流是指熔断器外壳载流部分和接触部分设计时所根据的电流。熔体额定电流是指熔体本身设计时所根据的电流,即不同材料,不同截面熔体所允许通过的最大电流。在同样的熔断器熔管内,通常可分别装入不同额定电流的熔体。为了保证熔断器壳不致损坏,熔管的额定电流IeRg应大于或等于熔体的额定电流IeRt,即:
IeRg≥IeRt
(2)熔体额定电流选择应满足下列两个条件:首先,熔体的额定电流应不小于回路的最大工作电流
IeRt≥Imax
其次:熔体的额定电流应躲过回路的尖峰电流,如变压器的励磁涌流,电动机的自起动电流及投入电容器的冲击电流等。
对于配电线路装在分支线路上的熔断器,按分支上的最大负荷电流来选择;保护电缆的熔断器,按电缆所允许电流来选择。
对于保护35kV以下电力变压器的高压熔断器,熔体的额定电流按下式选择
IeRt=KIeb
式中K——可靠系数(100kVA以下的变压器,K=2~3,100kVA以上的变压器,K=1.5~2.0);Ieb为变压器的额定电流,对一次侧额定电流:10kV,
Ieb1=6%SN;6kV,Ieb1=10%SN;对二次侧额定电流:Ieb2=3SN/2。
用于保护电力电容器的熔断器熔体,当系数高压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误熔断,其熔体按下式选择:
IeRt=KIec
式中K——可靠系数(对限流式高压熔断器,当一台电力电容器时,K=1.5~2.0,当一组电力电容器时,K=1.3~1.8);Iec——电力电容器回路额定电流。
用于保护电压互感器的熔断器的额定电流为0.5A。3.熔断器开断电流校验
对于没有限流作用的熔断器,选择时用冲击电流进行校验,对于有限流作用的熔断器,在电流过最大值之前已截断,故可不计非周期分量影响,而用I"进行校验。
对于跌落式熔断器还要校验可开断负荷电流值,开断空载变压器容量,允许切合空载线路的长度等。
4.熔断器选择性配合
为了保证前后两级熔断器之间,或熔断器与电源或负荷的继电保护之间动作的选择性,应进行熔体选择性校验,一般上下级的熔体额定电流之差应大于2-3个额定电流级差。各种型号的熔断器熔体熔断时间可由制造厂提供的安秒特性曲线上查出。
熔断器型号意义
R W 5-
其他标志
额定电压(kV)设计序号
使用环境(室外)产品名称(熔断器)
R——熔断器;W——户外式;Z——带重合闸;
N——户内式;H——带有限流电阻器T——带热脱扣器
6电流互感器选择4.4.6
互感器是一次电路与二次电路之间的联络元件,用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。根据用途不同,互感器分为两类:一类为电流互感器也叫仪用变流器,它是将大电流变成小电流(5A)的设备;另一类是电压互感器也叫仪用变压器,它是将高电压变成低电压(100V)的设备。从结构与原理上看,互感器与变压器相似,是一种特殊的变压器。
互感器的作用主要有:
(1)隔离高压电路。互感器原边与副边没有电的联系,只有磁的联系,因而是测量仪表和保护电器与高压电路隔开,以保证二次设备与工作人员的安全。
(2)扩大仪表和继电器使用范围。
(3)使测量和保护继电器小型化、标准化。
测量与计算用的电流互感器的选择应满足一次回路的额定电压与额定电流,以及短路时热稳定和动稳定的要求,此外尚应满足测量与计量仪表对准确度的要求。继电保护用电流互感器还应满足10%误差特性曲线的要求。
准确级0.51-3
额定电压
额定电流
额定负载Z2≤Ze2
动稳定
热稳定
Ue≥U
Ie≥ImaxorS2≤Se2
22
ich≤Kdw2Ie1I∞tj≤(KtI2e)
1.准确级的选择
电流互感器的准确级应根据二次回路所接测量仪表和保护电器对准确等级的要求而定。电流互感器的准确度一般分为0.2、0.5、1、3、10等级,一般计
量用电流互感器要求准确度不低于0.5级,而配电盘上的监测仪表或继电器则采用1~3级的互感器。当同一回路所供测量仪表要求不同准确级时,应按准确等级最高的仪表确定电流互感器的准确等级。
2.额定容量的选择
为了保证电流互感器的准确度,与它二次侧所接的负荷应不大于该准确等级下所规定的额定负荷,即要求
Se2≥S2
S2=Ie22Z2=25Z2
式中Se2——电流互感器对应其准确度的额定容量(VA);S2——电流互感器二次侧负荷视在功率(VA);Z2——电流互感器二次侧负荷阻抗(Ω)。
由于电流互感器二次侧额定电流Ie2已标准化(5A),因此负荷主要决定于其外接阻抗Z2,若不考虑电抗值,则Z2包括所有测量仪表电流线圈的电阻r1,所有继电器电流线圈电阻r2,连接导线电阻r3,以及接触电阻r4之总和,即
Z2=r1+r2+r3+r4
接触电阻r4由于不能准确测量,一般取为0.1欧,测量仪表和继电器的电阻应根据所接的情况加以计算。连接导线的电阻r3。
3.动稳定校验
ich≤Kdw2Ie1
式中,Kdw为互感器允许通过电流峰值idw与一次侧额定电流最大值之比,即
Kdw=
idw
2Ie1
称为电流互感器的动稳定倍数。
对于环氧树脂浇注的母线型电流互感器,可不校验动稳定。4.热稳定校验
电流互感器的热稳定能力通常用1秒允许通过额定电流的倍数来表示,Kt
称为1秒钟热稳定倍数,其校验公式为
2
I∞tj≤(KtIe1)2
表4-3测量仪表设置参考表
项目
进线
车间变电所进线
*1
设置参考
功及无功电度表
电流表,如首段无计量电能的仪表时,则需设有功电度表
一次侧:如在高低压段不同地点控制断路器时,可设电流表。如需在一次侧计量电能时,则设置有功及无功电度表。
二次侧:电流表。当变压器容量在5600kVA以上时,可设有功及无功功率表。如能在二次侧计量电能时,则设置有功及无功电度表。
35~110kV总降压变电所高压电流表1~3只,如果必须监查计量时,才设置有
双绕组降压变压器(110/3~10kV,35/3~10kV,6~10/3~6kV)*26~10/3~6kV)
由本企业控制且属本企业的总
降
压
变
压
器电流表,有功电度表
3~10/0.4~0.23kV*3
供给数个单位核算的3~10/0.4~0.23kV降压变压器*4有系统穿超式线路供电的3~10/0.4~0.23kV降压变压器*5整流设备*6
电流表
电流表、有功电度表、无功电度表
有功电度表、电流表、直流电流表、直流电压表定子回路:三只或一只有切换装置的电流表,电
1250~7500kVA发电机
压表,有功功率表,有功及无功电度表,相位表,频率表
转子回路:电流表及电压表
定子回路:三只或一只有切换装置的电流表,有
500~1250kVA发电机
功功率表,有功电度表,频率表转子回路:电流表及电压表
定子回路:电流表、电压表,有功功率表,有功
500kVA以下发电机
电度表,频率表转子回路:电流表
直流发电机高压同步电动机
*7
总电流回路:电流表、电压表、电度表激磁回路:电流表
电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表,激磁回路设电流表电流表、有功电度表
蓄电池主回路:指示充放电的双向电流表;监视
高压异步电动机*8
110~220V蓄电池及充电装置
充放电的双向电压表。充电机回路:电动机回路交流电流表。发电机回路:直流电流表、直整电压表。母线:测电压电压表,测电绝缘两只电压表。
静电电容器
送至本企业配电装置、变电所的厂内放射式电路
树干式厂区内供电线路或放射式线路,但对多个核算单位电流表供电时电弧炉
变电所6~10kV联络线由同一核算单位供电的低压线路
送至不同单位的低压用户大型配电装置母线
与上一级有直接电气联系的大型配电装置母线母线联络断路器
电流表,有功电度表
电流表*10,双向指示的有功及无功功率表,具有反方向停转机构的有功电度表两只(输入及输出)电流表*11
电流表,有功电度表电压每分段有三只每一个母线分段上有电压表电流表
电流表三只*9,无功电能表电流表,有功电度表
与上一级无直接电气联系的每一个母线系统或分段上有电压表,测量绝缘的
注:*1.如放射式进线端不设断路器,则所有测量仪表不可设
*2.如电能可正向、逆向传送,则功率表应设双向式,电度表应有逆向停转机构,如在供电线路首端计量电能,则可不设电度表,如果不需要时可不设无功电度表。
*3.如果一次侧设隔离开关或负荷开关,电流表可设置在变压器低压侧,测量、计量均在低压侧
*4.仅在需掌握产品单耗时才设置电度表
*5.当电动机容量在1000~2000kW以下时设置电度表的原则同*4。有功功率表在电动机容量达2000kW以上时才设置,无功功率表在电动机容量超过1000kW以上时才设置。
*6.当电动机容量小于1000kW时,设置电度表原则同*4。
11
*7.三只电流表为了监视电容器回路有无熔体熔断现象,当容量小于100kVA时,可设一只电流表。*8.波表只设在线路一端即可。
*9.如传送功率小于0kW,可不设电流表。
7电压互感器选择4.4.7
电压互感器应按额定电压,安装环境,准确度等级及二次侧负荷来选择。具体选项如下表。
准确级0.51-3
1.准确级
电压互感器的准确度也分为0.2,0.5,1,3,10等几个等级.计量电费的电度表用的电压互感器,其准确度应为0.5级,而配电盘上的监测仪表则用1~3级的电压互感器。
由于互感器二次侧负荷的增大,会使电压误差增大,故对不同的准确度皆有不同的二次侧额定负荷。如果各计量仪表及继电器的电压线圈总视在功率不超过电压互感器技术数据规定的功率,则可保证相应的准确度。
2.一次电压
1.1Ue>U1>0.9Ue,一次电压允许的波动范围是±10%,Ue为电压互感器的额定
一次额定电压
1.1Ue>U1>0.9Ue
二次额定电压
100V100/3V
100/3
额定负载
Z2≤Ze2S2≤Se2
一次线电压。
3.二次电压
电压互感器的二次电压应根据使用情况选择。对于接于线电压上的二次线圈U2e=100V,接于相电压上的二次线圈U2e=100/V,接于中性点不接地系统的二次辅助线圈U2e=100/3V。
4.二次负荷
12
在计算单相或三相电压互感器中一相负荷时,应注意其接线方式,表4-4为两种常见的电压互感器与负荷的接线方式及每相负荷的计算公式。
由于电压互感器二次侧各相负荷是不平衡的,故在考虑准确度时,应以一最大相负荷S2为依据。将此负荷与额定容量相比较,应满足
Se2≥S2
式中Se2——在测量仪表要求的最高准确度等级下,电压互感器的额定容量(VA);
S2——电压互感器二次侧最大相负荷(VA)
由于电压互感器是与电路并联连接的,当系统发生短路时,电压互感器本身并不受短路电流的作用,因此不需要校验动稳定与热稳定。
电压互感器型号含义如下:
例如:
4.8母线的选择4.8
一、母线的选择
选择配电装置中的母线应考虑如下内容:1)选择母线的材料,结构和排列方式。2)选择母线截面。
3)校验母线短路时的热稳定。4)校验母线短路时的电动力稳定。
13
母线截面积动稳定
1.σjs≤σux2.lmax=
10σyW
热稳定
1.Iux≥Imax2.Sj=
ImaxJe
S≥Smin=
I∞
tjKjfC
f
2.母线截面的选择一般有两种方法:(1)按最大长期工作电流选择母线截面
母线的截面应选在正常运行时,通过母线的最大长期工作电流不应超过它的长期允许电流,即满足下列条件
Iux≥Imax
式中Iux——为相应于某一周围环境温度和母线布置方式(如矩形母线平放比立放降低5~8%)下,母线长期允许电流(A);Imax——该母线在电路中最大长期工作电流(A)。
矩形母线的长期允许电流是按导体长期允许温度为70℃,周围气温为25℃的条件下确定。当周围实际温度不为25℃时,其长期允许工作电流应乘以温度校正系数Kθ(表4-5)。
表4-5导体载流的温度校正系数
导体额定温度-5(℃)[1**********]0
1.241.201.171.131.091.041.000.950.900.850.800.741.291.241.201.151.111.051.000.940.880.810.740.671.321.271.221.171.121.061.000.940.870.790.710.611.361.311.251.201.131.071.000.930.850.760.660.541.411.351.291.231.151.081.000.910.820.710.580.411.481.411.341.261.181.091.000.890.780.630.45-(2)按经济电流密度选择导体截面
对于年负荷利用小时数较大,母线较长(>20m),传输容量也较大的回路。均应按经济电流密度选择母线。根据经济电流密度选择母线可使其年运行费用最低。母线的经济截面可由下式决定
+5
实际环境温度(℃)的载流校正系数+10
+15
+20
+25
+30
+35
+40
+45
+50
14
Se=
ImaxJe
式中Je——经济电流密度(见表4-6)
表4-6经济电流密度Je值(A/mm2)
导体材料裸铜导线和母线裸铝导线和母线铜芯电缆铝芯电缆
最大负荷利用小时Tmax(h)
3000以下31.652.51.92
3000~50002.251.152.251.73
5000以上1.750.921.54
目前由于需要节约金属材料,在设计中一般按允许发热条件(式4-24)来选择截面,而只对较长导体的截面(如主变压器回路),按经济电流密度选择。
必须指出,按经济电流密度选择导体的截面,还须按正常工作的最大长期工作电流校验它的发热温度。
3.按短路条件校验母线的热稳定
按正常条件选择的母线截面,必须校验它们在短路时的热稳定。工程上为简化计算常采用短路时发热满足最高允许温度的条件下,所需导体的最小截面积Smin来校验载流导体的热稳定性。当所选的导体截面大于或等于Smin时便是稳定的,反之就不稳定。Smin按下式计算
Smin≥
1
I∞jKjfC
式中,C——热稳定系数(见表4-7),Kjf——集肤效应系数,当矩形母线截面在1000mm2以下时为1,母线截面在1000~2000mm2时为1.1,对于电缆和小截面导体一般近似取1。
表4-7导体或电缆的长期允许工作温度和短路时的允许最高温度
短路时导体允
导体种类和材料
母线铜铝
10kV油浸纸绝缘电缆
铝芯
200
60
95
200300
7070
87171
许的最高温度
(℃)
导体长期允许工作温度(℃)
热稳定系数
C值
15
铜芯
V油浸纸绝缘电缆及10kV不6k6kV10kV
滴流电缆铝芯铜芯
交联聚乙烯绝缘电缆
铝芯铜芯聚氯乙烯绝缘电缆
铝芯铜芯
4.按短路条件校验母线的动稳定母线的动稳定校验按下列二式进行
220200220
606565
16590150
[1**********]0
90906565
8013565100
σjs≤σy
σjs
l22
=1.76Kxich×10−3
aW
式中σjs——作用于母线的计算应力(Kg/cm2);σy——母线最大允许应力(
Kg/cm2)硬铝为700,硬铜为1400;l——两绝缘子间的母线长度(cm);a——
母线间距离(cm);W——截面系数,母线平放时为0.167bh2,母线立放时为
0.167b2h;ich——三相冲击短路电流(kA);Kx——母线形状系数(取Kx=1);
;h——母线宽度(cm)。b——母线厚度(cm)
设计时也常根据母线的机械强度σy来决定其最大允许跨距lmax
lmax=
10σyW
f
式中,f=
F
为三相短路时母线单位长度所受的力。l
F=1.76Kx
l2
ich×10−2a
Kg
9导线和电缆的选择4.4.9
架空导线是构成供配电网络的主要元件,屋外配电装置也常采用架空导线
16
作母线,又称软母线。架空导线一般都是裸导线。按其结构分为单股线和多股绞线。绞线又有铜绞线、铝绞线和钢芯铝绞线之分。在工厂中最常用的是铝绞线,在机械强度要求较高的和35kV以上架空线路多采用钢芯铝绞线。导线的芯是钢线,以增强导线的机械强度,外围用铝线,故其导电性能较好。由于交流电流通过导体时有趋表效应,所以交流电流实际上只从铝线通过,从而克服了钢线导电性差的缺点。钢芯铝绞线型号中所表示的截面积(如LGJ-70)仅是铝线部分的截面积。
电力电缆广泛用于工厂配电网络。其结构主要有导体、绝缘层和保护层三部分组成。导线一般由多股铜线或铝线绞合而成,以便于弯曲。线芯采用扇形,从而可减小电缆的外径。绝缘层用于将导体线芯之间及线芯与大地之间良好地绝缘。保护层是用来保护绝缘层,将其密封并具有一定的机械强度,以承受电缆在运输和敷设时所承受的机械力,也可防止潮气侵入。
电缆的主要优点是供电可靠性高,不受雷击、风害等外力破坏;可埋于地下或电缆沟内,使环境整齐美观;线路电抗小,可提高电网功率因数。缺点是投资大,约为同级电压架空线路投资的10倍;且电缆线路一旦发生事故难于查寻和检修。
电力电缆根据它的结构类型,电压和经济电流密度来选择,并须校验其长期发热温度,正常和故障情况下的电压损失以及短路时的热稳定。电缆可不必校验其短路时的动稳定。
额定电压
导线
额定电流
电压损失
Uux≤U
热稳定
1.Iux≥Imax
I2.Sj=Je1.Iux≥Imax
Ue≥U
Smin≥
1
I∞tjKjfC1
I∞tjKjfC
电缆
I2.Sj=max
Je
Uux≤U
Smin≥
一、按结构类型选择电缆
根据电缆的用途,电缆敷设的方法和场所,选择电缆的芯数,芯线的材料,绝缘的种类,保护层的结构以及电缆的其他特征,最后确定电缆的型号。二、按电压选择电缆
Ue≥Umax
式中,Ue——电力电缆的额定工作电压(kV);Umax——网络的最大工作电压(kV)。
三、导线、电缆截面的选择
17
导体截面积可以按长期发热允许电流或经济电流密度选择,除配电装置的汇流母线外,对于年负荷利用小时数大、传输容量大、长度在20km以上的导体,其界面一般按经济电流密度选择。
1.按长期工作电流选择导线、电缆截面
Imax≤KIux
式中,Imax——电路最大工作电流(A);Iux——在规定的条件下,电缆允许的长期工作电流(A);
K
——与敷射方式和环境温度有关的修正系数,当电缆敷
设条件异于规定条件时,电缆允许长期工作电流的校正系数。
K=KθK1K2
电缆的长期允许工作电流Iux是根据电缆的长期允许发热温度(如10kV油浸绝缘电缆为60℃)和周围介质的计算温度(敷设在空气中时为25℃,埋在地中时为15℃)确定的。当周围介质温度不是25℃或15℃时,要乘以温度校正系数Kθ;当电缆为空中多根并列敷设时,要乘以K1;当电缆穿管敷设或直埋敷设而土壤热阻率不同时,乘以系数K2。
各种型号电力电缆允许的长期工作电流以及电缆允许电流的校正系数可从有关资料查得。
2.按经济电流密度选择导线、电缆截面经济截面可由下式决定
Se=
Imax
Je
式中Je——经济电流密度(见表4-6)。
必须指出,按经济电流密度选择导体的截面,还须按正常工作的最大长期工作电流校验它的发热温度。
3.按机械强度选择导体截面
对于架空导线,所选择的截面S应不小于某一最小截面,以保证导体具有足够的机械强度。各种材料架空导线最小截面列于表4-10。
表4-10架空导线的最小截面
架空线路电压等
级35kV6~10kV
2525
18
钢芯导线(mm2铝及铝合金(mm2)3535(居民区)
铜(mm2)
—16
25(非居民区)
1kV以下
16
16
Φ3.2mm
根据运行实际情况,对用于不同条件下的导体,选择条件各有侧重。如对于1kV以下的低压线路,一般不按经济电流密度选择导体截面;对于6~10kV线路,因电力线路不长,如按经济电流密度选择截面,往往偏大,所以仅作参考数据;对于35kV及以上线路,应按经济电流密度选择截面。又如,对一般工厂外部电源线路较长时,可按允许电压损失条件选择截面;并按发热和机械强度的条件校验;对工厂内部6~10kV线路,因线路不长,一般按发热条件选择,然后按其他条件校验;对于380V低压线路,虽然线路不长,但电流较大,在按发热条件选择的同时,还应按允许电压损失条件进行校验。四、按短路时热稳定条件校验导线、电缆截面
导线、电缆截面的热稳定校验方法与母线热稳定校验方法相同,若计及集肤效应系数的影响,热稳定决定的导体最小截面为,即满足下列条件
Smin=I∞
tjKjfC
0低压开关电器的选择4.14.10
低压开关电器用来接通或断开1000V以下的交流和直流电路。通常使用的有低压熔断器、刀闸开关、自动空气开关、接触器和低压配电屏等。
低压设备的选择,与高压设备的选择一样,也要满足安全可靠,运行维护方便和投资经济合理等要求。不仅要满足正常工作的要求,也要满足短路条件下工作的要求。
表4-11低压电器设备选择与校验项目
电器设备名
称低压熔断器低压刀开关低压自动开
关母线支柱绝缘子套管绝缘子电压互感器电流互感器
—√√√√
√—√—√
—————
○○○—√
○———√
电压(kV)√√√
电流(A)√√√
断流能力√√√
短路电流校验动稳定—○—
热稳定—○—
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电缆—表示不校验。
√√——√
○表示35kV以下的工厂供电系统可不校验;注:1.表中√表示必须校验项目,
2.表中的母线和支柱绝缘子、套管绝缘子校验项目,不只适用于低压,
对高压也是适用的。一、低压空气开关
低压空气开关是低压开关中性能最完善的开关,它既可切断负荷电流,又可切断短路电流。广泛用于低压配电变电所的总开关、大负荷电力线路和大功率电动机的控制开关等。但因灭弧结构限制,不适合于具有频繁操作的电路。
该型开关按电源种类分为交流和直流空气开关两种;按结构特点可分为万能式(框架式)和封闭式(塑料外壳式)。
1.低压空气开关的选择
按回路正常运行条件选择时,应使被选择的自动开关的额定电压大于配电网络的额定线电压;额定电流大于网络回路的负载电流,即:
UeZD≥Ue(A)IeZD≥Ifz(A)
式中UeZD——自动开关的额定电压(V);
;Ue——网络的额定线电压(V);IeZD——自动开关的额定电流(A)
。Ifz——网络回路的计算或实际负载电流(A)2.低压空气开关的校验
按回路短路电流校验自动开关的断流能力
对于DZ型自动开关或用峰值表示其极限断流能力的开关,应要求
IDL≥Icf
式中IDL——自动开关的极限开断电流的周期分量有效值(kA)。若制造厂所提供的数据是峰值电流,则按峰值校验;
。Icf——短路冲击电流有效值(kA)
对于WD型自动开关或用有效值表示其极限断流能力的开关,应要求
IDL≥Id
20
式中Id——回路短路电流周期分量有效值(kA)。
二、低压熔断器
低压熔断器是串接在低压线路中的一种保护电器,当线路过负荷或者有短路故障时,利用熔片产生的热量引起本身熔断,从而使故障线路切断。
1.低压熔断器的品种繁多,总共有5大系列,RM系列、RTO系列、RL系列RS、系列、RC系列。可按照使用环境和运行要求作型式的选择。
2.选择低压熔断器除考虑额定电压外,主要选出熔管额定电流Ie和熔体额定电流Ier。
对于保护配电线路、配电干线、分支线的熔断器,熔体Ier的确定应同时满足两个条
(1)Ier应大于或等于回路的计算负荷电流Ij;
(2)Ier应小于该回路导线或电缆的长期允许负荷电流Iux。可由公式(4-65)来表示:
KaIux≥Ier≥Ij
式中Ka是安全系数,其值当保护线路的过负荷时取Ka=0.8;保护明敷绝缘导线的短路时取Ka=1.5;保护穿管线路的短路时取Ka=2.5。式(4-65)说明在既定导线截面下,Ier不能选得太大,否则可能因线路长期(2小时以上)过载发热或短路故障时热稳定性不够,而引起火灾。
对保护用电设备的熔断器,Ier应同时满足如下两条件:(1)在正常情况下,Ier应大于该回路的工作电流Ig:
Ier≥Ig
(2)在启动情况下,熔体的熔断电流IKd(t)应能躲过短时尖峰电流Ijf:
Ier≥
Ijfa
=Kr⋅Ijf
式中:Ig——按额定功率及额定功率因数求出的正常工作电流,Ig≥Ij;
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Ijf——单台或多台用电设备的尖峰电流;
a,Kr——a为熔体躲过尖峰电流的安全系数,与设备性质、启动状况、熔
体特性有关。Kr是a的倒数,成为选择计算系数,其值查表4-42对于电弧炉或电焊变压器类,取Kr=1.1。
对保护照明线路的熔断器,熔体Ier的确定应同时符合式(4-65)及下式(4-68)两个条件:
Ker≥KrIj
3、4-14。4-13式中选择计算系数Kr值参见表4-1
3.按熔体的Ier选择配合可确定熔断器的额定电流Ie。为了保证动作的选择性,一般要求上级熔体电流应比下级熔体大2~3个电流级差。
4.制造厂提供的低压熔断器的最大开断电流IKd用“极限分断能力”来表示,并且采用交流电流周期分量有效值Ifd,因此为了简化校验也可按被保护回路的
(3)
三相短路电流Id来校验熔断器的分断能力:
(3)
IKd=βIfd≥Id
当负载cosϕ为0.5~1时,β=1.2~1.0。
3电力线路熔体选择计算系数Kr表4-14-13
熔断器型号RTO
熔体材料
Ier(A)
轻载启动重载启动频繁启动及
t≥10~20s
t≤3s0.330.280.250.450.380.280.380.450.30
22
t≤8s0.450.300.300.600.450.300.450.500.40
≤50
铜
60~200>200≤20
RT10
铜
25~5060~100≤60
RM7
铜
80~350>400
0.500.330.330.660.500.330.500.550.45
RM1RL1RC1ARM10
锌铜、银铅、铜锌
10~350≤6080~10010~200≤6080~200>200
0.380.380.300.300.380.300.28
0.450.450.380.380.450.380.30
0.500.500.420.420.500.420.33
′4照明线路熔体选择计算系数Kr4-14表4-1
熔断器型熔体材号RL1RC1A
料铜、银铅、铜
Ier(A白炽灯、荧光灯、卤钨灯、金属卤
化物灯11
高压水银灯1.3~1.71~1.5
高压钠灯
1.51.1
≤60≤60
三、刀闸开关
刀闸开关(也称刀开关)是一种最简单的低压开关,它只用于手动接通或断开低压电路较小的正常工作电流。
刀闸开关的类型很多。按其操作方式分,由单投和双投。按其极数分,有单极、双极和三极。按其灭弧结构分,有带灭弧罩和不带灭弧罩两种。不带灭弧罩的刀开关一般只能在无负荷或小负荷下操作,作隔离开关使用。带有灭弧罩的刀开关,能通断一定的负荷电流。
4.11变压器台数和容量的确定
一.变压器台数的确定
总降压变电所主变压器容量与台数的选择在很大程度上取决于负荷的大小及其对供电可靠性的要求,同时考虑发展规划等因素并与电气主接线的选择统筹安排,力求变电所的电气主接线简单,运行方便,供电可靠,节约电能并减少投资。变压器台数多则供电可靠性高,但设备投资也大,运行费用也要增加。因此,满足可靠性要求时,变压器台数越少越好,对不重要的负荷供电的变电所或能取得低压备用电源的三级负荷供电时皆选用一台主变压器。
下述情况可考虑选用两台或两台以上主变压器:
23
1、一、二级负荷数量较大;
2、有大型冲击负荷(如大容量高压电动机、大电弧炉等)。为减少它们对
其他负荷的影响,有必要为冲击负荷单独设置变压器;
3、对于负荷极不均衡,昼夜负荷或季节性负荷变化大,选用两台变压器可
大大降低电能损耗,使设置两台变压器增加的设备投资,可在3~5年内由节约的电能中收回;
4、原设一台主变压器的变电所,由于负荷增加,但又不能更换大容量变压
器时;
5、分期建设的大企业,为节约初投资,提高变压器运行效率,可分期投入
2~3台变压器以替代一台大型变压器。
二.变压器容量的选择
总降压变电所中主变压器的容量,应根据总的视在计算负荷确定:1、如果选用一台主变压器,且负荷比较平稳,则变压器容量应较全厂负荷
高。如果昼夜负荷或季节性负荷波动较大,选择变压器容量时可适当考虑其过负荷能力,在高峰负荷时,变压器可适当地过载运行。2、当装设两台或两台以上变压器时,其容量应满足当一台变压器停止工作
时,其余变压器应能保证全部的一级负荷及大部分二级负荷的用电,这时也允许变压器过负荷运行。
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