低压电气设备选择和保护

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1、1,低压电器设备选择 与 设备保护,主讲人：罗勇存,2,4.1 短路电流,(1) 概述 本节所示的短路电流，使电压在1KV及以下网络的短路电流，1KV及以下网络的短路电流计算，是供校验低压电器的分段能力和热稳定电动机起动时电压波动计算时用的，还有1个重要作用是用于继电保护整定。 短路电流有三相短路电流、两相短路电流和单相短路电流。 a短路电流的定义 短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之间，发生一起阻抗极小的故障而引起的过电流。,3,4,b三相短路,5,c两相短路,6,d单相短路 相对中性线故障,7,相对地故障,8,(2)短路电流的计算方法 短路电流有三相短路电流，两相短路电流和单相短路电

2、流。其计算方法如下： （A）三相短路电流周期分量计算 三相短路电流周期分量按下式计算 （4-1） 式中， 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA； U 低压网络平均额定线电压，V，可取400V； Z 每相总阻抗，m； R 每相总电阻，m； X 每相总电抗，m。,9,低压电网一般以三相短路电流为最大，与中性点是否接地无关。如在一相和两相上有电流互感器。而使短路电流不对称时，仍可按上式计算，但式中的R和X采用没有电流互感器的那一相的总阻抗。,10,（B）不对称短路电流周期分量的计算 a.两相短路 由于低压网络距发电机的电气距离很远，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，在实用计算中，可以假定Z

3、2Z1,这样可直接由三相短路电流求得，按下式算出 （4-2） 式中， 两相短路电流周期分量第一周期有效值，kA 三相短路电流周期分量分一周期有效值，kA,11,b. 单相短路 单相短路电流计算可以用两种方法计算 对称分量法计算 （4-3） 式中， 单相短路电流周期分量第一周期有效值，KA； Ux 低压网络平均额定相电压，V，可取230V； R1 短路电流正序总电阻，m； R2 短路电流负序总电阻，m； R0 短路电流零序总电阻，m； X1 短路电流正序总电抗，m； X2 短路电流负序总电抗，m； X0 短路电流零序总电抗，m。,12,相-零回路电流法计算 （4-4） 式中， 、Ux 意义同式4

4、-3 R 短路电路相-零回路总电阻，m； X 短路电路相-零回路总电抗，m；,13,（C）短路冲击电流值 电源系统供给短路冲击电流值，按下式计算， （4-5） 式中， 三相短路冲击电流（即三相短路电流第一周期全电流峰值），kA； 三相短路电流冲击系数，可据X/R的比值从图4-1查得； 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA。,14,图4-1 曲线,15,电动机反馈冲击电流值，按下式计算 (4-6) 式中， 电动机反馈三相短路冲击电流值，kA; 电动机短路冲击系数，一般为0.801.28；简化计算可取1； 电动机额定电流，kA。,16,晶闸管装置反馈冲击电流值，按下式计算 （4-7） 式中，

5、晶闸管装置反馈三相短路冲击电流值，kA; Pe 晶闸管供电直流电动机总容量，kW; U 低压网络平均额定线电压，V;一般为400V。,17,总的短路冲击电流值 （4-8） 式中， 总的短路冲击电流值，kA; 、 、 意义同式4-5 4-7。 短路点远处（即非直接联接短路点的电动机、晶闸管装置；或非配电母线及其直接联接低压配电屏屏内短路）的电动机、晶闸管装置的反馈的、短路冲击电流值可以忽略不计。,18,（D）短路全电流的最大有效值 电源系统供给的： 当Kch 1.3时，可按下式计算 （4-9） 当Kch1.3时，可按下式计算 (4-10) 式中 Ichx 三相短路电流电源系统第一周期全电流有效值

6、，kA； I”z 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA; Kch 三相短路电流冲击系数，可从图4-1查得； Ta 三相短路电流非周期分量衰减时间常数，S； （4-11） 式中，X 短路总电抗，m； R 短路总电阻，m。,19,短路点近处连接的电动机，晶管闸装置反馈的 、 全电流最大有效值。 电动机反馈的 （4-12） 式中，Keh、Ied 意义同式4-6 晶闸管装置反馈的 （4-13） 式中，Keh、Ied 意义同式4-6 总的短路全电流的最大有效值为 （4-14）,20,（3）校验断路器的分断能力 断路器的额定通断能力应大于或等于线路中最大短路电流（有效值）。 1) 在0.02s以上动作

7、的断路器（如DW 型） Ikd Id 式中，Id 线路的短路电流周期分量有效值，A； Ikd 断路器的分断电流（周期分量有效值），A；,21,2)在0.02s以下动作的断路器（如DZ型） Ikd Ic 式中，Ic 短路开始第一周期内的全电流有效值，A； Ikd 断路器的分断电流（冲击电流有效值），如制造厂提供的分段电流为峰值时，可按峰值校验。 断路器分段能力的有效值与峰值的关系可按参照表4-1换算。,22,表4-1 断路器分断能力的有效值与峰值的关系 注：cos为功率因数；Ta为时间常数。 各种不同容量的变压器低压侧发生三相短路时，其各种短路电流值的计算见第4章。表4-2，列出断路器的分断能力

8、与相应的变压器短路电流的有关数据，供参考。,23,根据断路器标准，确定新系列断路器分断能力的条件是： 变压器容量不超过2000k VA,单台运行，短路阻抗按4%考虑;(注1) 变压器的6(10)k V c侧短路容量按150200MVA考虑，如为直接变压（即35/0.4kV），35kV侧的短路容量按650750MVA考虑； 在变压器低压出线端3m母线处发生三相金属性短路； 短路时，低压电动机的反馈电流按变压器额定电流的4倍考虑（注2） 在检验通断能力时不要忽略，配电回路的功率因素必须大于或等于该断路器的规定值。,24,当断路器的分断能力不够时，可考虑采取以下措施： （1）对于一般配电线路，可将断

9、路器改用或串用分断能力达的熔断器（其分断能力50120kA，可适应1600kVA或更大容量的变压器）。 （2）采用限流式断路器，600A限流式断路器能分断2000kVA以下变压器的短路电流。 （3）对于特别重要的线路，如果要求在故障排除后能立即恢复送电，则断路器的分断能力必须要大于短路电流，此时可更换大容量的断路器，即选用断路器的额定电流大一级的断路器，而按线路计算电流选定过电流脱扣器的额定电流；如果还不能满足需要，则采用牺牲选择性的级联保护方案，参见下册29.1.2.4中有关内容，必须指出，这些都是迫不得已的做法，应慎重决定。,25,表4-2 6(10)k V 侧短路容量200MVA时,新系

10、列断路器的分断能力与相应的变压器短路电流,26,注：1：表4-2中的短路电流是按变压器短路电压，4%和高压侧短路容量为200MVA时计算出来的。变压器的短路电压大，短路电流小，变压器的短路损耗小，电阻小，电抗大，也引起短路电流变化。另外高压侧短路容量大，短路电流大，所以表4-2的短路中流值仅供参考。 2：低压配电设计规范（GB50054-95）第2.1.2条，验算电器在短路条件下的通断能力，应采用安装处预期短路电流周期分量的有效值，当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入，电动机反馈电流的影响。,4.2 低压电器设备选择,低压电器设备选用原则： 一般用途的低压电器（称为基

11、本系列）的使用环境条件为： （1）海拔高度不超过2000m； （2）周围空气温度为-10+40（户外型-25+40，但电子式电器在仍为-10）； （3）最湿月的平均最大相对湿度90%（该月平均最低温度为25）； （4）对安装方位有规定的或动作性能要受重力影响的电器，其安装倾斜度不大于5； （5）无显著摇动和冲击振动的场合； （6）污染等级为3级（即无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃，包括导电性尘埃或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的环境）和无雨雪侵袭的地方； （7）无爆炸危险的介质。 对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基本系列产品的基础上进行派生，构成如防爆、船舶、化

12、工、牵引、湿热带、高原、矿用、航空用电器。,28,4.2.1 刀开关的选择 刀开关主要用作隔离电源用，一般不直接接通和断开电动机等负载，但亦可有条件地不频繁地带负荷操作。习惯上将刀形转换开关（又称双投刀开关），组合开关（盒式转换开关），熔断器式刀开关，铁壳开关等均归属刀开关这一类。 刀开关选择的注意事项为： (1)按额定电压选择。安装刀开关等的线路电压应不超过刀开关出头额定电压。一般刀开关及刀形转换开关的额定电压为交流500V，直流440V；HR5,HR6型熔断器式刀开关的额定电压为交流660V；组合开关的额定电压为交流380V，直流220V；大电流的HD18型额定电压交流1200V，直流15

13、00V。,29,(2) 按计算电流选择 IeIjs 式中Ie刀开关等的额定电流，A; Ijs安装刀开关等的线路计算电流，A (3) 按分断电流选择。刀开关的分断电流与刀开关的操作方式，有无灭弧室，电压种类及负载性质等有关。刀开关的容许分断能力见下册表298。 (4)按短路时的最大短时耐受峰值电流及最大短时（1s）耐受电流校验。刀开关应能承受短路电流所导致的电动力冲击和热效应，刀开关的最大短时（1s）耐受峰值电流有效值随其额定电流及操作方式而异。安装刀开关的线路，其三相短路电流不应超过制造厂规定的最大短路耐受峰值和耐受电流有效值，如有不符，应选用大一级额定电流的刀开关。,30,（5） 不同型式的

14、刀开关有一定的适用范围，中央手柄直接操作，适用于无防护的配电屏；侧面手柄直接操作，只要用于动力配电箱；中央杠杆操作，用于正面两侧后面维修的开关柜；侧面杠杆操作，用于正面两侧操作，前面维修的开关柜。 一般刀开关都有单级，双级，三级及人力操作和电动操作多中操作型式，可按不同需要选用。 （6） 刀开关级数应与电源进线数相等，此外，选择时还要注意机电寿命，操作频率及环境温度的影响。常用刀开关技术数据见下册表299。,31,（7） 组合开关的选择。要使组合开关的额定电流大于负载电流，如用于控制电动机，宜按异步电动机的额定电流的23倍选取组合开关的额定电流。通常只是对额定电流小于6A，不重要，且不易过负载

15、的电动机，才采用组合开关作为操作电器。组合开关的层数接线图应符合控制要求。当工作电压和操作频率超过额定值，环境温度大于35C，则应将开关容量选大一级。 几种组合开关的技术数据见下册表2910。组合开关每小时操作频率最高可达300次，一般为120次。当用来控制电动机时，由于启动电流大，操作频率只能达到每小时1520次。 （8） 熔断器式刀开关以具有高分断能力的有填资料熔断器（HR3型配RT10系列，HR6,HR5配NT系列）作为刀开关的刀片。据见下册表2911。,32,（9） 在要求不高的场合，常采用一种简单，经济的胶盖开关。三极胶盖开关与相应熔丝配合，可用于小容量三相异步电动机额定电流的启动运行，开关的额定电流最好选为电动机额定电流的三倍以上。两级胶盖开关多用于照明等场合，还可作为分支电路的配电开关使用。几种胶盖开关的技术数据及配用的熔丝见下册表2912表2915。 （10） 负荷开关是由闸刀开关的熔断器组成的组合电器，它装在钢板外壳或铸铁外壳内，故又称铁壳开关。它适用于工况企业照明和动力的配电回路中，供手动不频繁接通，分断和保护电动机及隔离电源用。当直接启动小容量（以不大于4.5kW，不经常起动又无过载可能性为宜）三相异步电动机时，开关的额定电流建议不低于额定电流的三倍。几种负荷