第五章短路电流计算及电气设备的选择与校验ppt课件.ppt

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1、第五章第五章短路电流计算及电气短路电流计算及电气设备的选择与校验设备的选择与校验本章教学要求本章教学要求1.了解三相交流电网短路的过渡过程。了解三相交流电网短路的过渡过程。2.掌握无限大电源供电系统三相短路电流计算。掌握无限大电源供电系统三相短路电流计算。3.了解短路电流的热效应和力效应产生的原因，了解短路电流的热效应和力效应产生的原因，掌握电气设备的选择与校验。掌握电气设备的选择与校验。 重点：重点：1. 短路电流计算；短路电流计算； 2. 电气设备的选择与校验。电气设备的选择与校验。本章内容本章内容 短路是指不同相之间，相对中线或地线之短路是指不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接

2、或经小阻抗连接。本章讨间的直接金属性连接或经小阻抗连接。本章讨论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流（简称短路电流），短路电流计算的目的主要（简称短路电流），短路电流计算的目的主要是供母线、电缆、设备的选择和继电保护整定是供母线、电缆、设备的选择和继电保护整定计算之用。计算之用。本章内容本章内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 无限大容量电源系统三相短路分析无限大容量电源系统三相短路分析第三节第三节 无限大容量电源条件下系统三相短路电无限大容量电源条件下系统三相短路电 流计算流计算第四节第四节 两相两相单相短路电流计算和电压短路电流单相短路电流计算和

3、电压短路电流 计算计算第五节第五节 供电系统中电气设备的选择及校验供电系统中电气设备的选择及校验第五节供电系统中电气设备第五节供电系统中电气设备的选择及校验的选择及校验( (书上第章书上第章) )电气设备的选择电气设备的选择 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ima22tItItcal 1 电气设备选择的一般原则

4、 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节供电系统中电气设备的选择及校验第五节供电系统中电气设备的选择及校验一一. 电气设备选择的一般原则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第五节供电系统中电气设备的选择及校验第五节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 一一. 电气

5、设备选择的一般原则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 第第

6、五五节供电系统中电气设备的选择及校验节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第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节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 Soc 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)1)高压断路

7、器选择高压断路器选择 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。 第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节供电系统中电气设备的选择及校验例例5-1 试选择某35kV变电所主变二次侧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，三相短路容量为0.9MVA，三相短路电流稳态值为3.2kA，继电保 护动作时间为1.1s。 第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节供电系统中电气设备的选择及校验GG-1A(F)GG-1A(F)型固定式高压开关设备型固定式

8、高压开关设备第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节供电系统中电气设备的选择及校验解：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。 查查P294表表A-4，选择，选择SN10-10I/630型少油断路器，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。条件，选断路器合格。 A275510350003NNN2.USI第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节供电系统中电气设备的选择及

9、校验MVA258235103.序号SN10-10I/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1UN10kVUW.N10kV合格2IN630AIC275A合格3imax40kAish(3)8.54kA合格4It2t1624=1024kA2sI2tima(3.2)2(1.1+0.06+0.05)=12.4 kA2s合格5断流容量300MVAIUN3合格2)2)高压隔离开关选择高压隔离开关选择 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：由于解：由于10kV出线控制采用成套开关柜，查出线控制采用成套开关

10、柜，查P294表表A-5选择选择GN6 -10T/600高压隔离开关。选择计算结果高压隔离开关。选择计算结果列于下表。列于下表。 第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节供电系统中电气设备的选择及校验序号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1UN10kVUW.N10kV合格2IN600AIC275A合格3imax52kAish(3)8.54kA合格4It2t2025=2000kA2sI2tima(3.2)2(1.1+0.06+0.05)=12.4 kA2s合格第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节供电系统中电气设备的选择及校验3) 3) 高压熔断器的选

11、择高压熔断器的选择1. 保护线路的熔断器的选择第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节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。 第第五五节供电系统中电气设备的选择及校验节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),其断

12、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）熔断器型号的选择的选择 户内熔断器选择熔断器选择RN1型,户外熔断器选择熔断器选择RW型。（2） 熔体额定电流INFE的选择的选择 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

13、 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0.5A。 三. 互感器的选择一一) )电流互感器选择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，

14、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。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

15、、1500、2000（A）等多种规格，二次侧额定电流均为5A。(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XCWL2N222N22RRZIZISiKes 动稳定倍数 shN1es2iIK（1）动稳定度校验（2）热稳定度校验 （Kt I1N）

16、2 t I(3)2 tima Kt 热稳定倍数 例例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0.5VA，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：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Z2N0.4W。(1)准确度校验 S2NI2N2Z2N=520

17、.4=10VA S2Si+I2N2（RWL+RXC） =（0.5+0.5+3/2）+5232/(532.5)+0.1=5.6510VA （2） 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。 二二) )电压互感器选择电压互感器选择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

18、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 222iiQPS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。 2cosiiSP2siniiSQ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

19、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2.0VA。 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：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

20、负荷为 S2 = 26(VA) 50(VA) 故二次负荷满足准确度要求。四四. . 母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择母线、支柱绝缘子和穿墙套管选择一一) 母线选择母线选择 母线都用支柱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 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

21、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)，tima为假想时间(s)；C为导体的热稳定计算系数,见书上P66介绍和P123。 CtISimamin3母线应力计算母线应力计算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 = I

22、c / j ec 力稳定校验： al，其中 al为母线允许应力(Cu：400105N/m2、Al：500-700105N/m2、Fe：1000105N/m2)； 计算应力：=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。二二) )支柱绝缘子的选择支柱绝缘子的选择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

23、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）。三三) )穿墙套管的选择穿墙套管的选择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 Fc0.6Fal Fc = K(l1+l2) ish (3) 210-7N /a 式中，式中， Fc为三相短路冲击电流作用于穿墙套管上的为三相短路冲击电流作用于穿墙套管上的计算力（计算力（N）；）；Fal为为穿墙套管允许的最大抗弯破坏负穿墙套管允许的最大抗弯破坏负荷（荷（N）；）；l1为为穿墙穿墙 套管与最近一个支柱绝缘子之间的套管与最近一

24、个支柱绝缘子之间的距离（距离（m），）， l2为套管本身的长度（为套管本身的长度（m），），a为相间距为相间距离，离，K = 0.862。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

25、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-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 2ecN2ecmm239151275.jIS N5461030111054817321103723723shf3c.aliKF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 mN151011546103c.lFM3622m10082600500506.hbwMPa45210062156.McwMPa452MPa70al.母线热稳定校验 热稳定最小截面为母线实际截面为S=505=2

26、50(mm2) =50.3(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)23imaminmm350877110353.CtIS 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=0.56m；l1=1.8m，a=0.22m, 按式(5-30) 则： N5461030111054817321103723723shf3c.

27、aliKF N86710220104585608186601072372123sh3c.allKiF0.6 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。 skA720512119713532222ima23tI.tIt五.高压开关柜的选择 一一) )开关柜的技术参数开关柜的技术参数 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

28、烈震动的场所。二二) )高压开关柜的选择高压开关柜的选择 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

29、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： INFEIc N.FEN.FUII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

30、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，应同时满足上述三个条件。熔体额定电流，应同时满足上述三个条件。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

31、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。 一般前级熔断器的熔体电流应比后级大23级。例例5-6 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：解：1选择熔体及熔断器额定电流INFEIc=42.3AINFE

32、KIpk=(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=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200A。习题习题1.根据根据 选择电气设备的型号。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按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定, 如如 、 、 、 等等电气设备电气设备。3.电缆只需校验电缆只需校验 ， 支柱绝缘子只需校验支柱绝缘子只需校验 。4.断路器既要校验断路器既要校验 和和 ， 也要校验也要校验 。5.高压开关柜高压开关柜回路方案号回路方案号根据根据 选择。选择。1. 工作要求和环境条件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。 作业 作业： P63 3-12、3-13、3-16 作业： P123 5-13（断路器）、5-19（母线）