5-电气设备的选择

第5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内容，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。

5.1 电气设备选择的一般原则

供配电系统中的电气设备总是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择除了满足正常工作条件下安全可靠运行，还应满足在短路故障条件下不损坏，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处的位置（户内或户外）、环境温度、海拔高度以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。

电气设备的选择应根据以下原则：

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。

（2）按工作电压选择电气设备的额定电压

电气设备的额定电压U N应不低于其所在线路的额定电压U W•N，即：

U N ≥U W·N（5-1）例如在10kV线路中，应选择额定电压为10kV的电气设备，380V系统中应选择额定电压为380V（0.4kV）或500V的电气设备。

（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流

电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流I max（或计算电流I C），即：

I N ≥I max

或 I N ≥I c （5-2）2．按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定

为了保证电气设备在短路故障时不致损坏，就必须按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。动稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用下，电气设备不致损坏。热稳定是指电气设备载流导体在最大稳态短路电流作用下，其发热温度不超过载流导体短时的允许发热温度。

3．开关电器断流能力校验

断路器和熔断器等电气设备担负着切断短路电流的任务，通过最大短路电流时必须可靠切断，因此开关电器还必须校验断流能力。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。

5.2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。高压电气设备的选择和校验项目如表5-1所示。

高压断路器、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

按式（5-1）和（5-2）分别选择额定电压和额定电流。

3．动稳定校验

m ax i ≥()3sh i

或 m ax I ≥()

3sh I （5-3）

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。

4．热稳定校验

t I t 2

≥()ima t I 23∞ （5-4）

式中，I t 为电气设备的热稳定电流；t 为热稳定时间。

5．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。开关电气设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量，即：

S oc ≥S k ·max

或 oc I ≥

()

3m ax ⋅k I （5-5）式中，I oc 、S oc 为制造厂提供的最大开断电流和开断容量。

表5-1 高压电气设备选择和校验项目

注

：表中“√”表示必须校验，“—”表示不要校验。

5.2.1高压断路器选择

高压断路器是供电系统中最重要的设备之一。由于成套配电装置应用普遍，断路器大多选择户内型的，如果是户外式变电所，则应选择户外型断路器。高压断路器一般选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器。具体选择方法如前述。

例5-1 试选择某35KV 变电所主变次总高压开关柜的高压断路器，已知变压器35/10.5kV,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60.9MVA ，继电保护动作时间为1.1s 。

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。

A

U S I N

N N 2755

.103500032=⨯=

=

查附录表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表5-2，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。

表5-2 例5-1高压断路器选择校验表

5.2.2 高压隔离开关选择

由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。成套开关柜生产厂商一般都提供的开关柜方案号及柜内设备型号供用户选择，用户也可以自己指定设备型号。开关柜柜内高压隔离开关有的带接地刀,有的不带接地刀。

表5-3 例5-2高压隔离开关选择校验表

例5-2 按例5-1所给的电气条件，选择柜内高压隔离开关。 解：由于10kV 出线控制采用成套开关柜，选择GN 68-10T/600

高压隔离开关。选择计算

结果列于表5-3。

5.2.3 高压熔断器的选择

高压熔断器有户内和户外型两种，熔断器额定电压一般不超过35kV 。熔断器没有触头，

而且分断短路电流后熔体熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验断流能力。

高压熔断器在选择时，要注意以下几点：

⑴户内型熔断器主要有RN1型和RN2型，RN1型用于线路和变压器的短路保护，而RN2型用于电压互感器保护。

⑵RN 型熔断器的额定电压应与线路额定电压相同，不得降低电压使用。 ⑶户外型跌落式熔断器需校验断流能力上下限值，应使被保护线路的三相短路的冲击电流小于其上限值，而两相短路电流大于其下限值。

⑷高压熔断器除了选择熔断器额定电流，还要选择熔体额定电流。 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 （5-6）

(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 （5-7）

(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 （5-8）

(4)熔断器断流能力校验

① 对限流式熔断器（如RN1型）其断流能力I oc 应满足

oc I ≥()3I '' （5-9）

式中，()

3I ''为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流的有效值，无限大容量系统中

()3I ''=()

3∞I ，因为限流式熔断器开断的短路电流是()3I ''。

②对非限流式熔断器（如RW4型等）可能开断的短路电流是短路冲击电流，其断流能

力应不小于三相短路冲击电流有效值()3sh I 。

oc I ≥()3sh I （5-10）

对断流能力有下限值的熔断器还应满足

m in ⋅oc I ≤()2k I （5-11）

式中，I oc ·min

为熔断器分断电流下限值；()

2k I 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

考虑到变压器的正常过负荷能力（20%左右）、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足：

I N ·FE =（1.5～2.0）I 1N ·T （5-12）

式中，I N ·FE 为熔断器熔体额定电流；I 1N ·T 为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0.5A 。

5.3互感器的选择

5.3.1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。