第四章短路電流的計(jì)算與高低壓電器的選擇

1、第四章 短路電流的計(jì)算與高低壓電器的選擇第一節(jié) 短路及其過程分析第二節(jié) 高壓電網(wǎng)短路電流的計(jì)算第三節(jié) 低壓電網(wǎng)短路電流的計(jì)算第四節(jié) 短路電流的效應(yīng)第五節(jié) 高壓電器的選擇第六節(jié) 互感器的選擇第七節(jié) 低壓電器的選擇本章小結(jié)一、短路的基本概念 （一）短路及其型式 線對(duì)地短路在中性點(diǎn)直接接地或中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)中發(fā)生的線導(dǎo)體（相導(dǎo)體）和大地之間的短路。第一節(jié) 短路及其過程分析 短路指兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部分之間意外的或有意的形成的導(dǎo)電通路，此通路迫使這些導(dǎo)電部分之間的電位差等于或接近于零。 線間（相間）短路兩根或多根線導(dǎo)體（相導(dǎo)體）之間的短路，在同一處它可伴隨或不伴隨相對(duì)地短路。 低壓配電系統(tǒng)中還會(huì)發(fā)生相

2、（線）導(dǎo)體對(duì)中性導(dǎo)體短路，簡(jiǎn)稱單相短路。 （二）短路原因及后果 主要原因：電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞，其次是人員誤操作、鳥獸危害等。 短路后果：產(chǎn)生的熱量，使設(shè)備溫度急劇上升，會(huì)使絕緣老化或損壞；產(chǎn)生的電動(dòng)力，會(huì)使設(shè)備載流部分變形或損壞；使系統(tǒng)電壓驟降，影響系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行； 嚴(yán)重的短路會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 短路還會(huì)造成停電； 不對(duì)稱短路的短路電流會(huì)對(duì)通信和電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾等。短路電流往往要比正常負(fù)荷電流大十幾倍或幾十倍。 500kV線路單相對(duì)地短路試驗(yàn)線路單相對(duì)地短路試驗(yàn)三相短路實(shí)驗(yàn)三相短路實(shí)驗(yàn)二、供配電系統(tǒng)短路過程的分析（一）遠(yuǎn)端短路和近端短路 如果以供電電源容量為基準(zhǔn)的短路回

3、路計(jì)算阻抗不小于3，短路時(shí)即認(rèn)為電源母線電壓將維持不變，不考慮短路電流交流分量（周期分量）的衰減，可按短路電流不含衰減交流分量的系統(tǒng)，即無限大電源容量的系統(tǒng)或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)端短路進(jìn)行計(jì)算。 否則，應(yīng)按短路電流含衰減交流分量的系統(tǒng)，即有限電源容量的系統(tǒng)或靠近發(fā)電機(jī)端短路進(jìn)行計(jì)算。（二）遠(yuǎn)端短路過程的簡(jiǎn)單分析 單端電源網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部某處發(fā)生三相短路并在短路持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持短路相數(shù)不變。 kTkTph.mdsindiR iLUtt等效電路的電壓方程： /kTk.mksin()tiItCe微分方程解：)/arctan(RXkRL / Ik.m=ph.m/ |UZk.mkmsinsinCII 當(dāng)t0時(shí)，由于短路電

4、路存在著電感，因此電流不會(huì)突變，即ik0=i0，可求得積分常數(shù)，即/kTk.mkk.mkmsin()(sinsin )tiItIIe則kDCii 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的電壓、電流曲線如下圖：正 常 運(yùn) 行 狀 態(tài)0 . 0 1 sO暫 態(tài)穩(wěn) 態(tài)uii, uinp(0)i正 常 運(yùn) 行 狀 態(tài)0 . 0 1 sip(0)i0O暫 態(tài)穩(wěn) 態(tài)ikuishi,uuipin pkiti正 常 運(yùn) 行 狀 態(tài)0 . 0 1 sO暫 態(tài)穩(wěn) 態(tài)t ( t )u2IkTikiDCiupi（三）有關(guān)短路的物理量1.短路電流周期分量kk.mksin()iItkarctan(/)90XRk(0)k.mk2iI

5、I t t=0=0時(shí)時(shí) 由于由于 kI對(duì)稱短路電流初始值對(duì)稱短路電流初始值 2.短路電流非周期分量/DCk.mkm(sinsin )tiIIe/DCk.mk2ttiIeI emk.msin,II由于由于 故故 /(314)LRXRR越大，越大，越小，衰減越快。越小，衰減越快。 3.短路全電流kTkDCiii22kTkDC( ) tIIi有效值有效值 4.短路電流峰值0.01/pk(0.01)DC(0.01)k2(1)iiiIeppk2iKI短路全電流短路全電流ikT的最大有效值的最大有效值 2220.01/2pkDC(0.01)kk( 2)IIIII e2pkp12(1)IIK/0.01/p1

6、1RXKee 短路電流峰值（沖擊）系數(shù)短路電流峰值（沖擊）系數(shù) 5.穩(wěn)態(tài)短路電流 對(duì)無限大電源容量系統(tǒng)中或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)短路，短路電流周期分量不衰減，即Ik = 。kI三、計(jì)算短路電流的目的 計(jì)算短路電流的目的，主要是為了正確選擇和檢驗(yàn)電器、電線電纜及短路保護(hù)裝置。 第二節(jié) 高壓電網(wǎng)短路電流的計(jì)算nk3223cUIRX短路計(jì)算電壓系數(shù)短路計(jì)算電壓系數(shù) c=1.05 三相對(duì)稱短路電流周期分量的初始值 在高壓電路的短路計(jì)算中，通常只計(jì)電抗，不計(jì)電阻。故nk33cUIXk3nk33ScU I計(jì)算短路電流的關(guān)鍵便是求出 。X短路電流計(jì)算方法：標(biāo)幺制有名單位制 一、標(biāo)幺制*dAAA 按標(biāo)幺值法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)

7、，一般是先選定基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud。標(biāo)幺值基準(zhǔn)容量取基準(zhǔn)電流（kA） 基準(zhǔn)電壓取元件所在處的短路計(jì)算電壓為基準(zhǔn)電壓（kV），即dnUcUd100MVAS ddd3SIU基準(zhǔn)電抗（） ddd3UXI2cdUSdc3SU二、供配電系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值 1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值*SSdXXX2nSk3()cUXS22dnk3d()UcUSSdk3SS電抗電抗 電抗標(biāo)幺值電抗標(biāo)幺值 電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口處設(shè)計(jì)規(guī)劃的三相對(duì)稱短路容量初始值（MVA） 2.電力線路的電抗標(biāo)么值*WWd/XXX2ddUxlSd2n()SxlcU線路單位長(zhǎng)度的電抗電力線路所在處的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV） 3.電力變壓

8、器的電抗標(biāo)幺值2kr.TTr.Tr.TTd%( 3/) 100(/) 100UIXUSXU2dkTr.T%100UUXS因?yàn)橐驗(yàn)?所以所以 電抗標(biāo)幺值電抗標(biāo)幺值 *TTd/XXX22ddkr.Td%100UUUSSdkr.T%100SUS變壓器的阻抗電壓百分值變壓器的額定容量，特別注意單位應(yīng)與基準(zhǔn)容量一致（MVA） 4.限流電抗器的電抗標(biāo)么值2*r.Ldr.LdLLLLd2dnr.Lr.L%/100100()33UUUSXXXXXScUII利用其等效電路圖進(jìn)行電路化簡(jiǎn)求總電抗標(biāo)么值*X。 三、三相短路電流的計(jì)算2 *ddnk3k3d*dd1/33SUcUIIIS XXXU *k3k3dd/II

9、IIX 三相對(duì)稱短路電流初始值三相對(duì)稱短路電流初始值（kA）b3k3IIk3k3IIp3k32.55iIp3k31.51IIk3nk33ScU I三相短路容量三相短路容量（MVA）: : *ddd3/U IXSX三相對(duì)稱短路電流初始值的標(biāo)么值三相對(duì)稱短路電流初始值的標(biāo)么值 三相對(duì)稱開斷電流（有效值三相對(duì)稱開斷電流（有效值) )（kA） 三相穩(wěn)態(tài)短路電流三相穩(wěn)態(tài)短路電流（kA） 三相短路電流峰值三相短路電流峰值（kA）三相短路沖擊電流有效值三相短路沖擊電流有效值（kA） 例4-1 某工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)如圖4-6所示。己知電力系統(tǒng)變電所110kV饋電線出口處在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的三相對(duì)稱短路容量為

10、 =2000MVA，試求在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，工廠總降壓變電所110kV進(jìn)線上k-1點(diǎn)短路和10kV母線上k-2點(diǎn)短路、車間變電所10kV母線上k-3點(diǎn)短路和兩臺(tái)配電變壓器并聯(lián)運(yùn)行和分列運(yùn)行兩種情況下低壓380V母線上k-4點(diǎn)三相短路時(shí)的三相短路電流和短路容量。k3S解：1.確定基準(zhǔn)值dd1d2d3100MVA,115.5kV,10.5kV,0.4kVSUUUdd2d23SIUd3100MVA144.34kA30.4kVI100MVA5.50kA3 10.5kVdd1d13SIU100MVA0.50kA3 115.5kV2.計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值1）電力系統(tǒng)*d1kSXS100M

11、VA0.0502000MVA2）110kV架空線路*d22n()SXx lcU2100MVA0.4(/km) 6km0.018(115.5kV)4）10kV電纜線路*d42n()SXx lcU2100MVA0.1(/km) 1.5km0.136(10.5kV) 5）配電變壓器*dk56r T%100SUXXS3610010 kVA3.751001600kVA 3）總降壓變壓器*dk3r T%100SUXS10.5100MVA0.42010025MVA圖4-7 例4-1的短路等效電路圖3.求k-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)么值*(k 1)120.0500.018

12、0.068XXX2）三相對(duì)稱短路電流初始值*k3d1(k 1)/0.50kA/0.0687.35kAIIX3）其他三相短路電流k3b3k3p37.35kA2.55 7.35kA18.74kAIIIi4）三相短路容量k3d(k 1)/100MVA/0.0681470.59MVASSX4.求k-2點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)么值*(k 2)123+0.060.420.488XXXX2）三相對(duì)稱短路電流初始值*k3d1(k 2)/5.50kA/0.48811.27kAIIX3）其他三相短路電流k3b3k3p311.27kA2.55 11.27kA28.74kAIIIi

13、，4）三相短路容量k3d(k 2)/100MVA/0.488204.92MVASSX5.求k-3點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)么值*(k 3)1234+0.4880.1360.624XXXXX2）三相對(duì)稱短路電流初始值*k3d1(k 2)/5.50kA/0.6248.81kAIIX3）其他三相短路電流k3b3k3p38.81kA2.55 8.81kA22.47kAIIIi，4）三相短路容量k3d(k 3)/100MVA/0.624160.26MVASSX6.求k-4點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量?jī)膳_(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行情況下：1）總電抗標(biāo)么值(k 4)

14、1234563.75/0.6242.4992XXXXXXX2) 三相短路電流周期分量有效值k3d2(k 4)144.34kA 2.49957.76kAIIX3) 其他三相短路電流k3b3k3p357.76kA2.26 57.76kA130.54kAIIIi，4） 三相短路容量k3d(k 4)100MVA 2.49940.02MVASSX兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行情況下：1）總電抗標(biāo)么值(k 4)123450.6243.754.374XXXXXX2) 三相短路電流周期分量有效值k3d3(k 4)144.34kA 4.37433.00kAIIX3) 其他三相短路電流k3b3k3p333.00kA2.26

15、33.00kA74.58kAIIIi，4） 三相短路容量k3d(k 4)100MVA 4.37422.86MVASSX 在實(shí)際工程中，兩臺(tái)變壓器通常采用分列運(yùn)行的方式來限制低壓母線的短路電流。 四、兩相短路電流的計(jì)算nk22|cUIZ 在遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)端發(fā)生兩相短路時(shí)，其兩相短路電流 nk22cUIX只計(jì)電抗時(shí) k2k3k330.8662III兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系 五、短路點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)的反饋對(duì)沖擊電流影響 當(dāng)高壓電網(wǎng)短路點(diǎn)附近直接接有高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)對(duì)三相對(duì)稱短路電流的影響。 3p.Mp.Mst.Mr.M1.1210iKKI異步電動(dòng)機(jī)反饋的短路電流峰值（kA） p.p3p

16、.Miii短路點(diǎn)的三相短路電流峰值 異步電動(dòng)機(jī)提供的短路電流峰值系數(shù) 第三節(jié) 低壓電網(wǎng)短路電流的計(jì)算一、低壓電網(wǎng)短路計(jì)算的特點(diǎn)直接將變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)看作是遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)端。計(jì)入短路回路各元件的有效電阻。 當(dāng)電路電阻較大，短路電流直流分量衰減較快。單位線路長(zhǎng)度電阻的計(jì)算溫度不同，在計(jì)算三相最大短路電流時(shí)，導(dǎo)體計(jì)算溫度取為20；在計(jì)算單相短路（包括單相對(duì)地短路）電流時(shí)，假設(shè)的計(jì)算溫度升高，電阻值增大，其值一般取20時(shí)電阻的1.5倍。計(jì)算過程采用有名單位制（歐姆制）。計(jì)算220/380V電網(wǎng)三相短路電流時(shí)，電壓系數(shù)c1.05；計(jì)算單相短路電流時(shí)，電壓系數(shù)c1。二、三相和兩相短路電流的計(jì)算短路電流周期分量

17、有效值（kA） nk3223 ()cUIRX1.高壓側(cè)系統(tǒng)的阻抗 電源至短路點(diǎn)的總阻抗 （ ）包括變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)、變壓器、低壓母線及配電線路等元件的阻抗；開關(guān)電器及導(dǎo)線等接觸電阻可忽略不計(jì)。 m2nSk3cUZSSS0.995XZSS0.1RX低壓電網(wǎng)的標(biāo)稱電壓（380V） 歸算到低壓側(cè)的高壓系統(tǒng)阻抗可按下式計(jì)算： 2變壓器的阻抗歸算到低壓側(cè)的變壓器阻抗可按下式計(jì)算： 2knT2r.T()P cURS2knTr.T%()100UcUZS22TTTXZR3.低壓母線、配電線路的阻抗WWRrlXxlk2k30.866II兩相短路電流 STWRRRRSTWXXXX三相短路回路總阻抗 低壓母線、配電

18、線路的單位長(zhǎng)度電阻、電抗值（m/m） 當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)短路點(diǎn)附近所接交流電動(dòng)機(jī)的額定電流之和超過短路電流的1%時(shí)，應(yīng)計(jì)入低壓電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響。 三、單相短路（包括單相對(duì)地短路）電流的計(jì)算（一）低壓TN系統(tǒng)單相對(duì)地短路電流的計(jì)算低壓TN系統(tǒng)中發(fā)生單相對(duì)地短路時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法可求得其單相對(duì)地短路電流為PENnnd2222120L-PEL-PEL-PEL-PE33220V/3()()cUcUIZZZRXRX正序阻抗正序阻抗負(fù)序阻抗負(fù)序阻抗零序阻抗零序阻抗總相保護(hù)導(dǎo)總相保護(hù)導(dǎo)體電阻體電阻 總相保護(hù)導(dǎo)總相保護(hù)導(dǎo)體電抗體電抗 L-PE120L-PE120() 3() 3RRRRXXXX1.高壓側(cè)系統(tǒng)的相保

19、護(hù)導(dǎo)體阻抗1S2SS1S2SSRRRXXX 、（三相三線制）（三相三線制）0S0S00RX 、故故 L-PE.SS23RRL-PE.SS23XX2. 配電變壓器的相保護(hù)導(dǎo)體阻抗1T2TT1T2TTRRRXXX、繞組連接圖CBAabcn0（1）對(duì)于Dyn11聯(lián)接組零序等效電路0.TZ1Z2ZmZ0.TTZZ0TT0TTRRXX、（2）對(duì)于Yyn0聯(lián)接組繞組連接圖CBAabcn0零序等效電路0.TZ1Z2ZmZ0.TmZZ00RX、比正序阻抗大得多比正序阻抗大得多 3. 低壓母線、配電線路的相保護(hù)導(dǎo)體阻抗1W2WW1W2WWRRRXXX、0W0L0PE0W0L0PERRRXXX+3+3三相四線制三

20、相四線制 L-PE.W1W2W0L0PELPEL-PE.W1W2W0L0PE() 3() 3RRRRRRRXXXXX故 L-PE.WL-PEL-PE.WL-PERrlXxl（二）低壓TN、TT系統(tǒng)單相短路電流的計(jì)算TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)的相導(dǎo)體對(duì)中性導(dǎo)體的單相短路電流k1I 的計(jì)算，與上述單相接地故障電流計(jì)算相似，僅將元件的相保護(hù)導(dǎo)體阻抗改為相中性導(dǎo)體阻抗。 （三）單相短路（包括單相對(duì)地短路）電流與三相短路電流的關(guān)系nk11032cUIZZ遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)21ZZ10ZZnk1k313cUIIZ Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器低壓側(cè)的單相對(duì)地短路電流要比同等容量的Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器低壓側(cè)的單相對(duì)地短路電

21、流大得多。 例4-2 某用戶10/0.38kV變電所的變壓器為SCB10-1000/10型，Dyn11聯(lián)結(jié)，已知變壓器高壓側(cè)短路容量為150MVA，其低壓配電網(wǎng)絡(luò)短路計(jì)算電路如圖4-9所示。求短路點(diǎn)k-1、k-2、k-3處的三相短路電流和單相對(duì)地短路電流。 解：1、計(jì)算有關(guān)電路元件的阻抗 1）高壓系統(tǒng)電抗（歸算到400V側(cè)）22nS3k3(400V)1.07m150 10 kVAcUZSSS0.9950.995 1.07m1.06mXZ SS0.10.11mRXL-PE.SS20.71m3XXL-PE.SS20.07m3RR 2）變壓器的阻抗（Dyn11聯(lián)結(jié)） 22knT22r T()8.13

22、kW(400V)1.30m(1000kVA)P cURSg22knTr T%()6 (400V)9.60m100100 1000kVAUcUZS2222TTT9.61.30 m9.51mXZR L-PE.TT1.30mRRL-PE.TT9.51mXX3）母線和電纜的阻抗母線WC WC0.019mm6m0.11mRrlWC0.105mm6m0.63mXxlL-PE.WCL-PE0.045mm6m0.27mRrlL-PE.WCL-PE0.260mm6m1.56mXxl電纜WD WD0.185m m 100m=18.50mRrlWD0.077m m 100m=7.70mXxlL-PE.WDL-PE0

23、.804m m 100m=80.40mRrlL-PE.WDL-PE0.186m m 100m=18.60mXxl2、計(jì)算各短路點(diǎn)的短路電流1）k-1點(diǎn)的三相和單相對(duì)地短路電流ST(0.11 1.30)m=1.41mRRRST(1.069.51)m=10.57mXXXnk32222400V21.65kA3 ()3 (1.4110.57 )mcUIRXL-PEL-PE.SL-PE.T(0.07+1.30)m=1.37mRRRL-PEL-PE.SL-PE.T(0.71+9.51)m=10.22mXXXd2222L-PEL-PE220V220V22.40kA()1.3710.22 mIRX2）k-2點(diǎn)

24、的三相和單相對(duì)地短路電流STW(0.11 1.300.11)m=1.52mRRRRSTW(1.069.51 0.63)m=11.20mXXXXnk32222400V20.43kA3 ()3 (1.5211.20 )mcUIRXL-PEL-PE.SL-PE.TL-PE.W(0.07+1.30+0.27)m=1.64mRRRRL-PEL-PE.SL-PE.TL-PE.W(0.71+9.52+1.56)m=11.77mXXXXd2222L-PEL-PE220V220V19.42kA()1.6411.77 mIRX3）k-3點(diǎn)的三相和單相對(duì)地短路電流nk32222400V8.39kA3 ()3 (20

25、.2018.90 )mcUIRXd2222L-PEL-PE220V220V2.64kA()82.0430.37 mIRX第四節(jié) 短路電流的效應(yīng)一、短路電流的電動(dòng)力效應(yīng) 強(qiáng)大的短路電流通過電器和導(dǎo)體，將產(chǎn)生： 電動(dòng)力效應(yīng)，可能使電器和導(dǎo)體受到破壞或產(chǎn)生永久性變形; 熱效應(yīng)，可能使其絕緣強(qiáng)度降低，加速絕緣老化甚至損壞。 為了正確選擇電器和導(dǎo)體，保證在短路情況下也不損壞，必須校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 對(duì)于兩根平行導(dǎo)體，通過電流分別為i1和i2，其相互間的作用力F(單位 N）可用下面公式來計(jì)算： 7c1 2f210lFi i KD相鄰矩形截面導(dǎo)體的形狀系數(shù) 兩平行導(dǎo)體中心間距 平行導(dǎo)體長(zhǎng)度 當(dāng)發(fā)生三相短

26、路故障時(shí)，短路電流沖擊值通過中間相導(dǎo)體所產(chǎn)生的最大電動(dòng)力為：27ck3maxf p3310lFK iD三、短路電流的熱效應(yīng)短路前后導(dǎo)體的溫度變化短路前后導(dǎo)體的溫度變化 在線路發(fā)生短路時(shí)，強(qiáng)大的短路電流將產(chǎn)生很大的熱量。 工程上，可近似地認(rèn)為導(dǎo)體在短路時(shí)間內(nèi)是與周圍介質(zhì)絕熱的。 按正常工作條件選擇的電器導(dǎo)體應(yīng)能承受短路電流電動(dòng)力效應(yīng)的作用，不致產(chǎn)生永久變形或遭到機(jī)械損傷，即要求具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性。 在實(shí)際短路時(shí)間tk內(nèi),短路電流的熱量為k2tkTkD0tQidtQQ2tk3kD()QItttk=tp+tb 繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 高壓斷路器的全分?jǐn)鄷r(shí)間 2kk3kQIt短路電流周期分量的熱效應(yīng) 短路電

27、流非周期分量的熱效應(yīng) 2Dk3DQIt計(jì)算短路電流非周期分量熱效應(yīng)的等值時(shí)間。對(duì)用戶變電所各級(jí)電壓母線及出線，取0.05s因此 當(dāng)tk1s時(shí)， 2tk3kQIt 按正常工作條件選擇的電器導(dǎo)體必須能承受短路電流熱效應(yīng)的作用，不致產(chǎn)生軟化變形損壞，即要求具有一定的熱穩(wěn)定性。短路時(shí)間第五節(jié) 高壓電器的選擇一、高壓電器選擇的一般要求（一）按正常工作條件選擇1.額定電壓rmUU開關(guān)電器的額定電壓 系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓 2.額定電流 在規(guī)定的使用和性能條件下能連續(xù)運(yùn)行的最高電壓，并以它確定高壓開關(guān)電器的有關(guān)試驗(yàn)條件。 在規(guī)定的正常使用和性能條件下，高壓開關(guān)電器能夠連續(xù)承載的電流有效值。 rcII開關(guān)電器的額

28、定電流 電器安裝回路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流 3.額定頻率在規(guī)定的正常使用和性能條件下能連續(xù)運(yùn)行的電網(wǎng)頻率數(shù)值，并以它和額定電壓、額定電流確定高壓電器的有關(guān)試驗(yàn)條件。 我國(guó)電器的額定頻率為50Hz。 （二）按短路情況校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定性1.熱穩(wěn)定性校驗(yàn)2ttI tQ電器的額定短時(shí)耐受電流有效值（kA） 電器的額定短路持續(xù)時(shí)間（s） 短路電流在電器中引起的熱效應(yīng) 確定短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算時(shí)間，宜采用后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加相應(yīng)斷路器的開斷時(shí)間。 2.動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)imaxip3 電器的額定峰值耐受電流（kA） 電器出線端子上在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下可能流經(jīng)的最大三相短路電流峰值（kA） 用熔斷器保

29、護(hù)的高壓電器可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定。當(dāng)熔斷器有限流作用時(shí)，可不驗(yàn)算動(dòng)穩(wěn)定。用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不驗(yàn)算動(dòng)、熱穩(wěn)定。（三）按環(huán)境條件校核 使用環(huán)境條件包括環(huán)境溫度、海拔高度、相對(duì)濕度、地震烈度、最大風(fēng)速、污穢、覆冰厚度等。 當(dāng)環(huán)境條件超出一般電器的基本使用條件時(shí)，應(yīng)向制造部門提出補(bǔ)充要求，制訂符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的產(chǎn)品或在設(shè)計(jì)運(yùn)行中采取相應(yīng)的防護(hù)措施。二、高壓斷路器的選擇 高壓斷路器除按上述一般要求選擇外，還需選擇校驗(yàn)有關(guān)操作性能的電氣參數(shù)，主要有：1.額定短路開斷電流 在規(guī)定條件下，斷路器能保證正常開斷的最大短路電流（有效值），以觸頭分離瞬間電流周期分量有效值和非周期分量百分?jǐn)?shù)表示。 bb3II

30、斷路器的額定短路開斷電流（kA） 安裝地點(diǎn)（斷路器出線端子處）的最大三相對(duì)稱開斷電流（有效值）（kA） 2.額定電纜充電開斷電流 在規(guī)定條件下，斷路器開斷空載絕緣電纜時(shí)的開斷電流。對(duì)10kV系統(tǒng)，斷路器額定電纜充電開斷電流為25A。 3.額定短路關(guān)合電流 在額定電壓以及規(guī)定使用和性能條件下，斷路器能保證正常關(guān)合的最大短路電流峰值。 im ip3 斷路器的額定短路關(guān)合電流（kA） 例4-3 試選擇例4-1所示車間變電所配電變壓器10kV電源側(cè)的戶內(nèi)真空斷路器的型號(hào)規(guī)格。已知高壓母線三相短路時(shí)，設(shè)置的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5s。 解：本工程選用戶內(nèi)金屬封閉開關(guān)設(shè)備，高壓斷路器安裝在開關(guān)內(nèi)。選用CV

31、2-12-630A/25kA型戶內(nèi)高壓真空斷路器，配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，二次設(shè)備電壓為DC110V。nm10kV, 12kVUUr12kVU rmUUrcr1600kVA92.4A33 10kVSIU.T.Tr630AI rcIIb38.81kAIb25kAI bb3IImax63kAimaxp3ii222t8.81(0.1 0.5 0.05)kA s 50.45kA sQ 22t22542500kAsI t 2ttI tQp322.47kAi 表4-4 高壓斷路器的選擇校驗(yàn)序號(hào)選擇項(xiàng)目裝置地點(diǎn)技術(shù)參數(shù)斷路器技術(shù)參數(shù)結(jié)論1額定電壓2 額定電流3 額定短路開斷電流4 額定峰值耐受電流5額定短時(shí)（4s

32、）耐受電流6 環(huán)境條件，合格，合格，合格，合格，合格華東地區(qū)變電所高壓開關(guān)柜內(nèi)正常使用環(huán)境滿足條件（斷路器全開斷時(shí)間取0.1s）（最大運(yùn)行方式）（最大運(yùn)行方式）三、高壓熔斷器的選擇（一）熔斷器的保護(hù)特性圖圖4-12 熔體的時(shí)間熔體的時(shí)間-電流特性曲線電流特性曲線t 弧前時(shí)間弧前時(shí)間 I預(yù)期短路電流有效值預(yù)期短路電流有效值 圖圖4-13 高壓限流熔斷器的高壓限流熔斷器的截止電流截止電流特性特性 i截?cái)嚯娏鞣逯到財(cái)嚯娏鞣逯?I預(yù)期短路電流有效值預(yù)期短路電流有效值 在規(guī)定的動(dòng)作條件下，時(shí)間（例如弧前時(shí)間或動(dòng)作時(shí)間）與預(yù)期電流的函數(shù)曲線具備反時(shí)限具備反時(shí)限特性特性預(yù)期短路電預(yù)期短路電流峰值流峰值實(shí)際短

33、路電實(shí)際短路電流瞬時(shí)值流瞬時(shí)值（二）高壓熔斷器的參數(shù)選擇 高壓熔斷器應(yīng)按正常工作條件選擇，并應(yīng)按環(huán)境條件校核，不需要校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定性，但要校驗(yàn)開斷電流能力。 1.額定電壓 對(duì)高壓限流型熔斷器 2.額定電流nrII熔斷器底座額定電流（A） 熔斷器中安裝的熔體額定電流（A） rmUU熔斷器的額定電壓 系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓 高壓熔斷器熔體額定電流的選擇，與其熔斷特性有關(guān)，應(yīng)滿足保護(hù)的可靠性、選擇性和靈敏度的要求。 保護(hù)電力變壓器的熔斷器的熔體電流(考慮到變壓器的正常過負(fù)荷電流、勵(lì)磁涌流及低壓側(cè)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)引起的尖峰電流等因素)Ir = (1.52.0) I1rT保護(hù)電壓互感器 Ir=0.5A或1A 熔

34、體電流的選擇應(yīng)滿足下列條件：保護(hù)并聯(lián)電容器 Ir = 1.43IrC（保護(hù)單臺(tái)電容器） 附錄表21 XRNT3-12型高壓限流熔斷器熔體電流與10kV電力變壓器容量的配合表變壓器容量/kVA5010012516020025031540050063080010001250熔體額定電流/A6.3101016202531.5405063801001253. 額定最大開斷電流 熔斷器在規(guī)定使用和性能條件下，在給定電壓下能開斷的最大預(yù)期電流值。 bk3II熔斷器的額定短路開斷電流（kA） 安裝地點(diǎn)（熔斷器器出線端子處）的最大三相對(duì)稱短路電流初始值（kA） 4.額定最小開斷電流 在規(guī)定的使用和性能條件下，

35、熔斷器在規(guī)定的電壓下所能開斷的預(yù)期電流最小值。 對(duì)于后備熔斷器條件：最小短路電流大于額定最小開斷電流。 后備熔斷器在規(guī)定使用和性能條件下，能開斷從額定最大開斷電流到額定最小開斷電流的熔斷器。（三）高壓熔斷器的保護(hù)選擇性配合 選擇熔體電流時(shí)，應(yīng)保證前后兩級(jí)熔斷器之間、熔斷器與電源側(cè)繼電保護(hù)之間，以及熔斷器與負(fù)荷側(cè)繼電保護(hù)之間動(dòng)作的選擇性。1.上、下級(jí)均選用限流型熔斷器之間的配合示例 2.限流熔斷器與其他上級(jí)或下級(jí)保護(hù)裝置之間的配合 示例四、高壓負(fù)荷開關(guān)的選擇 高壓負(fù)荷開關(guān)除按上述一般要求選擇外，還須選擇有關(guān)操作性能的電氣參數(shù)，主要有：1.額定有功負(fù)荷開斷電流 負(fù)荷開關(guān)在其額定電壓下能夠開斷的最大

36、有功負(fù)荷電流。 bol.maxII負(fù)荷開關(guān)的額定有功負(fù)荷開斷電流（A） 負(fù)荷開關(guān)回路最大可能的過負(fù)荷電流（A） 2. 額定電纜充電開斷電流 負(fù)荷開關(guān)在其額定電壓下能夠開斷的最大電纜充電電流。 使用高壓負(fù)荷開斷電纜線路的最大充電電流不應(yīng)大于其額定電纜充電開斷電流（10kV系統(tǒng)：10A，6kV系統(tǒng)：6A）。3.額定空載變壓器開斷電流 負(fù)荷開關(guān)在其額定電壓下能夠開斷的最大空載變壓器電流。 使用高壓負(fù)荷開關(guān)開斷的變壓器空載電流應(yīng)不大于其額定空載變壓器開斷電流（等于額定電流的1），變壓器容量一般不大于1250kVA。4.額定短路關(guān)合電流 負(fù)荷開關(guān)在其額定電壓下能夠關(guān)合的最大峰值預(yù)期電流。i ip3 負(fù)荷

37、開關(guān)的額定短路關(guān)合電流（kA） 安裝地點(diǎn)的最大三相短路電流峰值（kA） 對(duì)熔斷器保護(hù)的負(fù)荷開關(guān)，可以考慮熔斷器在短路電流的數(shù)值方面的限流效應(yīng)。五、高壓負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器的選擇（一）高壓負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器的參數(shù)選擇 組合電器中的負(fù)荷開關(guān)和熔斷器的參數(shù)選擇除應(yīng)分別滿足相關(guān)的要求外，還應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移電流或交接電流的校驗(yàn)。1.轉(zhuǎn)移電流 熔斷器與負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)移職能時(shí)的三相對(duì)稱電流值。 組合電器的實(shí)際轉(zhuǎn)移電流應(yīng)小于其額定轉(zhuǎn)移電流，且不小于熔斷器的額定最小開斷電流。2.交接電流 熔斷器不承擔(dān)開斷、全部由負(fù)荷開關(guān)開斷的三相對(duì)稱電流值。 組合電器的實(shí)際交接電流應(yīng)小于其額定交接電流。 （二）高壓負(fù)荷開關(guān)熔斷器組

38、合電器和變壓器的配合校驗(yàn)舉例b ）QF電源SCB10-1250kVA 實(shí)際轉(zhuǎn)移電流，大于額定最小開斷電流為390A 熔斷器在0.1s時(shí)允許通過電流 第六節(jié) 互感器的選擇一、電流互感器的選擇（一）電流互感器常用接線方案一相式接線兩相不完全星形接線 三相星形接線 三相星形接線廣泛用于中性點(diǎn)有效接地的三相三線制特別是三相四線制電路中。 （二）電流互感器的參數(shù)選擇1.額定電壓rUnU額定電壓（一次回路電壓） 與所在線路的標(biāo)稱電壓相符。設(shè)備最高電壓不低于系統(tǒng)最高電壓。2.額定一次電流對(duì)測(cè)量、計(jì)量用電流互感器 1rc1.25II對(duì)保護(hù)用電流互感器，當(dāng)與測(cè)量共用時(shí)，只能選用相同的額定一次電流；單獨(dú)用于保護(hù)回

39、路時(shí)，宜按不小于線路最大負(fù)荷電流選擇。3.額定二次電流 I2r一般選為5A。對(duì)于新建變電所，有條件時(shí)宜選用1A，以降低二次線路損耗，增加傳輸距離。4.準(zhǔn)確級(jí)對(duì)測(cè)量、計(jì)量用電流互感器，按儀表對(duì)準(zhǔn)確級(jí)的要求選擇。一般測(cè)量用：0.5級(jí)計(jì)量用： 0.2（0.2 S）S2 S2r實(shí)際二次負(fù)荷（VA）對(duì)應(yīng)于該準(zhǔn)確級(jí)的額定二次負(fù)荷（VA）對(duì)110kV及以下P類保護(hù)用電流互感器，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)有5P和10P級(jí)，供過電流保護(hù)裝置選用。并校驗(yàn)穩(wěn)態(tài)短路情況下的準(zhǔn)確限值系數(shù)能否滿足保護(hù)要求。 準(zhǔn)確限值系數(shù)互感器能滿足復(fù)合誤差要求的最大一次電流值即額定準(zhǔn)確限值一次電流對(duì)額定一次電流之比值。5.額定動(dòng)穩(wěn)定電流 在二次繞組短路

40、的情況下，電流互感器能承受住其電磁力的作用而無電氣或機(jī)械損傷的最大一次電流峰值。imaxip3 電流互感器的額定動(dòng)穩(wěn)定電流 （kA） 使用地點(diǎn)的最大三相短路電流峰值 （kA） 6.額定短時(shí)熱電流 在二次繞組短路的情況下，電流互感器能承受1s且無損傷的一次電流方均根值。2ttI tQ額定短時(shí)熱電流（kA） 1s短路電流熱效應(yīng) （二）測(cè)量、計(jì)量用電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷計(jì)算22i2rWWtoh()SSIK RR 最大負(fù)荷相的測(cè)量、計(jì)量?jī)x表在I2r時(shí)的功率損耗之和（VA） 連接導(dǎo)線的接線系數(shù) 連接導(dǎo)線的每相電阻（） 導(dǎo)線接觸電阻，一般取0.05。 （三）P類保護(hù)用電流互感器的穩(wěn)態(tài)性能驗(yàn)算1.一般選擇

41、驗(yàn)算1alal 1rpcIK II電流互感器的額定準(zhǔn)確限值一次電流準(zhǔn)確限值系數(shù)保護(hù)校驗(yàn)故障電流。對(duì)過電流保護(hù)，取保護(hù)區(qū)內(nèi)末端故障時(shí)，流過互感器的最大短路電流。 2iWWtoh2rZZK RRZ 實(shí)際二次負(fù)荷（） 繼電器的阻抗之和（） 額定二次負(fù)荷（） 2.按實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)曲線(制造廠提供)驗(yàn)算 例4-4 試選擇例4-1所示車間變電所配電變壓器10kV電源側(cè)的戶內(nèi)電流互感器的型號(hào)規(guī)格。已知高壓側(cè)短時(shí)最大負(fù)荷電流為210A，設(shè)置的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5s。 解：本工程選用戶內(nèi)金屬封閉開關(guān)設(shè)備，電流互感器安裝在開關(guān)內(nèi)，作繼電保護(hù)及測(cè)量用。選用LZZBJ12-10A型戶內(nèi)高壓電流互感器。1.高壓電

42、流互感器的參數(shù)選擇（見表4-6）2.測(cè)量電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷及其準(zhǔn)確級(jí)校驗(yàn)電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷：電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷： 22i2rWWtoh2()31VA(5A)(0.05 )54.3 42.60VASSIK RR1r300AI，0.5級(jí)時(shí)級(jí)時(shí)S2r20VAS2，滿足準(zhǔn)確級(jí)要求。，滿足準(zhǔn)確級(jí)要求。3.保護(hù)電流互感器穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)（采用一般選擇驗(yàn)算條件）21alal 1r15300A4500A=4.5kAIK I額定準(zhǔn)確限值一次電流額定準(zhǔn)確限值一次電流 保護(hù)校驗(yàn)故障電流（保護(hù)校驗(yàn)故障電流（保護(hù)區(qū)內(nèi)末端故障時(shí)保護(hù)區(qū)內(nèi)末端故障時(shí)） pck3.maxT33.0kA 251.32kAIIK1a

43、lpcII滿足要求滿足要求 2iWWtoh30.0410.0554.3 40.10ZZK RR 電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷 22r25VA (5A)1.0Z額定二次負(fù)荷阻抗額定二次負(fù)荷阻抗 2i1VA (5A)0.04Z微機(jī)保護(hù)裝置阻抗微機(jī)保護(hù)裝置阻抗 22rZZ滿足要求滿足要求 k20.866 8.81kA7.63 kAI保護(hù)出口短路時(shí)保護(hù)出口短路時(shí) 1al4.5kAI 互感器可能出現(xiàn)互感器可能出現(xiàn)局部飽和局部飽和，誤差增大，互感器測(cè)量的短路電流將比實(shí)際，誤差增大，互感器測(cè)量的短路電流將比實(shí)際值小，但遠(yuǎn)大于速斷保護(hù)動(dòng)作電流值小，但遠(yuǎn)大于速斷保護(hù)動(dòng)作電流1.31.32 k

44、A =1.72kA ，仍在電流速斷保，仍在電流速斷保護(hù)動(dòng)作區(qū)內(nèi)。護(hù)動(dòng)作區(qū)內(nèi)。 二、電壓互感器的選擇（一）電壓互感器常用接線方案一個(gè)單相電壓互感器的接線兩個(gè)單相電壓互感器接成Vv形 一個(gè)單相電壓互感器的接線可測(cè)量一個(gè)線電壓 。 兩個(gè)單相電壓互感器接成Vv形可測(cè)量三相三線制電路的各個(gè)線電壓。三個(gè)單相三繞組電壓互感器或一個(gè)三相五心柱三繞組電壓互感器接成Yynd形 接成開口三角形的剩余二次繞組可測(cè)量零序電壓，可接用于絕緣監(jiān)察的電壓繼電器或微機(jī)小電流接地選線裝置。 （二）電壓互感器的參數(shù)選擇 1.額定一次電壓1rnUU雙繞組電壓互感器 三繞組電壓互感器 n1r3UU2.額定二次電壓2r.11003VU雙

45、繞組電壓互感器 三繞組電壓互感器 2r100VU2r.2100 3VU3.準(zhǔn)確級(jí)及容量一般測(cè)量及保護(hù)用：0.5/3P級(jí) 計(jì)量用：0.2級(jí) 2r.2100VU中性點(diǎn)直接接地時(shí)： 22rSS二次容量要求：（三）電壓互感器實(shí)際二次負(fù)荷容量的校驗(yàn)（1）計(jì)算分別接于電壓互感器二次側(cè)電壓母線各線間的負(fù)荷容量221212.12.12.12. (cos) (sin)iiiiSSS 1212.12.12cos(cos)iiSS 222323.23.23.23. (cos) (sin)iiiiSSS 2323.23.23cos(cos)iiSS 223131.31.31.31. (cos) (sin)iiiiSS

46、S 3131.31.31cos(cos)iiSS （2）計(jì)算每只單相電壓互感器的實(shí)際二次負(fù)荷容量o2.112123131o2.112123131222.12.12.1coscos(60 )sinsin(60 )PSSQSSSPQo2.223233131o2.223233131222.22.22.2coscos(60 )sinsin(60 )PSSQSSSPQVv接線： （3）要求 S2.1（S2.2）S2r 第七節(jié) 低壓電器的選擇一、低壓電器選擇的一般要求 1.按正常工作條件選擇電器的額定頻率應(yīng)與所在回路的頻率相適應(yīng)；電器的額定電壓應(yīng)不小于所在回路的標(biāo)稱電壓；電器的額定電流不應(yīng)小于回路的計(jì)算電

47、流。 2.按短路情況校驗(yàn)可能通過短路電流的電器，應(yīng)滿足在短路條件下短時(shí)耐受電流和峰值耐受電流的要求。斷開短路電流的保護(hù)電器，應(yīng)滿足在短路條件下的分?jǐn)嗄芰σ?。?yīng)采用接通和分?jǐn)鄷r(shí)安裝處預(yù)期短路電流驗(yàn)算電器在短路條件下的接通能力和分?jǐn)嗄芰Α?3.按環(huán)境條件校核 電器應(yīng)適應(yīng)所在場(chǎng)所的環(huán)境條件。二、低壓保護(hù)電器的初步選擇（一）低壓斷路器的初步選擇1.類別選擇（1）按選擇性要求選擇使用類別： A類為非選擇型，一般配置熱電磁式過電流脫扣器，保護(hù)特性二段保護(hù)功能。 A類斷路器在短路情況下，沒有用于選擇性的人為短延時(shí)特性。低壓斷路器的保護(hù)特性曲線非選擇型 B類為選擇型，一般配置電子式過電流脫扣器或智能式控制器

48、，保護(hù)特性具有二段保護(hù)、三段保護(hù)或四段保護(hù)功能。 低壓斷路器的保護(hù)特性曲線選擇型 （2）按電流等級(jí)及用途選擇結(jié)構(gòu)型式：大電流電源進(jìn)線和聯(lián)絡(luò)開關(guān)或大電流出線開關(guān)可選擇框架式斷路器（空氣斷路器）中小電流出線開關(guān)可選擇塑殼式斷路器。（3）按是否需要隔離要求選擇： 需要兼作隔離電器使用時(shí)，應(yīng)選擇在斷開位置時(shí)符合隔離功能安全要求的斷路器。 （4）按保護(hù)對(duì)象相應(yīng)選擇配電線路保護(hù)用斷路器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器、照明保護(hù)用斷路器和剩余電流動(dòng)作保護(hù)用斷路器。2.額定電流選擇IuInIc 3.分?jǐn)嗄芰x擇IcsIk3 殼架額定電流 過電流脫扣器額定電流 線路計(jì)算電流 額定運(yùn)行分?jǐn)嗄芰?安裝處預(yù)期三相短路電流有效值

49、例4-5 試初步選擇例4-2所示用戶變電所低壓電源進(jìn)線斷路器和出線斷路器的型號(hào)規(guī)格。已知該低壓出線計(jì)算電流為180A。c1000kVA1443.4A30.4kVI un2000A2000AII，uncIIIk321.65kAIcscu80kAIIcsk3II表4-7 變電所低壓電源進(jìn)線斷路器的初步選擇序號(hào)選擇項(xiàng)目裝置地點(diǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)論1類別選擇低壓電源進(jìn)線2極數(shù)選擇TN-C-S系統(tǒng)3額定電流選擇 4分?jǐn)嗄芰x擇 5附件選擇標(biāo)準(zhǔn)附件配置 解：本工程選用MNS-0.4型低壓戶內(nèi)抽出式開關(guān)柜，低壓電源進(jìn)線斷路器和出線斷路器均安裝在柜內(nèi)。抽出式空氣斷路器，選擇型三段保護(hù)，CW2-2000/3 M253P合格合格合格合格滿足要求電操、電分、電合均為AC220，帶合分輔助觸點(diǎn)及脫扣器動(dòng)作報(bào)警觸點(diǎn)c