常用一次设备的选择方法优化

高低压电气设备的选择，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠工作的前提下，积极而稳妥地采用新技术，使用新产品，并注意节约资金，选择合适的电气设备。各种高低压电气设备的选择和校验项目见表5-6。

表5-6　高低压电气设备的选择和校验项目

注：表中“√”表示选择此项，“×”表示不选择此项。

下面对部分电气设备选择的特殊条件加以介绍。

1.高压断路器的选择

高压断路器是电力系统中最重要的电气设备之一，它除了能通断正常负荷电流外，还担负着切断短路电流的任务，因此，它必须具备在通过最大短路电流时能将其可靠切断的能力。所以选择断路器时，除了满足上述的一般原则外，还要求它的额定开断容量或额定开断电流必须大于其安装处的最大短路容量或短路电流，即

式中，分别为断路器在额定电压下的最大开断电流（kA）和开断容量（MV·A），可查相关手册或产品样本；分别为安装地点的最大三相最大短路电流（kA）和短路容量（MV·A）。

例5-1　试选择某35kV户内变电所主变压器二次侧高压开关柜内的高压断路器和高压隔离开关。已知变压器容量为5000kV·A，电压比为35/10.5kV，10kV母线的最大三相短路电流为3.35kA，冲击短路电流为8.54 kA，三相短路容量为60.9MV·A，继电保护动作时间为1.1s。

解：变压器二次侧的额定电流为

假想时间为

查附录表A-14和表A-15，选择SN10—10I/630型断路器和GN8—10T/400型隔离开关，设备具体参数及计算数据见表5-7。

表5-7　高压断路器和高压隔离开关选择的具体参数计算数据

2.电流互感器的选择

选择电流互感器时，应根据安装地点（户内、户外）和安装方式（穿墙式、支持式、母线式等）选择其型式，其他选择项目如下：

1）一次绕组的额定电压。应不低于安装地点电网的额定电压。

2）一次绕组的额定电流。取线路最大工作电流或变压器额定电流的1.2～1.5倍。

3）准确度等级与二次侧负荷的选择。为了保证电流互感器的准确度，其二次侧的实际负荷必须小于其准确度等级所规定的额定二次负荷，即

二次回路的负荷取决于二次回路阻抗的值，即

或

式中，为仪表和继电器电流线圈的额定负荷（V·A）和阻抗（Ω），见附录表A-25；为所有接头的接触电阻，取0.1Ω；为连接导线电阻，其计算公式为

式中，A为导线截面（mm2）；γ为导线的电导率（m/Ω·mm2 ），铜线取53m/Ω·mm2，铝线取32m/Ω·mm2 ；为连接导线的计算长度（m）。

与电流互感器的接线方式有关。假设从电流互感器二次端子到仪表、继电器接线端子的单向长度为l，则互感器为一相式接线时，；为三相完全星形接线时，；为两相不完全星形接线和两相电流差接线时，。

从产品技术说明书可知保证某一准确度等级时的，所要连接的仪表选定后，可求出满足准确度等级的连接导线电阻为

则连接导线的截面为

此外，选择二次侧连接导线截面时，还应按机械强度进行校验，一般要求：铜线截面不得小于1.5mm2；铝线截面不得小于2.5mm2。

4）动稳定校验。电流互感器产品给出的是动稳定倍数，因此满足动稳定的条件为

式中，为电流互感器的动稳定倍数，且。

5）热稳定校验。电流互感器产品给出的是热稳定倍数，因此满足热稳定的条件为

式中，为电流互感器的热稳定倍数，且。

例5-2　试按例5-1的电气条件选择柜内的电流互感器。已知电流互感器采用两相不完全星形接线，其二次侧的负荷统计见表5-8。电流互感器二次回路采用2.5mm2的铜芯塑料线，互感器距测量仪表的单向长度为2m。

表5-8　电流互感器二次侧负荷统计

解：根据变压器二次侧额定电压为10kV、额定电流为275A，查附录表A-20，选变比为400/5的LQJ—10—0.5/3型电流互感器，其0.5级的额定负荷阻抗为0.4Ω，t=1s。

（1）准确度等级校验

由表5-8知，其最大负荷为3.5V·A，取，则

满足准确度等级要求。

（2）动稳定校验

满足动稳定要求。

（3）热稳定校验

满足热稳定要求。

3.电压互感器的选择

1）电压的选择。电压互感器一次绕组的额定电压应与安装地点电网的额定电压相同，二次绕组的额定电压通常为100V。

2）准确度等级和二次侧负荷的选择。为了保证电压互感器的准确度，其二次侧的实际负荷必须小于其准确度等级所规定的额定二次负荷，即

式中，分别为二次侧所接仪表并联线圈消耗的功率及其功率因数，可查附录表A-26。

计算电压互感器的二次负荷时，应根据电压互感器和负荷的实际接线方式，在表5-9中选择正确的计算公式。此外，由于电压互感器的三相负荷通常并不相等，为了满足准确度等级要求，通常以按最大负荷相进行选择。

连接电压互感器与测量仪表的铜线截面应不小于1.5mm2，铝线截面应不小于2.5mm2。

由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路电流的动稳定和热稳定校验。

表5-9　电压互感器二次绕组负荷计算公式

4.熔断器的选择与校验

熔断器的选择，除了根据安装地点（户内、户外）和保护对象（线路、变压器、电压互感器等）选择其型式外，还包括熔体额定电流的选择、熔管的额定电流选择、断流能力校验等。

（1）熔断器熔体额定电流的选择

对于保护电力线路的熔断器，其熔体额定电流应按以下条件选择：

1）为了保证在线路正常运行时熔体不致熔断，应使熔体的额定电流不小于线路的计算电流，即

式中，为熔体的额定电流；为线路的计算电流。

2）为了保证在线路出现正常尖峰电流时熔体不致熔断，应使熔体的额定电流躲过线路的尖峰电流，即

式中，为线路的尖峰电流；K为计算系数，应根据熔体的特性和电动机的起动情况来决定。起动时间在3s以下的轻载起动，取K=0.25～0.35；起动时间为3～8s的重载起动，取K=0.35～0.5；起动时间大于8s的重载起动或频繁起动、反接制动等，取K=0.5～0.6。

3）为了使熔断器能可靠地保护导线和电缆，以便在线路发生短路或过负荷时及时切断线路电流，熔断器的熔体额定电流必须与被保护线路的允许电流相配合，因此应满足以下条件：

式中，为绝缘导线或电缆的允许载流量；为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。对电缆和穿管绝缘导线，取；对明敷绝缘导线，取；对已装设有过负荷保护的绝缘导线或电缆而又要求用熔断器进行短路保护时，取。

对于保护电力变压器的熔断器，其熔体额定电流应按下式选择：

式中，为变压器的额定电流，熔断器装在哪侧，就用哪侧的额定电流。

对于保护电压互感器的RN2型熔断器，其熔体额定电流一般选用0.5A。

（2）熔断器的选择与校验

1）熔断器的额定电压应不低于保护线路的额定电压，即

2）熔断器的额定电流应不小于它所安装熔体的额定电流，即(www.xing528.com)

3）熔断器断流能力的校验。对限流式熔断器（如RN1、RT0等），由于能在短路电流达到冲击值之前将电弧完全熄灭，因此应满足下列条件：

式中，为熔断器的最大分断电流；为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流有效值。

对非限流式熔断器（如RW4、RM10等），由于不能在短路电流达到冲击值之前将电弧完全熄灭，因此应满足下列条件：

式中，为熔断器安装地点的三相短路冲击电流有效值。

（3）熔断器保护灵敏度校验

熔断器保护的灵敏度应按下式计算：

式中，为熔体的额定电流；为熔断器保护线路末端的最小短路电流，对中性点不接地系统，取两相短路电流，对中性点直接接地系统，取单相短路电流。

（4）前后熔断器之间的选择性配合

所谓选择性配合，就是要求在线路发生短路故障时，应使靠近故障点的熔断器最先熔断，将故障切除，从而保证系统的其他部分仍能正常运行。

前后熔断器之间的选择性配合，应按其保护特性曲线来进行校验。

熔断器的保护特性曲线（又叫安秒特性曲线）是指熔断器熔体的熔断时间和通过其电流的关系曲线t=f（I）。需要指出，每一额定电流的熔体均有一对特性曲线，表示任一电流通过熔体时熔体熔断时间的范围，日常所见到的曲线是该范围的平均值，其时限相对误差高达±50%，即熔断器的实际熔断时间与从标准保护特性曲线上查出的时间可能有±50%的误差。此外，熔体截面越大，额定电流越大，时限特性越高。

图5-61a所示线路中，当在WL2的首端k点发生三相短路时，FU1和FU2都有短路电流流过。按保护选择性的要求，应该是FU2的熔体首先熔断，切除故障线路WL2，而FU1不再熔断，干线WL1正常运行。然而，由于熔体的实际熔断时间与从其产品的标准特性曲线上查得的时间可能有±50%的误差，因此，可以从最不利的情况考虑，设FU2的实际熔断时间比从标准保护特性曲线上查得的时间大50%（为正偏差），即，而FU1的实际熔断时间比从标准保护特性曲线上查得的时间小50%（为负偏差），即。由图5-61b可知，为保证前后两熔断器FU1和FU2动作的选择性，必须满足的条件是，即，因此，保证前后熔断器选择性动作的条件为

即前一级熔断器（FU1）的熔断时间，至少应为后一级熔断器（FU2）熔断时间的3倍，才能保证前后熔断器动作的选择性。

图5-61　熔断器保护的选择性配合

a）熔断器在线路中的选择性配置　b）按熔断器保护特性曲线进行选择性校验

若不用熔断器的保护特性曲线来校检选择性，一般只要前一级熔断器熔体额定电流比后一级熔断器的熔体额定电流大2～3级，就能保证选择性动作。

5.低压断路器的选择与校验

（1）低压断路器过电流脱扣器的选择

过电流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即

（2）低压断路器过电流脱扣器的整定

1）瞬时过电流脱扣器动作电流的整定。瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流，即

式中，为可靠系数，对动作时间在0.02s以上的万能式断路器（DW型），取1.35，对动作时间在0.02s及以下的塑料外壳式断路器（DZ型），取1.7～2。

2）短延时过电流脱扣器动作电流的整定。短延时过电流脱扣器的动作电流也应躲过线路的尖峰电流，即

式中，为可靠系数，取1.2。

短延时过电流脱扣器的动作时间有0.2s、0.4s和0.6s三种，应按前后保护装置的选择性要求来确定，前一级保护的动作时间应比后一级保护的动作时间长一个时间级差0.2s。

3）长延时过电流脱扣器动作电流的整定。长延时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的计算电流，即

式中，为可靠系数，取1.1。

长延时过电流脱扣器的动作时间应躲过允许短时过负荷的持续时间，一般为1～2h。

4）过电流脱扣器与被保护线路的配合要求。为了使过电流脱扣器能可靠地保护导线或电缆，以便在线路发生过负荷或短路时及时切断线路电流，过电流脱扣器的动作电流必须与被保护线路的允许电流相相配合，因此应满足以下条件：

式中，为导线或电缆的允许短时过负荷系数，对瞬时和短延时过电流脱扣器，取，对长延时过电流脱扣器取

（3）低压断路器热脱扣器的选择与整定

1）热脱扣器的选择。热脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即

2）热脱扣器的整定。热脱扣器的动作电流应躲过线路的计算电流，即

式中，为可靠系数，取1.1。

（4）低压断路器的选择与校验

1）低压断路器的额定电压应不低于所在线路的额定电压。

2）低压断路器的额定电流应不小于它所安装的脱扣器额定电流。

3）低压断路器的类型应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求。

4）低压断路器断流能力的校验包括两方面：

①对动作时间在0.02s以上的万能式低压断路器（DW型），应满足下列条件：

式中，为低压断路器的极限分断电流；为低压断路器安装地点的三相短路电流有效值。

②对动作时间在0.02s及以下的塑料外壳式断路器（DZ型），应满足下列条件：

式中，为低压断路器安装地点的三相短路冲击电流有效值。

（5）低压断路器过电流保护灵敏度校验

低压断路器过电流保护的灵敏度应按下式计算：

式中，为低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器的动作电流；为低压断路器保护的线路末端最小短路电流，对中性点不接地系统，取两相短路电流，对中性点直接接地系统，取单相短路电流。

（6）前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合

1）前后低压断路器之间的选择性配合。前后低压断路器的选择性配合，应按其保护特性曲线来进行校验。其偏差范围按产品样本给出的保护特性曲线考虑±20%～±30%，前一级考虑负偏差，后一级考虑的正偏差，若此时前一级低压断路器的动作时间仍大于后一级的动作时间，则能实现选择性配合。

一般来说，要保证前后两级低压断路器之间能选择性动作，前一级低压断路器应采用带短延时的过电流脱扣器，后一级低压断路器应采用瞬时过电流脱扣器，且前一级的动作电流不小于后一级动作电流的1.2倍。

2）低压断路器与熔断器之间的选择性配合。要检验低压断路器与熔断器之间是否选择性配合，只有通过各自的保护特性曲线，前一级低压断路器考虑-20%～-30%的负偏差，后一级熔断器考虑+30%～+50%的正偏差，在此情况下，若两条曲线不重叠也不交叉，且前一级的曲线总在后一级的曲线之上，则前后两级保护可实现选择性动作。

6.母线的选择与校验

（1）母线的材料、类型和布置方式

配电装置的母线主要用铜和铝做成。选择母线材料时，应贯彻“以铝代铜”的方针，除了在有关规程必须采用铜的特殊环境和场所外，应采用铝。

室外配电装置的母线多采用纲芯铝绞线，由于是软导线，所以不需要校验动稳定。室内配电装置由于线间距离较小，布置紧凑，采用硬母线。常用的硬母线截面有矩形、槽形和管形，在中小型变电所和发电厂中多采用矩形铝排。矩形母线散热较好，有一定的机械强度，便于固定和安装，但集肤效应大。为了避免集肤效应过大，单条矩形的截面不应大于1000～1200mm2。当工作电流过大时，可采用2～3条矩形母线并联使用。

母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。矩形母线一般均采用三相水平排列布置，仅在个别变电所中采用垂直布置。

（2）母线截面的选择

1）按发热条件选择。为使正常运行时母线的发热温度不超过允许值，必须满足以下条件：

式中，为铝母线的允许载流量，是按导体最高允许温度为70 ℃、环境温度为25℃确定的，若环境温度不等于25 ℃，则铝母线的允许载流量应乘以温度校正系数，即

式中，θ为实际环境温度。

2）按经济电流密度选择。对年平均负荷较大、母线较长、传输容量较大的回路，为了降低年运行费用，可按经济电流密度选择母线截面。母线的经济截面按下式确定：

式中，为母线的最大工作电流，即计算电流为经济电流密度。

（3）动稳定校验

当短路冲击电流通过母线时，产生的最大计算应力应不大于母线的允许应力，即

若不满足要求，则需减小，常用的方法有：限制短路电流；减小支持绝缘子之间的距离；变更母线放置方式，增大相间距离；增大母线截面等。其中最经济有效的方法是减小绝缘子之间的跨距，在设计中，常按反求出最大跨距lmax，只要绝缘子之间的实际跨距l＜lmax，动稳定就能满足要求。

（4）热稳定校验

母线在短路时满足热稳定的最小允许截面为

因此，满足热稳定的条件是A＞Amin 。