优化低压成套开关设备主回路参数的选配

【例4-6】 我们来看图4-27。

图中可见距离低压成套开关设备500m处有一台55kW的电动机，按照ABB的电动机参数，此电动机的额定电流I_MN是98A。试问这台电动机能直接起动吗？

1.核算低压配电网与低压成套开关设备主回路的参数

（1）计算系统电流参数

系统的总电流：300+200+98=598A

我们假定此电流就是系统计算电流，因此无需再用分散系数或者需要系数加以处理。于是系统的总视在功率是：S=3 UI=1.732×400×598≈414.3kV·A

取电力变压器的裕度系数为1.2，于是电力变压器的容量为

图4-27 系统图

S_n=1.2S=1.2×414.3=497.2kV·A由此可见，电力变压器最合适的容量是630kV·A，也即如图4-27中所示。

（2）核算电力变压器参数从图4-27中用式（1-6）计算可得变压器额定电流：

同理用式（1-7）计算可得变压器的短路电流：

检索GB 7251.1—2005《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：型式试验和部分型式试验 成套设备》的峰值系数n，见第1章1.4节，根据I_k=15.2kA得知峰值系数n取为2.0。我们看到系统中还有一台55kW的电动机，它也会贡献出短路电流。若按14倍额定电流来考虑电动机的冲击短路电流，我们得到系统的冲击短路电流峰值是：

I_pk=nI_k+14I_MN=2.0×15.2+14×98×10^-3≈31.8kA

（3）计算一级配电系统低压成套开关设备进线断路器参数

低压进线断路器QF的额定参数如下：

额定电流I_n：1000A；

极限短路分断能力I_cu：≥15.2kA；

短时耐受电流I_cw：≥0.92I_cu=0.9×15.2≈14.0kA；

短路接通能力I_cm：≥2.0I_cu=2×15.2=30.4kA

若采用ABB的框架断路器，则选用E1B1000断路器，其额定电流为1000A，额定极限短路分断能力I_cu、额定短时耐受电流I_cw和额定运行短路分断能力I_cs均为42kA，短路接通能力I_cm为88.2kA，且为全系列断路器中的最小值。

可以看出，E1B1000的各项短路参数都远大于系统参数，满足要求。

我们再来看看进线断路器的各项线路保护参数，此进线断路器可采用RP121/P LSIG线路保护脱扣器：

我们按式（3-15）和式（3-16）来确定低压进线断路器QF的短延时和瞬时保护参数：

故短延时保护S参数电流取为1.5I_n，瞬时保护I参数取为3I_n。

选择低压开关柜主母线的额定电流大于或等于1000A，峰值耐受电流大于31.8kA，短时耐受电流大于0.92I_k≈14kA，也即低压成套开关设备的动热稳定性都必须符合要求。

我们可以看出，此参数对于低压开关柜来说不难实现。例如ABB的MNS2.0低压开关柜和MNS3.0低压开关柜，它的主母线的峰值耐受电流是220kA，短时耐受电流是100kA；ABB的MD190（安亚）低压开关柜它的峰值耐受电流和短时耐受电流与MNS2.0完全一致。这三种开关柜的动热稳定性都远远超过系统要求。

PR121/P的面板如图4-28所示。

图4-28 Emax脱扣器PR121/P面板DIP开关对应的脱扣倍率

（4）无功功率补偿电容的容量Q_C(www.xing528.com)

按式（4-16）可得无功功率补偿电容的容量值：

Q_C=0.3S_n=0.3×630=185kvar

Q_C可取200kvar标准配置。

2.电动机回路断路器之间的保护配合

我们看到电动机回路电缆的上下端的QF_a和QF_b断路器之间需要有保护匹配关系。

若上下级断路器之间的过载长延时保护参数满足I_1A>2I_1B，则上下级断路器之间可实现过载电流的后备保护。

对于短路参数，要使得QF_a断路器的S参数电流值I_2A、QF_b断路器的最大计算短路电流I_JB和QF_a断路器的瞬时短路保护参数电流I_3A之间满足如下关系：

I_2A<I_JB<I_3A

同时，QF_a断路器的短延时保护时间t_2A和QF_b断路器的短延时保护时间t_2B之间满足如下关系：

t_2A>t2B

考虑到I参数脱扣器中含有20%的误差，所以上下级断路器的短路保护电流分级的划分至少要相差1.5倍，而短路保护的时间分级要相差70～100ms。

3.判定电动机能否直接起动

我们用第1章1.5.2节的式（1-62）来判定。根据55kW电动机的参数电动机直接起动判定公式，得到：

可见这台55kW的电动机不允许直接起动，只能采用星三角或者软起动器起动。本例中，我们设计采用星-三角起动方式。

4.核算电缆参数

查阅《电线、电缆及其附件实用手册》（中国电力出版社，2000年1月第一版，ISBN7508301943）第18页表1-38，此表的名称是：VV-T\VLV-T型0.6～1kV电力电缆的外径、重量及参数。其中若干种电缆的参数如表4-16所示：

表4-16 若干种电缆参数

我们已经知道电动机的额定电流I_n是98A，假定我们采用空气中敷设的方法，并且设在系统主母线处当所有负载都加载后电压降ΔU_B=5V，又知电缆长度L是500m。

电动机运行时：

当电动机运行时3×70+1×25mm²电缆终端的压降是

ΔU=LK₁₀₀₀I_n=0.5×0.56×98≈27.44V

再加上主母线的电压降U_BUSBAR=5V，于是总电压降ΔU_LINE是ΔU_LINE=ΔU+U_BUSBAR=27.44+5=32.44V

于是我们得到电动机接线端子处的电压降百分比ΔU%为

已知电动机接线端子处的电压降不得超过8%，所以3×70+1×25mm²电缆不能使用。将电缆规格换为3×95+1×50mm²，计算表明它的电压降百分比ΔU%=6.4%，满足要求。

电动机起动时：

已经知道55kW电动机采用星-三角起动，起动电流只有运行电流的1/3，而电源电流是运行电流的1/3。据此我们可以得出结论：使用3×95+1×50mm²电缆完全能满足要求。

5.电动机端口电压

已知3×95+1×50mm²电缆的压降百分比是6.4%，于是电动机接线端子处的电压为

U_MOTOR=UP（1-ΔU%）=400×（1-0.064）=374.4V

这个值当然是满足要求的。