1、低压电器设备选择资料四低压电器设备选择与设备保护4.1 短路电流(1) 概述本节所示的短路电流，使电压在1KV及以下网络的短路电流，1KV及以下网络的短路电流计算，是供校验低压电器的分段能力和热稳定电动机起动时电压波动计算时用的，还有1个重要作用是用于继电保护整定。短路电流有三相短路电流、两相短路电流和单相短路电流。a短路电流的定义短路电流是由于在正常供电时有电位差的两点之间，发生一起阴抗极小的故障而引起的过电流。b三相短路c两相短路d单相短路相对中性线故障相对地故障(2)短路电流的计算方法短路电流有三相短路电流，两相短路电流和单相短路电流。其计算方法如下：（A）三相短路电流周期分量计算 三相
2、短路电流周期分量按下式计算 （4-1）式中， 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA； U 低压网络平均额定线电压，V，可取400V； Z 每相总阻抗，m； Rx 每相总电阻，m； X 每相总电抗，m。 低压电网一般以三相短路电流为最大，与中性点是否接地无关。如在一相和两相上有电流互感器。而使短路电流不对称时，仍可按上式计算，但式中的R和X采用没有电流互感器的那一相的总阻抗。（B）不对称短路电流周期分量的计算a. 两相短路由于低压网络距发电机的电气距离很远，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，在实用计算中，可以假定Z2Z1,这样可直接由三相短路电流求得，按下式算出 （4-2）式中，两相短
3、路电流周期分量第一周期有效值，kA b. 单相短路单相短路电流计算可以用两种方法计算 对称分量法计算 （4-3）式中， 单相短路电流周期分量第一周期有效值，KA； Ux 低压网络平均额定相电压，V，可取230V；R1 短路电流正序总电阻，m； R2 短路电流负序总电阻，m；R0 短路电流零序总电阻，m；X1 短路电流正序总电抗，m；X2 短路电流负序总电抗，m；X0 短路电流零序总电抗，m。 相-零回路电流法计算 （4-4）式中，、Ux 意义同式4-75R 短路电路相-零回路总电阻，m；X 短路电路相-零回路总电抗，m；（C）短路冲击电流值电源系统供给短路冲击电流值，按下式计算， （4-5）式
4、中，三相短路冲击电流（即三相短路电流第一周期全电流峰值），kA； 三相短路电流冲击系数，可据X/R的比值从图4-1查得； 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA。图4-1 曲线电动机反馈冲击电流值，按下式计算 (4-6) 式中， 电动机反馈三相短路冲击电流值，kA; 电动机短路冲击系数，一般为0.801.28；简化计算可取1； 电动机额定电流，kA。晶闸管装置反馈冲击电流值，按下式计算 （4-7）式中， 晶闸管装置反馈三相短路冲击电流值，kA; Pe 晶闸管供电直流电动机总容量，kW; U 低压网络平均额定线电压，V;一般为400V。总的短路冲击电流值 （4-8）式中， 总的短路冲击电流值，
5、kA;、 意义同式4-5 4-7。短路点远处（即非直接联接短路点的电动机、晶闸管装置；或非配电母线及其直接联接低压配电屏屏内短路）的电动机、晶闸管装置的反馈的、短路冲击电流值可以忽略不计。（D）短路全电流的最大有效值电源系统供给的：当Kch 1.3时，可按下式计算 （4-9）当Kch1.3时，可按下式计算 (4-10)式中 Ichx 三相短路电流电源系统第一周期全电流有效值，kA； I”z 三相短路电流周期分量第一周期有效值，kA;Kch 三相短路电流冲击系数，可从图4-1查得；Ta 三相短路电流非周期分量衰减时间常数，S； （4-11）式中，X 短路总电抗，m； R 短路总电阻，m。短路点近
6、处连接的电动机，晶管闸装置反馈的、全电流最大有效值。电动机反馈的 （4-12）式中，Keh、Ied 意义同式4-6 晶闸管装置反馈的 （4-13） 式中，Keh、Ied 意义同式4-6总的短路全电流的最大有效值为 （4-14）（3）校验断路器的分断能力 断路器的额定通断能力应大于或等于线路中最大短路电流（有效值）1) 在0.02s以上动作的断路器（如DW型） Ikd Id式中，Id 线路的短路电流周期分量有效值，A；Ikd 断路器的分段电流（周期分量有效值），A；2) 在0.02s以下动作的断路器（如DZ型） Ikd Ic式中，Ic 短路开始第一周期内的全电流有效值，A；Ikd 断路器的分段电
7、流（冲击电流有效值），如制造厂提供的分段电流为峰值时，可按峰值校验。断路器分段能力的有效值与峰值的关系可按参照表4-1换算。表4-1 断路器分断能力的有效值与峰值的关系cossintgTa(s)冲击系数峰值电流/周期分量有效值0.90.4350.4830.001541.00151.420.80.60.750.00241.0151.4420.70.7141.020.003251.0461.4750.60.81.330.004251.0951.550.50.8661.7320.00551.1641.6550.40.9172.30.00731.2541.780.350.9352.680.00851.
8、3081.850.30.9553.180.01011.3671.940.250.9683.870.01231.4432.040.20.9754.870.01551.5242.16注：cos为功率因数；Ta为时间常数。 各种不同容量的变压器低压侧发生三相短路时，其各种短路电流值的计算见第4章。表4-2，列出断路器的分断能力与相应的变压器短路电流的有关数据，供参考。表4-2 6(10)k V 侧短路容量200MVA时,新系列断路器的分断能力与相应的变压器短路电流断路器变压器短路电流周期分量有效值额定电流（A）分断能力（A）额定容量（kVA）短路电压（Ud%）额定电流（A）变压器（A）电动机反馈电流
9、（A）合计（A）675010100020150030200020431720124844502500304461080184126410010000506344769617902250304384209426342001500010012544152190356044406067604166520040020000160200250444243304380567070308740972121615206642824610260600（630）25000315400444806101090013700192024401282016140（800）1000（1250）30000（50000）500
10、6304476096017000210003040384020040248401500（1600）40000（50000）80010004545122015202350028800488060802838034880（2000）250050000（90000）1250451900352007600428003150（3200）1600452432435009728532284000（5000）70000（100000）200043040668801216079040注：1：表4-2中的短路电流是按变压器短路电压，4%和高压侧短路容量为200MVA时计算出来的。变压器的短路电压大，短路电流小，变
11、压器的短路损耗小，电阻小，电抗大，也引起短路电流变化。另外高压侧短路容量大，短路电流大，所以表4-2的短路中流值仅供参考。 2：低压配电设计规范（GB50054-95）第2.1.2条，验算电器在短路条件下的通断能力，应采用安装处预期短路电流周期分量的有效值，当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入，电动机反馈电流的影响。 根据断路器标准，确定新系列断路器分断能力的条件是：1） 变压器容量不超过2000k VA,单台运行，短路阻抗按4%考虑;(注1) 2） 变压器的6(10)k V c侧短路容量按150200MVA考虑，如为直接变压（即35/0.4kV），35kV侧的短路容
12、量按650750MVA考虑；3） 在变压器低压出线端3m母线处发生三相金属性短路；4） 短路时，低压电动机的反馈电流按变压器额定电流的4倍考虑（注2）在检验通断能力时不要忽略，配电回路的功率因素必须大于或等于该断路器的规定值。当断路器的分断能力不够时，可考虑采取以下措施：（1）对于一般配电线路，可将断路器改用或串用分断能力达的熔断器（其分断能力50120kA，可适应1600kVA或更大容量的变压器）。（2）采用限流式断路器，600A限流式断路器能分断2000kVA以下变压器的短路电流。（3）对于特别重要的线路，如果要求在故障排除后能立即恢复送电，则断路器的分断能力必须要大于短路电流，此时可更换
13、大容量的断路器，即选用断路器的额定电流大一级的断路器，而按线路计算电流选定过电流脱扣器的额定电流；如果还不能满足需要，则采用吸声选择性的级联保护方案，参见下册29.1.2.4中有关内容，必须指出，这些都是迫不得已的做法，应慎重决定。4.2 低压电器设备选择低压电器设备选用原则： 一般用途的低压电器（称为基本系列）的使用环境条件为：（1）海拔高度不超过2000m；（2）周围空气温度为-10+40（户外型-25+40，但电子式电器在仍为-10）；（3）最湿月的平均最大相对湿度90%（该月平均最低温度为25）；（4）对安装方位有规定的或动作性能要受重力影响的电器，其安装倾斜度不大于5；（5）无显著摇
14、动和冲击振动的场合；（6）污染等级为3级（即无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃，包括导电性尘埃或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的环境）和无雨雪侵袭的地方；（7）无爆炸危险的介质。 对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基本系列产品的基础上进行派生，构成如防爆、船舶、化工、牵引、湿热带、高原、矿用、航空用电器。4.2.1 刀开关的选择 刀开关主要用作隔离电源用，一般不直接接通和断开电动机等负载，但亦可有条件地不频繁地带负荷操作。习惯上将刀形转换开关（又称双投刀开关），组合开关（盒式转换开关），熔断器式刀开关，铁壳开关等均归属刀开关这一类。刀开关选择的注意事项为：（1） 按
15、额定电压选择。安装刀开关等的线路电压应不超过刀开关出头额定电压。一般刀开关及刀形转换开关的额定电压为交流500V，直流440V；HR5,HR6型熔断器式刀开关的额定电压为交流660V；组合开关的额定电压为交流380V，直流220V；大电流的HD18型额定电压交流1200V，直流1500V。（2） 按计算电流选择IeIjs式中Ie刀开关等的额定电流，A; Ijs安装刀开关等的线路计算电流，A (3) 按分断电流选择。刀开关的分断电流与刀开关的操作方式，有无灭弧室，电压种类及负载性质等有关。刀开关的容许分断能力见下册表298。（4） 按短路时的最大短时耐受峰值电流及最大短时（1s）耐受电流校验。刀
16、开关应能承受短路电流所导致的电动力冲击和热效应，刀开关的最大短时（1s）耐受峰值电流有效值随其额定电流及操作方式而异。安装刀开关的线路，其三相短路电流不应超过制造厂规定的最大短路耐受峰值和耐受电流有效值，如有不符，应选用大一级额定电流的刀开关。（5） 不同型式的刀开关有一定的适用范围，中央手柄直接操作，适用于无防护的配电屏；侧面手柄直接操作，只要用于动力配电箱；中央杠杆操作，用于正面两侧后面维修的开关柜；侧面杠杆操作，用于正面两侧操作，前面维修的开关柜。一般刀开关都有单级，双级，三级及人力操作和电动操作多中操作型式，可按不同需要选用。（6） 刀开关级数应与电源进线数相等，此外，选择时还要注意机
17、电寿命，操作频率及环境温度的影响。常用刀开关技术数据见下册表299。（7） 组合开关的选择。要使组合开关的额定电流大于负载电流，如用于控制电动机，宜按异步电动机的额定电流的23倍选取组合开关的额定电流。通常只是对额定电流小于6A，不重要，且不易过负载的电动机，才采用组合开关作为操作电器。组合开关的层数接线图应符合控制要求。当工作电压和操作频率超过额定值，环境温度大于35C，则应将开关容量选大一级。几种组合开关的技术数据见下册表2910。组合开关每小时操作频率最高可达300次，一般为120次。当用来控制电动机时，由于启动电流大，操作频率只能达到每小时1520次。（8） 熔断器式刀开关以具有高分断
18、能力的有填资料熔断器（HR3型配RT10系列，HR6,HR5配NT系列）作为刀开关的刀片。据见下册表2911。（9） 在要求不高的场合，常采用一种简单，经济的胶盖开关。三极胶盖开关与相应熔丝配合，可用于小容量三相异步电动机额定电流的启动运行，开关的额定电流最好选为电动机额定电流的三倍以上。两级胶盖开关多用于照明等场合，还可作为分支电路的配电开关使用。几种胶盖开关的技术数据及配用的熔丝见下册表2912表2915。（10） 负荷开关是由闸刀开关的熔断器组成的组合电器，它装在钢板外壳或铸铁外壳内，故又称铁壳开关。它适用于工况企业照明和动力的配电回路中，供手动不频繁接通，分断和保护电动机及隔离电源用。
19、当直接启动小容量（以不大于4.5kW，不经常起动又无过载可能性为宜）三相异步电动机时，开关的额定电流建议不低于额定电流的三倍。几种负荷开关的技术数据见下册表2916表2918。4.2.2熔断器的选择熔断器具有有效的限流功能和高度的遮断能力，它主要作为线路和电气设备的短路保护作用，也可作过载保护用。选择熔断器首先应根据适用场合，条件确定适当类型的熔断器，各种系列的低压熔断器的特点间下册表2919。其次，要遵守下册有关章节中有关熔断器与其它低压电器及导线，电缆配合的原则。4.2.2.1熔断器额定电压及电流的确定（1）接线路的额定电压选择。 UerUex式中Uer熔断器的额定电压，V。 Uex线路额
20、定电压，V。（2）按熔体的额定电流确定熔断器的额定电流。几种常用熔断器的额定电流与熔体电流的关系见下册表2920。（3）按短路电流选择。熔断器的最大分断电流应大于线路上的冲击短路电流有效值，对于接自1000kVA及以下变压器的低压线路，用短路电流周期分量有效值来校验，基本上可满足要求。 IkrId式中Ikr熔断器的最大分断电流，kA.Id线路上的三相短路电流周期分量有效值，kA. 4.2.2.2熔断器熔体电流的确定 （1）正常运行情况。 熔体额定电流Iex应不小于线路计算电流Ijs，即IexIjs（2）起动情况。 单台电动机 Iex配电线路 Ier式中 Iqd电动机的起动电流，A； Ier熔体
21、额定电流，A； Ijf配电线路的尖峰电流，A； a系数，决定于起动情况和熔断器特性，见表43。按起动情况计算出的熔体电流Ier若小于线路计算电流Ijs时，则熔体电流按（3）电焊机回路。单相单台电焊机Ier1.2X10 式中 Iex熔体额定电流，A;Ue线路额定电压，V；Se电焊设备的额定容量，kVA；FCe电焊设备的额定暂载率一般为FCe65。接于单相线路上的多台电焊机：IerKX10当线路上接有三台或三台以下电焊机时，系数K取1.0；三台以上时，K取0.65。 表4-3 系数a值熔断器型号熔体材料熔体电流a值电动机轻载起动电动机重载起动RT0RT14(NT,gF, aM)铜50A及以下602
22、00A200A以上2.5（3.5）3.5（4.7）4（5.6）1.62（3）3（4）33.5（4.8）RM10锌60A及以下80200A200A以上2.52.5333.51.5222.52.53RL1铜，银60A及以下80100A2.5322.5RC1A铅，银10200A2.5322.5RL6RL7,RT11RT12合金100A以下100160A200300A300A以上2.5333.53422.52.5333.5注： 1.本表系根据熔断器特性曲线分析而得；2.轻载起动时间按28s考虑，重载起动时间考虑为1015s。3.频繁起动的情况，a值按重载起动取值。（4）照明线路。 IedKmIjs式中
23、 Ijs线路的计算电流，A; Km照明线路熔体选择计算系数，取决于电光源起动状况，熔断状况和熔断器特性，其数值见表44。 （5）控制线路。低压操作，控制，信号回路，高压设备的二次回路，当采用熔断器作为线路保护时，按回路的最大负荷电流选择，熔断器的型式及熔管/熔体电流如下： 一般信号回路：R110/6或RL115/6; 中央预告信号回路：RM10-25/15或RL1-15/15; 控制回路：用于单个油断路器R110/6或RL115/6; 一般控制回路RM1015/15或RL115/15;室内配电装置的电压互感器回路：R1-10/4或RL1-14/4;室外配电装置的电压互感器回路：RM10-15/
24、6或RL1-15/6。 表44照明线路熔体选择计算系数Km熔断器型号熔体材料熔体电流 Km白炽灯，荧关灯，卤钨灯，金属卤化物灯高压水银灯高压钠灯RL1RC1A铜，银铅，铜6060111.31.711.51.51.14.2.3 低压断路器的选择低压断路器即自动开关，主要用于线路的过载、短路、逆电流、失压、欠压及漏电保护，也可用于不频繁起动的电动机的保护及操作或转换电路。低压断路器有多种分类方法：按灭弧介质可分为空气断路器、真空断路器和油浸断路器，后者已淘汰；按动作速度分为一般型和快速型，一般型全分断时间为2060ms，直流快速断路器和交流限流断路器都是快速型，其全分断时间小于20ms；按使用类型
25、分为非选择型和选择型，后者在短路情况下作为串联在负载侧的另一短路保护电器的后备选择性保护，具有可调短延时（不小于0.05s）和短时耐受电流的功能；按结构类型分为塑料模压外壳式（装置式）及框架式（万能式）两大类，其比较见表4-5。表4-5 塑壳式断路器与框架式断路器的比较结构类型比较项目塑模外壳式断路器（MCCB）框架式断路器（ACB）选择性大都无短延时，不能满足选择性保护有短延时，可调，可满足选择性保护脱扣器种类多数只有过电流脱扣器，由于体积限制，失压和分励脱扣器只能两者选一可具有过流脱扣器，欠电压脱扣器（也可有延时）、分励脱扣器、闭锁脱扣器等短路分断能力较低，但新产品的通断能力较高较高额定工
26、作电压较低（660V以下）较高（至1140V）额定电流多在600A以下，新产品也有达3000A的一般为2004000A，尚有5000A以上产品使用范围宜做支路开关，可保护电机及小容量的配电线路宜做主开关，一般保护变压器及大容量的配电线路操作方式变化小，多为手操动，少数带电动机传动机构变化多，有手柄，杠杆，电磁铁，电动机，气压，液压储能式非储能式等维修不方便，甚至不可维修较方便接触防护好，操作方便，安全差，操作不方便，不安全装置方式可单独安装，也可装于开关柜内宜装于开关柜内，有抽屉式结构外形体积小，安装紧凑，外形美观体积大，安装占地大，外形不美观飞弧距离较小较大最大短时耐受电流及其峰值一般较低，
27、但新产品如DZ20、TOTG也较高较高重复操作次数因有外壳使电弧的离子气体不易发散，故重复操作次数少较多保护方案少，只有热，过流保护多，有热，过流，选择性保护和自动重合闸价格较便宜较贵按用途分类见表4-6表4-6 按用途分类的低压断路器名称电流种类和范围保护特性主要用途配电用断路器交流2004000A选择型B类二段保护：瞬时；短延时作电源总开关和靠变压器近电源端支路开关三段保护：瞬时；短延时；长延时非选择型A类限流型长延时；瞬时靠变压器近端支路开关一般型支路末端开关直流6006000A快速型有极性；无极性保护硅整流设备一般型长延时；瞬时保护一般直流设备电动机保护用断路器交流60630A直接起动一般型过电流脱扣器瞬动倍数（315）Ie保护笼型电动机限流型过电流脱扣器瞬动倍数12 Ie同上，还可装在近变压器端间接起动间接起动过电流脱扣器瞬动倍数（38）Ie保护笼型和绕线转子电动机导线保护用照明用断路器交流6125A常用663A过载长延时；短路瞬时用于生活建筑内电气设备和信号二次电路；多为单极漏电保护断路器交流10200A电磁式漏电动作灵敏度按使用目的不用，以及不同型号分档，其额定漏电动作电流一般从6
