10 0 4kV变压器的低压总进线断路器的保护整定(附低压断路器正确设计选型 整定原则 常见问题).docx
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1、在民用建筑中,100.4kV变压器的低压总进线断路器的保护需要如何整定,才能准确地保护变压器不过载又能使变压器容量得到充分利用呢?低压总进线断路器通常都带有三段保护功能,即:过载长延时(L)、短路短延时(S)和短路瞬动保护(I),下面就针对这三段保护,来分析一下如何整定。一、总进线断路器过载长延时(L)的整定首先需计算出变压器所带负荷的总计算电流IC,根据IC来选择变压器容量并计算出变压器额定电流,变压器额定电流Ieb需大于负荷的总计算电流IC,接下来总进线断路器的过载长延时整定电流Izdl如何整定呢?根据全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版第5.4.4条要求:总进线断路器的过载长延时
2、整定电流IZdl=Kl*Ieb,其中KI为可靠系数取1.1(考虑整定误差),也就是过载长延时整定电流IZdl为变压器额定电流的1.1倍。措施中推荐整定1.1倍是考虑误差原因,其实1.1倍这个值还比较合适,这意味着变压器可能会在过载10%的情况下运行,对于民用建筑电气设计中,经常采用两台变压器成对配置,两台变压器的低压母线联络,变压器过载的情况最有可能是一路IOkV电源或一台变压器故障,另外一台变压器带所有负荷的情况,那么这种过载是临时的,变压器制造标准本身也允许变压器过载10%可以正常运行一段时间,这段时间内可以根据变压器负载率情况,切除一些不重要的负荷以保障变压器的正常运行。另外过载长延时整
3、定电流IZdl如果整定小于变压器额定电流Ieb,则所选变压器容量并不能得到充分利用。总进线断路器的三段保护电流整定简图如下:b1,2*(l$tii+lci)1.2*(l,stn+lc)(可轨1.阍.)Ild2匕总断路器三段保护电流整定简图二、总进线断路器短路短延时(S)的整定短路短延时的脱扣器需躲过最大一台电机的启动时线路出现的最大电流,因此首先要计算出变压器所带的最大一台电机的启动电流IstMl和除启动电流最大的一台电机以外的线路计算电流ICl,那么短路短延时的整定电流Izd2K2*(IstMl+ICl),其中K2为低压总进线断路器过电流脱扣器的可靠系数,取1.2。全国民用建筑工程设计技术措
4、施-电气2009版第5.4.4条推荐Izd2取值为变压器额定电流Ieb的35倍,再考虑可靠系数1.3,就为3.96.5倍,那么这个数值得采用吗?下面通过一个例子简单试算一下。举个例子:项目的供电变压器容量为800kVA,项目中最大一台电机90kW,那么电机启动电流IStMl=(90/1.732/0.38/0.8)*7=1196A,线路计算电流ICl近似地按变压器的额定电流计算ICl=Ieb=800/1.732/0.4=1155A,过载长延时整定电流Izdl=Llxl155=1270Ao则:Izd2K2*(IstMl+ICl)=1.2*(1196+1155)=2821A;那么Izd2Ieb=28
5、21/1155=2.41,Izd2IZdI=2821/1270=2.2倍,可以看出,在所供的电机容量不是很大的情况,就如本例,如果按全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版推荐的lzd2值就会偏大很多,所以还是需根据实际项目情况简单算一下Izd2的整定值更能起到准确的保护。三、总进线断路器短路瞬时保护(I)的整定一般断路器的短路瞬动脱扣的全分断时间在20ms以内,而电机启动电流的非周期分量的衰减时间约为30ms左右,因此短路瞬动保护值的整定就要把电机启动电流的非周期分量也考虑进去,即需考虑电机的全启动电流,这样才能保证最大一台电机启动时,总进线断路器的瞬时保护不至于脱扣。首先要计算出变压器
6、所带的最大一台电机的全启动电流FstMl和除启动电流最大的一台电机以外的线路计算电流ICl,那么短路瞬时保护的整定电流Izd3K3*(stMl+ICl),其中K3为低压总进线断路器瞬动脱扣器的可靠系数,取1.2o全国民用建筑工程设计技术措施-电气2009版第5.4.4条推荐Izd3取值为不小于过载长延时IZdl的10倍,那么也通过一个例子简单试算一下。还是上面那个例子,变压器容量为800kVA,项目中最大一台电机90kW0那么电机启动电流IstM1=(90/1.732/0.38/0.8)*7=1196A;电机的全启动电流IstMl=2.3xll96=2750A;线路计算电流ICl近似地按变压器
7、的额定电流计算ICl=Ieb=800/1.732/0.4=1155Ao贝Ij:Izd3NK3*(IstMl+ICl)=1.2*(2750+1155)=4687A;过载长延时整定电流IZdI=LlXI155=1270A,那么Izd3IZdI=4687/1270=3.7倍。可以看出,在所供的电机容量不是很大的情况,断路器的瞬时保护整定电流Izd3并不大,没有达到过载长延时整定的10倍,但是为了尽可能的避免出现越级跳闸的情况,总进线断路器的瞬时保护整定电流可以按技术措施的要求取过载长延时IZdI的10倍,但是要复核低压母线上发生短路时的总断路器瞬时保护的灵敏度。四、总结综上所述,在设计100.4kV
8、变电所系统时,变压器的低压总进线断路器的保护可以按以下整定:(1)过载长延时保护整定:可按变压器额定电流的1.1倍整定,以充分利用变压器的容量;(2)短路短延时保护整定:需经过简单计算变压器供电的最大一台电机启动电流来确定短路短延时电流整定值,整定范围可能在25倍的过载长延时整定电流之间,需根据不同项目实际计算出的线路电流值而确定;(3)短路瞬时保护整定:一般可以按过载长延时整定电流的10倍来整定,但是要复核低压母线上发生短路时的总断路器瞬时保护的灵敏度。如果灵敏度不够,应适当调低其整定倍数。低压断路器如何正确设计选型,整定原则是什么?有哪些常见问题?低压断路器设计选型是低压电气设计人员在设计
9、中需熟练掌握的一项基本的技术技能。低压断路器按使用类别分为A、B两类。A类为非选择性;B类为选择性(带短延时功能)。按设计形式分为开启式(原万能式或框架式)和塑料外壳式或模压外壳式。按动作速度分为一般型和快速型(限流型断路器),按用途可分为配电用、电动机保护用、漏电型断路器等。低压断路器在低压配电系统中占有重要地位,随着供电系统的安全性和可靠性问题日益成为人们关注的焦点,如何合理地选择、使用低压断路器一直是电气设计人员关注的问题。一、关于低压断路器的选择与整定原则断路器的选型和整定原则,对于广大的电气设计人员来说应当是很清楚的,概要来说就是:(1)断路器应根据配电线路不同故障类别和具体工程要求
10、设过负荷保护、短路保护、接地故障保护、过电压及欠电压保护等;(2)断路器的额定电流不应小于所在回路的计算电流;断路器应能满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求;用于断开短路电流的断路器,应考虑其在短路条件下的分断能力(有极限分断、运行分断),短时耐受电流等因素,以满足能承受系统中可能出现的最大短路电流;(3)对于配电系统中上下级断路器的配合,短路电流倍数以及短路短延时的选择整定等;(4)要根据不同负荷性质来选择不同类型的断路器,如:配电型的、电动机型的、照明类的、发电机型的、直流型的等;(5)断路器应适应所在场所的环境条件;特殊环境条件下(如:多尘、强腐蚀、火灾、爆炸、湿热、高海拔、盐雾等场所)
11、应选择能满足环境使用要求的断路器;(6)断路器的附件:如辅助触点、欠/失压、分励线圈、乃至操作方式(电动、手动)操作手柄、安装方式(固定/插拔/抽屉)等也应与使用要求相适应(7)还有断路器的级数选择问题,特别是在三相四线TN-S、TT系统中四级断路器的选择应满足行业规范的要求。按照规范中所要求的原则来整定断路器,理论上没有问题,但往往在实际运行中可能会出现一些问题。此时,要根据具体情况具体处理。例如:对于存在正常启动设备的保护回路,断路器的脱扣整定值应能躲过短时出现的尖峰电流,但对于故障电流则要求断路器能快速脱扣来切断故障电流;对于选择型断路器而言,瞬时脱扣整定电流需躲过下一级开关所保护线路的
12、故障电流;非选择型断路器瞬时脱扣整定电流在要求能躲过出现的尖峰电流的条件下又要尽量将整定值整定得小一些等等,所以在实际应用中就要协调好相互之间的关系,这对系统的可靠性非常重要。另外对于上下级保护都采用非选择型断路器时,按整定原则:上一级断路器长延时脱扣整定电流不宜小于下一级断路器长延时脱扣整定电流的2倍,而实际操作中有时会看到一些非重要的、停电范围影响较少的回路并非完全按整定原则整定,因为加大上下级断路器级差造成了线缆截面的增大;有时也有可能出现即使按整定原则加大了上下断路器级差也无法保证达到有效的选择性保护配合的现象。二、关于断路器的选择性配合一般选择性保护主要通过断路器的电流选择性、时间选
13、择性、区域选择性联锁、能量选择性等方式来实现。电流选择性是依靠上下级脱扣器不同的动作值来实现,电流选择性一般可查阅断路器选择性表格;时间选择性要保证上下级断路器的短路保护(短路短延时/瞬动)在跳闸时间上有一定的时间差;区域选择性联锁主要用在配电级数较多配电系统中,特别是在时间选择级数不够的情况下使用,可减少脱扣时间,有利于选择性配合;能量选择性是指下级断路器的限流使短路电流能量被限制,且不足以使上级断路器脱扣装置动作。快速的限流作用能通过迅速清除故障电流,限制系统中的热应力、电应力。能量选择性能大大简化选择性跳闸的研究,并以较低的价格实现各级线路间的选择性配合。三、进行具体的设计选型,如何合理
14、地选择断路器:(1)为方便上下级配合,变压器出线断路器应采用选择型断路器(IEC标准和我国国家标准按使用类别把该断路器称B类),配有过载长延时、短路短延时保护,可不设短路瞬时保护。第二级配出保护、母线联络保护断路器也宜配置选择型断路器;当两台上下级串联的断路器实现过电流保护时,实现选择性保护基本要求是:在规定的条件下,下级断路器动作时不会引起上级断路器动作。(2)选择保护有全选择保护、局部选择保护,全选择保护是指当故障电流达到下级断路器最大故障电流时都能实现选择性,而局部选择性只是当下级断路器在规定的故障电流下才能实现选择性保护,因而局部选择性就存在一个选择性的电流交接值,在此值以下,局部选择
15、性保护可保证选择性,而在此值以上,则不能保证选择性。另外还有一点要说明一下,就是短时耐受电流Icw,一般只有当断路器的Icw=Icu=Ics时才能有效的实现全选择保护,如果达不到这个要求,上下级匹配还是局部的。(3)对于选择型断路器,上级断路器的过载长延时、短路短延时的整定电流不宜小于下级断路器的1.3倍,以保证上下级之间的动作选择性。为保证选择性,上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长OJSo一般来说,要保证上下两级低压断路器之间选择性动作,上一级断路器宜选择带短延时的过流脱扣器,而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上。(4)对于上级保护是选择型断路器
16、,下级保护是非选择型断路器时,应符合:上级断路器的短路短延时脱扣整定电流不应小于下级断路器短路瞬时脱扣整定电流的1.3倍。(5)对于上下级都是非选择型断路器时,应加大上下级之间断路器脱扣整定电流的级差。一般上一级断路器长延时脱扣整定电流不宜小于下一级断路器长延时脱扣整定电流的2倍:上一级断路器瞬时脱扣整定电流不应小于下一级断路器瞬时脱扣整定电流的1.4倍。(6)当上下级断路器出线端处预期短路电流有较大差别时,并且上下级断路器均设有瞬时脱扣器,则上级断路器的瞬时脱扣整定电流应大于下级的预期短路电流,以保证有选择性保护。(7)当上下级断路器距离很近,出线端处预期短路电流差别很小,则上级断路器宜选用
17、短延时脱扣器,使之延时动作,以保证有选择性配合。(8)当下一级断路器出线端短路电流大于上一级断路器的瞬时脱扣整定电流时,下级断路器宜选用限流型断路器,以保证选择性要求。低压断路器的分类(续)具有限流作用的期壳新路器(MCCB) 符合GB14048.2(ldtIEC60947-2).例如:CompactNSX,NSEV 电流痘图16A至630A%cu=Ics.最高可达15OkA 新路器适用于级联.并可实现由流和能量的选择性另外有条件时选择断路器可按照断路器制造厂提供的选择性表格来选择,一般断路器制造厂提供的表格通常是较为经济的方案,而且这些方案都经过断路器制造厂实验室的认证,是相对合理可靠的。还
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