第4章

電線、電纜及電器設備的選擇第4章電線、電纜及電器設備的選擇電線、電纜及母線的選擇4.1電器設備選擇的原則

4.2高壓電器設備及其選擇4.3低壓電器設備及其選擇4.44.1電線、電纜及母線的選擇1常用電線和電纜型號的選擇

2常用電線和電纜截面積的選擇方法

3母線的選擇

絕緣電線線芯材料：鋁芯、銅芯絕緣導線的絕緣外皮材料：塑料絕緣：絕緣性能良好，價格低，適用于室內橡膠絕緣：高溫時不宜軟化，低溫時不宜變硬變脆，適用于室外。電力電纜4.1.1常用電線和電纜型號的選擇1.銅芯電纜或電線選用電纜、電線可選用銅芯或鋁芯,民用建筑宜采用銅芯電纜或電線。下列場所應選擇銅芯電纜或導線:1)供電可靠性要求較高的干線回路,一、二級負荷或三級負荷中重要負荷的配線。2)居住建筑、幼兒園、福利院、醫院等用電設備的配電線路。3)有爆炸、火災危險、潮濕、腐蝕、按八度及以上抗震設防的場所及連接移動設備的配電線路。4)重要公共建筑及人員聚集場所。5)監測及控制回路。6)應急(含消防)系統的線路。7)室外配電的電纜線路。4.1.1常用電線和電纜型號的選擇2.電力電纜芯數及導線根數的選擇(1)三相電路中電力電纜芯數及導線根數的選擇1)1kV及以下的TN-C系統應采用4芯電纜或4根導線。2)1kV及以下TN-S系統應選用5芯電纜或5根導線。(2)單相電路中電力電纜芯數及導線根數的選擇1)1kV及以下TN-C系統的單相回路應選用2芯電纜或2根導線。2)1kV及以下TN-S系統的單相回路應選用3芯電纜或3根導線。4.1.1常用電線和電纜型號的選擇3.絕緣水平室內低壓配線(包括軟線)的絕緣水平應不低于0.45kV/0.75kV;電纜配線不低于0.6kV/1.0kV。4.盡量選用塑料絕緣電線因為塑料絕緣線的絕緣性能好、成本低,當在建筑物表面直接敷設時,應選用聚氯乙烯絕緣和護套電線。5.注意選用新材料、新品種的電線和電纜不選用淘汰產品及限制使用的產品。6.電線和電纜具體型號選用應根據使用環境和敷設方式而定,具體見表4-1。BV(BLV):銅(鋁)芯聚氯乙烯絕緣線BX:銅芯橡膠絕緣線VV(VLV):銅(鋁)芯塑料絕緣塑料護套電纜YJV:銅芯交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套電纜VV22:銅芯聚乙烯絕緣聚乙烯護套鎧裝電纜

BTTZ(重載):礦物絕緣電纜4.1.2常用電線和電纜截面積的選擇方法1.電線和電纜的截面積選擇應滿足的主要要求1)不因長期通過負荷電流使導線過熱,以避免損壞絕緣或短路失火等事故。2)有足夠的機械強度,避免因刮風、結冰或施工等原因被拉斷。3)線路上電壓損失不能過大,對于電力線路,電壓損失一般不能超過額定電壓的10%,對于照明線路,一般不能超過5%。4.1.2常用電線和電纜截面積的選擇方法2.選擇導線截面積的方法1)對于距離L≤200m的低壓電力線路,一般先按發熱條件的計算方法來選擇導線截面積,然后用電壓損失條件和機械強度條件進行校驗。2)對于距離L>200m較長的供電線路,一般先按允許電壓損失的計算方法來選擇截面積,然后用發熱條件和機械強度條件進行驗算。3)對于高壓線路,一般先按經濟電流密度選擇法來選擇導線截面積,然后用發熱條件和電壓損失條件進行校驗。所謂經濟電流密度選擇法,是指從經濟角度出發,綜合考慮輸電線路的電能損耗和投資效益等指標,來確定導線單位面積內流過的電流值,其數據可查有關手冊。3.選擇導線截面積的具體方法(1)按發熱條件選擇導線截面積(2)按允許電壓損失選擇導線截面積(3)按機械強度選擇導線截面積

IZ≥IC(1)按發熱條件選擇導線截面積

不同材料和絕緣導線的允許載流量(見附錄B)。在這個允許載流量范圍內運行,導線的升溫不會超過允許值。按發熱條件選擇導線截面積就是要求計算電流不超過導線正常運行時的允許載流量式中IZ——導線或電纜的長期允許載流量(A);

IC——根據計算負荷求出的總計算電流(A)。(1)按發熱條件選擇導線截面積

由于允許載流量IZ與環境溫度有關,所以選擇導線截面積時,要注意導線安裝地點的環境溫度,導體敷設的環境溫度與載流量校正系數應符合下列規定:1)當沿敷設路徑各部分的散熱條件不相同時,電纜載流量應按最不利的部分選取。2)導體敷設處的環境溫度3)由于導體敷設環境條件不同,電線、電纜的載流量會有很大的不同,因此應根據敷設環境對其載流量進行校正:(1)按發熱條件選擇導線截面積

由于允許載流量IZ與環境溫度有關,所以選擇導線截面積時,要注意導線安裝地點的環境溫度,導體敷設的環境溫度與載流量校正系數應符合下列規定:1)當沿敷設路徑各部分的散熱條件不相同時,電纜載流量應按最不利的部分選取。2)導體敷設處的環境溫度,應滿足下列規定:①對于直接敷設在土壤中的電纜,應采用埋深處歷年最熱月的平均地溫。②敷設在室外空氣中或電纜溝中時,應采用敷設地區最熱月的日最高溫度平均值。③敷設在室內空氣中時,應采用敷設地點最熱月的日最高溫度平均值,有機械通風的應按通風設計溫度。④敷設在室內電纜溝中時,應采用敷設地點最熱月的日最高溫度平均值加5℃。3)由于導體敷設環境條件不同,電線、電纜的載流量會有很大的不同,因此應根據敷設環境對其載流量進行校正:表4-2環境空氣溫度不等于30℃時的校正系數環境溫度/℃絕緣PVCXLPE或EPR礦物絕緣+PVC外護層和易于接觸的裸護套70℃不允許接觸的裸護套105℃101.221.151.261.14151.171.121.201.11201.121.081.141.07251.061.041.071.04350.940.960.930.96400.870.910.850.92450.790.870.770.88500.710.820.670.84550.610.760.570.80600.500.710.450.7565—0.65—0.7070—0.58—0.6575—0.50—0.6080—0.41—0.5485———0.4790———0.4095———0.32表4-3地下溫度不等于20℃的電纜載流量的校正系數埋地環境溫度/℃絕緣PVCXLPE和EPR101.101.07151.051.04250.950.96300.890.93350.840.89400.770.85450.710.80500.630.76550.550.71600.450.6565—0.6070—0.5375—0.4680—0.88表4-4土壤熱阻系數不同于2.5K·m/W時電纜的載流量校正系數熱阻系數/(K·m/W)11.522.53校正系數1.181.101.051.000.96表4-5多回路或多根多芯電纜成束敷設的載流量校正系數項目排列(電纜相互接觸)回路數或多芯電纜數1234567891216201嵌入式或封閉式成束敷設在空氣中的一個表面上1.000.800.700.650.600.570.540.520.500.450.410.882單層敷設在墻、地板或無孔托盤上1.000.850.790.750.730.720.720.710.70

多于9個回路或9根多芯電纜不再減小校正系數3單層直接固定在木質頂棚下0.950.810.720.680.660.640.630.620.614單層敷設在水平或垂直的有孔托盤上1.000.880.820.770.750.730.730.790.725單層敷設在梯架或夾板上1.000.870.820.800.800.790.790.780.7表4-6多回路直埋電纜的載流量校正系數回路數電纜間的間距a無間距(電纜相互接觸)一根電纜外徑0.125m0.25m0.5m20.750.800.850.900.9030.650.700.750.800.8540.600.600.700.750.8050.550.550.650.700.8060.500.550.600.700.80表4-7中性線、保護線及中性保護線截面積選擇相線截面積SN、PE、PENS<16mm216mm2≤S≤35mm2S>35mm2S16mm2S/2(2)按允許電壓損失選擇導線截面積1)電壓損失表示方法和允許值。由于線路存在阻抗,所以在負荷電流通過線路時要產生電壓損失,電壓損失用線路的始端電壓U1和末端電壓U2的代數差占額定電壓的百分數來表示,有些手冊中把它稱為電壓變化率,符號為ΔU%。式中U1——線路的始端電壓(V);

U2——線路的末端電壓(V);

Ur——線路的額定電壓(V)。(2)按允許電壓損失選擇導線截面積為了保證用電設備的正常工作,有關規程規定了用電設備端子處電壓偏移的允許范圍為:電動機:±5%;照明燈在一般工作場所為±5%;在視覺要求較高的屋內場所為-2.5%~5%;在遠離變電所面積較小的一般工作場所,難以滿足上述要求時,允許為-10%。其他用電設備無特殊規定時為±5%。(2)按允許電壓損失選擇導線截面積2)導線截面積的計算。對于純電阻性負載(如照明、電熱設備等)的電壓損失,可用下式來計算:電壓損失的計算公式為式中S——導線截面積(mm2);

—待選導線上的負載總計算負荷(單相或三相)(kW);Li—導線長度(指單程距離)(m);ΔU%—電壓變化率;

Mi—負荷矩(kW·m);

C—由電路的相數、額定電壓及導線材料的電阻率等決定的常數,稱為電壓損失計算常數,見表4-8。表4-8計算線路電壓損失的計算常數C值線路系統及電流種類C的表達式線路額定電壓/VC值銅線鋁線三相四線制220/38075.0045.70二相三線制220/38033.3020.30單相交流或直流22012.567.661103.141.92360.340.2l240.150.091120.0370.023(2)按允許電壓損失選擇導線截面積2)導線截面積的計算。對于感性負載(如電動機等)選擇截面積的計算公式為表4-9感性負載線路電壓損失的校正系數B值不同類型的導線和敷設方式銅或鋁導線明敷電纜明敷或埋地,導線穿管裸銅線架設裸鋁線架設負荷的功率因數0.90.850.80.750.70.90.850.80.750.70.90.80.70.90.80.7導線截面積/mm261.101.12101.101.141.20161.101.121.141.161.191.131.211.281.101.141.19251.131.171.201.251.281.211.321.441.131.201.28351.191.251.301.351.401.271.431.581.181.281.38501.271.351.421.501.581.101.111.131.151.171.371.571.781.251.381.53701.351.45l.541.641.741.111.151.171.201.241.481.762.001.341.521.70951.501.651.801.952.001.151.201.241.281.321.441.701.901201.601.802.002.102.301.191.251.301.351.401.531.822.101501.752.002.202.402.601.24l.301.371.441.50【例4-1】有一條從變電所引出的長100m的供電干線,供電方式為樹干式,干線上接有額定電壓為380V的三相異步電動機共24臺,其中10kW電動機20臺,4.5kW電動機4臺,干線敷設地點的環境溫度為25℃,干線采用絕緣明敷,設各臺電動機的負荷需要系數KX=0.35,平均功率因數cos?=0.7。試選擇該干線的截面積。【例4-1】【例4-2】某工程照明干線的負荷共計10kW,導線長300m,用380V/220V三相四線制供電,設干線上的電壓損失不超過5%,敷設地點的環境溫度為30℃,明敷,負荷需要系數Kn=1,功率因數cos?=1,試選擇干線BLX的截面積。(3)按機械強度選擇導線截面積配電導線在正常運行時,由于受其自身重力和風、雨、雪、冰等外部作用力的影響,以及在安裝過程中也要受到拉伸的作用力,為保證在安裝和運行過程中,導線不致折斷而中斷正常供電和發生其他事故在各種不同的敷設條件下,導線按機械強度要求的最小截面積,見表4-10表4-10按機械強度要求的導線最小允許截面積用途線芯最小截面積/mm2銅

芯

軟

線銅線鋁線照明用燈頭引下線戶內民用建筑工業建筑0.750.751.51.52.52.5戶外1.02.5移動式用電設備引線生活用0.75生產用1.0固定敷設在絕緣支持件上的導線支持點間距離<2m戶內1.52.5戶外1.52.5≤6m2.54.0≤12m2.56.0≤25m4.010.0穿管敷設的絕緣導線1.01.52.5塑料護套線沿墻明敷設1.52.5架空線路鋼芯鋁線鋁及鋁合金線絕緣銅線絕緣鋁線電壓為35kV25351016電壓為6~10kV2535電壓為1kV以下16164.1.3母線的選擇母線分裸母線和母線槽兩種。母線槽按絕緣方式可分為密集絕緣型和空氣絕緣型兩種。空氣絕緣型質量輕,結構簡單,價格便宜;密集絕緣型散熱條件較好,可制成大電流等級。裸母線母線槽4.1.3母線的選擇選型時,630A及以下可選用空氣絕緣型,630A以上應優先考慮用密集絕緣型。母線槽可為交流三相三線、三相四線、三相五線制頻率為50~60Hz額定工作電壓有400V(500V)、660V、6kV及10kV四種,額定電流有25A、40A、63A、100A、160A、200A、250A、400A、630A、800A、1000A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A、4000A、5000A,共18種。4.2電器設備選擇的原則1按正常工作條件選擇額定電壓和額定電流2按短路情況來校驗電器設備的動穩定和熱穩定

3按裝置地點的三相短路容量來校驗開關電器的斷流能力(遮斷容量)

4按裝置地點、工作環境、使用要求及供貨條件來選擇電器設備的適當型式1.按正常工作條件選擇額定電壓和額定電流1)電器設備的最高電壓Umax不應小于所在回路的系統最高電壓Uy,即Umax≥Uy2)電器設備的額定電流Ir應大于或等于該回路的最大持續工作電流Imax,即Ir≥Imax

1.按正常工作條件選擇額定電壓和額定電流我國目前生產的電器設備,設計時取周圍空氣溫度40℃作為計算值。若裝置地點日最高氣溫大于40℃,但不超過60℃,則因散熱條件較差,最大連續工作電流應適當降低,即設備的額定電流應乘以溫度矯正系數Kθ。式中Ir、I′r

—設備的額定電流及經溫度修正后的允許電流值(A);θ—實際環境溫度,取最熱月平均最高氣溫(℃);θr—電器設備的額定溫度,或載流導體的最高允許溫度(℃);Kθ—溫度修正系數。當θ≤θr時,每降低1℃允許電流增加0.5％Ir,但總數不得超過20%;當θ<θr≤60℃時,每增高1℃允許電流應減少1.8%Ir。2.按短路情況來校驗電器設備的動穩定和熱穩定式中Im、im——制造廠規定的電器設備極限通過電流的峰值和有效值(kA);

、Ish(3)、ish(3)

——按三相短路計算所得的短路沖擊電流和短路全電流有效值(kA);It——制造廠規定的電器設備在時間t(s)內的熱穩定電流(kA);Ia、tima——短路穩態電流(kA)及假想時間(s)。3.按裝置地點的三相短路容量來校驗開關電器的斷流能力(遮斷容量)按裝置地點的三相短路容量來校驗開關電器的斷流能力(遮斷容量)即式中IN·off、SN·off—制造廠提供的在額定電壓下允許的開斷電流、允許的斷流容量;

Ik

(3)

、Sk(3)

—電器設備安裝處的短路電流、短路容量。4.按裝置地點、工作環境、使用要求及供貨條件來選擇電器設備的適當型式表4-11選擇電器設備時應校驗的項目

4.3高壓電器設備及其選擇1高壓斷路器2高壓隔離開關3高壓負荷開關4高壓熔斷器5高壓開關柜4.3.1高壓斷路器1.用途主要用途:在正常運行時用來接通或切斷負荷電流;在發生故障或嚴重過負荷時,借助繼電保護裝置用它自動、迅速地切斷故障電流,以防止事故發生。2.類型高壓斷路器包括導電回路、滅弧室、外殼、絕緣支體、操作和傳動機構等部分。根據所采用的滅弧介質和滅弧方式,大體可分下列幾種:(1)油斷路器(2)空氣斷路器(3)六氟化硫斷路器(4)真空斷路器(1)油斷路器油斷路器用絕緣油作為滅弧介質。按斷路器油量和油的作用又分多油斷路器和少油斷路器多油斷路器出現較早,體積大,維護麻煩,不太受用戶歡迎。少油斷路器其油量少,體積小,價格便宜,維護方便,所以目前應用廣泛。(2)空氣斷路器采用壓縮空氣為滅弧介質的叫壓縮空氣斷路器,簡稱空氣斷路器。類型斷路器斷流容量大,分閘速度快,但結構復雜,價格昂貴,維護要求高,因而一般用于國家電網110kV及以上大型電站或變電所。(3)六氟化硫斷路器它采用具有良好滅弧和絕緣性能的氣體六氟化硫(SF6)作為滅弧介質。這種斷路器動作快、斷流容量大、使用壽命長、無火災和爆炸危險、可頻繁通斷、體積小,雖然價格偏高、維護要求嚴格,但仍受人們的歡迎,發展較快。在全封閉的組合電器中,多采用該型斷路器。(4)真空斷路器利用稀薄空氣的高絕緣強度來熄滅電弧。真空斷路器能適合頻繁操作的負載,并具有開距小、動作快、燃弧時間短、開斷能力強、結構簡單、質量輕、體積小、壽命長、無噪聲、維修容易和無爆炸危險等優點。3.高壓斷路器銘牌所列的技術數據(1)額定電壓Ur,QF

(2)額定電流Ir,QF

(3)額定開斷電流Ir,off

(4)額定斷流容量Sr,QF

(5)熱穩定電流Its(6)動穩定電流irs

4.高壓斷路器的選擇1)首先考慮工作條件確定斷路器的額定值(電壓、電流、頻率、機械負荷)。2)結合環境條件(環境溫度、相對濕度、海拔、最大風速等)選用斷路器的型號和規格。3)根據短路電流進行斷流容量,以及動穩定性和熱穩定性校驗。在可用的幾種斷路器之間進行經濟指標分析,在能滿足工作要求的前提下,盡量選用維修方便、價格便宜、運行費用少的設備。4.3.2高壓隔離開關1.用途高壓隔離開關主要是用來隔離高壓電源,并形成明顯可見的間隔,以保證其他電氣設備能安全檢修。但因隔離開關沒有滅弧設置,因而不能接通和切斷負荷電流,只能接通或者斷開較小電流。2.類型隔離開關按安置位置分為戶內型和戶外型(60kV及以上電壓無戶內型)按極數分為單極和三極按構造可分為雙柱式、三柱式和V形按絕緣情況分為普通型及加強絕緣型兩類按接地情況可分為帶接地刀閘和不帶接地刀閘兩種。一般是開啟式,特定條件下也可以定制成封閉式隔離開關。4.3.2高壓隔離開關3.隔離開關的選擇選用隔離開關時,首先應根據安裝地點選擇戶內型(GN)或戶外型(GW),然后根據工作電壓或工作電流選擇額定值,校驗其動、熱穩定值。一般采用三極聯動的三相隔離開關,只有在高壓系統中性點接地回路中,采用GW9-10型單極隔離開關。選用35kV及以上斷路器的兩側隔離開關和線路隔離開關,宜選用帶接地刀閘的產品。往往出于安裝或運行上的需要,而把較高額定電壓或較大額定電流的隔離開關設計用在低電壓或小電流的電路中,如變壓器低壓出口采用GN2-10/1000~2000型。選擇時,還要根據工作環境和配電裝置的布置特點,計算開關接線端的機械負荷。4.3.3高壓負荷開關1.用途在高壓配電裝置中,負荷開關是專門用于接通和斷開負荷電流的電器設備;在裝有脫扣器時,在過負荷情況下也能自動跳閘。但它僅具有簡單的滅弧裝置,所以不能切斷斷路電流。在大多數情況下,負荷開關與高壓熔斷器(一般為RN型)串聯,借助熔斷器切除短路電流。2.類型(1)FN型戶內高壓負荷開關(2)FW型戶外產氣式負荷開關

3.高壓負荷開關的選擇選用高壓負荷開關時,除注意環境條件和額定值外,要進行動、熱穩定和斷流容量校驗,以保證安全。帶熔斷器的負荷開關要選好熔體管的額定電流值。戶內型開關要選好配套操作機構,其中CS4-T型機構具有遠距離脫扣功能。4.3.4高壓熔斷器1.用途高壓熔斷器是常用的一種簡單的保護電器。它廣泛用于配電裝置中,常用作保護線路、變壓器及電壓互感器等設備。它由熔體、支持金屬體的觸頭和保護外殼三部分組成,串接在電路中。當電路發生超負荷或短路故障,故障電流超過熔體的額定電流時,熔體被迅速加熱熔斷,從而切斷電流,防止故障擴大。4.3.4高壓熔斷器2.類型按使用場所高壓熔斷器分為戶內型和戶外型兩種。戶內型制成規定式,而戶外型制成跌落式(熔絲熔斷后熔體管自動斷開)。(1)RN系列戶內高壓熔斷器(2)RW系列戶外高壓跌落式熔斷器

圖4-1

RW-10G型跌落式熔斷器結構

1—熔管2—熔絲元件3—上部固定觸頭4—絕緣瓷件

5—下部固定觸頭6—端部壓線螺栓7—緊固板8—鎖緊機構9—熔管轉軸支架10—活動觸頭4.3.4高壓熔斷器3.選擇選擇高壓熔斷器時,應按以下要求進行:1)熔斷器的額定電壓應符合線路或設備的額定電壓。2)熔斷器的額定電流Ir,FU,是指熔管的額定電流。熔體的額定電流Ir,FE應大于回路的正常工作電流IW,而小于或等于熔管的額定電流Ir,FU。3)熔斷器的最大開斷電流(上限斷流容量)應大于所要切斷的最大短路電流。其最小開斷電流(下限斷流容量)要小于短路電流的最小值。如不滿足此條件,可串聯限流電阻。此外,選擇Ir,FE還應考慮符合選擇性靈敏度配合要求。即后級或上級的Ir,FE,要比前級或下級的IN,FE相差2~3個額定電流級差。這樣,一般就能滿足選擇性要求。4.3.5高壓開關柜1.用途6~35kV高壓開關柜適用于交流50Hz、3~35kV電壓的電力系統,作電能接受、分配的通、斷和監視保護之用。它由制造廠按一定的接線方式,將同一回路的開關電器、母線、測量儀表、保護電器和輔助設備等都裝配在封閉的金屬柜中,成套供應用戶。這種設備結構緊湊、使用方便,廣泛用于控制和保護變壓器、高壓線路和高壓電動機等。2.類型高壓開關柜主要分固定式和手車式兩種;就結構而言,又分開啟式、封閉式、半封閉式;就使用環境而言,又有戶內、戶外之分。就操作方式而言,有電磁操作機構、彈簧操作機構和手動操作機構等。4.3.5高壓開關柜3.選擇根據使用環境決定戶內還是戶外型根據開關柜的數量和對可靠性的要求來確定使用固定式還是手車式。固定式開關柜價格便宜些,但是靈活性不如手車式。對可靠性要求不高、開關柜臺數又較少的變電所,盡量選用固定式開關柜以降低投資。4.4低壓電器設備及其選擇低壓電器通常是指工作在交流電壓為1000V或直流電壓為1500V以下的電路中的電器。4.4.1常用低壓電器4.4.2常用低壓電器的選擇4.4.1常用低壓電器1.刀開關2.熔斷器3.斷路器4.剩余電流斷路器5.接觸器6.繼電器7.電度表1.刀開關刀開關俗稱閘刀開關,是一種簡單的手動操作電器,廣泛應用于各種配電設備和供電線路中,通常用于非頻繁接通和切斷、容量不大的低壓供電線路,并兼作電源隔離開關。按工作原理和結構形式,刀開關可分為刀形轉換開關、開啟式負荷開關、封閉式負荷開關、熔斷式刀開關和組合開關等5類。各種類型的刀開關還可按其額定電流、刀的極數(單極、雙極或三極)、有無滅弧罩以及操作方式來區分。除在電力系統等特殊場合中,大電流刀開關采用電動操作外,一般都是采用手動操作方式。1.刀開關(1)刀形轉換開關(2)開啟式負荷開關(3)新型隔離開關

圖4-2刀開關結構圖1—靜插座2—手柄3—觸刀4—鉸鏈支座5—絕緣底板圖4-3刀開關的圖形符號a)單極b)雙極c)三極刀開關2.熔斷器作用：保護電器設備和配電線路免受過載電流和短路的損害。熔斷器的保護作用是靠熔體來完成的。熔體是由低熔點的鉛錫合金或其他材料制成的,截面為一定值的熔體只能承受一定值的電流(規定值)。

表4-12通過熔斷器熔體的電流與熔斷時間通過熔體的電流1.25Ir1.6Ir2Ir2.5Ir3Ir4Ir熔斷時間∞60min40s8s4.5s2.5s常用的低壓熔斷器有瓷插式、螺旋式和管式等

低壓熔斷器3.斷路器作用：斷路器俗稱自動空氣開關或自動開關,它是一種能自動切斷電路故障的保護電器,主要用于保護低壓交直流電路的線路及電氣設備,使它們免遭過電流、短路和欠電壓等不正常情況的損害。原理：斷路器具有良好的滅弧性能,它能帶負荷通斷電路,可用于電路的不頻繁操作,主要由觸頭系統、滅弧系統、脫扣器和操作機構等組成。它的操作機構比較復雜,主觸頭的通斷可以手動,也可以電動,故障時能自動脫扣。其原理結構如圖4-4所示。實際上它相當于刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合。圖4-4斷路器的工作原理圖1—觸頭2—鎖鍵3—搭鉤(表示自由脫扣器機構)

4—鉸鏈5—杠桿

6、8、11、16—彈簧7、12、18—鐵心線圈9、10、17—銜鐵13—加熱電阻絲14—雙金屬片15、19—按鈕20—合閘電磁鐵3.斷路器分類：按其用途可分為配電線路用斷路器、電動機保護用斷路器、照明用斷路器和控制線路用斷路器按其結構可分為塑料外殼式、框架式、快速式和限流式等。基本形式有萬能式和裝置式兩種系列。塑料外殼式斷路器屬于裝置式,是民用建筑中常用的一種,它具有保護性能好、安全可靠等優點。框架式斷路器,其結構是敞開裝在框架上,因其保護方案和操作方式比較多,故有“萬能式”之稱。快速式斷路器主要用于對半導體整流器等的過載、短路快速保護。限流式斷路器是用于交流電網的快速動作的限流自動保護電器,以限制短路電流。3.斷路器目前在民用建筑中常用的斷路器的型號主要有DW系列萬能式、DZ系列塑殼式等。DZ系列除有四極、三極、二極和單極外,還有可以在導軌上拼裝微型斷路器。

1P2P3P4P一極、二極、三極、四極斷路器帶漏電保護的斷路器具有分勵脫扣的斷路器塑殼式斷路器（裝置式）框架式斷路器（萬能式）4.剩余電流斷路器(1)按動作原理分電壓型、電流型和脈沖型。圖4-5單極斷路器外形1—分合手柄2—接線端圖4-6

PX-200C系列外形圖1—手柄2—接線端3—安裝導線4.剩余電流斷路器(2)按脫扣的型式分1)電磁式:不受電壓波動、環境溫度變化以及斷相等影響,性能良好,可靠性高。2)電子式:靈敏度高,制造技術簡單,可制成大容量產品,但需要輔助電源,抗磁干擾性能不強。4.剩余電流斷路器(3)按其保護功能及用途分1)漏電保護繼電器:是指具有對漏電流檢測和判斷的功能,而不具有切斷和接通主回路功能的漏電保護裝置。漏電保護繼電器由零序互感器、脫扣器和輸出信號的輔助接點組成。它可與大電流的自動開關配合,作為低壓電網的總保護或主干路的漏電、接地或絕緣監視保護。2)漏電保護開關:是指不僅與其他斷路器一樣可將主電路接通或斷開,而且具有對漏電流檢測和判斷的功能,當主回路發生漏電或絕緣破壞時,漏電保護開關可根據判斷結果將主電路接通或斷開的開關元件。它與熔斷器、熱繼電器配合可構成功能完善的低壓開關元件。3)漏電斷路器:具有過載保護和漏電保護的功能,它是在斷路器上加裝漏電保護器件而構成。5.接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通或斷開交直流主電路的自動電器。接觸器按其主觸頭和控制線圈所通過的電流而分為交流和直流兩種,此處主要介紹交流接觸器。交流接觸器主要由電磁機構、觸頭系統、滅弧裝置、支架和底座等幾部分組成。電磁機構是接觸器的關鍵部件,主要由吸引線圈、動鐵心、靜鐵心三部分組成。它利用吸引線圈通電后使電磁鐵心產生吸引力而動作,并帶動觸頭系統進行工作。5.接觸器常用的國產交流接觸器有CJ20等系列。它采用了拼裝結構和導軌安裝;體積小、結構緊湊、動作可靠、具有較高的通斷能力和機電壽命。在選用接觸器時,應注意它的主觸頭的額定電流、線圈電壓及觸頭數量等是否符合需要。通常主觸頭的額定電流有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、200A、250A等。控制線圈的電壓通常有36V、110V、220V、380V等。6.繼電器繼電器是根據電量或非電量(如電流、電壓、時間、溫度、壓力等)的變化,來斷開或接通電路的自動電器。繼電器的觸頭容量較小,一般在5A以下。(1)熱繼電器熱繼電器是用來對電動機等設備進行過載保護的一種保護電器。

(2)時間繼電器時間繼電器是實現時間控制的一種電器。(3)電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器6.繼電器(3)電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器電流繼電器是一種根據電流的大小起控制和保護作用的自動電器,有過電流繼電器和欠電流繼電器兩類。電壓繼電器是反映被測電路電壓變化的繼電器電磁式中間繼電器實質上是一個電壓線圈繼電器,它與小型接觸器相類似;所不同的是它具有較多的觸頭數(8~12對)、觸頭容量較大(額定電流為5~10A)、動作靈敏等特點,可以用它來增加控制回路數和放大控制信號。7.電度表電度表(也稱電能表)是專門用來測量交流電能的,它將功率和時間的乘積累計起來反映電能的數量。計量電能的常用單位是千瓦時(kW·h)俗稱為“度”,電度表因此而得名,1度(電)=1kW·h。電度表分為單相電度表和三相電度表兩種。三相電度表又根據用途的不同分為三相有功電度表和三相無功電度表。三相有功電度表根據線數不同,又分為三相三線有功電度表和三相四線有功電度表。(1)單相電度表的接線單相電度表用來測量單相電路中的電能。在單相電度表的下部有一排接線端子,電度表的電壓線圈和電流線圈分別接在這些端子上,并通過這些端子把電度表接入電路中,如圖4-7所示,1和2為電流線圈接線端,應與負載串聯;1和3為電壓線圈接線端,應與負載并聯連接;4端與3端為同一端子,接負載的下端。圖4-7單相電度表的接線

(2)三相四線電度表及其接線三相四線電度表的工作原理與單相電度表一樣,但在結構上有所不同。它分為兩個(稱三相二元件)或三個(稱三相三元件)兩種電度表。用三相三元件電度表測量三相四線制電路的電能,不管三相電壓是否對稱、三相負載是否平衡,測量結果和用三塊單相電度表分別測量三相負載是相同的。其接線如圖4-8所示。圖4-8三相三元件電度表的接線三相二元件電度表用三相二元件電度表測量三相四線制電路的電能,與三相三元件電度表相比較,省去了一個元件,但使用范圍仍與三相三元件電度表相同,所不同的是其接線。其接線如圖4-9所示。圖4-9三相二元件電度表的接線a)接線圖b)相量圖4.4.2常用低壓電器的選擇1.按鈕、行程開關等主令電器的選擇按鈕是用來接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器,選用時主要根據實際使用需要的觸頭對數、動作要求和指示燈及其顏色的要求等來確定。目前,按鈕產品有多種結構形式、多種觸頭組合以及多種顏色,供不同使用條件選用,如緊急操作常用蘑菇形、停止按鈕常選用紅色等。一般在額定電壓交流為500V、直流為440V,額定電流為5A的情況下,常用的按鈕有LA2、LA10、LA20系列等。行程開關主要用于位置控制或有位置保護要求的場合。選用時,主要根據機械位置對開關形式的要求和控制線路對觸頭數量的要求,以及電流、電壓等級來確定其型號。常用的行程開關有LX2、LX19、JLXK1等型號。2.低壓刀開關和組合開關的選擇對于低壓刀開關而言,主要是根據負荷電流的大小來選擇它的額定容量。一般情況下,由于刀開關應該能接通和斷開自身標定的額定電流可以根據負荷電流來選擇相應的刀開關。當用刀開關控制電動機時,由于電動機的起動電流大,選擇刀開關的額定電流應比電動機的額定電流大,一般是電動機額定電流的3倍。如果電動機不需要經常起動,而且是一般電路的情況下,選擇刀開關的額定電流應為電動機或負載電路額定電流的2倍左右。2.低壓刀開關和組合開關的選擇在選擇刀開關時,還應根據工作地點的環境,選擇合適的操作機構。對于組合式的刀開關,應配有滿足正常工作和保護需要的熔斷器。組合開關主要作為隔離開關用,通常用于電路的引入。選用組合開關的依據是電源種類、電壓等級、觸頭數量以及斷流容量。常用的組合開關型號有HZ10系列等。3.熔斷器的選擇(1)照明負荷

照明負荷采用熔斷器保護時，先要求出該負荷的計算電流Ic，一般選擇熔斷器熔體的額定電流Ir大于或等于負載回路的計算電流即可。

Ir≥IcIr≥(1.1～1.7)

Ic當采用高壓汞燈和高壓鈉燈為照明時,應考慮起動的影響,熔斷器熔體的額定電流應取式中Ir——熔體的額定電流(A);

IC——負載回路的計算電流(A)。3.熔斷器的選擇(2)電熱負荷

對于大容量的電熱負荷需要單獨裝設短路保護裝置時,其所用熔斷器熔體的額定電流應符合

Ir≥Ic3.熔斷器的選擇(3)電動機類用電負荷

1)對于單臺電動機回路,熔斷器的額定電流(Ir)應按允許通過的起動電流選擇式中IrM——被保護電動機的額定電流(A)。aM型熔斷器為部分范圍分斷能力用作電動機保護的熔體,gG型熔斷器為全范圍分斷能力用作配電線路保護的熔體(目前廣泛使用)。Ir≥（1.05~1.1）IrM

Ir≥（1.50~2.3）IrM

對aM型熔斷器

對gG型熔斷器

3.熔斷器的選擇(3)電動機類用電負荷

2)對于多臺電動機回路(設有n臺),熔斷器的額定電流應取式中IC,(n-1)——除了起動電流最大的一臺電動機外,回路的計算電流(n-1)臺電動機的計算電流之和(A);

IrM,max——回路中起動電流最大的一臺電動機的額定電流(A)。Ir≥(1.0~1.3)(IrM,max+IC,(n-1))

3.熔斷器的選擇(4)選擇熔斷器的注意事項1)應根據電路中上、下級保護整定值的配合要求來選擇,以免發生越級熔斷。2)應根據被保護設備的重要性和保護動作的迅速性來選擇。重要設備的保護可選快速型熔斷器,以提高保護性能;一般設備的保護可選用RM型熔斷器。3)應根據使用環境和安裝方式來選擇具體的熔斷器型號。4)在選擇好導線和熔斷器以后,還必須檢查所選熔斷器是否能夠保護導線,以防熔斷器不熔斷情況下導線長期過負荷而發熱。在電工手冊中可查到某一導線截面積所允許的最大熔體電流值。以此來檢查導線的截面積,如果導線截面積太小,還必須加大導線截面積,使所選熔體的額定電流Ir小于導線允許載流量的1.5倍。表4-13熔體允許的起動電流熔體額定電流/A允許通過的起動電流/A熔體額定電流/A允許通過的起動電流/AaM型熔斷器gG型熔斷器aM型熔斷器gG型熔斷器246812.625.237.850.451014226380100125396.9504.0630.0787.72403404005701012162063.075.5100.8126.032354760160200250315100812601575198575010101180175025324050157.5201.5252.0315.082110140200400500630252031503969205029503550表4-14

RM10系列熔斷器規格型號額定電壓/V額定電流/A熔體的額定電流等級/ARM10-15交流220、380或500直流220、440156,10,15RM10-606015,20,25,35,45,60RM10-10010060,80,100,125,160,200RM10-200200100,125,160,200RM10-350350200,225,260,300,350RM10-600600350,430,500,600【例4-3】同例4-1,試選擇保護干線的熔斷器的額定電流(其中一臺10kW的電動機,IrM,max=19.4A,Kmax=7.0為最大)。【解】

由于該干線為多臺電動機回路,故按式(4-20)進行選擇。=(10×19+4.5×4)kW=208kW=0.35×208kV·A/0.7=104.0kV·A=A=158.0A其中最大的一臺額定電流為IrM,max=19.4A由于起動電流較大,K取1.2,故得熔斷器熔體的額定電流為Ir=1.2[IrM,max+IC,(n-1)] =1.2(19.4+158.0)A=211.68A選擇RM10-350型,熔體額定電流為225A。4.斷路器的選擇(1)斷路器選擇的一般要求

1)斷路器的額定電壓≥線路的額定電壓。2)斷路器的額定電流≥線路的計算負荷電流。3)斷路器脫扣器的整定電流≥線路的計算負荷電流。4)斷路器的極限通斷能力≥線路中最大短路電流。5)斷路器欠電壓脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓。4.斷路器的選擇(2)照明負荷

當照明支路負荷采用斷路器作為控制和保護時,其延時和瞬時過電流脫扣器的整定電流分別為

Izdl≥KklIcIzd3≥Kk3Ic4.斷路器的選擇計

算

系

數白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈高

壓

汞

燈高

壓

鈉

燈Kk111.11Kk3666表4-15計算系數Kk1、Kk3值4.斷路器的選擇(3)電熱負荷

對于大容量的電熱負荷,如用斷路器作為控制和保護時,其過電流脫扣器的整定電流應符合式中

Izd——斷路器過電流脫扣器的整定電流(A);IC——電熱負載回路計算電流(A)。Izd≥IC(4)電動機類負荷1)單臺電動機回路,斷路器的長延時、瞬時脫扣器電流分別滿足Izd1≥IrM

Izd3≥(2.0~2.5)Iq.M

2)多臺電動機回路，自動空氣開關的長延時、瞬時脫扣器電流分別滿足Izd1≥IrM

Izd3≥(2.0~2.5)Iq.M

式中：IrM—電動機的額定電流，A；

Iq.M—電動機的起動電流，A；

I?q.M(max)—起動電流最大的一臺電動機的全起動電流（取啟動電流的2倍），A；

IC—多臺電動機回路的計算電流，A；

IC（n－1）—除了起動電流最大的一臺電動機以外的回路計算電流，A。(4)電動機類負荷(5)配電線路Izd1≤IzIz：為線路導體允許載流量2）短延時過電流脫扣器的動作電流整定值

Izd2≥1.2[IC+1.35KIst+Ir(max)]

KIst為電動機的啟動電流倍數Ir(max)為最大一臺電動機的額定電流值

1)長延時過電流脫扣器的動作電流整定值(4)電動機類負荷(5)配電線路4)無短延時的瞬時過電流脫扣器的動作電流整定值

Izd3≥1.1[IC+K1KIst+Ir(max)]

式中：K1為電動機起動電流的沖擊系數，一般取K1＝1.7～2；KIst

為電動機的起動電流倍數。

3)短延時過電流脫扣器動作時間的整定，應根據保護裝置的選擇來確定，一般分為0.1(或0.2)s、0.4s和0.6s三種；5.用電設備及配電線路的短路和過載保護及上下級保護電器之間的配合(1)在民用建筑中，照明電路的保護主要考慮設置短路保護。一般采用帶脫扣器的自動保護開關(自動空氣開關)進行保護，它可以同時對照明線路進行短路和過載保護。(2)在民用建筑中，對于動力負荷，一般需要單獨從電力配電箱中單獨供電。除本身單獨設有保護裝置外，還需在分路供電線路上裝設單獨的保護裝置作為后備保護。對于電動機類用電設備，除需裝設短路保護裝置外，還需裝設過載保護裝置，這類保護裝置可由熔斷器和帶過載保護的磁力啟動器(由交流接觸器和熱繼電器組成)實現，或由帶短路和過載保護的自動空氣開關進行保護。5.用電設備及配電線路的短路和過載保護及上下級保護電器之間的配合(3)對于低壓配電線路，一般主要考慮短路和過載兩項保護，但從發展趨勢來看，需進一步考慮過電壓和欠電壓保護。在低壓配電線路上，在選擇熔斷器和自動空氣開關等保護電器時，除按上述要求選擇外，還必須注意上、下級保護電器之間的正確配合1)當上下級均采用熔斷器保護時，一般要求上一級熔斷器熔體的額定電流比下一級熔斷器熔體的額定電流大2～3倍；2)當上下級保護均采用自動開關時，應使上一級自動開關脫扣器的額定電流應大于下一級自動開關脫扣器的額定電流的1.2倍以上；【例4-4】某辦公樓建筑動力干線電壓為380V,供電系統為TN-C-S,總計算電流為108A,現采用BV-750型導線穿鍍鋅鋼管暗敷設供電,試按發熱條件選擇相線及中性線截面積(環境溫度按30℃計)。【解】因所用導線BV-750型為750V銅芯塑料絕緣線,因為IC=108A這段線路的保護開關長延時過電流脫扣器的動作電流整定值Izd1=125A。根據附錄B常用絕緣導線允許載流量表,查得氣溫為30℃時,導線截面為70mm2的允許載流量為154A,大于開關長延時過電流脫扣器的動作電流整定值Izd1=125A,滿足發熱條件,因此相線選截面積S=70mm2。中性線(N)截面積,按SN=0.5S,所以選SN=35mm2;保護線(PE)截面積,按SPE=0.5S,所以選SPE=35mm2。最終線路選擇為:BV-0.753×70+2×35。【例4-5】如圖4-10所示的配電系統,其電氣設備及線路的參數見表4-16,請選擇各級斷路器QF1~QF4的參數及規格型號(圖中,Ik1~Ik4分別為各級的短路電流)。【例4-5】【解】

(1)先選擇斷路器QF4。由于它是保護電動機的,應選電動機用保護開關。該電動機的額定電流為182.4A,選用200A斷路器符合要求。由于為單臺電動機回路,根據≥IrM=182.4A,長延時動作整定電流取=200A;根據Izd3≥Izd3≥(2.0~2.5)Iq·M=2.0×6.5×182.4kA=2.371kA,瞬時動作整定電流取2.371kA;又根據短路電流Ik4=19.12kA,應選用通斷能力為20kA的自動開關。查附錄C表C-1或手冊可知,只有TIM1N-250(AC690)能滿足要求,選用其脫扣器額定電流為200A。【例4-5】【解】(2)選擇斷路器QF2。由于它是保護配電支路的,需選用選擇型配電斷路器。根據線路額定電流600A,短路電流IK2=29.7kA,查附錄C中表C-1,應選用脫扣器額定電流為630A,通斷能力為35kA的斷路器TIM1N-630(AC400)型。短延時動作電流的整定值根據IZd2≥1.1[IC+1.35KIst

Ir(max)]

＝1.1(600+1.35×6.5×182.4)≈2.42KA取整定值為30KA.據前述瞬時過電流脫扣器動作電流整定值Izd3≥1.1Ik2＝1.1×29.7≈33kA。因而整定在33kA。【例4-5】【解】(3)選擇斷路器QF3。QF3為一般照明支路的保護開關,選用選擇型斷路器,其長延時過電流脫扣器的整定電流值取≥Kk1IC=1×60A=60A(查表4-15,取Kk1=1);瞬時過電流脫扣器的整定電流值取Izd3≥Kk3IC=6×60A=360A(查表4-15,取Kk3=6)。又根據短路電流Ik3=6kA,查附錄C中表C-1,應選通斷能力為10kA,額定電流為125A的TIM1N-125(AC690)型,脫扣器額定電流為63A的斷路器。(4)選擇斷路器QF1。QF1為變壓器主保護開關,變壓器額定電流為1445A,應選用2000(1500)A的選擇型斷路器,查附錄C中表C-1,可選TIW1-2000(AC400)型斷路器,脫扣器額定電流為1600A,通斷能力為80kA。6.剩余電流斷路器的選擇(1)配電線路宜設置剩余電流斷路器的設備1)手握式及移動式用電設備。2)建筑施工工地的用電設備。3)環境特別惡劣或潮濕場所(如鍋爐房、食堂、地下室及浴室)的電氣設備。6.剩余電流斷路器的選擇(2)剩余電流動作保護裝置的動作電流宜按下列數值選擇:1)手握式用電設備為15mA。2)環境惡劣或潮濕場所的用電設備(如高空作業、水下作業等處)為6~10mA。3)醫療電氣設備為6mA。4)建筑施工工地的用電設備為15~30mA。5)家用電器回路及照明線路一般為≤30mA。6)成套開關柜、分配電盤等為100mA以上,用于總體保護一般為200~500mA。7)防止電氣火災為300mA。7.接觸器的選擇(1)接觸器的類型選擇

主要是根據接觸器所控制的負載性質來選擇直流接觸器還是交流接觸器等類型。(2)額定電壓的選擇

接觸器的額定電壓應大于或等于負載回路電壓。7.接觸器的選擇(3)觸頭額定電流的選擇

接觸器的觸頭額定電流應大于或等于被控回路的額定電流。對于電動機類負載可按下列經驗公式計算:式中：IC——接觸器主觸頭電流，A；

Pr——電動機的額定功率，kW；

Ur——電動機的額定電壓，kV；

K——為計算系數，一般取l～1.4。7.接觸器的選擇(4)吸引線圈的額定電壓選擇由于接觸器的吸引線圈的額定電壓有多個等級，所以在選擇吸引線圈的額定電壓時必須與所接控制回路的電壓相等。(5)接觸器的觸頭數量、種類選擇其觸頭數量和種類應滿足主電路和控制線路的要求

8.繼電器的選擇(1)熱繼電器熱繼電器有兩相式、三相式及帶斷相保護的三相式等形式。對于星形接法的電動機及電源在對稱性較好的情況下可采用兩相結構的熱繼電器。對于三角形接法的電動機或電源在對稱性不夠好的情況下，應選用三相結構或帶斷相保護的三相結構的熱繼電器。熱繼電器發熱元件額定電流，一般情況下按電動機的額定電流選擇。根據實際負荷要求選取熱繼電器的熱元件整定值為電動機或被保護線路的額定電流的95％～105％。8.繼電器的選擇(2)電磁式繼電器電磁式繼電器主要有中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器等。選用電磁式繼電器主要考慮被控制或被保護對象的特性、觸頭種類和數量以及控制電路的電壓、電流、負載性質等因素。線圈電壓、電流應滿足控制線路的要求。

(3)時間繼電器時間繼電器選用時應考慮延時方式(通電延時還是斷電延時)、延時范圍、延時精度要求和外形尺寸及安裝方式等。常用的有氣囊式、電動式、電磁式和電子式。在延時精度要求不高，電壓波動大的場合，可選用價格較低的電磁式或氣囊式時間繼電器。當延時范圍較大，精度要求較高時，可選用電動式或電子式時間繼電器。9．低壓用戶終端箱及其選擇（1）標準動力箱標準動力箱是按實際使用需要，根據國家有關標準和規范，進行統一設計的全國通用的定型產品。常用的動力箱有：PB10~70等型號。1）PB10系列動力箱主要為一般配電，根據尺寸分為配電箱、配電柜。2）PB20系列動力箱主要為15KW以下電動機直接啟動動力箱。3）PB30系列動力箱主要為15~75KW電動機降壓啟動柜。4）PB40系列動力箱為客房配電箱，專用于賓館客房。5）PB50系列動力箱為標準高層住宅動力柜、照明柜。6）PB60、70系列動力箱主要為二次裝修預留電源用。9．低壓用戶終端箱及其選擇（2）雙電源切換箱標準雙電源切換箱僅對目前使用較為普遍的ATS（雙電源切換開關）給出標準尺寸，由于其可靠性高，元件少，易實現機械聯鎖。逐漸成為市場主流產品。雙電源切換箱的型號為PBT系列。

9．低壓用戶終端箱及其選擇（3）照明箱照明箱一般分為掛墻式與嵌墻式。標準照明箱也是按照國家標準統一設計的通用定型產品，通常采用的有LB10~40等型號。1）LB10系列