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高压柜内母排规格选用方法及计算

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    2019-5-18 22:38
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    发表于 前天?20:50 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    来源:公众号:配电之家
    注:本文讨论的范围限于72.5KV以下的开关设备和控制设备的母排选择及计算(仅限于铜排计算) ,尽管本文计算公式仍适用于72.5KV以上这类电压等级的开关设备和控制设备母排的计算及选择,但此本文暂不讨论。为阅读方便,
    本文特意将有关专业名词写得通俗易懂。
    一、前言:? ?? ?
    ? ?高压开关柜内母排规格选择应满足以下2个原则:
    ? ?1、满足载流量要求(这个可以查表如 GB7251,或查《手册三》等资料获得)。??
    2、满足热稳定校验,也就是短路电流的热效应。而动稳定主要考虑的是铜排的固定和支撑,也就是短路电流的电磁效应,高压母排规格如截面积大小的选择,只需考虑热稳定校验,而无需考虑动稳定的校验。
    额定短时耐受电流,是在规定的时间内(这个时间就是从合闸到跳闸的持续时间),设备合闸位置能够承受电流的有效值,也就是从合闸到跳闸前的时间内该设备及其线路部件不被通过的短路电流所融损,这个是热稳定的概念,这儿的线路部件可以是母排。
    额定峰值耐受电流是在系统发生最严重的短路情况下,设备在合闸位置承受额定短路峰值电流时设备及其线路部件产生电动力但不至于损坏,这个是动稳定的概念。
    额定短路持续时间,是指设备在合闸位置能够承受额定短时耐受电流(而非峰值电流)的时间,超过这个时间设备就跳闸了,不再承受短路电流了。
    ? ? 高压母排规格的选择要满足以上热稳定校验的要求。
    设计和装配上,对于满足载流量要求,只要充分考虑导体的截面满足要求就行了。实际应用中,对于截面积相同的母线,如 TMY6*80 载流量要大于TMY8*60,原因是前者的截面周长比后者大,相同长度下前者的体面积大于后者,散热面积差异和电流的趋肤效应等原因造成了 2 者载流量不同。
    ? ? 在设计和装配上,对于满足动稳定要求。
    ? ? 一、要首先考虑母排的受力方向,如尽量不采用母排宽面相对的安装方式,因为此方式下母排的受力最强。第? ???
    ? ? 二、充分考虑母排支撑固定件的间隔,做到即满足动稳定要求又不浪费。
    ? ? 三、要考虑母排支撑固定件的强度是否能够承受母排的热动力和电动力,支撑固定件如绝缘子及间距要进行动稳定校验。需要注意的是,母排支撑固定件如绝缘子的抗弯抗拉强度能达到动稳定校验要求的同时,其紧固件如螺栓螺母也要能承受电动力的冲击载荷,并且紧固件如螺栓螺母要能承受母排及支撑母排件的重量和符合标准规定的母排安装规范。
    母排在进行动热稳定校验后试验合格的依据为:在承受额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流后仍能满足型式试验所规定的要求如绝缘、控制、回路电阻、机械操作和机械特性试验等。
    二.定义:
    ? ? 1.额定短时耐受电流(IK) (老的提法为“热稳定电流”):在规定的使用和性能条件下,在规定的短路时间内,开关设备和控制设备在合闸位置能够承载的电流的有效值。
    ? ?额定短时耐受电流的标准值应当从 GB762 中规定的R10系列中选取,并应该等于开关设备和控制设备的短路额定值。
    注:R10系列包括数字 1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8及其与10n的乘积。
    ? ?2.额定峰值耐受电流(IP) (老的提法为“动稳定电流”):在规定的使用和性能条件下,开关设备和控制设备在合闸位置能够承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值。
    ? ?标准规定:额定频率为50HZ及以下的所对应的额定峰值耐受电流应该等于2.5 倍额定短时耐受电流;额定频率为 60HZ 及以下的所对应的额定峰值耐受电流应该等于 2.6 倍额定短时耐受电流,因本文不做动稳定校验,故可以不理会这个。
    ? ?注:按照系统的特性,可能需要高于2.5倍额定短时耐受电流的数值。
    ? ?3.额定短路持续时间(tk):开关设备和控制设备在合闸位置能承载额定短时耐受电流的时间间隔。
    ? ?标准规定:72.5KV以下的开关设备和控制设备的额定短路持续时间为 4s(实际很多公司生产的高压开关如VS1、VD4真空断路器在不同分断能力下额定短路耐受时间有的为 3S有的为2S等)。
    三.根据热稳定校验来确定铜排截面积:
    根据热稳定校验公式:S=I/a*√(t/△θ)(注:热稳定校验公式有多个,不同的文献资料公式不尽相同,但计算结果殊途同归)
    式中:
    I是额定短时耐受电流;
    a是材质系数,铜为 13,铝为8.5;
    t是额定短路持续时间;
    △θ是温升(K),对于裸导体一般取 180K,对于 4S的短路持续时间取 215K。
    为计算方便,我们先计算假设额定短时耐受电流为 1KA/4S 时的母排最小截面积S=1000//13)*√(4/215)≈10.49
    而后求取:
    16KA/4S 系统铜母排最小截面积S=16*10.49≈168 mm2
    20KA/4S 系统铜母排最小截面积S=20*10.49≈210 mm2
    25KA/4S 系统铜母排最小截面积S=25*10.49≈263 mm2
    31.5KA/4S系统铜母排最小截面积S=31.5*10.49≈331 mm2
    40KA/4S 系统铜母排最小截面积S=40*10.49≈420 mm2
    63KA/4S 系统铜母排最小截面积S=63*10.49≈661 mm2
    80KA/4S 系统铜母排最小截面积S=80*10.49≈840 mm2
    100KA/4S 系统铜母排最小截面积S=100*10.49≈1050 mm2
    125KA/4S系统铜母排最小截面积S=125*10.49≈1312 mm2
    160KA/4S 系统铜母排最小截面积S=160*10.49≈1679 mm2
    (注:很多高压开关制造时额定短路耐受电流和分断能力选用其他非标准电流,可将数值代入公式自行计算。)? ?? ?? ?
    根据以上计算结果取整, 总结 72.5KV以下的开关设备和控制设备的 TMY的最小规格如下:
    四.查阅相关铜排载流量数据表格,根据负载计算出电流并结合以上校验算出的结果综合选取铜排规格。
    五.需要注意的是,高压开关柜内某线路点的额定短时耐受电流要依据上级变压器的容量和源端到该短路点的线路总阻抗等数值来计算,比如,同样的10KV系统,后面跟同样容量大小的 10/0.4变压器,负载大小即使相同,但变压器一次侧 10KV 开关柜内断路器的额定短时耐受电流是不一样的。为简便起见,在忽略母排内阻等因素的情况下,我们一般选取该段母排上级开关的短路耐受电流和短路持续时间来进行热稳定校验和计算。另外,导体的载流量及某线路点的短路电流还受海拔、湿度、环境温度、导体的工作温度、导体短路时的最高温度等因素影响,相关修正数据可查阅有关表格。
    六.动稳定的校验及铜排固定请参看作者的另一篇文章《高压柜内母排动稳定校验应力计算及铜排固定支撑方法注意事项》
    七.本文引用的标准及文献:
    1.GB 7251《低压成套开关设备和控制设备》系列
    2.GB 3906《??3~35kV 交流金属封闭开关设备》
    3.DL/T 404《3.6kV~40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备》
    4.GB 1984《交流高压断路器》
    5.GB/T 2900《电工术语》系列
    6.GB/T 11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》
    7.《工业与民用配电设计手册》第三版
    8.GB/T 762《标准电流等级》.
    ? ? 查阅相关铜排载流量数据表格,根据负载计算出电流并结合以上校验算出的结果综合选取铜排规格。

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