1、7 低压配电系统,7.1 低配电系统接线 7.2 导线截面的选择及检验 7.3 低压配电系统及电气开关设备、保护装置的选择计算,7.1 低配电系统接线,低压配电系统是指电压等级在1 kV以下的配电网络，它是电力系统的重要组成部分，是城市建设的重要基础设施。低压配电系统主要由配电线路（架空、电缆）、配电装置和用电设备等组成。用户通过柱上变压器、开闭所（开关站）、配电站（室）或者箱式变电站取得电压等级为380/220 V的电能。,低压配电系统应能满足生产和使用所需的供电可靠性和电能质量的要求，还要注意做到接线简单，操作方便、安全，具有一定的灵活性。低压线路的供电半径不宜过大，应能满足末端电压质量的
2、要求，市区一般为250 m，繁华地区为150 m。好的接线方式可以使低压配电系统灵活机动，运行经济，可靠性高，易于维护，且可以降低成本。低压配电系统常见的接线方式主要有放射式、树干式和环网式。,放射式接线是指每一个用户都采用专线供电，如图7.1所示。,一、 放射式,图7.1 放射式,1.放射式接线的特点（1） 供电可靠性较高。各用户独立受电，故障范围一般仅限于本回路。各支线互不干扰，当某线路发生故障需要检修时，只切断该回路而不影响其他回路，同时回路中电动机启动引起的电压波动对其他回路的影响也较小。（2） 配电设备集中，检修比较方便。（3）有色金属（线路）消耗量较多，需要的开关设备较多。,2.放
3、射式接线的适用范围这种接线方式多用于设备容量大或对供电可靠性要求高的设备配电。（1） 容量大、负荷集中或重要的用电设备。（2） 需要集中控制的设备。（3） 有腐蚀性介质和爆炸危险等场所不宜将配电及保护启动设备放在现场的场合。,树干式接线是指每条用电线路都从干线接出，如图7.2所示。,7.1.2 树干式,图7.2 树干式,1.树干式接线的特点树干式接线的优点是配电设备及有色金属消耗少，投资省，结构简单，施工方便，易于扩展，灵活性好。其缺点是供电可靠性较差，一旦干线任一处发生故障，都有可能影响到整条干线，故障影响的范围较大。,2.树干式接线的适用范围树干式接线常用于明敷设回路，设备容量较小，对供电
4、可靠性要求不高，用电设备布置比较均匀又无特殊要求的设备。,由一个或一个以上来自不同电源（不同变电所或同一变电所的不同母段线）的中压（110 kV）配电线路供电的一台或多台配电变压器作为电源，干线形成闭环，如图7.3（a）所示。低压环网式如图7.3（b）所示。环网式接线的可靠性比较高。 开环点的选择原则是：开环点两侧的电压差最小，一般使两路干线负荷功率尽可能接近。,三 环网式,环网内线路导线通过的负荷电流应考虑故障情况下环内通过的负荷电流。因导线截面要求相同，故环网式线路的有色金属消耗量大，这是环网供电线路的缺点。当线路的任一线段发生故障时，切断(拉开)故障线段两侧的隔离开关，将故障线段切除后即
5、可恢复供电。开环点断路器可以使用自动或手动投入。双电源环网式供电适用于一级、二级负荷；单电源环网式适用于允许停电半小时以内的二级负荷。,综上所述，这几种配电系统接线各有其优缺点。在实际应用中，应针对不同负荷采用不同的接线方式。工厂车间或建筑物内，当大部分用电设备容量不大、无特殊要求时，宜采用树干式接线方式配电；当用电设备容量大或负荷性质重要，或在潮湿、腐蚀性的车间、建筑内，宜采用放射式接线方式配电；对高层建筑，当向各楼层配电点供电时，宜用分区树干式接线方式配电；而对部分容量较大的集中负荷或重要负荷，应从低压配电室以放射式接线方式配电。对冲击性负荷和容量较大的电焊设备，应设单独线路或专用变压器进
6、行供电。对一个工厂可分车间进行配电，对住宅小区可分块进行配电。对用电单位内部的邻近变电所之间应设置低压联络线。,图7.3 环网式 （a） 高压；（b） 低压,7.2 导线截面的选择及检验,导线（包括裸导线、绝缘导线、电缆和母线 ）是供电系统中输送和分配电能的主要设备，需要消耗大量的有色金属，因此在选择时要保证供电系统安全、可靠运行,充分利用导线的载荷能力，节约有色金属，降低综合投资。,裸导线 绝缘导线,电缆 电缆是由一根或几根绝缘包导线组成，外面再包以金属或橡皮制的坚韧外层。 在输、配电线路中，主要有铠装电缆与软电缆两大类。铠装电缆具有高的机械强度，但不易弯曲，主要用于向固定及半固定设备供电；
7、软电缆轻便易弯曲，主要用于向移动设备供电。 铠装电缆 软电缆,母线,一、导线截面选择的条件,导线的选择必须满足下列条件:(1) 发热条件 导线通过正常计算电流（I30）时，其发热所产生的温升不应超过正常运行时的最高允许温度，以防止因过热引起导线绝缘损坏或加速老化。(2) 电压损失 导线在通过正常计算电流时产生的电压损失应小于正常运行时的允许电压损失，以保证供电质量。,(3) 经济电流密度 对高电压、长距离输电线路和大电流低压线路，其导线的截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年综合运行费用最小，节约电能和有色金属。(4) 机械强度 正常工作时，导线应有足够的机械强度，以防断线。通常所选截面应不小
8、于该种导线在相应敷设方式下的最小允许截面. 由于电缆具有高强度内外护套，机械强度很高，因此不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。,此外，对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求；对于硬母线，还应校验短路时的动、热稳定度。,【例】已知某车间变电所380 V侧采用80 mm10 mm铝母线，其三相短路稳态电流为36.5 kA，短路保护动作时间为0.5 s，低压断路器的断路时间为0.05 s，试校验此母线的热稳定度。 （查表：C=87） 【解】因为tima=tk+0.05=toc+top+0.05=0.5+0.05+0.05=0.6(s) C=87， I(3) =36.5 kA, 所以,由于
9、母线的实际截面为A=800 mm2，大于Amin=325 mm2，因此该母线满足短路热稳定的要求。,在工程设计中，应根据技术经济的综合要求选择导线。一般610 kV及以下高压配电线路及低压动力线路的电流较大，线路较短，可先按发热条件选择截面，再校验其电压损失和机械强度；低压照明线路对电压水平要求较高，故通常先按允许电压损失进行选择，再校验其发热条件和机械强度；对35 kV及以上的高压输电线路和610 kV的长距离大电流线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验发热条件、电压损失和机械强度。,二 导线截面的选择与校验,1.相线截面的选择电流通过导线时会产生电能损耗，使导线发热。如果通过导线的
10、电流超过其允许值时，会使绝缘导线和电缆的温度过高，加速绝缘老化，甚至烧毁；裸导线接头处因温度过高而氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化甚至烧断。为保证导线发热所产生的温升不超过正常运行时的最高允许值，按发热条件选择导线相线截面时可按下式进行：IalI30,（一） 按发热条件选择,式中,I30为线路的计算电流。Ial为导线的允许载流量。即在规定的环境温度条件下，导线长期连续运行所达到的稳定温升温度不超过允许值的最大电流。,如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的实际载流时可用允许载流量Ial乘以温度校正系数K进行校正，即 各种导线的允许载流量可查有关设计手册。
11、,2.中性线截面的选择在三相四线制系统（TN或TT系统）中，正常情况下中性线通过的电流仅为三相不平衡电流、零序电流及三次谐波电流，通常都很小，因此中性线的截面可按以下条件选择: 一般三相四线制线路的中性线截面AN应不小于相线截面A的50%，即AN0.5A,三次谐波电流突出的三相四线制线路（供整流设备的线路），由于各相的三次谐波电流都要通过中性线，将使得中性线电流接近甚至超过相线电流，因此其中性线截面AN宜大于或等于相线截面A，即ANA 由三相四线制线路分支的两相三线线路和单相双线线路，由于其中性线电流与相线电流相等，因此它们的中性线截面AN应与相线截面A相同，即AN=A,3、 保护线截面的选择
12、（1） PE线截面的选择 正常情况下，保护线不通过负荷电流，但当三相系统发生单相接地时，短路故障电流要通过保护线，因此保护线要考虑单相短路电流通过时的短路热稳定度。按有关规定，保护线的截面A PE可按以下条件选择： 当A16 mm2时APEA 当16 mm235 mm2时APE0.5A,(2) PEN线 截面的选择保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，其截面选择应同时满足上述二者的要求，并取其中较大的截面作为保护中性线截面 。,当沿电力线路传送电能时，会产生功率损耗和电能损耗。这些损耗的大小及其费用都与导线或电缆的截面大小有关，截面越细，损耗越大，所耗费用也越大。增大截面虽然使损耗和费用减小
13、，但增大了线路的投资，可见，在此中间总可以找到一个最为理想的截面，使年运行费用最小，这个理想截面称为经济截面Aec，根据这个截面推导出来的电流密度称为经济电流密度Jec。,（二） 按经济电流密度选择,年运行费用包括线路年电能损耗费用、年折旧维护费和年管理费用（所占比重较小，通常可忽略），如图 所示。 （1） 年电能损耗费 年电能损耗费=线路的年电能损耗电度电价 （2） 年折旧维护费 年折旧费=线路建设总投资年折旧率 年维修费=线路建设总投资年维修率 （3） 年管理费 包括人员工资、奖金、劳动防护用品等。,经济电流密度Jec与年最大负荷利用小时数有关，年最大负荷利用小时数越大，负荷越平稳，损耗越
14、大，经济截面因而也就越大，经济电流密度就会变小。按经济电流密度计算经济截面Aec的公式为 Aec=I30/Jec,导线经济电流密度表,1.电压损失由于线路阻抗的存在，当电流通过线路时就会产生电压损失（又称电压损耗）。所谓电压损失，是指线路首末端线电压的代数差，即U=U1-U2如以百分值表示，则U%=(U1-U2)/UN100%,（三） 按电压损失选择,为保证供电质量，高低压输配电线路电压损失一般不超过线路额定电压的5%（即Ual%5%）；对视觉要求较高的照明线路，Ual%2%。如果线路的电压损耗值超过了允许值，应适当加大导线的截面，减小配电线路的电压降，以满足用电设备的要求。,2.电压损失的计
15、算(1) 线路终端负荷电压损失的计算 设三相功率为P，线电流为I，功率因数为cos，线路电阻为R，电抗为X，线路首端的相电压为U1，末端的相电压为U2。 线电压损失为 U=(PR+QX)/UN 若以百分值表示，则为U%=U/UN100%,(2) 多个负荷线路电压损失的计算如果一条线路带有多个负荷，并已知每段线路的负荷及阻抗，则可分别求出各段线路的电压损失，线路总的电压损失即为各段线路电压损失之和。下面以带两个集中负荷的三相线路为例，说明多个集中负荷电压损失的求法。P1、Q1、P2、Q2表示通过各段线路的有功功率和无功功率，R1、X1、R2、X2表示各段线路的电阻和电抗。,线路总的电压损失为 U
16、=U1+U2=（P1R1+P2R2+Q1X1+Q2X2）/UN=(PiRi+QiXi)/UN,【例7-2 】试校验例7-2所选线路的电压损失.,7.3 低压配电系统及电气开关设备、保护装置的选择计算,一.低压熔路器的选择与校验熔体电流的选择如下所述。 1 对于保护电力变压器的熔断器，其熔体电流可按下式选定:IN，T=(1.52)IN，T 2 用于保护电压互感器的熔断器，其熔体额定电流可选用0.5 A，熔管可选用RN2型。,3 对保护电力线路和电气设备的熔断器，其熔体电流的选择可按以下条件进行:熔断器熔体电流应不小于线路正常运行时的计算电流，即IN，FEI30 （7-12） 熔断器熔体电流还应躲
17、过由于电动机起动所引起的尖峰电流，以使线路出现正常的尖峰电流而不致熔断，所以IN，FEkIpk （7-13）,为使熔断器可靠地保护导线和电缆，避免因线路短路或过负荷损坏甚至起燃，熔断器的熔体额定电流IN，FE必须和导线或电缆的允许电流Ial相配合，因此要求:IN，FEkOLIal （7-14）,二、上下级熔断器之间的选择性配合上下级熔断器之间的选择性配合，就是在线路发生故障时，靠近故障点的熔断器最先熔断，切除故障部分，从而使系统的其他部分迅速恢复正常运行。上下级熔断器的选择性配合，宜按它们的保护特性曲线(安秒特性曲线)，一般使上、下级熔断器的额定值相差2个等级即能满足动作选择性的要求。,熔断器
18、的安秒特性曲线,三.低压断路器的选择配电用低压断路器分为选择型和非选择型两种，所配备的过电流脱扣器有以下三种：(1) 具有反时限特性的长延时电磁脱扣器，动作时间可以不小于10 s。(2) 延时时限分别为0.2 s、0.4 s、0.6 s的短延时脱扣器。(3) 动作时限小于0.1 s的瞬时脱扣器。,对于选择型低压断路器，必须装有第(2)种短延时脱扣器，而非选择型低压断路器只有第(1)和(3)两种脱扣器，其中长延时电磁脱扣器用作过负荷保护，短延时或瞬时脱扣器均用于短路故障保护。我国目前普遍应用的是非选择型低压断路器，保护特性以瞬时动作方式为主。低压断路器各种脱扣器的电流整定如下:,(1) 长延时过电流脱扣器(即热脱扣器)的整定。这种脱扣器主要用于线路过负荷保护，故其整定值比线路计算电流稍大即可，即 Iop(1)1.1I30 (2) 瞬时或短延时过电流脱扣器的整定。瞬时或短延时脱扣器的整定电流应躲开线路的尖峰电流Ipk，即 Iop(2)krelIpk,(3) 灵敏系数SP=Ik,minIop(2)1.5(4) 低压断路器过流脱扣器整定值与导线允许电流Ial的配合要使低压断路器在线路过负荷或短路时，能够可靠地保护导线不致过热而损坏,因此要满足 Iop(1)Ial或 Iop(2)4.5Ial,
