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低压配电柜中主母线载荷容量

发布时间:2019/06/24 电力百科 标签:低压配电柜母线载荷浏览次数:3625

低压配电柜中的主母线,担任了电流分配的任务。
设计主母线的规格时,需要考虑到如下几个重要因素:
第一:主母线的额定电流。
主母线的额定电流与实际负载电流相关,与开关柜的温升密切相关。
第二:主母线的动热稳定性。
主母线的动、热稳定性就是低压开关柜的动、热稳定性。动稳定性指的是主母线的峰值耐受电流,它必须大于系统的冲击短路电流峰值;热稳定性指的是短时耐受电流,它系数等于峰值耐受电流除以峰值n。
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我们来看下图:

<img src=”https://pic3.zhimg.com/50/42f9e597d1681f6250d13ad6d17dc361_hd.jpg” data-rawwidth=”651″ data-rawheight=”568″ class=”origin_image zh-lightbox-thumb” width=”651″ data-original=”https://pic3.zhimg.com/42f9e597d1681f6250d13ad6d17dc361_r.jpg”>

先看图1:
图中的变压器容量为2000kVA。设变压器的阻抗电压是6%,于是有:
变压器的额定电流:I_{n} =\frac{S_{n} }{\sqrt{3}U_{d}  } =\frac{2000\times 10^{3} }{1.732\times 400} \approx 2887A
变压器的短路电流:I_{K} =\frac{I_{n} }{U_{K} } =\frac{2887\times 10^{-3} }{0.06} \approx 48.1kA
变压器的冲击短路电流峰值:I_{PK} =nI_{K} =2.1\times 48.1\approx 101kA
因此,我们选择的低压开关柜,它的主母线的峰值耐受电流必须大于101kA,取为105kA;它的主母线的短时耐受电流为:\frac{105}{2.1} =50kA
开关柜的动热稳定性与开关柜的结构关系密切,并且由该柜型的型式试验唯一决定。
我们来看图1的情况:
1)由于受电端在母线的中间,因此运行电流流动方向从中间指向向两侧。
2)母线电流最大之处在中间受电处,两侧端点为电流最小处。
3)母线任何一处发生短路时,短路电流等于系统短路电流I_{K}
4)一般地,配电柜中的母线截面参数是按变压器额定电流来设计的,因此图示系统的母线截面允许承载的额定电流值应当是3000A。
在本例中,可以考虑采用2500A主母线。但条件是:选用2500A系统母线后,整柜的峰值耐受和短时耐受必须满足105kA和50kA的要求。
值得注意的是:变压器容量一般取为配电容量的1.2倍,此时变压器的效率最高。
再看图2:
我们看到受电端在母线的最左侧,此时母线左侧的电流等于最大配电电流,即2400A,母线右侧的电流为零。
由于母线的截面是统一的,因此图2的母线截面按3000A额定值来选取。
图2母线中任何一处的短路电流等于系统短路电流,因此主母线的峰值耐受和短时耐受必须满足变压器参数要求。
再看图3:
图3中,受电侧有两处,分别在主母线的左右两侧,两台变压器并列运行。主母线中运行电流方向从两侧指向中间。
当母线中任何一处发生短路时,短路电流等于单台变压器的短路电流;但是当任何馈电回路的出口处发生短路时,短路电流为两台变压器短路电流之和。
因此,此系统的进线断路器极限短路分断能力可按单台变压器的短路电流来考虑,而全部馈电回路断路器的极限短路分断能力必须等于单台变压器短路电流的两倍。
对于单台变压器来说,其参数如下:
变压器的额定电流:I_{n} =\frac{S_{n} }{\sqrt{3}U_{d}  } =\frac{1000\times 10^{3} }{1.732\times 400} \approx 1443A
变压器的短路电流:I_{K} =\frac{I_{n} }{U_{K} } =\frac{1443\times 10^{-3} }{0.06} \approx 24.1kA
变压器的冲击短路电流峰值:I_{PK} =nI_{K} =2.0\times 24.1\approx 48.2kA
因此,我们选择的低压开关柜,它的主母线的峰值耐受电流必须大于50kA,它的主母线的短时耐受电流为:\frac{50}{2.0} =25kA
图3主母线的截面可按1500A考虑,主母线的峰值耐受和短时耐受必须满足系统要求。
再看图4:
图4的基本参数与图3基本一致,但是母线被母联开关给分成两段,平时两段母线分别独立运行。
这样做的最大好处是:馈电断路器出口处的短路电流小于或者等于变压器的短路电流,因此各个馈电断路器的极限短路分断能力亦按单倍变压器短路电流来考虑。
值得注意的是:若某段受电出现故障停电,母联开关闭合前后,全系统的馈电回路必须降容:三级负荷全部去除,仅仅保留一级负荷和部分二级负荷,以满足单台变压器的供电能力要求。
图4的主母线截面可按图3的方案来选配。
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结论:选配低压开关柜主母线时,不能脱离变压器的额定电流和短路参数,以及开关柜主母线的峰值耐受和短时耐受,必须综合地考虑问题。
另外,峰值系数n按GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第1部分:总则》和GB7251.1-2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分:总则》给出的表格参数来取值。下图为GF7251.1的参数:

<img src=”https://pic3.zhimg.com/50/f5c937b4224709bcfaf40a6e07798bd3_hd.jpg” data-rawwidth=”713″ data-rawheight=”297″ class=”origin_image zh-lightbox-thumb” width=”713″ data-original=”https://pic3.zhimg.com/f5c937b4224709bcfaf40a6e07798bd3_r.jpg”>
提个问题,此实例系广州某高档商住小区的低压配电系统。
此例中,变压器容量为2500kVA,变压器的额定电流为3609A,两台变压器在主母线的中间,系统为单母线分段,母联开关在两进线开关的中间。
系统在一般状态下按两段母线各自独立供电方式运行,供电紧张时,两变压器可并列运行。
问题是:如果主母线按3800A额定电流来选配,是否可行?
看到提问者回答了例题,题主的回答是:
“变压器T的 In=3609A, Ik=3609/0.06=60.1KA, Ipk=60.1*2.2=132KA, 当两台变压器并列运行的时候,主母线电流等于In,最大短路电流为2倍Ipk”。
估计大家并没有理解峰值耐受被称为动稳定性的意义何在。我来解释一下:
由毕奥.萨法尔定律,我们可以计算母线的短路电动力。
计算方法是:
F=10^{-7} I_{1} I_{2} K_{h} K_{c} \approx 10^{-7} I^{2} \frac{2L}{d} K_{c}
这里的I是电流,L是母线长度,d是母线中心距,Kc是截面系数,F是电动力。
我们随便给个参数。假定母线规格是120X10,中心距是100mm,峰值耐受电流是60kA,母线长度是20米。查表得知,Kc=0.84,于是有:
F=10^{-7} (60\times 10^{3} )^{2} \frac{2\times 20}{0.1} \times 0.84\approx 1.21\times 10^{5} N\approx 12343kgf\approx 12.3T
也就是说,则组母线上产生的短路电动力达12.3吨力,很惊人的数字。
而上例中峰值耐受电流为132kA,可以想象母线间的电动力更是惊人。
好在,母线被若干母线夹分成若干段,每段之间的电动力会小很多,但是作用在母线夹上的电动力也达1吨多,这还是很大的电动力。由此可见,开关柜的动稳定性是多么重要。