10kV配電室電氣設備及元器件選型

10kV配電室是電力系統中向用戶分配和輸送10kV電壓等級電能的重要場所，它在整個供配電網絡中起著承上啟下的關鍵作用。一方面，它接收來自上級變電站的10kV電源;另一方面，將電能分配到各個用電設備和用戶，確保電力的可靠供應。

在10kV配電室中，有許多重要的設備。首先是高壓開關柜，它是10kV配電室的核心設備之一，主要用于控制、保護和監測電路。根據功能不同，可分為進線柜、出線柜、計量柜、PT柜等。進線柜用于接收上級電源，通常配備斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等元件;出線柜則將電能分配到各個負荷，間樣具備斷路器等保護元件;計量柜用于電能計量，安裝有高精度的電能表和互感器;PT柜主要提供電壓信號，為保護裝置、測量儀表等提供工作電壓。其工作原理是通過斷路器的分合閘操作來控制電路的通斷，當電路發生故障時，保護裝置會迅速動作，使斷路器跳閘，切斷故障電路，以保護設備和人員安全。那么10kV配電室電氣設備及元器件怎么選型呢？下面本文詳細地給大家講一講。

? 10kV斷路器的選擇：

當進線和主變高壓側斷路器采用真空斷路器時，常規真空斷路器的額定電流一般為：630A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A、4000A。

額定電流 分斷能力630A：20、25KA1250A：31.5KA1600A ：31.5KA2500A：40KA3150A：40KA

北京地區一般用戶站、工業廠房用電選擇開斷電流20~25KA即可，電力系統、供電部門、電廠應在31.5KA~40KA之間進行選擇。

當前配網變壓器最大容量不超過2500kVA，2500kV變壓器高壓側電流不超過如下：

1、單臺變壓器：

Ig=1.05*Se/(√3?Ue)=152A，

2、雙臺變壓器：按1.3倍變壓器額定電流，則Ig=1.3*Se/(√3?Ue)=187,

3、如果10kV母線下只帶1路變壓器出線回路，則可選斷路器630A。如果10kV母除帶變壓器出線外仍有其它備用或出線，則根據實際需要選用1250A或1600A。

北京地區10kV最大短路電流不超過25kA，因此選斷路器開斷電流25kA即可。

? 10kV熔斷器的選擇：

按照GB13539.1-2002/IEC60269-1：1998熔斷器額定電流分為：

0.5,1A,2A,4A,6A,8A,10A,12A,16A,20A,25A,32A,40A,50A,63A,80A,100A,125A,160A,200A,250A,315A,400A,500A,630A,800A,1000A,1250A。

如果10kV側開關采用負荷開關，則變壓器高壓側保護應采用熔斷器+負荷開關模式，按照《工業與民用配電設計手冊》中保護35KV及以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流可按下式選擇：

Irr =Kigmax

Irr :熔體的額定電流

Igmax :電力變壓器最大工作電流，通常為額定電流的1.1倍。

K :系數，不考慮電動機啟動時取1.1~1.3，考慮電動機起動時取1.5~2.0，通常取1.5左右。

例：800KVA變壓器高壓側額定電流為：46.2A，則Irr ＝1.1*1.5*46.2＝76.23A，取熔斷器電流為80A。

? 高壓側電壓互感器熔斷器的選擇：

高壓側計量用熔體的額定電流選0.5A。

高壓側保護、測量用熔體的額定電流選1A。

? 10kV避雷器（MOA）的選擇：

1、額定電壓選擇：根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范GBT 50064-2014》中

3.2.1條：交流電氣設備上主要過電壓主要有：暫時過電壓（主要為工頻過電壓、諧振過電壓）、操作過電壓、雷電過電壓。

3.2.2條：工頻過電壓1.0Pu= Um/√3,其中10kV設備最高電壓Um=12kV,。

根據GBT50064-2014表4.4.3 ：

低電阻接地:UR（MOA額定電壓）≥Um=12kV（UT：系統最大過電壓）。

消弧線圈接地：UR≥1.25Um =15kV

10kV避雷器額定電壓：低電阻接地時可取大于12kV即可，消弧線圈接地時可取大于15kV即可。

10kV避雷器持續運行電壓：低電阻接地時可取0.8Um即9.6kV，消弧線圈接地時可取Um即12kV。

2、放電電流選擇：根據《導體和電器選擇設計技術規定DL5222-2005》中

表20.1.10：110kV及以下配電設備標稱放電電流取5kA，電動機取2.5kA，變壓器及電機中性點、低壓設備取1.5kA。

3、殘壓選擇：應配合設備雷電沖擊全波電壓大小進行選擇,根據

6.4.4-1式：Ul.p≤ Ue.l.i/K16，K16取1.25。

根據《GBT50064-2014》表6.4.6-1中10kV設備額定雷電沖擊耐受電壓（相對地）

Ue.l.i：75kV：非低電阻接地

60kV：低電阻接地。

根據公式6.4.4-1得消弧線圈接地：Ul.p≤ 75/1.25=60kV，因此殘壓應小于60kV，通常取50kV 。經小電阻接地：Ul.p≤ 60/1.25=48kV，殘壓應小于48kV，通常取45kV。（注：避雷器殘壓越低，保護性能越好，價格越貴。）

注：持續運行電壓是避雷器正常運行的最高電壓，額定電壓是開始放電1mA電流時的 動作電壓，殘壓是避雷器動作后避雷器兩端的電壓，即電網對地電壓。

10kV避雷器（MOA）通常選用HY5WZ（S）-17/45，其中具體含義表示如下：

HY:復合材料、氧化鋅電阻片

5：標稱放電電流，單位（kA）

W：無間隙

Z：電站型，S：配電型，10kV及以下可只選配電型。

17：避雷器額定電壓，單位（kV）

45：標稱放電電流下的殘壓Ul.p，單位（kV)

加裝部位：若有母線公用PT則裝于母線PT柜內，若無母線公用PT則裝于變壓器進線柜處。

? 分段斷路器的選擇：

斷路器、CT配置額定參數與進線斷路器保持一致，注意低壓脫扣器時間及動作電流應考慮介于進線斷路器和另一段最大負荷斷路器之間。

北京地區為控制短路電流太大，10kV、0.4kV母線均采用分列運行方式，因此如設分段開關必須設置3取2方式，即合環保護。

? 電流互感器選擇：

1、電流互感器一次額定值：15A、20A、25A、30A、40A、50A、60A、75A、100A、150A、200A、250A、300A、400A、500A、600A、750A、800A、1000A、1200A、1500A、2000A、2500A、3000A、4000A等。

電流互感器二次額定值：5A、1A。

2、計量/測量用準確度等級：0.2S、0.5S級。

保護用準確度等級：10P10、10P15。

3、計量/測量用電流互感器選擇：

根據GB50063-2008《電力裝置的電氣測量儀表裝置設計規范》第3.1.6條 當電力設備在額定值運行時，電能計量用的電流互感器的一次側電流宜在其額定一次電流的2/3以上。所以電流互感器變比應按如下計算：

N=I_e/(0.7?5)

其中：N：電流互感器變比，Ie：電氣設備一次額定電流值

10kV側計量/測量用電流互感器選擇（舉例）：

400KVA：Ie ＝23A，N＝6.6，取電流互感器變比：40/5=8；

500KVA：Ie ＝29A，N＝8.3，取電流互感器變比：50/5=10；

630KVA：Ie ＝36.4A，N＝10.4，取電流互感器變比：60/5=12；

800KVA：Ie ＝46.2A，N＝13.2，取電流互感器變比：75/5=15；

1000KVA：Ie ＝57.7A，N＝16.5，取電流互感器變比：100/5=20；

1250KVA：Ie ＝72.2A，N＝20.6，取電流互感器變比：150/5=30；

1600KVA：Ie ＝92.4A，N＝26.4，取電流互感器變比：150/5=30；

4、 保護用電流互感器選擇方法：

A、變比及準確度等級選擇：

為保證設備速斷保護的正確動作，按流過1.3倍最大三相短路電流進行選擇。

假定10kV系統最大短路電流為25kA，則系統電抗 Xs*=SB/Sd=100/(√3*25*10)=0.2309，

基準電流Ij=100/(√3*10)=5.774kA。

假設變壓器Se=2500KVA，UK%=8，則變壓器短路電抗：

XT*=(UK%)*SB/ST=0.08*100/2.5=3.2

此時變壓器低壓側短路時10KV側電流為：

I*=1/(3.2+0.2309)=0.2915,

I”=0.2915*Ie=1.683KA

因此10kV保護CT一次飽和值應大于1.3*1.654=2.19kA，則可選擇200/5（10P15）或150/5（10P15）

保護用電流互感器選擇方法：

Id=25kA，Xs*=0.2309，Sj=100MVA，Ij=5.554kA

B、電流互感器的熱、動穩定選擇：

熱穩定：10kV系統設備按最大短路電流25kA，10kV短路電流持續時間按4s進行選擇（注：0.4kV短路電流持續時間按1s進行選擇）。

動穩定：Idyn≥2.55*25=64kA

5、10kV不接地或經消弧線圈接地系統線路零序電流互感器的選擇：

A、一般都選用小變比，常用的如:50/5、75/5、100/5、20/1、50/1。因為只有一次發生接地故障后零序電流互感器才有輸出，人們不會讓接地電流很大時才會讓保護切除故障，由于一次為10KV電纜，只有一匝，二次選用50/5的零序電流互感器只有10匝，負荷特性較差，實際負荷阻抗如果與零序電流互感器的容量不一致時也會產生很大的誤差，并且在低于額定電流時誤差會更大。

B、10KV中性點不接地系統一般不允許接地電流超過10A，如果零序電流大于5A即保護動作，此時電流互感器變比可選100/5或20/1，這時零序電流反映在保護二次側為0.25A，一般現微機保護零序保護動作精度最小50ma~100ma以上，完全能滿足動作要求。

? 母線截面積選擇：

10kV設備按動穩定25kA要求計算，短路持續時間按4s計算。

根據《 DL5222-2005導體和電器選擇設計技術規定》中7.1.8式，S≥√Ql/C=Id*K，K計算系數如下：

短路前溫度在25°C，采用銅導體時，

25kA短路電流計算截面積：

S ≥25000*0.0103=257.5mm2

31.5kA短路電流計算截面積：

S ≥31500*0.0103=324.4mm2

40kA短路電流計算截面積：

S ≥40000*0.0103=412mm2

63kA短路電流計算截面積：

S ≥63000*0.0103=648.9mm2

80kA短路電流計算截面積：

S ≥80000*0.0103=824mm2

? 電纜選擇：

北京地區10kV一般選為阻燃交聯聚乙烯電纜。

（一）、電纜導體與屏蔽層或金屬層間額定電壓的選擇：根據《GB 50217-2007 電力工程電纜設計規范》中第3.3.2條：

1、中性點經小電阻接地，接地保護動作時間不超過1min的，相導體對地（屏蔽層）電壓不低于100%相對地工作電壓，取1.1*10/√3即不低于6.5kV。

2、單相故障持續時間小于8h的，即經消弧線圈接地等，相導體對地（屏蔽層）電壓不低于133%相對地工作電壓，取1.1*1.33*10/√3即不低于8.7kV。

3、單相故障持續時間大于8h的，即不接地等，相導體對地（屏蔽層）電壓不低于173%相對地工作電壓，取1.1*1.73*10/√3即不低于11kV。

（二）、電纜導體截面的選擇：需同時滿足載流量和熱穩定要求。

1、載流量計算：I≥Ig/(K1*K2*K3)

I：預選電纜截面載流量

Ig:電纜回路持續計算電流，對于配電工程，可按

Ig=K*Se/(√3*10)計算，其中K系數，規程為

1.05，但考慮北京地區過負荷建議取1.3；

Se為下帶變壓器容量

K1：溫度校正系數

K2：土壤熱阻系數

K3：布置校正系數

2、熱穩定計算：S≥100*√Q/C,其中Q=Id2*t，

Id：最大三相短路電流；t:短路電流持續時間，取0.245s。

C：電纜熱穩定系數，經過計算交聯聚乙烯銅電纜：

C=13279。

如以北京地區10kV系統最大三相短路電流25kA計算，則10kV外電源部分電纜截面為：S≥93.2mm2，即大部分采用150mm2電纜。

10kV各配電變壓器在低壓側三相短路，流過10kV側的短路電流如下表所示，經過熱穩定計算各電纜截面如下表：

由下表表可看出，變壓器10kV進線電纜只需滿足持續電流即可，熱穩定均可滿足要求。

? 變壓器容量選擇：

根據《 A 規劃篇－配電網規劃設計技術細則》2007版：

（一）、普通用戶：

Se ≥Pmax/(η*cosΦ)

Pmax：用戶最大負荷，η：變壓器負載率，取0.7

（二）、重要客戶和要求有足夠備用容量的用戶：

Se ≥Pmax/(η*cosΦ)

Pmax：用戶最大負荷，η：變壓器負載率，取0.5

（三）、居民用戶：包括普通住宅、高檔住宅樓、高級公寓、住宅及辦公為一體的SOHO、別墅區。

Se ≥P/(η*cosΦ)

P：計算負荷，等于用電負荷指標×戶數（或建筑平方米）× 需用系數。η：變壓器負載率，取0.65。

來源：網絡

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