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      泛能站低壓斷路器、電纜的選擇問題探討

      2019-05-10 02:12:26王靜海
      中國設(shè)備工程 2019年7期
      關(guān)鍵詞:額定電流環(huán)境溫度斷路器

      王靜海

      (廊坊新奧泛能網(wǎng)絡(luò)科技服務(wù)有限公司,河北 廊坊 065000)

      在泛能微網(wǎng)中,泛能站作為必不可少的一部分,其安全運(yùn)行尤為重要。隨著電氣系統(tǒng)的發(fā)展,各類規(guī)范、手冊(cè)應(yīng)運(yùn)而生,而人們?cè)诶斫庖?guī)范、手冊(cè)時(shí)各不相同,這就可能造成與規(guī)范、手冊(cè)的本意背道而馳,本文就泛能站低壓斷路器、電纜的選擇問題做一些討論,希望能在泛能站電氣設(shè)計(jì)時(shí)起到一些啟發(fā)作用。

      1 定義

      泛能站:是在用戶側(cè)建立的一種分布式能源系統(tǒng),可將太陽能、地?zé)崮?、生物能等各種可再生能源與天然氣等化石能源相結(jié)合,通過分布式能源高效集成,將多種能源轉(zhuǎn)變成冷、熱、電,并與終端用戶的能源利用系統(tǒng)協(xié)同耦合在一起,所形成的 多能互補(bǔ)、清潔高效 能源系統(tǒng),可作為泛能微網(wǎng)的組成部分。

      2 低壓斷路器的選擇

      選擇斷路器時(shí)一般需要考慮如下問題:電壓、電流、頻率、選擇性、動(dòng)熱穩(wěn)定、溫度、海拔、安裝環(huán)境、負(fù)荷類別。斷路器額定電流或整定電流與溫度及負(fù)荷類別的配合往往容易被忽視,本節(jié)討論其間的關(guān)系。

      (1)根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50054 2011)6.3.3條:過負(fù)荷保護(hù)電器的動(dòng)作特性,應(yīng)符合下列公式的要求:

      式中:IB為回路計(jì)算電流,A;In為熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流,A;IZ為導(dǎo)體允許持續(xù)載流量,A。

      本公式僅是一般要求,應(yīng)考慮其它因素。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),斷路器額定電流也會(huì)變化,比如按40℃選擇額定電流,冬季時(shí),溫度低,斷路器富裕量較大,夏季時(shí),配電柜內(nèi)溫度增加,大于40℃時(shí),額定電流可能不足,下面是某產(chǎn)品電流-溫度特性如圖1和表1。

      從表1可以看出,溫度越高,斷路器電流越低,而配電柜溫度有可能達(dá)到50~60℃,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮,并根據(jù)不同廠家的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

      (2)負(fù)荷類別一般有電機(jī)類、電子類、照明類等,實(shí)際中應(yīng)根據(jù)負(fù)荷類別選用斷路器相應(yīng)的脫扣單元。眾所周知,電機(jī)類負(fù)荷啟動(dòng)電流高于額定電流數(shù)倍,選型時(shí)會(huì)予以考慮,但照明類負(fù)荷往往容易忽視,實(shí)際照明負(fù)荷也有啟動(dòng)電流。如鹵鎢燈啟動(dòng)時(shí)間為3~5min,啟動(dòng)電流為正常的1.7~2.5倍,LED峰值電流為15倍額定電流,甚至更高,因此選擇照明用斷路器時(shí),建議根據(jù)《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行選擇。

      圖1 斷路器電流-溫度特性

      表1 斷路器電流-溫度特性

      (3)從以上可以看到,溫度和負(fù)荷類別都會(huì)影響斷路器的選擇,而這往往被忽視。

      3 電纜選擇

      選擇電纜時(shí)一般需要考慮如下問題:電壓、電流、電壓降、熱穩(wěn)定、敷設(shè)環(huán)境、靈敏度、機(jī)械強(qiáng)度等。電纜與斷路器配合問題,即載流量問題容易出現(xiàn)漏項(xiàng),電壓降問題也容易理解錯(cuò)誤,下面我們進(jìn)行分析。

      (1)根據(jù)式(1),我們知道電纜經(jīng)過校正后,載流量需大于斷路器額定電流或整定電流,那么環(huán)境溫度變化時(shí),電纜載流量如何變化呢。不同環(huán)境溫度下,電纜載流量校正系數(shù)有如下公式:

      式中:θm為電纜導(dǎo)體最高工作溫度(℃);θ1為對(duì)應(yīng)于額定載流量的基準(zhǔn)環(huán)境溫度(℃);θ2為實(shí)際環(huán)境溫度(℃)。

      以交聯(lián)聚乙烯絕緣為例,電纜最高工作溫度為90℃,當(dāng)基準(zhǔn)溫度為40℃,實(shí)際環(huán)境溫度為30℃時(shí),Kt=1.1;當(dāng)基準(zhǔn)溫度為40℃,實(shí)際環(huán)境溫度為60℃時(shí),Kt=0.77。根據(jù)圖1知,對(duì)于額定電流為10~25A的斷路器,30℃時(shí),校正系數(shù)為1.14,若40℃時(shí)In≤IZ,那么30℃時(shí),1.14In≤1.1IZ不一定成立;根據(jù)表1知,60℃時(shí),校正系數(shù)為0.9,那么若40℃時(shí)In≤IZ,那么60℃時(shí),0.9In≤0.77IZ不一定成立,因此選擇電纜載流量時(shí),應(yīng)在考慮溫度的情況下與斷路器配合。

      (2)設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常將回路電壓降控制在5%,那么這個(gè)5%怎么來的呢?根據(jù)GB50052第5.0.4條:正常運(yùn)行情況下,用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值宜符合下列要求:①電動(dòng)機(jī)為±5%額定電壓。②照明:在一般工作場(chǎng)所為±5%額定電壓;對(duì)于遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場(chǎng)所,難以滿足上述要求時(shí),可為+5%,-10%額定電壓;應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等為+5%,-10%額定電壓。③其他用電設(shè)備當(dāng)無特殊規(guī)定時(shí)為±5%額定電壓。

      規(guī)范要求的是端子處的電壓偏差,而不是電壓降。設(shè)10/0.4kV變壓器高壓側(cè)電壓偏差為7%,變壓器分接頭在“0”位,因此變壓器出口電壓偏差為7%+5%=12%(假設(shè)忽略變壓器電壓降),那么近端設(shè)備端子電壓可能高于5%;設(shè)10/0.4kV變壓器高壓側(cè)電壓偏差為-7%,變壓器分接頭在“0”位,變壓器電壓降0.72%~5.52%,因此變壓器出口電壓 偏 差 為 -7%+5%+(-0.72%~-5.52%)=-2.72%~-7.52%,那么近端設(shè)備端子電壓可能低于5%。由此可見,電壓降控制在5%,未必正確,且電壓偏差過大,亦難以控制線路電壓降,所以應(yīng)采取措施,控制電壓偏差范圍,選擇正確的變壓器分接頭,以使線路電壓降范圍合理,當(dāng)實(shí)際中若缺乏數(shù)據(jù),可參考《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第四版)表6.2-6。

      4 結(jié)語

      通過以上分析,溫度對(duì)斷路器、電纜本身的選擇及配合均有影響,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮,并留有一定余量。電壓降作為設(shè)計(jì)校驗(yàn)不可缺少的一部分,應(yīng)正確理解,合理選擇。

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