10kV配电设计元器件选型指南

10kV配电设计元器件选型指南

本文详细介绍了10kV配电设计中元器件的选型指南，包括断路器、熔断器、高压侧电压互感器熔断器、避雷器、电流互感器、母线截面积、电缆和变压器容量的选择方法和计算公式。内容专业性强，具有较高的实用价值，适合从事电力工程设计和相关领域的技术人员阅读。

一、断路器的选择

当进线和主变高压侧断路器采用真空断路器时，常规真空断路器的额定电流一般为：630A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A、4000A。

一般用户站、工业厂房用电选择开断电流2025KA即可，电力系统、供电部门、电厂应在31.5KA40KA之间进行选择。

配网变压器最大容量不超过2500kVA，2500kV变压器高压侧电流不超过如下：

1. 单台变压器：
   $$Ig=1.05*Se/(√3∗Ue)=152A$$

2. 双台变压器：按1.3倍变压器额定电流，则
   $$Ig=1.3*Se/(√3∗Ue)=187$$

3. 如果10kV母线下只带1路变压器出线回路，则可选断路器630A。如果10kV母除带变压器出线外仍有其它备用或出线，则根据实际需要选用1250A或1600A。

二、熔断器的选择

按照GB13539.1/IEC60269-1熔断器额定电流分为（A）：

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

如果10kV侧开关采用负荷开关，则变压器高压侧保护应采用熔断器+负荷开关模式，按照《工业与民用配电设计手册》中保护35KV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择：

$$Irr=Kigmax$$

其中：

• $Irr$: 熔体的额定电流
• $Igmax$: 电力变压器最大工作电流，通常为额定电流的1.1倍。
• $K$: 系数，不考虑电动机启动时取1.11.3，考虑电动机起动时取1.52.0，通常取1.5左右。

例：800KVA变压器高压侧额定电流为：46.2A，则
$$Irr＝1.1*1.5*46.2＝76.23A$$
取熔断器电流为80A。

三、高压侧电压互感器熔断器的选择

高压侧计量用熔断器的额定电流选0.5A。

高压侧保护、测量用熔断器的额定电流选1A。

四、避雷器的选择

1. 额定电压选择：根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范GBT50064-》中3.2.1条：交流电气设备上主要过电压主要有：暂时过电压（主要为工频过电压、谐振过电压）、操作过电压、雷电过电压。

3.2.2条：工频过电压1.0Pu=Um/√3,其中10kV设备最高电压Um=12kV。

根据GBT50064-表4.4.3：低电阻接地:UR（MOA额定电压）≥Um=12kV（UT：系统最大过电压）。消弧线圈接地：UR≥1.25Um=15kV

10kV避雷器额定电压：低电阻接地时可取大于12kV即可，消弧线圈接地时可取大于15kV即可。

10kV避雷器持续运行电压：低电阻接地时可取0.8Um即9.6kV，消弧线圈接地时可取Um即12kV。

2. 放电电流选择：根据《导体和电器选择设计技术规定DL5222-》中

表20.1.10：110kV及以下配电设备标称放电电流取5kA，电动机取2.5kA，变压器及电机中性点、低压设备取1.5kA。

3. 残压选择：应配合设备雷电冲击全波电压大小进行选择,根据6.4.4-1式：Ul.p≤Ue.l.i/K16，K16取1.25。根据《GBT50064-2014》表6.4.6-1中10kV设备额定雷电冲击耐受电压（相对地）Ue.l.i：

75kV：非低电阻接地60kV：低电阻接地。

根据公式6.4.4-1得消弧线圈接地：Ul.p≤75/1.25=60kV，因此残压应小于60kV，通常取50kV。经小电阻接地：Ul.p≤60/1.25=48kV，残压应小于48kV，通常取45kV。（注：避雷器残压越低，保护性能越好，价格越贵。）

注：持续运行电压是避雷器正常运行的最高电压，额定电压是开始放电1mA电流时的动作电压，残压是避雷器动作后避雷器两端的电压，即电网对地电压。

加装部位：若有母线公用PT则装于母线PT柜内，若无母线公用PT则装于变压器进线柜处。

五、电流互感器选择

1. 电流互感器一次额定值：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。

电流互感器二次额定值：5A、1A。

2. 计量/测量用准确度等级：0.2S、0.5S级。

保护用准确度等级：10P10、10P15。

3. 计量/测量用电流互感器选择：

根据GB50063-2017《电力装置的电气测量仪表装置设计规范》第3.1.6条当电力设备在额定值运行时，电能计量用的电流互感器的一次侧电流宜在其额定一次电流的2/3以上。所以电流互感器变比应按如下计算：

$$N=I_e/(0.7∗5)$$

其中：N：电流互感器变比，Ie：电气设备一次额定电流值

4. 保护用电流互感器选择方法：

A. 变比及准确度等级选择：

为保证设备速断保护的正确动作，按流过1.3倍最大三相短路电流进行选择。

假定10kV系统最大短路电流为25kA，则系统电抗

$$Xs*=SB/Sd=100/(√3*25*10)=0.2309$$，

基准电流Ij=100/(√3*10)=5.774kA。

假设变压器Se=2500KVA，UK%=8，则变压器短路电抗：

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

此时变压器低压侧短路时10KV侧电流为：

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

$$I”=0.2915*Ie=1.683KA$$

因此10kV保护CT一次饱和值应大于1.3*1.654=2.19kA，则可选择200/5（10P15）或150/5（10P15）

保护用电流互感器选择方法：

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

B. 电流互感器的热、动稳定选择：

热稳定：10kV系统设备按最大短路电流25kA，10kV短路电流持续时间按4s进行选择（注：0.4kV短路电流持续时间按1s进行选择）。

动稳定：Idyn≥2.55*25=64kA

5. 10kV不接地或经消弧线圈接地系统线路零序电流互感器的选择：

A. 一般都选用小变比，常用的如：50/5、75/5、100/5、20/1、50/1。因为只有一次发生接地故障后零序电流互感器才有输出，人们不会让接地电流很大时才会让保护切除故障，由于一次为10KV电缆，只有一匝，二次选用50/5的零序电流互感器只有10匝，负荷特性较差，实际负荷阻抗如果与零序电流互感器的容量不一致时也会产生很大的误差，并且在低于额定电流时误差会更大。

B. 10KV中性点不接地系统一般不允许接地电流超过10A，如果零序电流大于5A即保护动作，此时电流互感器变比可选100/5或20/1，这时零序电流反映在保护二次侧为0.25A，一般现微机保护零序保护动作精度最小50ma~100ma以上，完全能满足动作要求。

六、母线截面积选择

10kV设备按动稳定25kA要求计算，短路持续时间按4s计算。根据《DL5222-导体和电器选择设计技术规定》中7.1.8式，S≥√Ql/C=Id*K，K计算系数如下：短路前温度在25°C，采用铜导体时，25kA短路电流计算截面积：S≥25000*0.0103=257.5mm²31.5kA

短路电流计算截面积：S≥31500*0.0103=324.4mm²40kA

短路电流计算截面积：S≥40000*0.0103=412mm²63kA

短路电流计算截面积：S≥63000*0.0103=648.9mm²80kA

短路电流计算截面积：S≥80000*0.0103=824mm²

七、电缆选择

10kV一般选为阻燃交联聚乙烯电缆。

（一）、电缆导体与屏蔽层或金属层间额定电压的选择：根据《GB50217-2018电力工程电缆设计规范》中第3.3.2条：1、中性点经小电阻接地，接地保护动作时间不超过1min的，相导体对地（屏蔽层）电压不低于100%相对地工作电压，取1.1*10/√3即不低于6.5kV。2、单相故障持续时间小于8h的，即经消弧线圈接地等，相导体对地（屏蔽层）电压不低于133%相对地工作电压，取1.1*1.33*10/√3即不低于8.7kV。3、单相故障持续时间大于8h的，即不接地等，相导体对地（屏蔽层）电压不低于173%相对地工作电压，取1.1*1.73*10/√3即不低于11kV。

（二）、电缆导体截面的选择：需同时满足载流量和热稳定要求。1、载流量计算：I≥Ig/(K1*K2*K3)I：预选电缆截面载流量Ig:电缆回路持续计算电流，对于配电工程，可按Ig=K*Se/(√3*10)计算，其中K系数，规程为1.05，但考虑北京地区过负荷建议取1.3；Se为下带变压器容量K1：温度校正系数K2：土壤热阻系数K3：布置校正系数2、热稳定计算：S≥100*√Q/C,其中Q=Id2*t，Id：最大三相短路电流；t:短路电流持续时间，取0.245s。C：电缆热稳定系数，经过计算交联聚乙烯铜电缆：C=13279。如以北京地区10kV系统最大三相短路电流25kA计算，则10kV外电源部分电缆截面为：S≥93.2mm²，即大部分采用150mm²电缆。10kV各配电变压器在低压侧三相短路，流过10kV侧的短路电流如下表所示，经过热稳定计算各电缆截面如下表：

由表看出，变压器10kV进线电缆只需满足持续电流即可，热稳定均可满足要求。

八、变压器容量选择

根据《规划篇－配电网规划设计技术细则》：

（一）、普通用户：Se≥Pmax/(η*cosΦ)Pmax：用户最大负荷，η：变压器负载率，取0.7

（二）、重要客户和要求有足够备用容量的用户：Se≥Pmax/(η*cosΦ)Pmax：用户最大负荷，η：变压器负载率，取0.5

（三）、居民用户：包括普通住宅、高档住宅楼、高级公寓、住宅及办公为一体的SOHO、别墅区。Se≥P/(η*cosΦ)P：计算负荷，等于用电负荷指标×户数（或建筑平方米）×需用系数。η：变压器负载率，取0.65。