中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法.docx
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中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法
中压系统F＋C组合回路熔断器的选择方法
2005年1月
第6卷第1期
电力设备
ElectricalEquipment
Jan.2005
VoI.6NO.1
中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法
李锡芝
（华东电力设计院,上海市200063）
摘要:
文章扼要地论述了发电厂中压厂用电系统中,熔断器和真空接触器（F+c）组合回路熔断器及回路电缆截面
的选择原则和方法,以及需要注意的问题.文中较详细地介绍了根据变压器励磁电流峰值,变压器额定电流,二次
侧故障电流等因素选择变压器熔断器的原则与方法,以及工程上电缆截面选择方法.文中还介绍了熔断器保护特
性的配合原则.
关键词:
中压系统;熔断器与真空接触器组合;熔断器选择;电缆截面选择
中图分类号:
TM621.71
通常将由中压熔断器（F）与真空接触器（C）组合
而成的回路,简称为F+C组合回路.F+C组合回路
常作为中压系统中,小容量电动机和变压器回路的开
断设备.熔断器参数的选择,取决于熔断器本身的型
式和被保护设备的种类.工程设计中,常常为熔断器
额定电流和电缆截面的选择而感到困惑.本文简要
讨论了熔断器和电缆截面的选择方法.
1F+C组合回路应考虑的主要因素
设计时应考虑的主要因素有:
①熔断器的额定电压
应大于或等于电网电压;②熔断器的额定5-）-断电流应大
于或等于安装点的最大短路电流;③应考虑设备特性的
容差,以获得良好的保护效果;④如果熔断器通风不良,
必须校验其稳态温升,以便保证其温升不超过标准值,必
要时,熔断器应降低额定值使用;⑤熔断器,接触器和保
护装置的过负荷保护特性三者之间应良好匹配.
2保护变压器的熔断器
2.1熔断器须满足的要求
（1）能耐受正常负荷和可能引起的过负荷.
（2）能耐受变压器的励磁涌流.
（3）能分断变压器二次侧出口的短路电流,并应
与低压侧的熔断器或断路器选择性配合.
（4）若有必要,应能可靠躲过变压器低压侧电动
机的成组自起动.
2.2变压器的励磁电流峰值
熔断器0.1s的熔化电流,m..应大于或等于l4
倍变压器的额定电流,即.
.≥14
故令峰值电流为
B=I/14≥
（1）
2.3稳定负荷和过负荷
在正常环境（即不超过40℃）的环境温度下,熔
断器的额定电流不应小于1.3倍变压器额定电流,以
避免其装入开关柜后温度升高而引起的降容影响.
一
般情况下,熔断器额定电流,州选择范围在
1.3≤,FH≤1.5
（2）
如果变压器按连续过负荷设计,则熔断器的额定
电流不应小于1.3倍过负荷电流,T|.因此,作为一般
的准则,熔断器额定电流应选择的范围为
1.3,T|≤≤1.5,T|（3）
2.4变压器二次侧的故障电流
从切除故障的观点来说,故障电流不应小于
熔断器的最小熔断电流厶
I≥I
而=/ud%
式中,il,%为变压器的阻抗（标幺值）.
令,^=,3il,%,贝Ⅱ≥,^（4）
由式
（1）和（4）可见,变压器额定电流的范围为
^≤≤,B（5）
由式（5）表明,熔断器额定电流与负荷电流之间
不存在直接的关系.因此,对于用于变压器的熔断
器,可以用临界参数,^和,B来表示其特征,前者与最
小熔断电流有关,后者与0.1s熔化电流有关.
2.5熔断器的选择
实际工程中,可按以下步骤选择熔断器:
（1）先按式
（2）选择熔断器额定电流.如果安装
和运行条件不明确,则可按1.5来选择.
（2）再按式（5）校验熔断器的额定电流.如果所
选熔断器不满足要求,则可选高一档额定电流的熔断
器,并重新校验.
（3）校验与低压侧断路器的短路短延时特性是
否配合.
2.6举例说明
（1）变压器参数:
6kV,200kVA,额定电流=
19.2A,"d%=5%.
（2）熔断器选择.
按式
（2）≥1.3,=1.3×19.2=25A
初步选用25A/7.2kV熔断器.熔断器的有关
56电力设备第6卷第1期
参数如下
熔断器0.1s的熔化电流I.=230A,熔断器的
最小熔断电流Is=112A.
按式（5）校验,≤,TN≤,B
^=,3"d%=112×5%=5.6A
IB=IFo.1
/14=230/14=16.4A<ITN
校验结果:
该熔断器不能满足式（5）的要求.
改选高一级额定电流的熔断器,即40A/7.2kV.
该熔断器的有关参数为:
熔断器0.1s的熔化电流
I.=400A,熔断器的最小熔断电流,3:
180A,再按
式（5）校验
^=180×5%=9A
IB=400/14=28.6A>ITN
校验结果:
该熔断器能满足式（5）的要求.
3保护电动机的熔断器
熔断器作为保护电器,能对中压电动机提供部分
保护作用.选择保护电动机的熔断器,必须考虑电动
机和配电网二方面的因素.
3.1电动机方面的因素
（1）电动机的起动电流,d.通常,电动机的起动电
流或称堵转电流是用起动电流与额定电流,N的倍数
来表示的.直接起动的中压电动机,d/IN=6～6.5.
（2）起动时间t.电动机的起动时间取决于被
驱动设备（如泵与风机）的转动惯量（GD）.一般情
况下,泵类电动机起动时间比较短,只有几秒;风机类
电动机的起动时间比较长,有的长达20s以上.在大
容量机组F+C的实际使用范围内,电动机的起动时
间可取t=10s.该值是偏于安全的.
（3）电动机连续起动次数.按国家标准规定,
用户如果没有提出特别的起动次数要求,电动机按冷
态连续起动2次,热态起动1次设计.熔断器的电
流一时间特性,应可靠避开电动机的起动过程,而熔断
器累积的热效应与电动机连续起动次数有关,因此,
在选择熔断器时必须考虑连续起动次数的因素.
3.2配电网方面的因素
（1）额定电压.中压电动机的额定电压不超过11
kV.11,10,6.6,6kV均为IEC规定的标准电压.可选用
的熔断器额定电压小于12kV.国内制造12,7.2kV2
种额定电压的熔断器,分别用于10kV和6kV2种系统.
（2）熔断器安装处的短路电流.目前,大容量机
组中压厂用电系统短路电流水平有40,50kA2种.
熔断器的预期分断能力,应不小于熔断器安装处的最
大短路电流.
（3）熔断器额定电流.如前所述,熔断器的额定电
流取决于电动机的起动电流,起动时间和允许的连续起
动次数.通常情况下熔断器制造商均根据熔断器的特
性,编制出曲线或图表,方便用户正确选择熔断器.
3.3电动机保护熔断器选择曲线的编制原则和方法
电动机保护熔断器选择曲线如图1所示.该曲
线的编制原则和方法如下:
IN{A
ld/S
-
\熔线
（\j
PN=500kWPN/kW（点
点334A'l
J\\\】o,礁
\
第1组曲线
A点:
=500kW;脯:
1N=556A;（1点:
ld=334A
D点:
td=lOS;选用160A熔断器
图1电动机保护熔断器选择曲线示意图
（1）第1组曲线.电动机额定功率P（kW）,额
定电压（kV）,额定电流,N（A）之间的关系
P..
I=—_=一（6）一
J,7./3COS,咖
式中,cos为电动机的额定功率因数,取
COS咖=0.92;为电动机的额定效率,取=0.94.
已知电动机的额定功率和电压,由该曲线可获得电动
机的额定电流,（A）.
（2）第2组曲线.该曲线表示电动机额定电流
（A）,起动电流倍数Id/l,起动电流,d之间的关系.
按电动机额定电流和已知起动电流倍数,查该曲线可
获得起动电流,d（A）.
（3）第3组曲线.按电动机起动电流,起动时
间,从该曲线上可找到合适的熔断器额定电流.编制
第3组曲线时,一般假定电动机在1h内起动6次,或
连续起动次数P为2次.
1）如果实际使用中,1h内的起动次数大于6
次,则起动时间应按t=修正,也就是说,有可能
需要适当放大熔断器的额定电流,以防止多次起动而
使熔断器熔断.
2）如果连续起动次数P超过2次,则起动时间
应按t=譬修正.
3）如果电动机不是直接起动型的,则由上述图
表求出的熔断器额定电流,有可能小于电动机的满载
电流.此时,应按1.1～1.2倍电动机满载电流来选
择熔断器的额定电流,以避免熔断器装入开关柜后的
降容影响.
4熔断器保护特性的配合原则
以电动机为例,熔断器保护特性的配合原则可以
经验交流李锡芝:
中压系统F+C组合回路熔断器的选择方法57
用图2表示.由图2可见:
01
001
HA
1一保护装置过负荷保护特性上限;2一保护装置过负荷保护特性下限;
3一熔断器特性;411A和电缆的热稳定极限;5一电动机起动电流特性;
6一接触器的额定分断能力;7接触器的热极限曲线;A和B一配合
裕度;D电动机最大允许堵转时间
图2熔断器保护特性的配合原则
（1）熔断器的电流一时问曲线,应位于电动机起
动电流曲线的右侧.
（2）熔断器的额定电流必须大于电动机的工作电流.
（3）相对于熔断器特性曲线上点c的电流,应大
于其最小熔断电流,如果不能满足,则低于最小熔断
电流的任何过负荷电流,在150ms以内靠接触器来
分断,以防止熔断器过热而导致烧毁.
（4）接触器的额定分断电流必须大于熔断器的
最小分断电流.通常情况下,前者为8倍接触器额定
电流,后者为2～6倍,.
（5）在最大系统故障电流时,熔断器的限流电流
不应超过接触器的额定峰值电流.
（6）熔断器的电流一时问曲线,应位于接触器热极
限曲线的左侧.美国电站中,要求F+c回路的接触器
的热极限至少为l5倍熔断器额定电流,时,时间为
1S;6倍熔断器额定电流,时,时间为30S.德国SIE—
MENS公司3TL61,7.2kV,4O0A熔断器1S时的额定
短时电流为8kA,即20,…有些制造商能提供接触器
的热极限曲线,即允许短时电流和时间的关系曲线.
5关于F+C回路的电缆截面选择
众所周知,电力电缆截面主要取决于载流量,短
路热稳定,电压降,经济性,机械强度,制造上的最小
截面等因素.本文仅讨论F+C回路的电缆短路热稳
定截面问题.
图2表明,电缆的热稳定极限应位于熔断器特性
曲线的右侧.当馈线回路发生短路故障时,在熔断器
熔断切除故障后,电缆不应因过热而遭到损坏.为简
单起见,短路发热过程可按绝热过程考虑,其短路热
稳定截面可按下式计算
.s≥（7）
式中,S为电缆最小短路热稳定截面,咖;J为涉及
熔断器限流作用后的短路电流对称分量有效值,A;t
为熔断器的熔断时间,S;为与电缆绝缘和导体材料
有关的常数.对于铜芯交流聚乙烯（XLPE）电缆,后
取143;铜芯乙丙橡胶绝缘电缆,后取141.
按式（7）计算出的电缆截面往往比较小的.工
程上F+C回路的电缆最小短路热稳定截面建议选
用>~50mm.具体截面应视熔断器和接触器规格,电
动机驱动设备的类型,以及保护装置热过负荷保护特
性而定.因熔断器的熔断时间比较长,所以应特别注
意校验熔断器处于低分断电流时的热稳定截面.外
高桥电厂二期（2×900Mw）工程中,汽机岛承包商德
国SIEMENS公司计算出S一11mm,但按SIL程经验,
实际选用了S为70mln的铜芯交流聚乙烯电缆.
6结束语
熔断器是实现变压器,电动机和电缆等保护的重
要手段.熔断器的可靠保护和电缆的安全运行对减
少电力系统事故具有重要作用.因此对于熔断器和
电缆截面的选择务必认真对待,不仅要考虑诸多因
素,还要注意熔断器保护特性的配合.电缆截面不计
算值往往偏小,熔断器的熔断时间又比较长,因此应
特别注意校验熔断器处于低分断电流时的热稳截面.
收稿日期:
2004—05—08
作者简介:
李锡芝（1943一）,男,高级工程师（教授级）,长期从事发
电厂电气设计和研究工作.
（责任编辑赵杨）
SelectionMethodofFuseinCombinationofFuseandContactorinMediumVoltageSystem
UXi—zhi
（EastChinaELectricPowerDesignInstitute,Shanghai200063,China）
Abstract:
Thepaperbrieflydescrt~theselectionpmciplesandmethodoffuseandcablesection缸combkmtionoffuseandvacuum
contactor（F+C）forelectricalauxi~arysystem缸powerplant,andtheproblemstobenoticed.Theprinciplesandmethodofseleetmg
订ansf-0nnerfusewerehtroducedaccordhgtothefactorssuchaspeakvalueof们nsf-0nnerexcitationcurrent.ratedcurrentandsee-
ondaryfaultcurrentof仃a】f-0nner.andtheselectionmethodofcablesectionforengineeringWasdescrtmd.Thecoordhaationprinciple
ofthefuseprotectioncharacteristicsWasalsohtroduced.
Keywords:
mcdmvohgesystem;combkmtionoffuseandvacuumcontactor;fuseseleetion;seleetionofcablesection
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