600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路的设计

600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路的

设计

就目前来讲，中频感应加热的加热速度快同时操纵起来十分方便，差不多在诸多行业中得到了广泛的应用。本文对600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路系统进行了设计，要紧工作如下：

一．高压10kV进线开关柜的设计，高压10kV系统为小电流接地系统，设计过电压和过电流爱护，设计电压、电流和电能计量。

二．设计整流电路、滤波电路以及逆变电路，讲明其原理。

三．讲明元件工作原理和电路设计原理及依据，讲明降低谐波和节能原理。

本设计阐述了串联谐振中频感应电炉的主电路整体结构，同时给予了差不多电路的理论分析，推导了主电路的运算公式，阐述了通过整流桥和谐振负载改造后优点，完成了逆变电路、整流电路以及电抗器的设计。目前为止，串联谐振中频电炉仍具有大量的使用空间，使得该课题具有其现实意义。

关键词：感应加热；串联谐振；晶闸管；逆变；整流

For now, the rate of heating of the medium frequency induction heat ing, fast and control is very convenient, has been widely used in many i ndustries. This article 600KwIGBT series resonant energy-saving intermedi ate frequency electric furnace main circuit system design, the main work is as follows:

One. The design of high voltage 10KV line switchgear, high voltage 10KV system for small current grounding system, the design of overvolt age and overcurrent protection, design voltage, current and power measure ment.

Two. The design phase into the 10KV six line rectifier transformer wiring, selection of the rated voltage and the voltage drop, low pressure outlet overvoltage and overcurrent protection, indicating that reducing the harmonic principle.

Thire. Description of the components working principle and circuit d esign principles and basis of the lower harmonics and energy conservation principle.

The design described the overall structure of the main circuit, the ser ies resonant medium frequency induction furnace and give a theoretical a nalysis of the basic circuit, the main circuit is derived formula on the ad vantages of the transformation after the bridge rectifier and the resonant l oad inverter circuit is completed, design of the rectifier circuit, reactor, an d the line inductance. So far, the series resonant intermediate frequency e lectric furnace still has a lot of use of space, the subject has its practical significance.

Keywords: induction heating; series resonance; thyristor, inverter;rectif ier

摘要错误!未定义书签。

Abstract II

目录III

第一章概论- 1 -

1.1 选择课题的背景及意义 - 1 -

1.2 串联谐振中频电炉主电路结构的设计 - 2 -1.3 该课题的研究目标- 2 -

第二章中频电炉的工作原理- 4 -

2.1 中频电炉的内部结构- 4 -

2.2 电磁感应原理- 4 -

2.3 感应加热效应- 5 -

2.3.1集肤效应- 5 -

2.3.2邻近效应- 6 -

2.3.3端部效应- 6 -

2.3.4圆环效应- 7 -

2.4 中频电炉负载- 7 -

2.4.1负载磁场- 7 -

2.4.2负载电阻- 8 -

2.4.3负载参数- 9 -

第三章中频电源和小电流接地系统- 13 -3.1 中频电源系统- 13 -

3.2 小电流接地系统 - 14 -

3.2.1 10kV进线开关柜的选择- 15 -

3.2.2 电压、电流和电能计量- 16 -

3.2.3 10kV线路过电压和过电流爱护- 17 -第四章整流电路- 19 -

4.1 中频电源整流电路的条件- 19 -

4.2 整流电路原理分析 - 20 -

4.3 阻感负载时的工作情形 - 20 -

4.4 十二脉进线排除谐波- 21 -

4.4.1 串联谐振主电路- 21 -

4.4.2 谐波分析- 21 -

4.5 滤波电路原理分析- 22 -

第五章逆变电路- 25 -

5.1 中频电源逆变电路的条件- 25 -

5.2 逆变电路原理分析- 25 -

5.2.1 串联逆变器原理分析- 25 -

5.2.2 逆变器与谐振负载电路原理分析- 27 -

5.3 逆变系统操纵电路- 27 -

5.3.1 调功电路- 27 -

5.3.2 压控振荡器- 28 -

第六章IGBT串联谐振式节能中频电炉及其爱护- 30 -6.1 IGBT简介- 30 -

6.1.1 IGBT的概念- 30 -

6.1.2 IGBT与晶闸管- 30 -

6.2 串联中频电炉的节能原理- 30 -

6.2.1串联谐振与并联谐振的关系- 30 -

6.2.2节能原理- 30 -

6.3 中频电炉的爱护系统- 31 -

6.3.1过电流爱护 - 31 -

6.3.2过电压爱护 - 32 -

6.3.3晶闸管爱护 - 32 -

结论- 35 -

参考文献- 36 -

致谢- 37 -

附录1：串联谐振式中频电炉主电路图- 38 -

附录2：串联谐振式中频电炉设计总图- 39 -

第一章概论

1.1 选择课题的背景及意义

目前，在先进技术的指引下，我国研制出了串联谐振式的中频感应电源，同时能够提供相当可观的容量。这极大的提升了我国感应加热水平，更加好的促进了工业进展水平。就当前来讲，我国使用的中频感应电炉，逆变电路大部分采纳的是并联谐振的工作方式；我国的串联谐振正在起步，其中部分厂家差不多将设备开始投入使用。

我国的感应加热变频电源装置的进展方向一直是以沿着大容量、高频率、高效率、可靠性、拓宽用途为目标的。与国外完善的感应加热技术相比，国内的感应加热设备仅仅是少量的进展，这其中的差距依旧相当大的。

近年来，随着科学技术的进展，传统加热因为其耗能高和加热可靠性能不强等劣势无法达到国家进展的需要，世界各国急需得到有点多的加热器件。然而逆变电源具有体积不大、节能成效专门好的优点，因此成为了前景较好的器件。与此同时，持续进展的电力电子技术，也利用其优势为关于高频逆变加热电源做好了铺垫。

我国自从加入世贸组织之后，国内对中频感应电炉的需求急速上升，国家的产品市场大了，竞争也变的越来越猛烈。世界一流的生产厂商所生产的产品价格尽管专门高，然而能够应用高技术来占据市场，然而由于它的生产成本过高，因而在中国的市场正在持续的缩小。我国的中频电炉生产水平正在持续增强，通过其低廉的价格，在世界格局中占据了一席之地。感应加热装置由两部分组成，一是变频电源，其作用是提供一定频率的交流电源，另一部分感应加热负载，要紧由感应圈及相应的补偿装置组成。按照频率的高低，变频电源可分为工频、中频和高频感应加热电源。

(1)工频感应加热电源。电源频率与电网的频率（50Hz）相同，可直截了当从电网吸取能量，然而功率因数过低。

(2)中频感应加热电源。将50Hz的工频交流电转变成中频（500～1000 0Hz）电能的装置，通常为中频发电机和晶闸管变频电源。

(3)高频感应加热电源。将50Hz交流电转变为高频（70000～1000000 Hz）电能的装置，通常为电子管高频发生器。

国内的电力电子技术起步比较晚，感应加热技术也落后于国外，然而由于市场前景好，因此研究感应加热技术的人员在逐步增加。国内在此领域处于领先地位的是浙江大学，但距离国外先进技术还有相当大的差距。

中频电炉是指炼钢铁厂所用的反应加热炉，它的加热方式是：利用中频频率的电磁场，对炉体内部的原料进行涡流的加热，钢铁原料将会在交变磁场中因为切割磁力线而产生专门大的涡流电流，然后通过发热和熔化最终完成。由于我国当前电子技术的持续进展，我国的中频炉的操纵系统差不多更加的完善，中频的频率能够通过对原料的物理性状的调整，以使电、磁和热能的转换效率尽可能的高。基于以上的讨论，本课题选择中频感应加热电炉主电路的设计，目的在于提升金属的加热处理、加工工艺水平。

1.2 串联谐振中频电炉主电路结构的设计

本设计阐述了串联谐振式中频电炉系统主电路的整体结构，着重于差不多电路的要紧理论分析。此次设计参考了国内外有关并联谐振电炉和串联谐振电炉电路的基础上，结合国内电炉的研制和使用情形，适当参阅了有关资料后，作出的尝试性研究，最终得到的。

串联谐振中频电炉主电路的结构设计，要紧内容包括：高压10KV进线开关柜的设计，高压10KV系统为小电流接地系统，设计过电压和过电流爱护，设计电压、电流和电能计量；设计整流电路、滤波电路以及逆变电路，讲明其原理。讲明元件工作原理和电路设计原理及依据，讲明降低谐波和节能原理。

本设计的差不多思路是第一进线的50Hz的三相交流电通过可控硅三相全控整流桥整流电路整流为直流电，然后通过操纵IGBT的导通频率，将获得的直流电通过逆变电路转化成为中频的交流电，最后输出给负载。其中需要设计爱护电路。爱护电路的作用是为了解决负载的变化，电网的波动、负载阻抗的变化引起的系统的电压、电流、频率的变化、及逆变电流的重叠时刻的不同程度的变化等咨询题。

1.3 该课题的研究目标

通过本设计能够对实际600KwIGBT中频电炉系统的结构和电炉运行特点进行了解,熟悉并把握600KwIGBT串联谐振中频电炉系统中各部分环节的原理，熟悉实际工程中的咨询题处理和理论分析的方法。

通过对系统结构和实际元件的分析与处理，最终得到实际600KWIGB T中频感应电炉系统结构的可行设计。这次设计是在前辈们的基础上改进而得出的，具有深远意义。

关于中频感应电炉的特点：

①它的功率密度大，熔化速度快，适合于节能批料的熔化方法，操作使用较为灵活方便，适合于变换频繁的熔化金属品种场合。

②无需触摸的超高温加热；操纵简洁方便，效率较高，因为是局部加热，因此不容易显现故障。

③工作场地好，没有过多对人体损害的物质，加工零件容易复原。

第二章 中频电炉的工作原理

2.1 中频电炉的内部结构

图2-1 中频电炉内部结构示意图

如图2-1所示，电炉炉衬的要紧材料是二氧化硅，它的耐热温度最高能够到达1650ο

C 。电炉的周围是由感应线圈以及不锈钢丝网围绕组成的，其中感应线圈与中频电源直截了当连接，同时通过交频磁通来对电炉进行加热；不锈钢丝网与漏炉爱护电路直截了当连接，它是爱护电路的一部分。在科学技术的带领下，感应加热电源按照各种各样的需求，形成了不同模式：

① 整流器(AC-DC )

② 滤波环节(FILTER)

③ 逆变器(DC- AC)

④ 谐振槽路及负载(RESONANT TANK)

⑤ 操纵及爱护环节(CONTROL AND PROTECT)

2.2 电磁感应原理

按照电磁感应定律，我们能够得出：导体在交变的磁场下，感应电动势会从导体内部产生，感应电流会因为电流的闭合而产生，这便是感应加热的差不多原理，也是电磁感应的差不多原理。

交变电流通入匝数为N 的线圈后，感应线圈便生成磁通φ，由此生成感应电动势e 。

设交变磁通ωφφsin m =

电磁方程式：

dt d N e φ2-= t N dt d N e M ωωφφcos 22-=-= 感应电动式有效值是：

M M fN fN E φφπ2244.422== 它的焦耳热为： Rt I Q 2224.0= 其中： Q ：感应电流产生的热量（J ）；

R ：工件的等效电阻（Ω）；

2I ：感应电流有效值(A)；

T ：工件通电时刻（S ）。

综上所述，将电流输送到载体，同时将电能转化成热能的过程便是感应加热。将金属或非金属的石墨放入一个闭合的螺管线圈之中，当交流电通过线圈的时候，就会产生交变磁场，这会使得线圈中的金属或石墨由于磁力线的阻碍而产生相应的电动势，从而流出涡流电流。以上便是电磁感应的差不多原理。

2.3 感应加热效应

就感应加热而言，他有四种效应，他们分不是集肤效应、邻近效应、端部效应和圆环效应。感应电炉确实是利用这四种效应来对负载进行加工的。通过将金属放入感应线圈中，同时对线圈的两端施以交流电压，进而在感应线圈中产生相应的交流电流，然后会产生出交变的磁场。在持续变化的磁场中，圆环效应便会产生，在线圈的内侧表面层之上电流会全部集中，而邻近效会产生于感应线圈与金属之间，集肤效应会显现在金属本体之上。综上为反应加热的效应全过程。

2.3.1集肤效应

()E r u r ()J r u r x 0/j j

图2-2 交流电流在导体中的分布图

0j ---表面电流密度 j ---沿导体径向任意一点的电流密度

集肤效应使得电流在导体表面流过，这会使得导体的有效面积持续减小，电阻持续增大。如果交流电流的频率专门高，那么集肤效应则会更加

明显。因为电流的流淌是沿着其表面的，导体的表面会产生专门大的热量，因此能够应用这种现象对导体的表面加热。

为了运算的方便，本设计引入了电流渗透深度——“?”那个概念。所谓的电流渗透深度，是指在导体的径向上，它从导体的表面到某一特定点之间的距离。利用电磁理论能够得到

f

r μρ5030

'=?（厘米） 其中 ρ——电阻率，欧·厘米；

r μ——相对磁导率，1=r μ；

f ——电流频率，赫。

2.3.2邻近效应

邻近效应指的是当通有交流电的两根导体相互距离短时，两者分不作用对方，这会更换电流的分布。如果两根导体中电流的流通方向不同时，电流的最大密度会在导体内侧；如果两根导体中电流的流通方向相同时，电流的最大密度会在导体外侧。

不管在何时，如果两根平行的导体中的电流i 方向不同时，这会使得导体之间磁场方向相同，总磁场持续增大，而两导体外的磁场强度持续减少。磁通的流通是通过空气和导体的内部的，位于导体外侧的电流的交链磁通是21φφ+，这比内侧的交链磁通1φ多一些，因此，外侧的电流线所感应的电动势比内侧的大，外侧电源电动势和自感反电势的总电势与内侧相比数值偏低，因而导体外侧的电流密度会比导体内侧的低专门多。

图2-3 感应加热中的临近效应

关于邻近效应来讲，导体间的距离越近，其作用越明显。相比肌肤效应来讲，邻近效应与其略有不同，电流密度的分布不仅取决于导体本身所产生的磁场，而且与邻近的导体磁场对它的作用有关。

2.3.3端部效应

在感应加热时，工件端部的温度常常与非端部的温度略有不同，这确实是感应加热的端部效应。端部效应分为两部分，他们分不是坯料和感应线圈的端部效应。集肤效应与端部效应的不同之处在于，集肤效应要紧是

对金属坯料磁场分布的反应，而端部效应要紧是对坯料和感应线圈端部磁场分布的反应。因为那个的不同，使得坯料的功率分布和加热温度遭受一些限制。

2.3.4圆环效应

圆环效应是指当交变的电流在圆环形线圈上流淌时，线圈导体的内侧显现最大电流密度。通常情形下，在环内的磁力线较多，而在环外较少，因此，外侧的电流线会比内侧的电流线穿过更多的磁通。综上，外侧的电流密度和总电势会比内侧的小专门多。

图2-4 感应加热中的临近效应

然而在对其内孔温度升高时，

2.4 2.4.1

图2-5 感应熔炼电炉磁场

当中频电流流进感应线圈后，感应线圈周围形成中频磁场。其中，进入中膛内部的称为漏磁通2φ；进入钢材内部的磁通称为主磁通1φ。主磁通1φ能够在电炉内形成相应的感应电流，并在钢材内使之发热熔化。而漏磁通2φ由于没有在其内部流通，因此关于加热没有任何阻碍。由此可见，主磁通1φ和漏磁通2φ的确同时存在，只是漏磁通2φ往往比主磁通1φ大得多。

阻碍主磁通和漏磁通相对大小的因素有：

① 石英砂坩埚越厚，炉膛越小，则漏磁通越大，主磁通越小；故新打的坩埚漏磁通较大，而熔炼了若干炉的坩埚会变薄，漏磁通便会变小。

② 当炉膛内放的材料较少时，则主磁通减少，漏磁通增大。

③当钢材熔化成钢液时，填满了炉膛，使得进入炉膛的磁通全部穿过钢液，因此主磁通增大，漏磁通减小。

④被熔炼的钢材的温度超过居里点时，刚刚失去磁性的钢材而称为非磁性材料，非磁性材料使主磁通减小。

⑤不同的导磁材料所阻碍的磁场分布也是不同的，例如熔炼钢铝等导磁材料时，由于其电阻率比较低，透入的深度又比钢的大，故钢铝中感应的涡流电流回路具有专门小的电阻，因此当中频主磁通一进入钢炉内，赶忙被感应出来的涡流所抵消，因此主磁通便得到减弱。

2.4.2负载电阻

感应炉内有两个流通的电流部分：一是感应圈本身所流通的电流，这是中频电源通入的中频电流部分；二是被熔炼的金属所流通的电流，由电磁感应所感应出的涡流部分。由于两者差不多上具有电阻的，因此应该作发热处理。

①感应圈电阻

感应圈不但具有电感，而且还有电阻。感应圈的铜管尽管专门粗，电阻专门小，但因通过的电流专门大，故它的电阻引起的电损耗是相当可观的。而且在中频时，铜管壁内电流因集肤效应而密集于靠向坩埚壁的一侧，如图2-6所示。由于电流专门大，且密集于铜管一侧的薄层?'内，因此，?'层的密度专门大，引起铜管内大量发热，故需要通水来冷却。

图2-6 感应圈的电流集肤效应

感应圈本身的电阻尽管由于频率、漏磁场分布、水温等不同而有变化，但因在熔炼过程中这些因素变化不是专门大的，故感应圈本身的电阻能够认为是差不多不变的。

②熔炼金属电阻

熔炼金属的电阻比感应圈的要大专门多，同时它的电阻率也要大许多，同时集肤效应专门明显，因此同样能够产热。熔炼金属被放置在感应圈的内部，主磁通通过金属，并在其中感应出了涡流电流，同时产生热量。下图示，感应炉等效电路

（a）感应炉等值电路（b）串联等效电路（c）并联等效电路

图2-7 感应炉等效电路

X—感应圈的漏磁通引起的感抗；m X—主磁通引起的互感抗；

1

X—由涡流产生的漏感抗；

2

R—感应圈本身的电阻；2R—代表熔炼工件的电阻。

1

感应电炉的运行状态是类似于变压器的工作状态，然而1X、m X、2R、

X器件加热之中并非定值，同时变化幅度专门大，因此等效成为电阻电感2

串联电路（图2-7（b））或电阻电感并联电路（图2-7（c））。

2.4.3负载参数

通常情形下，随着外界条件的持续变化，磁导率

μ和电阻率ρ都会随

r

之持续变化。如果温度持续提升，那么金属的电阻率会由此而增加。

如果温度持续提升，工件的加热层持续便厚，电阻会随之变大。它在串联等效电路表示，等效串联电阻

r变大；在并联等效电路表示，并联电

s

阻

r变小。这时，其相对导磁率rμ趋近于1。同相对磁导率相同，负载等p

效电路

L及p L和温度同样没有关系。

s

如下图所示，这是钢材加热时参数的变化情形

图2-8 铁磁材料加热时参数的变化

①在0

L、p L几乎不变，

s

r增大，p r减小。

s

②在T1~T2区间，工件的温度达到居里点，相对磁导率会下降到1。

现在，电感

L、p L都减小。而并联等效电路中的p r却比较复杂：要过居里s

点时，

r下降得专门快，s L下得专门慢，现在p r加大；当高于居里点时，s r

s

下降缓慢，

L仍连续下降，现在p r减小。

s

③在T>T2区间，温度高于居里点之后，电阻率和相对导磁率都不再发生明显变化，各参数几乎保持不变。

负载参数的变化由许多因素有关，不仅仅受到温度的阻碍，炉中加料、工人捅炉等都会引起参数改变。

第三章 中频电源和小电流接地系统

3.1 中频电源系统

中频电源是一种能够变频的电源，它能够把电能由工频变为中频，通过整流变换，工频的交流电变为了直流电，然后利用逆变器，将其转换为交流输出电流，在那个地点电网频率是可不能限制频率变化的。这种电源对各种负载适应能力强同时适用范畴更加宽敞，它要紧应用于各种金属的熔炼、焊接、淬火、回火、透热、金属液净化、热处理、弯管、以及晶体生长等。

按照感应圈与补偿电容不同连接方式，中频感应电炉可分为并联谐振式与串联谐振式，并联谐振电炉流过感应圈的电流是主槽路电炉的Q 倍，Q 为谐振电路的品质因数，因此感应圈能耗相对较高。串联谐振亦为电压谐振，感应圈两端的电压高，因此相同的功率条件下，串联谐振电炉节能成效较好。

如图3-1所示，晶闸管1V 、3V 、5V 、4V 、6V 、2V 、7V 、9V 、11V 、10V 、12V 和8V 组成了串联整流电路，电抗器d L 、电容器0C 和扼流线圈组成滤波电路，

IGBT 晶体管1VT 、2VT 和二极管1VD 、2VD 组成半桥逆变电路。三相电网输入

的Hz 50的电压通过整流电路整流后形成脉动的直流，然后通过电抗器平波以及扼流线圈的阻断交流电流作用形成平稳的直流，直流电流通过1C 和2C 的充电后形成稳固电压，最后通过半桥逆变电路将电压逆变成中频电压和电流送给感应线圈。

图3-1 串联谐振中频电源主电路

主电路由五个环节组成：

①整流环节(AC-DC)，在整流电路之中，通过三相桥式全控整流电路，能够将工频50Hz 的交流电整流成脉动的直流电，能够改变电路的直流电压U d 来改变负载电流；中频电源整流电路的负载是逆变器，逆变器输出的有

功功率是由整流电路提供的。要求整流电路的直流输出电压能连续平滑可调；

②滤波环节(FILTER)，在滤波电路中，通过Ld 把工频和中频网络分开，同时滤掉部分不平滑的电流，然后再通过滤波电容Cd 把直流电流滤成平化的波形——光滑的直流电。

③逆变环节(DC-AC)，逆变电路是由IGBT 组成的全控桥式逆变电路，通过逆变环节把直流电流转化为交流电流，然后通入负载，逆变电路的输出频率是受负载电路振荡频率操纵的，工作于比负载振荡频率还要高的频率之中。

④负载及谐振槽路环节(RESONANT TANK)，负载部分是由感应加热线圈L 和补偿中频电容器C 组成的串联振荡电路；在如此的情形下，负载的适应能力得到明显增加同时在工件运行时，它的可靠性也增加了。

⑤操纵及爱护环节(CONTROL AND PROTECT)，通过它来调剂功率的输出，并提供系统的安全爱护。那个环节要紧利用改变整流桥的触发角来更换整流桥的输出电压，进而改变电源的输出功率。

中频电源主电路结构图，如图3-2 所示

图3-2 中频电源系统框图 图3-1的工作原理为三相50Hz 交流电通过可控硅三相全控整流桥整流成电压可调整的脉动直流电，然后通过平波电抗器和滤波电容将脉动的直流电滤波变成位光滑平稳的直流电，再通过操纵IGBT 的导通频率，而后输送到单相逆变桥，最后通过逆变桥将直流电变成单相中频交流电供给负载。

关于感应加热过程，通常由感应线圈输送电能，然后将电流输送入负载进行加热。感应线圈能够将它归类于电源逆变器之中，因此，感应线圈与负载并成为等效负载。

3.2 小电流接地系统

所谓的小电流接地系统是指在经消弧线圈接地或中性点不接地系统之中，当单相接地短路故障显现时，因为短路回路无法形成，接地短路电流往往比负荷电流要小得多，由此得名。小电流接地系统一样适用于66kv 及其以下的系统。

负 载

在中性点直截了当接地系统之中，当发生单相短路接地故障时，接地电流一样都比较大，因此称之为大电流接地系统。大电流接地系统一样适用于110kv 及以上的系统。

配电系统多数采纳小电流接地系统，因为其电流较小，供电时安全可靠。同时为了能及时发觉和切除发生单相短路接地故障的线路，通常采纳加装单相接地自动选线装置。本设计采纳的是高压10KV 系统进线的小电流接地系统。

下面设计进线开关柜和电压、电流和电能计量以及过电压过电流爱护。

3.2.1 10kV 进线开关柜的选择

本设计选用KYN-12-001作为电源的进线柜，该柜满足一次系统的要求 柜内要紧设备配置见表3-1：

表3-1 KYN-12-001电源进线柜柜内要紧设备配置

开关柜型号

断路器 操作机构 电流互感器 备用 KYN-12-001

VD 或VS1 CD-10 AS12 数 量 1 1 2

开关柜的技术参数见表3-2（总体参数）：

表3-2 开关柜的技术参数

名 称

单 位 参 数 额定电压

KV 3.6,7.2,10,12 额定电流

A 630,1250,1600,2000,2500,3150 外形尺寸 m 80015002200??

(宽?深?高)

柜的选择条件：

① 额定电压： N U U =

② 额定电流： 301250I A I N >=

30I 为运算电流： N U S I 3/3030=, 30I 为全厂的运算容量

③ 断流容量：

查VS1： 额定短路电流：KA I brn 5.31=

则 有： max 5.31I KA I brn >=，m ax I 为最大短路电流有效值

④ 热稳固校验：

关于10KV 的电器，它的热稳固校验的后备爱护动作时刻，应该选取变压器高压侧的过电流爱护时刻，即''2.1=保t 。查手册得，VS1型少油断路

器的固有分闸时刻为05.0，因此，短路故障的存在时刻：

’‘保固25

.105.02.1=+=+=t t t 。 不计非周期重量的阻碍，因为冲击系数1=β，经查曲线（1=β，t=1.2

5）得，短路电流周期重量的最佳时刻为1=ep t 秒，因此，总短路电流发热等值时刻 ''05.105.0105.0=+=+=βep ep t t

查手册VS1的动稳固电流（峰值）少油断路器的2''的热稳固电流为3

1.5KA 。

即： 34.005.157.05.198425.312222=?=>=?=∞eq t I t I

综上所述，热稳固满足要求。

⑤ 动稳固校验：

查手册VS1的动稳固电流（峰值）。

即： KA i KA i imp impn 45.180=>=

综上所述，动稳固满足要求。

3.2.2 电压、电流和电能计量

随着我国电力市场体系的进展，电能计量装置的准确性差不多越来越高，性能也越来越可靠，这关于提升电力市场的经济效益和社会效益有着十分重要的意义。因此，关于电压、电流和电能计量的要求持续提升。中性点不直截了当接地系统 (NuGS)（小电流接地系统）被广泛应用于配电网络。其中，中性点经消弧线圈接地系统(NES)、小电流接地系统包括中性点不接地系统 (NUS)等。

电能计量装置是由电能表、电流互感器、电压互感器和它们的二次回路所组成。在工厂的电源进线或经供电部门同意的电能计量点处，必须装设由计费的有功电度表和无功电度表；为了解把握负荷的电流，进线上还应装设一只电流表；变配电所的每段母线上，都需要装设电压表予以测量

电压；在中性点的非有效接地（即小接地电流的）系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置，如果母线上出线专门少，绝缘监视电压表可不装设；由地区电网供电的变配电所电源出线处，最好装设供计费使用的专用电压互感器和电流互感器（一样都安装计量柜）；关于10KV 供电网络最好采纳小电流接地系统，其电能计量装置差不多上三相三线制电能表。

如下是电能表和电压、电流互感器的差不多概念

① 三相三线制电能表：

其接线为：一个元件所加的电压为线电压UAB ，通过的电流为IA ；另一个元件所加的电压为线电压UBC ，而通过的电流为IC 。有功和无功的运算公式为：

)cos()cos(IC UCB IC UCB IA UAB IA UAB P ??+??=

)210sin()150sin(C IC UCB A IA UAB Q ??-?+-?=οο

② 测量及检验电压互感器：该电压互感器除用于连接功率表、电流表等外表外，还可用于自动投入使用备用电源。10KV 电源进线应在外部接入电压互感器，与此同时，关于10KV 的中性点不接地系统，还应接入绝缘检查装置。

③ 两相两电流互感器：

两相两电流互感器要紧用于测量使用，按照测量的选择，以便于选择电流互感器的变比，通常正常外表应工作在2/3刻度。

3.2.3 10kV 线路过电压和过电流爱护

过电压的爱护通过过电压爱护器来实现，它是用来抑制暂态过电压的一种过电压爱护装置。它能够为高压设备排除雷电过电压、内过电压以及工频升高等干扰的危害，幸免高压线路及变压器等高压设备受过电压的干扰和侵害，保证系统线路的正常运行。

过电流的爱护采纳的是过电流爱护器，它是由电流继电器，时刻继电器和信号继电器组成。其中，电流互感器和电流继电器共同组成了测量元件，能够用来判定通过线路的电流是否超过标准，予以保证系统的正常运行；时刻继电器作为延时元件，能够通过适当的延时确保系统的有效运行；信号继电器的要紧作用是发出爱护动作信号。

在正常运行时，电流继电器和时刻继电器的触点差不多上断开的，当被爱护区发生故障或电流过大时，电流继电器就会动作，通过其触点启动时刻继电器，通过预定的延时后，时刻继电器的触点闭合，将断路器跳闸线圈接通，与此同时，断路器跳闸，由此切除故障线路，同时启动信号继电器，使得信号牌掉下并接通灯光或音响信号。