Курсовой проект: Проектирование низковольтного комплектного устройства

РПЗ.pdf

Параметры силового трансформатора T1
Номинальная мощность S т.ном кВА
Номинальное напряжение обмотки низшего
напряжения U НН.ном В
Потери короткого замыкания P к кВт
Напряжение короткого замыкания u к %
Длина кабеля КБ1 l 1 м
Длина кабеля КБ1 l 2 м
Длины кабелей от КБ3 до КБ8 l 3 l 8 м
Параметры однофазной нагрузки
Номер варианта схемы однофазной нагрузки
Мощность нагрузки в линиях с 3 по 5
Мощность нагрузки в линиях с 6 по 8
Номинальное напряжение однофазной нагрзуки Uн.ном В
Коэффициент мощности нагрузки
в линиях с 3 по 8 cos φ 3 cos φ 8
Параметры трёхфазной наргрузки M1
Номер варианта схемы управления и защиты
Тип электродвигателя
Номинальное напряжение Uд.ном В
Номинальная мощность Pд.ном кВт
Коэффициент мощности cos φ д
Кратность пускового тока по отношению к
номинальному току k I
2 Параметры силового трансформатора
Номинальный ток фазы обмотки низшего напряжения силового трёхфазного трансформатора
I НН.ном А рассчитывается по формуле:
где S т.ном — номинальная мощность трансформатора В·А; U НН.ном —номинальное
напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора В.
где u к — напряжение короткого замыкания трансформатора %; P к —потери короткого
замыкания трансформатора Вт.
3.1 Трёхфазная нагрузка
Действующее значение тока потребляемого из сети трёхфазным электродвигателем в
номинальном режиме по каждой из фаз I д.ном А определяется по формуле
где I B2 — расчётный ток кабеля КБ2 А; P д.ном — номинальная мощность
электродвигателя Вт; U д.ном — номинальное напряжение электродвигателя В;
д — КПД электродвигателя
(в долях); cos φ д — коэффициент мощности электродвигателя.
Во время пуска ток потребляемый электродвигателем из сети в несколько раз превышает
номинальное значение. Установившееся действующее значение этого тока называется
пусковым током I д.п А и определяется по формуле
где k I — кратность пускового тока по отношению к номинальному току электродвигателя.
значение ударного пускового тока I д.у А
2 2 Iд.п = 1.2 2 158.2 = 268.5 (A)
3.2 Однофазные нагрузки
Расчётное значение тока протекающего по фазному L и нулевому рабочему N проводникам
каждого из кабелей питающих однофазную нагрузку (КБ3–КБ5) I Bi А определяется по
U н.ном — номинальное напряжение однофазной нагрузки В; cos φ — коэффициент
мощности однофазной нагрузки.
4 Определение площади поперечного сечения жил
Выбор площади поперечных сечений жил кабелей проводится из дискретного ряда
значений по таблице 1.3.6 ПУЭ . При этом рекомендуется обеспечить минимальный запас в
% между расчётным I Bi и длительно допустимым токами кабеля I Zi А
3 IВ1 = 1.3 78.5 = 102.0 (A)
3 IВ2 = 1.3 21.1 = 27.4 (A)
3 IВ3 = 1.3 57.4 = 74.6 (A)
I Z I Bi — расчётный ток в i-ом кабеле А.
В соответствии с (1.9) необходимо выбрать такое поперечное сечение жил кабеля КБ1
чтобы его длительно допустимый ток I Z1 А удовлетворял неравенству
Таким образом принимаем:
На основании выбранного поперечного сечения жил кабеля его длины и данных по
удельным сопротивлениям (приложение Б ) проводится расчёт активного r к Ом и
индуктивного x к Ом сопротивлений кабеля соответственно
rк3.4.5 := rуд3.4.5 l3.4.5 = 14.3 (мОм)
xк3.4.5 := xуд3.4.5 l3.4.5 = 0.8 (мОм)
x удi — удельное активное и индуктивное сопротивление i-го кабеля соответственно Омм
(см.приложение Б); l кi —длина i-го кабеля м.
Расчётные токи и параметры кабелей
Расчётный ток кабеля IB A
Расчётный ток кабеля с запасом в 30 % A
Суммарное количество жил кабеля
Количество жил под нагрузкой
Площадь поперечного сечения жил s мм2
Длительно допустимый ток кабеля IZ A
Удельное активное сопротивление rуд мОмм
Удельное индуктивное сопротивление xуд мОмм
Активное сопротивление rк мОм
Индуктивное сопротивление xк мОм
5 Проверка кабелей по допустимому падению
5.1 Номинальный режим работы электроустановки
В номинальном режиме работы электроустановки расчётные падения напряжения в
трёхфазных кабелях КБ1 и КБ2 u кi В определяются только фазными жилами и
рассчитываются по формуле
где I Bi — расчётный ток i-го кабеля А.
= 78.5 26.16 10 + 3.1 10 = 2.1
+ xк2 10 = 21.1 56.8 10 + 1.01 10 = 1.2
для кабелей КБ3– КБ8 питающих однофазную нагрузку расчётные падения напряжения u кi
В в номинальном режиме определяются по формуле
uкi = 2 IВi rкi + xкi
uк3 = 2 IВ3 rк3.4.5 10
+ xк3.4.5 10 = 2 57.4 14.3 10 + 0.817 10 = 1.6 ( В)
Пренебрегая сдвигом фаз между векторами напряжений 1 и 2 относительные значения
падений напряжения на выводах нагрузки в точках 2 3 и 4 определяются как
5.2 Режим пуска электродвигателя
Во время разгона ротора асинхронного электродвигателя до номинальной частоты вращения
из сети потребляется большой пусковой ток I д.п . Этот ток протекает через кабели КБ1 и
КБ2 оказывая на них прежде всего термическое воздействие.Расчётный ток в кабеле КБ1
во время пуска IВ1_п в соответствии с выражением
IВ1_п := Iд.п + IВ3 =
Падение напряжения во время пуска в кабеле КБ1 u к1_п определяется по выражению
uк1_п := IВ1_п rк1 10
+ xк1 10 = 215.6 26.16 10 + 3.1 10 = 5.7
Падение напряжения во время пуска в кабеле КБ2 u к2_п определяется по выражению
uк2_п := Iд.п rк2 10
+ xк2 10 = 158.2 56.8 10 + 1.01 10 = 9.0
Относительное падение напряжения на выводах электродвигателя во время пуска
6 Токи короткого замыкания
6.1 Трёхфазное короткое замыкание
Из-за симметричности цепи действующие значения токов во всех фазах равны в связи с чем
расчёт тока проводят только для одной фазы. Действующие значение установившейся
составляющей линейного тока трёхфазного короткого замыкания в j-ой точке схемы А
определяется по формуле
где j — номер характерной точки в которой произошло короткое замыкание U НН.ном —
номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора В; rΣj xΣj —
соответственно суммы активных и индуктивных сопротивлений одной из фаз цепи
короткого замыкания от источника до точки j Ом рассчитываемые как
rΣj = rт + Σrкj + Σraj
xΣj = xс + xт + Σxкj
где r кj — сумма активных сопротивлений кабелей от трансформатора до точки j Ом;
r аj — сумма активных сопротивлений аппаратов от трансформатора до точки j Ом
(см. приложение Б); x с — индуктивное сопротивление энергосистемы приведённое к
ступени низшего напряжения принимается равным 08 мОм; x кj — сумма индуктивных
сопротивлений кабелей от трансформатора до точки j Ом.
6.2 Однофазное короткое замыкание
В общем случае режим однофазного короткого замыкания возникает при соединении между
собой одной из фаз с нулевым проводником (с нулевым рабочим проводником N c нулевым
защитным проводником PE или с проводником PEN).
С учётом допущений формула расчета однофазное короткого замыкания принимает
следующий упрощённый расчётный вид
( rΣj + Σrкj + Σraj_н.п) 2 + ( xΣj xс + Σxкj) 2
где Σraj_н.п — сумма активных сопротивление коммутационных аппаратов разрывающих
6.2 Короткое замыкание в точке 0
Предварительное значение номинального тока QF10 определяется по номинальному току
трансформатора I НН.ном с округлением в большую сторону (см. приложение Б)
Ближайшее стандартное значение номинального тока по табл. Б.2. составляет 630 А
Установившееся действующее значение тока трёхфазного короткого замыкания в точке 0
6.5 Короткое замыкание в точке 1
Трёхфазное короткое замыкание.
Предварительное значение номинального тока QF11 определяется по длительно
допустимому току кабеля I.z1 с округлением в большую сторону (см. приложение Б)
Ближайшее стандартное значение номинального тока по табл. Б.2. составляет 160 А
В первом приближении можно принять сопротивление QS1 равным сопротивлению
автоматического выключателя QF11
Суммы активных и индуктивных сопротивлений фазы цепи короткого замыкания от источника
rΣ1 = rΣ0 + rQF11 + rк1 + rQS1 =
0 + 0.42 + 26.16 + 0.42 = 33.0
Для рассматриваемого случая трёхфазного короткого замыкания в точке 1 формула
принимает следующий вид
Однофазное короткое замыкание.
В точке 1 возможно замыкание между собой фазного проводника L и PEN-проводника.
формула для случая однофазного короткого замыкания в точке 1 принимает следующий
( rΣ1 + rк1) + ( xΣ1 xс + xк1)
( 33.0 + 26.16) + ( 20.9 0.8 + 3.1)
6.6 Короткое замыкание в точке 2
Предварительное значение номинального тока QF1 определяется по номинальному току
двигателя I.В2 с округлением в большую сторону (см. приложение Б)
Ближайшее стандартное значение номинального тока по табл. Б.2. составляет 25 А
В первом приближении можно принять сопротивление контактора равным сопротивлению
автоматического выключателя QF1
Суммы активных и индуктивных сопротивлений фазы цепи короткого замыкания от
источника до точки 2
rΣ2 = rΣ1 + rQF1 + rк2 + rКМ1 =
0 + 5 + 56.8 + 5 = 99.8
9 + 1.01 = 21.9 (мОм)
Для рассматриваемого случая трёхфазного короткого замыкания в точке 2 формула
В точке 2 возможно замыкание между собой фазного проводника L и PE-проводника.
формула для случая однофазного короткого замыкания в точке 2 принимает следующий
( rΣ2 + rк1 + rк2) 2 + ( xΣ2 xс + xк1 + xк2) 2
( 99.8 + 26.16 + 56.8) + ( 21.9 0.8 + 3.1 + 1.01)
6.7 Короткое замыкание в точке 3
Предварительное значение номинального тока QF2 определяется по длительно допустимому
току кабеля I.z3 с округлением в меньшую сторону (см. приложение Б)
Ближайшее стандартное значение номинального тока по табл. Б.2. составляет 63 А
В первом приближении можно принять сопротивление FD2 равным сопротивлению
автоматического выключателя QF2
rΣ3 = rΣ1 + rQF2 + rк3 + rFD2 =
0 + 1.2 + 14.3 + 1.2 = 49.7
9 + 0.817 = 21.7 (мОм)
rа3_н.п := rFD2 + rQF2 =
( rΣ3 + rк1 + rк3) 2 + ( xΣ3 xс + xк1 + xк2) 2
( 49.7 + 26.16 + 14.3) + ( 21.7 0.8 + 3.1 + 1.01)
ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
1 Автоматические выключатели в линиях с однофазной
Расч. ток нагр. I B3 А
ток кабеля КБ3 I Z3 А
Предварительный выбор аппарата
Род тока главной цепи
напряжение U e.QF2 В
U e.QF2 ) I cs.QF2 кА
Макс. знач. диап. токов
Номинальный ток I n.QF2 А
Вывод: модульный автоматический выключатель S201-C80NA
полностью удовлетворяет всем критериям.
На рисунке 2.1. изображен автоматический выключаьтель S201-C80NA
2 Устройства дифференциальной защиты в линиях с
однофазной нагрузкой FD2-FD4
Тип по рабочей хар-ке
напряжение U e.FD2 В
Номинальный ток I n.FD2 А
Вывод: модульный ВДТ F202 A-80003
На рисунке 2.2. изображен модульный ВДТ F202 A-80003
3 Автоматический выключатель для защиты
электродвигателя QF1
Ном. фазное напр. cети
электродвигателя I д.п
Длительно доп. ток I Z2
напряжение U e.QF1 В
U НН.ном ) I cs.QF1 кА
Уставка тока срабатывания
расцепителя мгновенного
Ном. рабочий ток I e.QF1 А
срабатывания I r.QF1 А
(Диапазон уставок I r.min –
Вывод: автоматический выключатель для защиты электродвигателя MS165-25
MS165-25 т.к меньшие не обеспечивают
бесперебойный запуск двигателя
(из карты селек тивности)
На рисунке 2.3. изображен автоматический выключатель для защиты
электродвигателя MS165-25
4 Электромагнитный контактор KM1
AF30-30-00-13 + CA4-10
напряжение U e.KM1 В
Ном. рабочий ток для
Ie.KM1_AC3 А (при напр.
ток для категории. прим.
Частота напр. питания
Ном. частота питания
катушки управления U c
Вспомогательная цепь
замыкающих контактов
соответствии со схемой
контактор вспомогат.
Вывод: электромагнитный контактор
AF30-30-00-13 с дополнительным контактным блоком CA4-10 полностью
удовлетворяет всем необходимым критериям
На рисунке 2.4. изображен электромагнитный контактор AF30-30-00-13
с дополнительным контактным блоком CA4-10
5 Плавкий предохранитель FU1
Ток однофазного КЗ в
при удержании I к.у мА
при срабатывании I к.с.
пл. вст. DF2CA001+ держ. E9132
способность I cn.FU1 кА
Ном. ток плавкой вставки
Держатель плавкого предохранителя
Держатель с функцией
Вывод: плавкая вставка типа aM Schneider Electric DF2CA001 10 ×38 мм и
держатель предохранителя с функцией разъединителя ABB E9132 полностью
удовлетворяют всем необходимым критериям.
На рисунке 2.5. изображено : плавкая вставка типа aM Schneider Electric DF2CA001 10 ×38 мм и
держатель предохранителя с функцией разъединителя ABB E9132
6 Кнопки в цепи управления электродвигателем SB1 SB2
MP1-10G + МСВН-00 + MCB-10
ток I e (при напряжении
Вывод: кнопка MP1-10G + монтажная колодка МСВН-00 с
контактным блоком MCB-10 удовлетворяет всем критериям
На рисунке 2.6.(а) изображено : кнопка MP1-10G + монтажная колодка МСВН-00 с
контактным блоком MCB-10
MP1-10R + МСВН-00 + MCB-01
Вывод: кнопка MP1-10R + монтажная колодка МСВН-00 с
контактным блоком MCB-01 удовлетворяет всем критериям
На рисунке 2.6. (б) изображено : кнопка MP1-10R + монтажная колодка МСВН-00 с
контактным блоком MCB-01
7 Выключатель-разъединитель QS1
Доп. время протекания тока КЗ
Номинальный 1секундный
по кат. AC–23А Ie.QS1_AC-23
при напр. U НН.ном А
Доп. время протекания
Вывод: выключатель-разъединитель OT100F3
полностью удовлетворяет всем необходимым критериям.
На рисунке 2.7. изображен выключатель-разъединитель OT100F3
8 Критерии выбора автоматического выключателя QF11
XT2N 160 Ekip LSI In=160A 3p F F
Автоматический выключатель XT2N 160 3P
напряжение U e.QF11 В
Ном. длительный ток авт.
U НН.ном ) I cs.QF11 кА
Электронный расцепитель Ekip LSI с номинал. током I n = 160 А
Длительно допустимый
ток кабеля КБ1 I Z1 А
Функция L: уставка I 1 А
Диапазон: (04–1)·I n
Функция S: уставка I 2 к А
Диапазон: (1–10)·I n
Функция S: уставка t 2 c
Значения: 01 или 02 с
Вывод: Автоматический выключатель XT2N 160 3P с электронным расцепителем
Ekip LSI In = 160 А полностью удовлетворяет всем критериям
Наcтройки расцепителя:
L: I 1 = 0.72·I n = 115.2 А; t 1 = 12 c ;
S: I 2 = 4.5·I n = 720 А; t 2 = 01 c;
Уставка t1: время отключения при I=I1
На рисунке 2.8. изображен Автоматический выключатель XT2N 160 3P с электронным
расцепителем Ekip LSI In = 160 А
9 Критерии выбора автоматического выключателя QF10
Автоматический выключатель
Зачастую автоматические выключатели в литом корпусе имеют встроенную
самозащиту которая устанавливает токовый предел I io действия функции S.
Автоматические выключатели в литом корпусе обычно являются токоограничивающими и
значение I io соответствует началу электродинамического отброса контактов который
выполняет функцию расцепителя сверхмгновенного действия 40 . Значение тока I io зависит
от типоразмера выключателя и приводится в технических каталогах. Например у
автоматических выключателей фирмы ABB значение I io может быть получено из
времятоковой характеристики расцепителя (см. приложение Д).
Если IКЗ0_3ф > I io.QF10 то между QF10 и QF11 можно обеспечить только
энергетическую селективность.
Через QF10 и QF11 протекают токи одинакового значения превышающего I io то контакты
аппарата меньшего типоразмера из даннойпары размыкаются быстрее за счёт разницы в
систем.(см.приложение E).
Для обеспечения нужно:
) Отключенная функция I у QF11
Так же пердельный ток селективности Is>IКЗ0_3ф.
Электронный расцепитель
IКЗ0_3ф I io.QF10 то между QF10 и QF11 можно обеспечить временную селективность.
Для этого необходимо задать задержку времени расцепления t sd в расцепителе
автоматического выключателя QF10 выше аналогичной уставки у QF11 с минимальным
запасом в 50 мс с учётом погрешности времени расцепления. Уставку I sd необходимо
задать меньше тока IКЗ0_3ф.
Защита трансформатора от перегрузки а также длительное пропускание
номинального тока обмотки низшего напряжения трансформатора I НН.ном . Для этого
необходимо наличие у электронного расцепителя функции L.
На пересечении полученной строки и столбца располагается буква «T» означающая
что предельный ток энергетической селективности определяется меньшим значением
номинальной предельной наибольшей отключающей способности I cu данной пары
I s = m I cu.QF11 ) = 36 кА
T5N 630 PR221DS In=630A 3p F F
Автоматический выключатель T5N 630 3p
Ток самозащиты I io кА
Расцепитель PR221DS I n = 630А
Функц. L: уставка I 1 А
трансформат. I НН.ном
Необходимым условиям удовлетворяет автоматический выключатель
T5N 630 3P с электронным расцепителем PR221DS In=630
L: I 1 = 088·I n = 544; t 1 = 12 c;
S: I 2 = 45·I n = 2835 А; t 2 = 01 c;
На рисунке 2.9. изображен автоматический выключатель T5N 630 3P
с электронным расцепителем PR221DS In=630
КОНСТРУКТОРСКАЯ ПРОРАБОТКА
Для обеспечения перехода на разные сечения проводников был выбран кросс-модуль
По всем параметрам оптимальный вариант НКУ: SRN6625K от компании ABB
rк3.4.5 := rк3.4.5 float 3

princ_shema_kur.dwg

Сборные шины 3PEN ~50 Гц 230400в
Низковольтное комплектное устройство
Схема электрическая
(кол-во жил)х(сечение)
Аппараты в соединяющих линиях:
От КТП КБ1 ВВГнг 4х10 40м
Расчетная мощность Pв=47 кВт Расчетный ток Iв=78.5 А

НКУ_общий_вид_3.dwg

SRN5320K 600×600×250 шкаф
M3516.P винтовые клеммные колодки (заземляющие)
X1 BRT125A кросс-модуль
шпилька M6 для крепления пан.
MP1-10G кнопка "пуск"
MCBH-00 монтажная колодка
QF1 MS165–25 авт. выключатель для электродвигателя
QS1 OT100F3 выключатель-разъединитель
PE-проводник для заземления дверцы щкафа
MP1-10R кнопка "стоп"
MCBH-00 монтажная колодка
MCB-10 контактный блок с 1 НЗ контактом
саморез для крепления DIN-рейки
PE-проводник для заземления монтажной панели
M46 клеммные колодки с винтовыми зажимами (проходные)
M46.P клеммная колодка с винтовыми зажимами (заземл.)
CGS-M25 кабельный ввод
CGS–M25 кабельный вывод
M1612 клеммные колодки с винтовыми зажимами (проходные)
M1612.P клеммные колодки с винтовыми зажимами (заземл.)
шпилька M6 для заземления шкафа
S201-C80NA модульный автоматический выключатель
FU1 E9132 предохранитель-разъединитель
Низковольтное комплектное устройство
M3516 винтовые клеммные колодки (проходные)
MCB-10 контактный блок с 1 НО контактом
CGS-M20 кабельный вывод
AF30-30-00-13 контактор
CA4-10 НО вспомогательный блок