Низковольтное комплектное устройство (НКУ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТОВ

«Низковольтное комплектное устройство (НКУ)»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу:

«Электрические и электронные аппараты»

Выполнил: Пиканин В.М.

Группа ЭЛ-01-11

Москва 2013

Оглавление

• Исходные данные к курсовому проекту
• 1. Предварительный расчет
• 1.1 Расчет параметров трансформатора
• 1.2 Расчет параметров двигателя
• 1.3 Выбор кабелей
• 1.4 Расчет токов КЗ
• 2. Выбор аппаратов защиты и управления по промышленным каталогам ABB
• 2.1 Список аппаратов, необходимых для выполнения КП
• 2.1.1 Выбор автоматического выключателя QF2-4
• 2.1.2 Выбор УЗО FD2-4
• 2.1.3 Выбор автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем (QF1)
• 2.1.4 Выбор контактора(КМ) и теплового реле (КК)
• 2.1.5 Выбор автоматического выключателя QF
• 2.1.6 Выбор выключателя нагрузки QS0
• 2.1.7 Выбор автоматического выключателя QF11
• 2.1.8 Выбор автоматического выключателя QF10
• 2.1.9 Выбор кнопок управления SB1, SB2
• 3. Выбор клемников
• 3.1 Выбор клемников соединяющих QF2-QF4 с нагрузкой
• 3.2 Выбор клемников соединяющих FD2-FD4 с нагрузкой
• 3.3 Выбор клемников соединяющих контактор с двигателем и РЕ провод двигателя
• 3.4 Выбор распределительного блока
• 4. Выбор корпуса НКУ и комплектующих
• 5.Чертеж полной однолинейной схемы с указанием точек КЗ и выбранных электрических аппаратов
• 6. Времятоковая характеристика аппаратов защиты
• 7. Заказная спецификация
• Выводы по работе
• Исходные данные к курсовому проекту
• Общая радиальная схема электроснабжения
• Номер схемы защиты и управления АД: 1
• Номер варианта схемы нагрузки: 3
• Рис.1
• Данные для предварительных расчётов

Мощность питающего трансформатора, S, кВА	250
Номинальное линейное напряжение, Uном.л, кВ	0,4
Потери в меди, Pcu, кВт	4,1
Напряжение КЗ,Uк %	4,5
Длины соединительных кабелей, м	l0	70
	l1	40
	l2-l7	25
№ двигателя	1+17=18
Номер схемы защиты и управления АД	1
Номер варианта схемы нагрузки	3
Номинальные токи нагрузки I2-I4, A	19
Номинальные токи нагрузки I5-I7, A	-

№ двигателя	18
Мощность двигателя, кВт	11
Тип	A132M2
КПД, %	88
cos f	0,88
Кратность пускового тока	7,5

• 1. Предварительный расчет
• 1.1 Расчет параметров трансформатора
• 1) Полное сопротивление трансформатора Z_тр:
• 2)Номинальный ток трансформатора I_ном.тр:
• 3)Активное сопротивление трансформатора:
• 4)Реактивное сопротивление трансформатора находится из формулы полного сопротивления:

• 5)Ток короткого замыкания на зажимах трансформатора I_кз.тр:
• ;
• 1.2 Расчет параметров двигателя
• 1)Номинальный ток двигателя:
• 2) Пусковой ток двигателя:
• I_п.дв. = 7,5•21 = 154 А
• 3) Ударно-пусковой ток двигателя:
• 1.3 Выбор кабелей
• Суммарный ток в кабеле L₀:
• I₀ = I₂ + I₃ + I₄ + I_ном.дв. = 19 + 19 + 19 + 21 = 78 А
• При выборе кабеля воспользуемся таблицей 1.3.6 ПУЭ
• Берем значение длительно-допустимого тока с запасом 25-30% относительно полученных токов в кабелях:
• Таблица 1.

Токи в кабелях	Сечения кабеля	Длит. допустимые токи
I2= 19 А	3 х 2,5 мм2	Iдл.доп.2= 25 А
I3= 19 А	3 х 2,5 мм2	Iдл.доп.3= 25 А
I4= 19 А	3 х 2,5 мм2	Iдл.доп.4= 25 А
Iном.дв.= 21 А	3 х 4 мм2 (фазы) 1 х 4 мм2 (нейтраль)	Iдл.доп.1= 35 А
I0= 78 А	3 х 25 мм2 (фазы) 1 х 25 мм2 (нейтраль)	Iдл.доп.0= 95 А

• Таблица 2.

Удельные сопротивления
rуд	Ом
При - 2,5мм2	9,18
При - 4 мм2	5,75
При - 25мм2	0,916

• 1.4 Расчет токов К.З.
• Для расчета тока К.З. предварительно посчитаем сопротивление кабелей:
•  мОм
• мОм
• мОм
• мОм
• Таблица 3.

Удельные сопротивления
xуд	Ом
При - 2,5мм2	0,097
При - 4 мм2	0,091
При - 25мм2	0,076

• мОм
• мОм
• мОм
• мОм
• мОм
• мОм
• Рассчитаем короткие замыкания в точках 1-3 (рис.1)
• В точке 0
• Таблица 4.

Сопротивление аппаратов:
rаQF10	13*10-6 Ом

• r_кз0=r_c+r_т+r_аQF10=0,1*10^-3+0, 01+13*10^-6=0,011 Ом
• x_кз0=x_c+x_т=0,6*10^-3+0,027=0,027 Ом
• В точке 1
• r_кз1=r_кз0+r_аQF11+r_аQS0+r_k0=0,011+1.3*10^-3+1,3*10^-3+161,7*10^-3=0,175 Ом
• Таблица 5.

Сопротивление аппаратов:
rаQF11	1.3*10-3 Ом
rаQS0	1.3*10-3 Ом

• x_кз1=x_кз0+x_к0=0,027+5,6*10^-3=0,033 Ом
• В точке 2
• r_кз2=r_кз0+ r_кз1+r_аQF1+r_к1=0,011+0,175+6,4*10^-3+230*10^-3=0,422 Ом
• Таблица 6.

Сопротивления:
rаQF1=	6.4*10-4 Ом
r0T =	rT
x0T =	xT
rн.п1 =	rк1
xн.п1 =	xк1

• x_кз2=x_кз0 +x_кз1+x_к1=0,027+0,033+3,64*10^-3=0,064 Ом
• r₂=r_0Т+ r_к1+3*(r_н.п1) = 0,01+230*10^-3+3*(230*10^-3)=0,93 Ом
• x₂=x_0Т+ x_к1+3*(x_н.п1) = 0,027+3,64*10^-3+3*(3,64*10^-3)=0,041 Ом
• В точке 3
• r_кз3=r_кз0+ r_кз1+ r_кз2+r_аQF+ r_аFD+r_к2=0,011+0,0175+0,422+7,3*10^-3+7,3*10^-3+229,5*10^-3=0,852 Ом
• Таблица 7.

Сопротивления:
rаQF	7.3*10-3 Ом
rаFD	7.3*10-3 Ом
rн.п234	rк2
rн.п234	rк2

• x_кз3=x_кз0 + x_кз1+x_кз2+x_к2=0,027+0,033+0,064+2,425*10^-3=0,127 Ом
• r₃=r_0Т+ r_к2+3*(r_н.п234) = 0,01+229,5*10^-3+3*(229,5*10^-3)=0,928 Ом
• x₃=x_0Т+ x_к2+3*(x_н.п234) =0,027+2,425*10^-3+3*(2,425*10^-3)=0,037 Ом
• 2. Выбор аппаратов защиты и управления осуществляется по промышленным каталогам ABB
• 2.1 Список аппаратов, необходимых для реализации проекта
• o Для схемы управления двигателем: автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем для защиты двигателя от перегрузки КЗ (QF1), контактор (KM), тепловое реле (КК), автоматический выключатель в цепь управления QF, кнопки SB1 и SB2
• o Для силовой части схемы: автоматический выключатель для защиты трансформатора(QF10), автоматический выключатель для защиты линии(QF11), выключатель нагрузки (QS0), автоматические выключатели (QF2,QF3,QF4), УЗО (FD2,FD3,FD4).

2.1.1 Выбор автоматического выключателя QF2-QF4

а) род тока силовой цепи: АС

б) номинальное напряжение выключателя: (Uном.выкл > Uном.нагр = 220В)

в) число главных контактов: 1

г) тип расцепителя: с защитой в зоне токов КЗ и перегрузки

д) номинальный ток выключателя (Iном.выкл. > Iном.нагр = 19А);

е) ток уставки мгновенного срабатывания Iсраб (I_сраб < I_кз3 ⁽¹⁾ = 262А)

ж) отключающая способность выключателя (I_cs > I_кз3 ⁽³⁾ = 268А)

Таблица 8.

Сеть
Ном. напряжение, Uном.нагр	220В
Число полюсов	2
Ном. ток нагрузки, Iном.нагр	19А
Длит. доп. ток кабеля	25А
	262А 268А

Таблица 9.

Аппарат
Ном.напряжение, Uном.выкл	230В
Число полюсов	2
Ном. ток, Iном.выкл.	20А
Iсраб.=(5-10)*Iн	(100-200)А
Откл. способность, Iсs	7,5 кА

Согласно каталогу ABB (System pro M compact) для своего проекта выбираю автоматический выключатель АВВ S202-C-20

2.1.2 Выбор УЗО FD2-FD4

а) род тока силовой цепи: АС

б) номинальное напряжение выключателя: (Uном.выкл > Uном.нагр = 220В)

в) число главных контактов: 2

г) тип расцепителя: от токов утечки

д) номинальный ток выключателя (Iном.выкл. > Iном.нагр = 19А);

е) отключающая способность выключателя (I_nc > I_кз3.1⁽³⁾ = 268А)

ж) Ток утечки Id=30мА

Таблица 10.

Сеть
Ном.напряжение, Uном.нагр	220В
Число полюсов	2
Ном. ток нагрузки, Iном.нагр	19А
Ток утечки, Id	30 мА

Таблица 11.

Аппарат
Ном.напряжение, Uном.выкл	230В
Число полюсов	2
Ном. ток, Iном.выкл	25А
Ном.отключ. способность по току утечки на землю, Im	1 кА
Ток утечки, Id	30 мА

Согласно каталогу ABB (System pro M compact) для своего проекта выбираю УЗО ABB F202 AC-C25/0.03

2.1.3 Выбор автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем (QF1)

а) род тока силовой цепи: АС

б) номинальное напряжение выключателя: (Uном.выкл > Uном.дв = 380В)

в) число главных контактов: 3

г) тип расцепителя: с защитой в зоне токов КЗ

д) номинальный ток выключателя (Iном.выкл. > Iном.дв = 21А);

е) ток уставки мгновенного срабатывания Iсраб (I_сраб<I_кз2⁽¹⁾ = 389А)

ж) отключающая способность выключателя (I_cs>I_кз2⁽³⁾ = 541А)

з) соблюдение условия Iуд.п=283А < I_сраб

Таблица 12.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном.выкл	0,4 кВ
Число полюсов	3
Ном. ток, Iном.выкл	25А
Iсраб.	312,5 А
Отключающая способность, Iсs	10 кА

Таблица 13.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.дв	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток нагрузки, Iном.дв	21А
Длит. доп. ток кабеля	35А
	389А 541А
Iуд.п	283 А

Согласно каталогу ABB (Motor protection and control) для своего проекта выбираю автоматический выключатель ABB MO132-25

2.1.4 Выбор контактора (КМ) и теплового реле

а) род тока силовой цепи: AC

б) номинальному напряжению: (Uном.кк > Uном.дв = 380В)

в) число главных контактов контактора: 3

г) категория применения контактора: АС3

д) номинальный рабочий ток контактора(Iном.кк > Iном.дв = 21А)

ж) проверка условия (Iп.дв = 154А < Iоткл)

Таблица 13.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.дв	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток двигателя, Iном.дв	21А
Пусковой ток двигателя, Iп.дв	154А

Таблица 14.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном.кк	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток, Iном.кк	26А
Iоткл=6*In	156А

Согласно каталогу ABB (Motor protection and control) для своего КП выбираю контактор ABB A26-30-10 230

Также опираясь на вышеназванный каталог ABB подберу тепловое реле по таблице доп. принадлежностей для контактора А 26-30-10 230:

К выбранному контактору подходит реле TA 25 DU с параметрами:

I_ном = 18..25 А (ном. ток двигателя 21А)

(Уставка реле должна соответствовать номинальному току двигателя, а срабатывание происходит при I_сраб = 1,2 * I_ном = 21,6..30 А)

Для проекта выбираю тепловое реле ABB TA 25 DU 25

2.1.5 Выбор автоматического выключателя QF

В качестве аппарата защиты в цепи управления выбираем автоматический выключатель.

Необходимые характеристики:

а) род тока АС

б) номинальное напряжение, В (Uном.выкл > Uном.у = 220В)

в) номинальный ток выключателя, А (Iном.выкл > Iном.у = 0.54А)

г) число главных контактов =1

P_втяг = 120ВА_. - мощность катушки контактора при втягивании; U_ном = 220В - номинальное напряжение. I_ном.у = 0,5 А - номинальный ток в цепи управления, определяемый мощностью катушки контактора

I_сs = 7,5кА

Таблица 15.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.у	220 В
Число полюсов	1
Ном. ток, Iном.у	0,54 А

Таблица 16.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном.выкл	230 В
Число полюсов	1
Ном. ток, Iном.выкл	1 А
Iсраб=(5-10)*Iн	(5-10)А
Отключающая способность, Iсs	7,5кА

Согласно каталогу ABB (System pro M compact) для своего проекта выбираю автоматический выключатель АВВ S 201-C1

2.1.6 Выбор выключателя нагрузки QS0

Необходимые характеристики:

а) род тока АС

б) категория применения АС-22

в) номинальное напряжение, В (U_{ном.выкл} > U_ном.т1 = 380 В)

г) номинальный ток, А (I_{ном.выкл.} > I_ном.т1 = 78 А)

д) число главных контактов = 3

Таблица 17.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.т1	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток в точке 1, Iном.т1	78А

Таблица 18.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.выкл	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток, Iном.выкл	80А

Согласно каталогу ABB(Quick selection tool) для своего проекта выбираю выключатель нагрузки ABB ОТ 80 F3

2.1.7 Выбор автоматического выключателя QF11

Необходимые характеристики:

а) род тока силовой цепи: АС

б) номинальное напряжение выключателя: (U_{ном.выкл} > U_ном.т1 = 380 В)

в) число главных контактов: 3

г) тип расцепителя: с защитой в зоне токов КЗ и перегрузки

д) номинальный ток выключателя (I_{ном.выкл.} > I_ном.т1 = 78 А)

е) ток уставки мгновенного срабатывания Iсраб (I_сраб < I_кз1⁽³⁾ = 1,3кА < I_кз0⁽³⁾ = 8кА )

ж) отключающая способность выключателя (I_cs > I_кз1⁽³⁾ = 1,3кА)

Таблица 19.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.т1	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток в точке, Iном.т1	78 А
Длит. доп. ток кабеля	95 А
	1,3кА 8кА

Таблица 20.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном.выкл	400 В
Число полюсов	3
Ном. ток, Iном.выкл	80 А
Iсраб.=14*Iн	(800-1120)А
Отключающая способность, Iсs	18 кА

Согласно каталогу ABB (System pro M compact) для своего проекта выбираю автоматический выключатель АВВ S803C-K80

2.1.8 Выбор автоматического выключателя QF10

Необходимые характеристики:

а) род тока силовой цепи: АС

б) номинальное напряжение выключателя: (Uном.выкл > Uном.нагр = 380В)

в) число главных контактов: 3

г) тип расцепителя: с защитой в зоне токов КЗ (С задержкой во времени) и перегрузки

д) номинальный ток выключателя (Iном.выкл. > Iном.тр = 361А);

е) ток уставки мгновенного срабатывания (I_сраб < I_кз.0⁽³⁾ = 8кА < I_кз.тр⁽³⁾ = 8кА)

ж) отключающая способность выключателя (I_cs > I_кз.⁽³⁾ = 8кА)

Таблица 21.

Сеть
Номинальное напряжение, Uном.нагр	380 В
Число полюсов	3
Ном. ток в точке, Iном.тр	361 А
	8 кА 8 кА

Таблица 22.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном.выкл	400 В
Число полюсов	3
Ном. ток, Iном.выкл	400 А
Iсраб.= 10*Iн	4000 А +/- 400 А
Отключающая способность, Iсs=100%Icn	36 кА

К аппарату дополнительно выбираю электронный расцепитель PR221DS-LS\I:

Функция L защищает от перегрузок (ток I1=0.4*In…1*In, I1=400 A).

Функция S защиты с задержкой по времени (Защита от короткого замыкания с обратнозависимой кратковременной задержкой), в диапазоне срабатывания (1..10*I_n=I₂ с шагом 0.5) : I₂=4000А с погрешностью 10 % и задержкой по времени 0,1с.

Согласно каталогу ABB (Tmax) для своего проекта выбираю автоматический выключатель АВВ Tmax T5N

2.1.9 Выбор кнопок управления SB1, SB2

Требования:

а) номинальному напряжению = 220 В

б) номинальному току = 0,54 А

в) назначение - коммутация и размыкание цепи управления двигателем.

Согласно каталогу ABB (Светосигнальная аппаратура) для своего проекта выбираю выбираю:

o Кнопка «ПУСК» - ABB тип CP1-30G-10 с одним н.о. контактом (зелёный цвет)

o Кнопка «СТОП» - ABB тип CP1-30R-01 с одним н.з. контактом (красный цвет)

Обе кнопки рассчитаны на номинальный ток 5А и напряжение 220 В

трансформатор двигатель ток низковольтный

3. Выбор клеммников. Производится согласно каталогу ABB (Клеммные соединения)

3.1 Выбор клеммников, соединяющих QF2-QF4 с нагрузкой

Требования:

а) S = 2,5 мм²

б) I =19А

Выбор:

o Для L- ZS4 (1шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для N- ZS4 (BLUE) (1шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для PE- ZS4-PE (1шт) Заземляющие клеммы с винтовым зажимом

Ширина клеммы 5.2мм

Номинальное поперечное сечение 4 мм²

3.2 Выбор клеммников, соединяющих FD2-FD4 с нагрузкой

Требования:

а) S = 2,5 мм²

б) I =19А

Выбор:

o Для L-ZS4 (1шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для N-ZS4-BL (1шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для PE-ZS4-PE (1шт) Заземляющие клеммы с винтовым зажимом

Ширина клеммы 5.2мм

Номинальное поперечное сечение 4 мм²

3.3 Выбор клеммников, соединяющих контактор с двигателем и РЕ провод двигателя

Требования:

а) S = 4 мм²

б) I = 21 А

Выбор:

o Для фаз - ZS4 (3шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для PE - ZS4-PE (1шт) Заземляющие клеммы с винтовым зажимом

Ширина клеммы 5.2 мм

Номинальное поперечное сечение 4 мм²

3.4 Выбор распределительного блока

Для упрощения соединения и разводки электрических кабелей внутри корпуса НКУ, согласно каталогу ABB (Клеммные соединения) выбираю распределительный блок ABB BRT 125 (ном. ток 125А)

4. Выбор корпуса НКУ и комплектующих

Согласно каталогу ABB (Электрические распределительные системы) выбираю корпус ABB 2/00B

Шкаф серии B (IP43)

Характеристики:

· Номинальный ток In = 250 A

· Корпус шкафа изготовлен из листовой стали 1мм

· Порошковое покрытие, цвет RAL 9016

· Подготовлен для установки стандартных панелей и монтажных плат

· из оцинкованной листовой стали

· Двустворчатые двери для шкафов, имеющих 3 и более панелей в ширину

· Угол открытия двери 130 градусов

· Замок ZB 113 в стандартном комплекте

· Габариты: ВхШхГ, мм (500х550х215) При выборе руководствуюсь тем, что габариты самого большого устройства в моем НКУ, а именно контактора ABB А 26-30-10 следующие: ВхШхГ, мм (147х54х110). Отсюда можно сделать вывод, что шкаф глубиной более чем 215мм выбирать не рационально.

5. Полная однолинейная схема

Рис.2

6. Времятоковые характеристики аппаратов защиты

Рис.3

7. Заказная спецификация

№	Наименование и технические характеристики	Код оборудования, изделия, материала	Изготовитель	Единица измерения	Количество	Примечание
1	Оборудование					Разм. В х Ш х Г
1.1	Автоматический выключатель S 201-C-25	2CDS 251 001 R0204	ABB	шт.	3	85х17,5х68
1.2	Устройство защитного отключения F202 AC-25/0,03	2CSF202001R3250	ABB	шт.	3	85х35х68
1.3	Автоматический выключатель MO132-25	1SAM360000R1014	ABB	шт.	1	98х55х85
1.4	Контактор A 26-30-10 230	1SBL241001R8010	ABB	шт.	1	147х54х110
1.5	Тепловое реле TA 25 DU 25	1SAZ 21 1201 R1051	ABB	шт.	1	См. выше
1.6	Автоматический выключатель S 201-C-1	2CDS 251 001R0014	ABB	шт.	1	85х17,5х68
1.7	Выключатель нагрузки OT 80 F3	1SCA105798R1001	ABB	шт.	1	91х84,5х52,5
1.8	Автоматический выключатель S 803C-K80	2CCS883001R0627	ABB	шт.	1	95х79,5х82,5
1.9	Автоматический выключатель Tmax T5 N 400	054437	ABB	шт.	1	205х139,5х139
1.10	Электронный расцепитель PR221DS-LS/I	054317	ABB	шт.	1
2	Материалы
2.1	Клеммный блок ZS4	1 SNK 505 010 R0000	ABB	шт.	6
2.2	Клеммный блок ZS4 (BLUE)	1 SNK 505 020 R0000	ABB	шт.	3
2.3	Клеммный блок ZS4-PE	1 SNK 505 150 R0000	ABB	шт.	4
2.4	Распределительный блок BRT 125	1SNA 179 535 R2300	ABB	шт.	1
2.5	Кнопка CP1-30G-10	1 CFA 619 100R3012	АВВ	шт.	1
2.6	Кнопка CP1-30R-01	1 CFA 619 100R3041	АВВ	шт.	1	85х45 (ДлхВ)
2.7	Корпус НКУ 2/00B	2CP X036371R9999	АВВ	шт.	1
2.8	Рейка DIN3-TH35x15	1SNA 168 500 R1200	АВВ	м.	2

Выводы по работе

В данном курсовом проекте мною было разработано низковольтное комплектное устройство (НКУ) для распределения электроэнергии, защиты и управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Курсовой проект разрабатывался с целью обучения навыкам в области проектирования, использования и выбора для НКУ электрических аппаратов различных фирм-производителей (мною было использовано оборудование компании АВВ).

На начальном этапе работы были выполнены все необходимые расчёты, после чего выбраны аппараты защиты и управления. Проверка правильности выбора аппаратов защиты осуществлялась по их времятоковым характеристикам (селективность выполняется). Далее был подобран корпус НКУ, исходя из количества и габаритов устройств, а так же выбраны клеммы с учётом сечения кабелей.

Размещено на Allbest.ru