Низковольтное комплектное устройство (НКУ)

 

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, кВА250Номинальное линейное напряжение, Uном.л, кВ0,4Потери в меди, Pcu, кВт4,1Напряжение КЗ,Uк %4,5Длины соединительных кабелей, мl070l140l2-l725№ двигателя1+17=18Номер схемы защиты и управления АД1Номер варианта схемы нагрузки3Номинальные токи нагрузки I2-I4, A19Номинальные токи нагрузки I5-I7, A-

№ двигателя18Мощность двигателя, кВт11ТипA132M2КПД, %88cos f0,88Кратность пускового тока7,5

1. Предварительный расчет

.1 Расчет параметров трансформатора

) Полное сопротивление трансформатора Zтр:

)Номинальный ток трансформатора Iном.тр:

3)Активное сопротивление трансформатора:

)Реактивное сопротивление трансформатора находится из формулы полного сопротивления:

)Ток короткого замыкания на зажимах трансформатора Iкз.тр:

;

.2 Расчет параметров двигателя

)Номинальный ток двигателя:

2) Пусковой ток двигателя:

Iп.дв. = 7,5?21 = 154 А

) Ударно-пусковой ток двигателя:

1.3 Выбор кабелей

Суммарный ток в кабеле L0:

I0 = I2 + I3 + I4 + Iном.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 кабеляхСечения кабеляДлит. допустимые токиI2= 19 А3 х 2,5 мм2Iдл.доп.2= 25 АI3= 19 А3 х 2,5 мм2Iдл.доп.3= 25 АI4= 19 А3 х 2,5 мм2Iдл.доп.4= 25 АIном.дв.= 21 А3 х 4 мм2 (фазы) 1 х 4 мм2 (нейтраль)Iдл.доп.1= 35 АI0= 78 А3 х 25 мм2 (фазы) 1 х 25 мм2 (нейтраль)Iдл.доп.0= 95 А

Таблица 2.

Удельные сопротивленияrудОмПри - 2,5мм29,18 При - 4 мм25,75 При - 25мм20,916

.4 Расчет токов К.З.

Для расчета тока К.З. предварительно посчитаем сопротивление кабелей:

мОм

мОм

мОм

мОм

Таблица 3.

Удельные сопротивленияxудОмПри - 2,5мм20,097 При - 4 мм20,091 При - 25мм20,076

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

rкз0=rc+rт+rаQF10=0,1*10-3+0, 01+13*10-6=0,011 Ом

xкз0=xc+xт=0,6*10-3+0,027=0,027 Ом

В точке 1

rкз1=rкз0+rаQF11+rаQS0+rk0=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 ОмrаQS0 1.3*10-3 Ом

xкз1=xкз0+xк0=0,027+5,6*10-3=0,033 Ом

В точке 2

rкз2=rкз0+ rкз1+rаQF1+rк1=0,011+0,175+6,4*10-3+230*10-3=0,422 Ом

Таблица 6.

Сопротивления:rаQF1= 6.4*10-4 Омr0T =rT x0T =xT rн.п1 =rк1 xн.п1 =xк1

xкз2=xкз0 +xкз1+xк1=0,027+0,033+3,64*10-3=0,064 Ом

r2=r0Т+ rк1+3*(rн.п1) = 0,01+230*10-3+3*(230*10-3)=0,93 Ом

x2=x0Т+ xк1+3*(xн.п1) = 0,027+3,64*10-3+3*(3,64*10-3)=0,041 Ом

В точке 3

кз3=rкз0+ rкз1+ rкз2+rаQF+ rаFD+rк2=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 ОмrаFD7.3*10-3 Омrн.п234rк2rн.п234rк2

xкз3=xкз0 + xкз1+xкз2+xк2=0,027+0,033+0,064+2,425*10-3=0,127 Ом

r3=r0Т+ rк2+3*(rн.п234) = 0,01+229,5*10-3+3*(229,5*10-3)=0,928 Ом

x3=x0Т+ xк2+3*(xн.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

.1 Список аппаратов, необходимых для реализации проекта

oДля 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

oДля 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).

.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 (Iсраб < Iкз3 (1) = 262А)

ж) отключающая способность выключателя (Ics > Iкз3 (3) = 268А)

Таблица 8.

СетьНом. напряжение, Uном.нагр220ВЧисло полюсов2Ном. ток нагрузки, Iном.нагр19АДлит. доп. ток кабеля25А 262А 268А

Таблица 9.

АппаратНом.напряжение, Uном.выкл230ВЧисло полюсов2Ном. ток, Iном.выкл.20АIсраб.=(5-10)*Iн(100-200)АОткл. способность, Iсs7,5 кА

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

.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 (Inc > Iкз3.1(3) = 268А)

ж) Ток утечки Id=30мА

Таблица 10.

СетьНом.напряжение, Uном.нагр220ВЧисло полюсов2Ном. ток нагрузки, Iном.нагр19АТок утечки, Id30 мА

Таблица 11.

АппаратНом.напряжение, Uном.выкл230ВЧисло полюсов2Ном. ток, Iном.выкл25АНом.отключ. способность по току утечки на землю, Im1 кАТок утечки, Id30 мА

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

.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 (Iсраб<Iкз2(1) = 389А)

ж) отключающая способность выключателя (Ics>Iкз2(3) = 541А)

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

Таблица 12.

АппаратНоминальное напряжение, Uном.выкл0,4 кВЧисло полюсов3Ном. ток, Iном.выкл25АIсраб.312,5 АОтключающая способность, Iсs10 кА

Таблица 13.

СетьНоминальное напряжение, Uном.дв380 ВЧисло полюсов3Ном. ток нагрузки, Iном.дв21АДлит. доп. ток кабеля35А 389А 541АIуд.п283 А

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

.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.

СетьНоминальное напряжение, Uном.дв380 ВЧисло полюсов3Ном. ток двигателя, Iном.дв21АПусковой ток двигателя, Iп.дв154А

Таблица 14.

АппаратНоминальное напряжение, Uном.кк380 ВЧисло полюсов3Ном. ток, Iном.кк26АIоткл=6*In156А

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:

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

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

Для проекта выбираю тепловое реле ABB TA 25 DU 25

.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

Pвтяг = 120ВА. - мощность катушки контактора при втягивании; Uном = 220В - номинальное напряжение. Iном.у = 0,5 А - номинальный ток в цепи управления, определяемый мощностью катушки контакторасs = 7,5кА

Таблица 15.

СетьНоминальное напряжение, Uном.у220 ВЧисло полюсов1Ном. ток, Iном.у0,54 А

Таблица 16.

АппаратНоминальное напряжение, Uном.выкл230 ВЧисло полюсов1Ном. ток, Iном.выкл1 А Iсраб=(5-10)*Iн(5-10)А Отключающая способность, Iсs7,5кА

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

.1.6 Выбор выключателя нагрузки QS0

Необходимые характеристики:

а) род тока АС

б) категория применения АС-22

в) номинальное напряжение, В (Uном.выкл > Uном.т1 = 380 В)

г) номинальный ток, А (Iном.выкл. > Iном.т1 = 78 А)

д) число главных контактов = 3

Таблица 17.

СетьНоминальное напряжение, Uном.т1380 ВЧисло полюсов3Ном. ток в точке 1, Iном.т178А

Таблица 18.

СетьНоминальное напряжение, Uном.выкл380 ВЧисло полюсов3Ном. ток, Iном.выкл80А

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

.1.7 Выбор автоматического выключателя QF11

Необходимые характеристики:

а) род тока силовой цепи: АС

б) номинальное напряжение выключателя: (Uном.выкл > Uном.т1 = 380 В)

в) число главных контактов: 3

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

д) номинальный ток выключателя (Iном.выкл. > Iном.т1 = 78 А)

е) ток уставки мгновенного срабатывания Iсраб (Iсраб < Iкз1(3) = 1,3кА < Iкз0(3) = 8кА )

ж) отключающая способность выключателя (Ics > Iкз1(3) = 1,3кА)

Таблица 19.

СетьНоминальное напряжение, Uном.т1380 ВЧисло полюсов3Ном. ток в точке, Iном.т178 АДлит. доп. ток кабеля95 А 1,3кА 8кА

Таблица 20.

АппаратНоминальное напряжение, Uном.выкл400 ВЧисло полюсов3Ном. ток, Iном.выкл80 АIсраб.=14*Iн(800-1120)АОтключающая способность, Iсs18 кА

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

.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 (Iсраб < Iкз.0(3) = 8кА < Iкз.тр(3) = 8кА)

ж) отключающая способность выключателя (Ics > Iкз.(3) = 8кА)

Таблица 21.

СетьНоминальное напряжение, Uном.нагр380 ВЧисло полюсов3Ном. ток в точке, Iном.тр361 А 8 кА 8 кА

Таблица 22.

АппаратНоминальное напряжение, Uном.выкл400 ВЧисло полюсов3Ном. ток, Iном.выкл400 АIсраб.= 10*Iн4000 А +/- 400 АОтключающая способность, Iсs=100%Icn36 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*In=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

.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:

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

oКнопка «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)

.1 Выбор клеммников, соединяющих QF2-QF4 с нагрузкой

Требования:

а) S = 2,5 мм2

б) I =19А

Выбор:

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

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

oДля 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:

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

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

oДля 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:

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

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

Ширина клеммы 5.2 мм

Номинальное поперечное сечение 4 мм2

.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 характеристикиКод оборудования, изделия, материалаИзготовительЕдиница измеренияКоличествоПримечание1ОборудованиеРазм. В х Ш х Г 1.1Автоматический выключатель S 201-C-252CDS 251 001 R0204ABBшт.385х17,5х681.2Устройство защитного отключения F202 AC-25/0,032CSF202001R3250ABBшт.385х35х681.3Автоматический выключатель MO132-251SAM360000R1014ABBшт.198х55х851.4Контактор A 26-30-10 2301SBL241001R8010ABBшт.1147х54х1101.5Тепловое реле TA 25 DU 251SAZ 21 1201 R1051ABBшт.1См. выше1.6Автоматический выключатель S 201-C-12CDS 251 001R0014ABBшт.185х17,5х681.7Выключатель нагрузки OT 80 F31SCA105798R1001ABBшт.191х84,5х52,51.8Автоматический выключатель S 803C-K802CCS883001R0627ABBшт.195х79,5х82,51.9Автоматический выключатель Tmax T5 N 400054437ABBшт.1205х139,5х1391.10Электронный расцепитель PR221DS-LS/I 054317ABBшт.12Материалы2.1Клеммный блок ZS41 SNK 505 010 R0000ABBшт.62.2Клеммный блок ZS4 (BLUE)1 SNK 505 020 R0000ABBшт.32.3Клеммный блок ZS4-PE1 SNK 505 150 R0000ABBшт.42.4Распределительный блок BRT 1251SNA 179 535 R2300ABBшт.12.5Кнопка CP1-30G-101 CFA 619 100R3012АВВшт.12.6Кнопка CP1-30R-011 CFA 619 100R3041АВВшт.185х45 (ДлхВ)2.7Корпус НКУ 2/00B2CP X036371R9999АВВшт.12.8Рейка DIN3-TH35x151SNA 168 500 R1200АВВм.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.

ФГБОУ ВПО НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КАФЕДРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТОВ

Больше работ по теме: