Низковольтное комплектное устройство для управления и защиты асинхронного двигателя

 

Содержание

Задание

Данные по курсовому проекту

Радиальная схема электроснабжения

Схема нагрузки

. Предварительные расчеты цепи питания асинхронного двигателя

.1 Расчет параметров трансформатора

.2 Расчет токов линии с асинхронным двигателем

.3 Выбор сечения и тип кабелей, соединяющих потребителей с питающим трансформатором

.4 Расчет сопротивлений и токов короткого замыкания

. Выбор электрических аппаратов управления защиты

2.1 Анализ общей схемы электроустановки

2.2 Выбор аппаратов защиты и управления

2.2.1 Выбор автоматического выключателя Q1

.2.2 Выбор автоматического выключателя Q2

.2.3 Выбор нижестоящих автоматических выключателей

.3.1 Выбор контактора КМ

.3.2 Выбор аппарата защиты в цепь управления

.3.3 Выбор кнопок управления

.3.4 Выбор клемм (зажимов)

.3.5 Выбор навесного корпуса щита

Формула заказа

Задание

1.Предварительные расчеты:

1.1Рассчитать параметры трансформатора

1.2Рассчитать токи линии с асинхронным двигателем

.3Выбрать сечение и тип кабелей, соединяющих потребителей с питающим трансформатором

.4Рассчитать токи короткого замыкания и сопротивления кабелей

.5Проверить условия падения напряжения на контакторе

2.Выбор электрических аппаратов управления и защиты

2.1Составить задание для выбора аппаратов, используемых в схеме управления двигателем и защиты линий

2.2Провести выбор аппаратов по промышленным каталогам изделий.

Необходимо выбрать: аппараты, входящие в схему пуска двигателя (контактор или магнитный пускатель, тепловое реле, предохранитель цепи управления, кнопки), вводной автоматический выключатель на стороне низкого напряжения трансформатора и аппараты защиты отходящих линий (автоматические выключатели, УЗО, АВДТ), а также корпус НКУ и зажимы для ввода и вывода кабелей.

2.3Провести проверку всех выбранных аппаратов.

2.4Составить заказную спецификацию.

.5Построить карту селективности защит выбранных выключателей.

3.Конструкторская часть проекта:

3.1Разместить выбранные аппараты в НКУ с учетом их габаритных и установочных размеров.

3.2Выполнить схему соединений силовых цепей аппаратов и цепей управления. Провести маркировку проводов согласно заданной принципиальной схеме.

Данные к курсовому проекту

ПараметрыЗначения Номер варианта11Мощность питающего трансформатора Sном, кВА400Напряжение КЗ, uк %5Номинальное линейное напряжение Uном.л, В380Материал кабеляCuПотери в меди, Pcu, кВт4,6Длины соединительных кабелей, м l040l125l2-l710Номинальные токи нагрузки,AI2-I49I5-I75Тип А132М6КПД двигателя, %84,5Номинальная мощность, РНОМ, кВт7,5Коэффициент мощности cos ?0,77Кратность пускового тока двигателя - ki6,5

Рис. 1. Радиальная схема электроснабжения

Рис. 2. Вариант нагрузки

асинхронный двигатель электроустановка низковольтный

1. Предварительные расчеты цепи питания асинхронного двигателя

.1 Расчет параметров трансформатора

Полное сопротивление трансформатора Zтр:

Zтр= мОм.

Номинальный ток трансформатора Iном.тр.:

Iном.тр.= А.

Активное сопротивление трансформатора rтр.:

тр.= мОм.

Реактивное сопротивление трансформатора х:

= мОм.

Ток короткого замыкания (КЗ) на зажимах трансформатора Iкз.тр.:

= А.

1.2 Расчет токов линии с асинхронным двигателем

Номинальный ток двигателя:

,

где Pном - номинальная мощность двигателя; Uном.л - номинальное линейное напряжение на обмотке статора; h - коэффициент полезного действия при номинальном моменте на валу двигателя; cosj - коэффициент мощности.

A.

Пусковой ток двигателя:

,

где - кратность пускового тока двигателя

Ударный пусковой ток двигателя (амплитудное значение):

,

1.3 Выбор сечения и тип кабелей, соединяющих потребителей с питающим трансформатором

Выбор сечения кабелей низкого напряжения, соединяющих электродвигатель с питающим трансформатором, по номинальному напряжению и току надо вести, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля должен быть на 20 % больше номинального тока линии. Сечение PEN проводника выбирать равным фазному.

Ток в кабеле l0:

= =17,513+9+5=31,513 А.

=1,2* =1,2*31,513=37,185 А.

Ток в кабеле l1:

=1,2* =1,2*17,513=21,02 А

Ток кабелей l2 - l4:

=1,2* =1,2*9=10,8 А

Ток кабелей l5 - l7:

=1,2* =1,2*5=6 А

.4 Расчет токов короткого замыкания (КЗ) и сопротивлений кабелей

Сопротивление кабеля:

,

где lк - длина соединительного кабеля.

Таблица параметров кабелей

Номер кабеля Параметр0PEN01PEN12-4PEN2-45-7PEN5-7Длина кабеля L, м3030252510101010Номинальный ток нагрузки кабеля In, A31,531,517,517,59955Длительно допустимый ток кабеля Iд.д., A5555353519191919МатериалCuCuCuCuCuCuCuCuКоличество жил31311111Сечение S, мм21010441,51,51,51,5Удельное активное сопротивление rуд.т., мОм/м2,312,315,755,7515,315,315,315,3Удельное реактивное сопротивление xуд, мОм/м0,080,080,0910,0910,1040,1040,1040,104Активное сопротивление r = rуд.т. ´ l, мОм92,4 92,4143,75143,75153153153153Реактивное сопротивление x= xуд ´ l, мОм3,23,22,2752,2751,041,041,041,04

Суммарные сопротивления составляют:

активное: ,

реактивное: ,

c и xс - приведенные активное и индуктивное сопротивления энергосистемы (принимаем равным rc=0,1 мОм и xс=0,6 мОм);пк - переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаем равным 15 мОм).

, ,

где r0Т и x0Т - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора; r0к и x0к - активное и индуктивное сопротивления кабелей, (r0к = rк и x0к = xк); rн.п и xн.п. - активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, (находится также как и сопротивление кабеля).

Ток трехфазного КЗ:

Ток однофазного КЗ:

Трехфазные токи короткого замыкания:

. Определение тока трехфазного короткого замыкания в точке 1:

. Определение тока трехфазного короткого замыкания в точке 2:

Однофазные токи короткого замыкания:

а) Для точки 1:

б) Для точки 2:

в) Для точки 3:

Таблица 3. Сводные данные о токах в различных точках схемы

токи точки012360731,517,595--114----209,2---37,81521,0210,8612154,81941857--1096450434

2. Выбор электрических аппаратов управления и защиты

.1.Провести анализ общей схемы электроустановки. Составить перечень аппаратов и задание для их выбора

Схема защиты и управления пуском короткозамкнутого асинхронного двигателя включает в себя:

автоматический выключатель QF1. Он должен осуществлять защиту от коротких замыканий в цепях статора, т.е. ток отсечки Iотс=Kкр*Iном<Iкз, где Kкр - коэффициент кратности; Iном - номинальный ток электромагнитного расцепителя должен быть больше номинального тока АД; Iкз - ток короткого замыкания; а также защиту от длительных перегрузок, т.е. номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя должен быть меньше длительно допустимого тока защищаемого кабеля. Предельная коммутационная способность должна быть больше тока трехфазного КЗ. QF1 должен иметь категорию применения АС3 и работать при номинальном напряжении в 380В.

контактор КМ. Предназначен для пуска, остановки. При выборе контактора необходимо соблюдать следующие правила: напряжение сети должно быть меньше или равно рабочему напряжению контактора; номинальный рабочий ток контактора должен быть больше или равен номинальному току запускаемого двигателя; число полюсов должно быть достаточным для коммутации. Выбранный контактор должен осуществлять запуск асинхронного двигателя, а также его отключение без предварительной остановки (торможения). Контактор должен иметь категорию применения АС3. Время срабатывания теплового реле должно лежать в заданных условиях пуска двигателя 1.5tп>=tср>tп.

автоматический выключатель QF2. Автоматический выключатель служит для защиты от КЗ цепи управления. Он выбирается по номинальному току цепи управления. Питание цепи управления осуществляется от одной фазы и нулевого провода, поэтому установлен один автоматический выключатель.

дифференциальный модуль FD2-4. Служит для защиты, во-первых, от КЗ нагрузки, т.к. в него входит автоматический выключатель, во-вторых, от токов утечки, которые могут возникнуть при касании корпуса рабочей части объекта, на котором стоит дифференциальный модуль.

автоматический выключатель QF5-7. Служит для защиты от КЗ нагрузки.

.2 Выбор аппаратов защиты и управления

.2.1 Выбор автоматического выключателя Q1

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

б) номинальное напряжение выключателя (Uном.выкл?Uном.нагр = 380 В);

в) число главных контактов = 3;

г) номинальный ток выключателя (Iном.Q0>Iном.тр = 607А);

д) ток срабатывания выключателя (Iсраб.о< Iкз);

е) отключающая способность выключателя (Icu Q0>Iкз.тр(3) = 12154 А).

Предварительный выбор: автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX630F с электронным расцепителем защиты Micrologic 5.3 A

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение380 В<Номинальное напряжение690 ВЧисло полюсов3=Число полюсов3Номинальный ток нагрузки607 А<Номинальный ток630 А12154 А>Iсраб.о=10xIн 6300 А12154 А<Отключающая способность, Iсu36 кА

Для обеспечения селективности установим время задержки отключения 0,2 с.

Вывод: автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX630F полностью подходит для условий эксплуатации.

.2.2 Выбор автоматического выключателя Q2

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

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

в) число главных контактов = 3;

г) номинальный ток выключателя (Iном.Q2>Iном.т1 = 32 А);

д) ток срабатывания выключателя (Iсраб.о< Iкз.т1(1)=1096 А);

е) отключающая способность выключателя (Icu Q2>Iкз(3) = 1941 А).

Предварительный выбор: автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX100F с электронным расцепителем защиты Micrologic 5.2 A

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение380 В<Номинальное напряжение400 ВЧисло полюсов3=Число полюсов3Номинальный ток нагрузки31 А<Номинальный ток100(50) АДлительно допустимый ток кабеля55 А>1096А>Iсраб.о=10xIн500 А1941 А<Отключающая способность, Iсu7,5 кА

Для обеспечения селективности установим: tr=4 с и tsd=0,1 c

Вывод: автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX100F подходит под условия эксплуатации.

.2.3. Выбор нижестоящих автоматических выключателей

) Выбор автоматического выключателя QF1:

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

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

в) число главных контактов = 3;

г) исполнение расцепителя - с защитой в зоне КЗ и перегрузки

д) номинальный ток выключателя (Iном.Q1>Iном.нагр. = 18А);

е);

ж) беспрепятственное обеспечение пуска двигателя (Iуд. п. < Iсраб.0)

Всем данным параметрам удовлетворяет автоматический выключатель: Electric TeSys GV2 ME2 21

Установки тока электромагнитного расцепителя равна 327 А.

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение380 В<Номинальное напряжение400 ВЧисло полюсов3=Число полюсов3Номинальный ток нагрузки18 А<Номинальный ток23 АДлительно допустимый ток кабеля35 А>1096 А>Iсраб.о 327 А1941 А<Отключающая способность, Iсu15 кАУдарный пусковой ток210 А<Iсраб.о327 А

Вывод: Исходя из таблицы, полагаем, что использование данного выключателя приемлемо для данного двигателя.

) Выбор дифференциального модуля FD2-4:

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

б) номинальное напряжение АВДТ (UАВДТ >Uном.нагр = 220 В);;

в) номинальный ток АВДТ (Iном.FD2-4 > Iном.нагр.=9 А);

г) ток срабатывания АВДТ (Iсраб.о< Iкз=450 А);

д) число главных контактов = 2;

е) ток утечки (Iутеч.= 30 мА);

ж) отключающая способность АВДТ (Icu FD2-4 >Iкз.(1)= 434А).

Предварительный выбор: автоматический выключатель дифференциального тока Schneider Electric DPN N Vigi C16

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение220 В<Номинальное напряжение230 ВЧисло полюсов2=Число полюсов2Номинальный ток нагрузки9 А<Номинальный ток16 AДлительно допустимый ток кабеля19 А>434 А>Iсраб.о=(5-10)*Iн(80-160) А<Отключающая способность, Iсu6 кАТок утечки30 мА=Ток утечки30 мА

Вывод: автоматический выключатель дифференциального тока Schneider Electric DPN N Vigi C16 подходит для использования.

) Выбор автоматического выключателя QF5-7:

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

б) номинальное напряжение АВ (UАВ >Uном.нагр = 220 В);;

в) номинальный ток АВ (Iном.QF5-7 > Iном.нагр. = 5 А);

г) ток срабатывания АВ (Iсраб.о< Iкз.(1) = 434 А);

д) число главных контактов = 1;

е) отключающая способность АВ (Icu QF5-7 >Iкз.(1) = 434 А).

Предварительный выбор: автоматический выключатель Schneider Electric C60а с характеристикой C

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение220 В<Номинальное напряжение230 ВЧисло полюсов1=Число полюсов1Номинальный ток нагрузки8 А<Номинальный ток10Длительно допустимый ток кабеля19 А>302 А>Iсраб.о=(3-5)*Iн(30-50) А<Отключающая способность, Iсu10 кАВывод: автоматический выключатель Schneider Electric C60a с характеристикой C подходит для использования.

) Выбор выключателя нагрузки QS0:

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

б) номинальное напряжение (Uвыкл >Uном.нагр = 380 В);

в) номинальный ток (Iном.выкл. > Iном.нагр. = 40 А);

г) число главных контактов = 3;

Предварительный выбор: выключатель нагрузки Schneider Electric Interpact INS 40

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение380 В<Номинальное напряжение400 ВЧисло полюсов3=Число полюсов3Номинальный ток нагрузки40<Номинальный ток40Номинальный кратковременный выдерживаемый ток Icw3 кАВремя выдержки Icw1с

Проверка условия :

(1941)2x0.1< (3000)2x1

,1< 9000000

Вывод: выключатель нагрузки Schneider Electric Interpact INS 40 подходит для использования.

.3.1 Выбор контактора КМ:

Необходимые характеристики:

а) род тока АС;

б) номинальное напряжение (UКМ ? Uном.нагр = 380 В);

в) номинальному рабочему току контактора (IКМ ? Iном.нагр.= 18 А);

г) число главных контактов = 3;

д) категория применения контактора АС3;

По данным параметрам выбираем контактор из каталога Electric TeSys D LC1 D25

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение380 В<Номинальное напряжение400 ВЧисло полюсов3=Число полюсов3Номинальный ток нагрузки18 A<Номинальный ток25Категория применения АС3

6xIн.р.>Iпуска

*25>114

>114

условие выполнено

Дополнительные параметры: Pсраб.= 70 Ва

Вывод: контактор Schneider Electric TeSys D LC1 D25 подходит по всем параметрам.

.3.2 Выбор аппарата защиты в цепь управления

В качестве аппарата защиты в цепи управления выбираем автоматический выключатель.

Требования: а) род тока АС;

б) номинальное напряжение (UКМ ? Uном.СУ = 220 В);

в) номинальному рабочему току контактора (IКМ ? Iном.СУ= Iном.втяг.);

г) число главных контактов =1;

где Iном.втяг. - номинальный ток цепи управления; сраб. - мощность катушки контактора на втягивание;ном - номинальное напряжение.ном.у = 0,3 А;

Выбор: автоматический выключатель Schneider Electric C60N с характеристикой B

Проверка:

СетьАппаратНоминальное напряжение220 В<Номинальное напряжение230 ВЧисло полюсов1=Число полюсов1Номинальный ток нагрузки0,3 А<Номинальный ток1 А

Вывод: автоматический выключатель Schneider Electric C60N с характеристикой B подходит по всем параметрам.

.3.3 Выбор кнопок управления

Требования:

а) номинальному напряжению = 220 В;

б) номинальному току = 0,1 А;

в) функциональное назначение - коммутация и размыкание цепи управления двигателем.

Обе кнопки рассчитаны на номинальный ток 3А и напряжение 220 В - что удовлетворяет условиям эксплуатации.

2.3.4 Выбор клемм (зажимов)

Выбор клемм проводится по следующим параметрам:

а) сечению кабеля;

б) номинальному току;

) Требования к клеммам, соединяющим FD2-FD4, QF5-QF7 с нагрузкой:

а) S = 1,5 мм2

б) I =30 А

Выбор: Клемма Земля M2.5-PE 1,5 мм2 с контактом на рейку (требуется 6 штук)

Выбор: Клемма M2.5 1,5 мм2 (требуется 9 штук)

) Требования к клеммам, соединяющим контактор с АД:

а) S = 4 мм2

б) I = 40 А

Выбор: Клемма ST4 4 мм2 шириной 5 мм (требуется 3 штуки)

Выбор: Клемма Земля ST4-PE 4 мм2 с контактом на рейку шириной 5 мм (требуется 1 штука)

.3.5 Выбор навесного корпуса щита

Выберем навесной корпус щита для размещения выбранной аппаратуры, в соответствии с технической эксплуатацией, а именно: использование в сельскохозяйственных сооружениях, на небольших промышленных объектах и на предприятиях сферы обслуживания.

Характеристики выбранного навесного корпуса щита:

номер по каталогу 57128

тип щита Spacial 3D

материал cтальной лист

размеры (ВхШхГ) 400x600x200

способ установки тационарный

завод-изготовитель Schneider Electric

крепление крышки 4 невыпадающими винтами Posidriv M5x35 из нержавеющей стали.

шкафы поставляются с 4 крепежными болтами для установки платы.

Комбинированная плата

номер по каталогу .55032

тип профиля .А

комплектация:

·алюминиевые вертикальные рейки;

·стальные горизонтальные рейки.

Формула заказа

) Автоматический выключатель QF1: Schneider Electric TeSys GV2 ME2 21 (1 шт.)

код заказа: GV2 ME2 21

) Выключатель нагрузки QS0: Schneider Electric Interpact INS 40(1 шт.)

код заказа: 28901

) Дифференциальный автоматический выключатель FD2-4: Schneider Electric DPN N Vigi C16 (3 шт.)

код заказа: 19665

) Автоматический выключатель QF5-7: Schneider Electric C60а (3 шт.)

код заказа: 23850

) Контактор КМ: Schneider Electric TeSys D LC1 D25 (1 шт.)

код заказа: LC1 D25 B7

6) Автоматический выключатель QF2: Schneider Electric C60N (1 шт.)

код заказа: 24395

7) Кнопки:

«Пуск» Schneider Electric XB4BA3311 (1 шт.); код заказа: XB4BA3311

«Стоп» Schneider Electric XB4BA4322 (1 шт.); код заказа: XB4BA4322

8) Клеммы:

Клемма Земля ST2.5-PE (требуется 6 шт.)

код заказа: 3031238

Клемма ST2.5 (требуется 9 шт.)

код заказа: 3031212

Клемма Земля ST4-PE (требуется 1 шт.)

код заказа: 3031380

Клемма Земля ST4 (требуется 3 шт.)

код заказа: 3031364

9) Шкаф Schneider Electric Габаритные размеры:400х600х200, число рядов - 3 (1 шт.)

код заказа: 57128

Содержание Задание Данные по курсовому проекту Радиальная схема электроснабжения Схема нагрузки . Предварительные расчеты цепи питания асинхр

Больше работ по теме: