Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Энергетический Институт (Технический Университет)

Кафедра Электрических и Электронных Аппаратов

«Низковольтное комплектное устройство для управления и защиты асинхронного двигателя»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по курсу

“Электрические и электронные аппараты”

Консультант: Жаворонков М.А.

Студент: Пестрецов О.А.

Группа: Эл-13-10

Вариант №:12

Москва, 2012

ЗАДАНИЕ

на проект по курсу «Электрические и электронные аппараты»

Низковольтное комплектное устройство (НКУ)

1. Предварительные расчеты

1.1. Рассчитать параметры трансформатора.

1.2. Рассчитать токи линии с асинхронным двигателем.

1.3. Выбрать типы и сечения кабелей, соединяющих потребителей с питающим трансформатором.

1.4. Рассчитать сопротивления кабелей и токи короткого замыкания.

2. Выбор электрических аппаратов управления и защиты.

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

2.2. По промышленным каталогам провести выбор аппаратов.

Необходимо выбрать аппараты:

Вводной автоматический выключатель QF10;

Автоматический выключатель в начале линии QF11;

Аппарат на вводе в НКУ ( QF0 или QS0 или FU0);

Контактор КМ и тепловое реле КК или магнитный пускатель;

Автоматический выключатель, защищающий двигатель QF1;

Аппараты дифференциальной защиты ( УЗО или АВДТ);

Аппарат защиты цепи управления (выключатель или предохранитель);

Кнопки, корпус НКУ и зажимы для ввода и вывода кабелей.

2.3. Провести проверку всех выбранных аппаратов.

2.4. Построить сравнительные времятоковые характеристики выбранных аппаратов защиты.

2.5. Составить заказную спецификацию.

3. Конструкторская часть проекта.

3.1. Начертить полную однолинейную схему реализованного НКУ с учетом типов выбранных аппаратов.

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

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

трансформатор электродвигатель кабель сопротивление

Таблица 1. Исходные данные

№п/п	Параметры	Обозначение	Размерность	Значение
1	Мощность питающего трансформатора	Sном	кВ*А	315
2	Номинальное линейное напряжение	Uном.л.	В	380
3	Напряжение короткого замыкания	UК	%	4
4	Потери в меди	Pcu	кВт	3.9
5	Длины соединительных кабелей	l0	м	50
		l1		35
		l2- l4		20
6	Материал кабеля	-	-	Cu
Параметры двигателя
7	№ двигателя	№	-	25
8	Мощность двигателя		кВт	22
9	Тип двигателя	-	-	А180S4
10	КПД двигателя		%	91
11	Коэффициент мощности cosц двигателя	cosц	-	0,88
12	Кратность пускового тока двигателя	КI	-	7
Параметры нагрузки
13	Номер схемы защиты и управления АД	№	-	1
14	Номер варианта схемы нагрузки	№	-	3
15	Номинальные токи нагрузки	I2- I4	А	20

1. Предварительные расчеты

1.1 Расчет параметров трансформатора

Полное сопротивление трансформатора Z_тр:

;

(Ом) = 18,3 (мОм)

где U_ном.л - номинальное напряжение вторичное цепи трансформатора; U_к% - напряжение короткого замыкания; S - полная мощность трансформатора.

Номинальный ток трансформатора I_ном.тр:

(А)

Активное сопротивление трансформатора:

;

где P_Cu - потери в меди.

Реактивное сопротивление трансформатора находится из формулы полного сопротивления:

;

;

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

;

1.2 Расчет параметров двигателя

Номинальный ток двигателя:

,

где Р_ном - номинальная мощность двигателя; - коэффициент полезного действия при номинальном моменте на валу двигателя; cos - коэффициент мощности.

Пусковой ток двигателя:

, (7)

,

где k_I - кратность пускового тока двигателя.

Ударный пусковой ток двигателя (амплитудное значение):

,(8)

1.3 Выбор кабелей

Выбираем сечения кабелей низкого напряжения (l₁, l₂, l₀), соединяющих электродвигатель и нагрузку с питающим трансформатором, по номинальному напряжению и току, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля больше номинального тока линии на 20% (см. п.п. 1.3.10. табл. 1.3.6., 1.3.7. ПУЭ). Сечение рабочего нейтрального (N) и защитного (PE) проводника выбирать равным фазному.

Определение длительно допустимых токов во всех линиях:

(9) ;

1. Для кабеля длиной длительно допустимый ток по таблице выбираем кабель сечением жилы q=16 мм².

2. Для кабеля длиной l₁=35 м, длительно допустимый ток по таблице выбираем кабель сечением жилы q=10 мм²;

3. Для кабеля длиной l₂=20 м, длительно допустимый ток по таблице выбираем кабель сечением жилы: q=2,5 мм².

1.4 Расчет токов короткого замыкания и расчет сопротивлений кабелей

Расчет сопротивлений кабелей:

Для расчета сопротивлений кабелей для выбранного сечения по таблице «Эквивалентные параметры кабелей» находят удельное активное r_уд и удельное реактивное х_уд сопротивления.

Сопротивление кабеля: ;

;

где l_к - длина соединительного кабеля. Активное и индуктивное сопротивление кабеля длиной :

Активное и индуктивное сопротивление кабеля длиной :

;

;

Активное и индуктивное сопротивление кабеля длиной :

;

;

Параметры кабелей

Номер кабеля Параметр	l1	PEN1	l0	PEN0	l2- l4, PE3
Длина кабеля l, м	35	35	50	50	20
Рабочий ток Ib, A	42	0	62	0	20
Расчетный ток Ir., А	51	51	75	75	24
Материал	Cu	Cu	Cu	Cu	Cu
Количество жил	3	1	3	1	3
Сечение q, мм2	10	10	16	16	2,5
Длительно допустимый ток кабеля Iz., A	55	55	75	75	25
Удельное активное сопротивление rуд, мОм/м	2,31	2,31	1,45	1,45	9,18
Удельное реактивное сопротивление xуд, мОм/м	0,080	0,080	0.077	0.077	0,097
Активное сопротивление r = rуд l, мОм	80,85	80,85	72,5	72,5	183,6
Реактивное сопротивление x = xуд l, мОм	2,8	2,8	3,85	3,85	1,94

Трехфазные токи короткого замыкания:

а) Ток короткого замыкания на зажимах двигателя в точке 2:

;

;

.

.

в) Определение тока трехфазного короткого замыкания в точке 1:

;

;

Однофазные токи короткого замыкания:

а) для точки 1:

.

.

.

.

б) для точки 2:

;

;

.

.

.

в) для точки 3:

.

.

.

.

2.2 Выбор электрических аппаратов управления и защиты

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

В начале энергосистемы с индуктивным сопротивлением и активным сопротивлением подаётся напряжение на питающий трансформатор с параметрами ,.

С питающего трансформатора напряжение через 2 выключателя, предназначенных для защиты трансформатора и линии, трехжильный кабель длиной и через автоматический выключатель QF0 подается на шинную сборку. С шинной сборки через автоматический выключатель и через кабель длиной напряжение подается непосредственно на двигатель . Также с этой же шины питается через автоматические выключатели дифференциального тока , , , далее через кабели l₂ - l₄ на нагрузку.

- Автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ) предназначен для защиты здоровья и жизни человека от поражения электрическим током при повреждении изоляции электроустановок, и для защиты от перегрузки и короткого замыкания.

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

- автоматический выключатель QF1. Он должен осуществлять защиту от коротких замыканий в цепях статора, а также обеспечивает защиту от длительных перегрузок, Предельная коммутационная способность должна быть больше тока трехфазного КЗ.

- контактор. 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 иметь категорию АС-3 (пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Отключение вращающихся двигателей при номинальной нагрузке).

2.2.2 Выбор аппаратов защиты и управления. Выбор автоматического выключателя QF10

Необходимые характеристики:

a) род тока АС;

b) номинальное напряжение выключателя (U_{ном.выкл}>U_{ном.нагр});

c) число главных контактов = 3;

d) номинальный ток выключателя (I_ном.Q1>I_ном.тр);

e) ток срабатывания выключателя (I_сраб.о< I_кз);

f) отключающая способность выключателя (I_{cs Q1}>I_кз.тр).

Предварительный выбор: автоматический выключатель АВВ Tmax T5N 630 с электронным расцепителем защиты PR221DS.

Проверка:

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	380 В	<	Номинальное напряжение	690 В
Число полюсов	3	=	Число полюсов	3
Рабочий ток нагрузки	487,6 А	<	Номинальный ток	504(0.8*630) А
	12 кА	>	Iсраб.о=8xIн	4 кА
		<	Отключающая способность, Iсs	36 кА

Уставка функции L принимается = 0.8. Номинальный ток аппарата будет равен 504 А.

Выбор нижестоящих автоматических выключателей

а) Выбор автоматического выключателя QF1:

Необходимые характеристики:

a) род тока АС;

b) номинальное напряжение выключателя (U_{ном.выкл}>U_{ном.нагр});

c) число главных контактов = 3;

d) исполнение расцепителя - с защитой только в зоне КЗ

e) номинальный ток выключателя (I_QF1>I_нагр.);

f) ;

g) беспрепятственное обеспечение пуска двигателя (I_{уд. п.} < I_сраб.0)

Всем данным параметрам удовлетворяет автоматический выключатель: MO 450-45 50kA

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	380 В	<	Номинальное напряжение	400 В
Число полюсов	3	=	Число полюсов	3
Рабочий ток нагрузки	42 А	<	Номинальный ток	45 А
Длительно допустимый ток кабеля	51 А	>
	665 А	>	Iсраб.о=13xIn	546 А
	1272 А	<	Отключающая способность, Iсs	50 кА
Ударный пусковой ток	500 А	<	Iсраб.о	546 А

Автомат предназначен для защиты двигателей от короткого замыкания. Характеристика срабатывания MO соответствует характеристике D, что позволяет автомату не реагировать на пусковые токи.

б) Выбор дифференциального модуля FD2-4:

Необходимые характеристики:

a) род тока АС;

b) номинальное напряжение АВДТ (U_АВДТ >U_{ном.нагр} );

c) номинальный ток АВДТ (I_ном.FD2-4 > I_{ном.нагр.});

d) ток срабатывания АВДТ (I_сраб.о< I_кз);

e) число главных контактов =2;

f) ток утечки (I_утеч.= 30 мА);

g) отключающая способность АВДТ (I_{cs FD2-4} >I_кз.⁽¹).

Предварительный выбор: автоматический выключатель дифференциального тока DS201 C20 AC30.

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	220 В	<	Номинальное напряжение	230 В
Число полюсов	2	=	Число полюсов	2
Рабочий ток нагрузки	20А	<	Номинальный ток	20
Длительно допустимый ток кабеля	25 А	>
	407 А	>	Iсраб.о=(5-10)xIн	(100-200) А
		<	Отключающая способность, Iсs	6 кА
Ток утечки	30 мА	=	Ток утечки	30 мА

в) Выбор выключателя нагрузки QS0:

Необходимые характеристики:

a) род тока АС;

b) номинальное напряжение (U_выкл >U_{ном.нагр});

c) номинальный ток (I_{ном.выкл.} > I_{ном.нагр.});

d) число главных контактов = 3;

Предварительный выбор: ABB ОТ100 Е3

Я выбрал этот выключатель нагрузки ,т.к ABB S203 D63 не подходит, из-за невозможной селективности с аппаратом защиты QF1 (см. карту селективности)

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	380 В	<	Номинальное напряжение	400 В
Число полюсов	3	=	Число полюсов	3
Номинальный ток нагрузки	62	<	Номинальный ток	100
			Номинальный кратковременный выдерживаемый ток Icm	2,5 кА
			Время выдержки Icw	1с

Выбор контактора КМ:

Необходимые характеристики:

a) род тока АС;

b) номинальное напряжение (U_КМ ? U_{ном.нагр});

c) номинальному рабочему току контактора (I_КМ ? I_{ном.нагр.});

d) число главных контактов =3;

e) категория применения контактора АС-3;

По данным параметрам выбираем контактор из каталога ABB А50-30-00. Дополнительно на контактор устанавливаем вспомогательный блок контактов CAL 5-11 с Н.О и Н.З контактами.

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	380 В	<	Номинальное напряжение	400 В
Число полюсов	3	=	Число полюсов	3
Номинальный ток нагрузки	42	<	Номинальный ток	50
			Категория применения АС-3

Проверка условия 6xI_n > I_{пуск.дв.}:

6x50=300 А >297,71А

Дополнительные параметры: P_втяг.= 180 ВА

P_удерж.=18 ВА

Выбор теплового реле КК:

Необходимые характеристики:

а) по номинальному напряжению реле;

б) числу полюсов;

в) номинальному току нагревательного элемента реле;

По данным выбираем тепловое реле ABB TA 75 DU.

Крепежный элемент не требуется, крепление непосредственно к контактору.

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	380 В	<	Номинальное напряжение	400 В
Число полюсов	3	=	Число полюсов	3
Рабочий ток	42 А	<	Номинальный ток элемента	48 А

Тепловое реле настраиваем на 48 А. Соответственно контактор и кабель будут защищены.

Выбор аппарата защиты в цепь управления

В качестве аппарата защиты в цепи управления выбираем автоматический выключатель.

Требования:

a) род тока АС;

b) номинальное напряжение;

c) номинальному рабочему току;

d) число главных контактов =1;

e)

где I_{ном.втяг.} - номинальный ток цепи управления;

f) P_втяг. - мощность катушки контактора на втягивание;

g) U_ном - номинальное напряжение.

h) I_ном.у = 0,81 А;

По данным параметрам выбираем: ABB S201 C1

Сеть	Аппарат
Номинальное напряжение	220 В	<	Номинальное напряжение	230 В
Число полюсов	1	=	Число полюсов	1
Рабочий ток	0,81А	<	Номинальный ток	1 А

Выбор кнопок управления:

Требования:

a) номинальному напряжению = 220 В;

b) номинальному току = 0,81 А;

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

Выбираем: «ПУСК» - кнопка ABB CP1-30B-10 с одним нормально открытым контактом (цвет черный);

«СТОП» - кнопка ABB CP1-30R-01с одним нормально закрытым контактом (цвет красный)..

Выбор клемм:

Выбор клемм проводится по следующим параметрам:

а) сечению кабеля;

б) номинальному току;

Общий ввод:

1. Клеммы “WAGO” CAGE CLAMP 1x35 мм², 3x10мм² цвет желтый - 2 шт

2. Клеммы “WAGO” CAGE CLAMP 1x35 мм², 3x10мм² цвет синий - 1 шт

Дополнительно: Перемычка типа «Гребень» - 2 шт.

АД:

1. Клеммы M 10/10 10 мм² шириной 10 мм цвет серый - 3 шт.

2. Клемма «Земля» M 10/10.P 10 мм² с контактом на рейку- 1 шт.

Нагрузка:

1. Клеммы M 6/8 6 мм² шириной 8 мм цвет серый - 3 шт.

2. Клеммы M 6/8.N 6 мм² шириной 8 мм цвет синий - 3 шт.

3. Клемма «Земля» MА 6/8P 5 мм² с контактом на рейку шириной 5 мм - 3 шт.

Выбор шкафа:

Выбор шкафа зависит от взаимного расположения аппаратов. Выбираются из ряда стандартных шкафов.

Шкафы (боксы) выбираются в зависимости от области применения, степени защиты, габаритов аппаратов.

Выбор: Шкаф ABB серии В тип 2/00B. Габаритные размеры: внешние - 500x550x215 мм, внутренние - 452x502 мм, число рядов - 3.

Спецификация

№	Наименование	Кол-во	Код
1	Автоматический выключатель ABB MO 450-45 50kA	1	1SAM450000R1006
2	АВДТ ABB DS201 B20 AC30	3	2CSR255040R1205
3	Выключатель нагрузки ABB ОТ100 Е3	1	SGC1SCA022398R4400
4	Контактор А50-30-00	1	1SBL 35 1001 R
5	Тепловое реле TA 75 DU 52	1	1SAZ 32 1201 R1004
6	Автоматический выключатель ABB S200-C1	1	2CDS251001R0014
7	Кнопка ABB CP1-30B-10 (цвет черный)	1	1SFA619100R3016
8	Кнопка ABB CP1-30R-01 (красный)	1	1SFA619100R3041
9	Вспомогательный блок CAL 5 -11	1	1SBN 01 0020 R1011
10	Клеммы “WAGO” CAGE CLAMP 1x35 мм2, 3x10мм Цвет желтый	2	284-621
11	Клеммы “WAGO” CAGE CLAMP 1x35 мм2, 3x10мм Цвет синий	1	284-624
12	Клемма «Земля» M 10/10.P 10 мм2	1	1SNA 125 120 R1700
13	Клеммы M 10/10 - цвет серый	3	1SNA 115 120 R1700
14	Клеммы M 6/8 - цвет серый	3	1SNA 115 486 R0300
15	Клеммы M 6/8.N - цвет синий	3	1SNA 125 486 R0500
16	Клеммы «Земля» MА 6/8P - цвет желтый	3	1SNA 165 488 R2700
17	Шкаф ABB серии В тип 2/00B	1	2CPX036360R9999
18	Перемычка типа «Гребень»	2	284-41

Литература

1. Технический каталог ABB. Tmax. Низковольтные автоматические выключатели на номинальный ток до 1600 А. 2012 г.

2. Технический каталог ABB. Контакторы, реле управления. Аппараты защиты электродвигателей. 2010 г.

3. Технический каталог ABB. System pro M contact и другие модульные устройства. 2012г.

4. Основной каталог ABB. Электрические распределительные системы.Оборудование для автоматизации. 2010 г.

5. Технический каталог ABB. Клеммные соединения. 2010 г.

6. Технический каталог Светосигнальная аппаратура, Часть 2. 2011г.

7. Электрические и электронные аппараты : Учебник для вузов / Под ред. Ю.К. Розанова. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Информэлектро,2001.

8. Электрические аппараты :Общий курс. Чунихин А. А. 2008г.

Размещено на Allbest.ru