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

• 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
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
	l1
	l2-l7
№ двигателя	1+17=18
Номер схемы защиты и управления АД
Номер варианта схемы нагрузки
Номинальные токи нагрузки I2-I4, A
Номинальные токи нагрузки I5-I7, A	;

№ двигателя
Мощность двигателя, кВт
Тип	A132M2
КПД, %
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 — 2,5 мм2	9,18
При — 4 мм2	5,75
При — 25 мм2	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 — 2,5 мм2	0,097
При — 4 мм2	0,091
При — 25 мм2	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
Ном. ток нагрузки, Iном. нагр	19А
Длит. доп. ток кабеля	25А
	262А 268А

Таблица 9.

Аппарат
Ном.напряжение, Uном. выкл	230В
Число полюсов
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
Ном. ток нагрузки, Iном. нагр	19А
Ток утечки, Id	30 мА

Таблица 11.

Аппарат
Ном.напряжение, Uном. выкл	230В
Число полюсов
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_срабкз₂⁽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
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
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
Ном. ток двигателя, Iном. дв	21А
Пусковой ток двигателя, Iп. дв	154А

Таблица 14.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном. кк	380 В
Число полюсов
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
Ном. ток, Iном. у	0,54 А

Таблица 16.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном. выкл	230 В
Число полюсов
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
Ном. ток в точке 1, Iном.т1	78А

Таблица 18.

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

Таблица 22.

Аппарат
Номинальное напряжение, Uном. выкл	400 В
Число полюсов
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-LSI:

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 LZS4 (1шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для NZS4 (BLUE) (1шт) Проходные клеммы с винтовым зажимом

o Для PEZS4-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 1 мм

· 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 (500×550×215) При выборе руководствуюсь тем, что габариты самого большого устройства в моем НКУ, а именно контактора ABB, А 26−30−10 следующие: ВхШхГ, мм (147×54×110). Отсюда можно сделать вывод, что шкаф глубиной более чем 215 мм 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
	Оборудование					Разм. В х Ш х Г
1.1	Автоматический выключатель S 201-C-25	2CDS 251 001 R0204	ABB	шт.		85×17,5×68
1.2	Устройство защитного отключения F202 AC-25/0,03	2CSF202001R3250	ABB	шт.		85×35×68
1.3	Автоматический выключатель MO132−25	1SAM360000R1014	ABB	шт.		98×55×85
1.4	Контактор A 26−30−10 230	1SBL241001R8010	ABB	шт.		147×54×110
1.5	Тепловое реле TA 25 DU 25	1SAZ 21 1201 R1051	ABB	шт.		См. выше
1.6	Автоматический выключатель S 201-C-1	2CDS 251 001R0014	ABB	шт.		85×17,5×68
1.7	Выключатель нагрузки OT 80 F3	1SCA105798R1001	ABB	шт.		91×84,5×52,5
1.8	Автоматический выключатель S 803C-K80	2CCS883001R0627	ABB	шт.		95×79,5×82,5
1.9	Автоматический выключатель Tmax T5 N 400		ABB	шт.		205×139,5×139
1.10	Электронный расцепитель PR221DS-LS/I		ABB	шт.
	Материалы
2.1	Клеммный блок ZS4	1 SNK 505 010 R0000	ABB	шт.
2.2	Клеммный блок ZS4 (BLUE)	1 SNK 505 020 R0000	ABB	шт.
2.3	Клеммный блок ZS4-PE	1 SNK 505 150 R0000	ABB	шт.
2.4	Распределительный блок BRT 125	1SNA 179 535 R2300	ABB	шт.
2.5	Кнопка CP1−30G-10	1 CFA 619 100R3012	АВВ	шт.
2.6	Кнопка CP1−30R-01	1 CFA 619 100R3041	АВВ	шт.		85×45 (ДлхВ)
2.7	Корпус НКУ 2/00B	2CP X036371R9999	АВВ	шт.
2.8	Рейка DIN3-TH35×15	1SNA 168 500 R1200	АВВ	м.

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.