49863

Расчет схемы управления и защиты трехфазного асинхронного двигателя

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Защита трансформатора от токов короткого замыкания и перегрузки осуществляется автоматическим выключателем Q0. Нижестоящий выключатель Q1 защищает от токов к. Для защиты нагрузок 2 7 и соединяющих их линий l2 l7 от токов короткого замыкания перегрузки и токов утечки ниже установлены автоматические выключатели нагрузки FD2 FD7. Защита двигателя от токов короткого замыкания осуществляется автоматическим выключателем QF1.

Русский

2014-01-16

392 KB

22 чел.

Низковольтное комплектное устройство

для управления и защиты асинхронного двигателя

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

по курсу

«Электрические и электронные аппараты»

Выполнил Чиркин В.Г.

Группа ЭЛ-11-07

Вариант 13

Проверил Жаворонков М.А.



Описание схемы установки

Схема предназначена для управления и защиты трехфазного асинхронного двигателя, питаемого от трансформатора T с линейным напряжение на низкой стороне 380В. От него же питаются нагрузки 2 – 7. Защита трансформатора от токов короткого замыкания и перегрузки осуществляется автоматическим выключателем Q0. Нижестоящий выключатель Q1  защищает от токов к.з. и перегрузки линию l0, ведущую к распределительному щиту.

На входе распределительного щита установлен выключатель нагрузки QS0. Для защиты нагрузок 2 – 7 и соединяющих их линий l2l7 от токов короткого замыкания, перегрузки и токов утечки, ниже установлены автоматические выключатели нагрузки FD2FD7.

Цепь управления двигателем представляет собой схему прямого пуска двигателя, осуществляемого контактором КМ с помощью кнопок пуска SB2 и остановки SB1 двигателя. Защиту цепи управления осуществляет плавкий предохранитель FU1.

Защита двигателя от токов короткого замыкания осуществляется автоматическим выключателем QF1. Защиту от токов перегрузки осуществляет тепловое реле КК.
1. Предварительные расчеты

Трансформатор

Мощность питающего трансформатора Sном = 250 кВА

Номинальное линейное напряжение  Uном.л = 380 В

Напряжение КЗ  Uк% = 5,0

Потери в меди  PСu = 3,25 кВт

Длины соединительных кабелей

   l0 = 20 м

   l1 = 12 м

   l2-l7 = 14 м

Материал кабеля   медь

Номинальные токи нагрузки  I2-I4 = 12 А

Номинальные токи нагрузки  I5-I7 = 9 А

Двигатель  A200LA12

Мощность Pном.дв. = 13 кВт

КПД η = 83%

 cos φ = 0,65

Кратность пускового тока kI = 4

  1.  Расчет параметров трансформатора

Полное сопротивление трансформатора             

Номинальный ток трансформатора

Активное сопротивление трансформатора

Реактивное сопротивление трансформатора

Ток КЗ

1.2. Расчет параметров двигателя

Номинальный ток двигателя              

Пусковой ток двигателя

Ударный пусковой ток двигателя

1.3. Выбор кабелей

Кабели нагрузки 2-4

Кабели нагрузки 5-7

Кабель двигателя 1

Кабель трансформатора 0

Рабочий ток нагрузки

9

12

37

58

Длительно допустимый ток

20

20

50

63

Исполнение фазного провода

трехжильный

трехжильный

3ф+РЕ

3ф+РЕ

Сечение фазных проводов, мм2

2,5

2,5

10

16

Изоляция

ПВХ

ПВХ

ПВХ

ПВХ

1.4. Расчет токов короткого замыкания

Кабели

№0

№1

№2 - 4

№5 - 7

Рабочий ток, А

58

37

12

9

Сечение, мм2

16

10

2,5

2,5

Длина, м

20

12

14

14

Удельное сопротивление

Активное rуд, мОм/м

1,45

2,31

9,18

9,18

Реактивное xуд, мОм/м

0,077

0,080

0,097

0,097

Суммарное сопротивление кабеля

Активное rк,=rуд∙lк, мОм

29

27,72

128,52

128,52

Реактивное xк=xуд∙lк, мОм

1,54

0,96

1,358

1,358

Активное rкз, мОм

Реактивное xкз, мОм

Полное , мОм

Суммарное

сопротивление

кабеля до точки КЗ

в месте установки двигателя (точка 2)

rкз = rт + rс + rпк + r0 + r1 = 7,5 + 0,1 + 15 + 29 + 27,72 = 79,32

xкз = xт + xс + x0 + x1 = 27,9 + 0,6 + 1,54 + 0,96 = 31

85,163

Суммарное

сопротивление

кабеля до точки КЗ в месте установки нагрузки (точка 3)

rкз = rт + rс + rпк + r0 + r2 = 7,5 + 0,1 + 15 + 29 + 128,52 =  180,12

xкз = xт + xс + x0 + x2 = 27,9 + 0,6 + 1,54 + 1,358 = 31,398

182,836

Суммарное

сопротивление

кабеля до точки КЗ в месте установки вышестоящих

выключателей (точка 1)

rкз = rт + rс + rпк + r0 =

7,5 + 0,1 + 15 + 29 =  51,6

xкз = xт + xс + x0 = 27,9 + 0,6 + 1,54 = 30,04

59,707

Суммарное

сопротивление

кабеля до точки КЗ на зажимах

трансформатора

rкз = rт + rс + rпк = 

7,5 + 0,1 + 15 = 22,6

xкз = xт + xс = 27,9 + 0,6 = 28,5

36,373

где  rТ и  xТ –  соответственно  активное и индуктивное  сопротивления трансформатора; rc и xc – приведенные активное и индуктивное сопротивления  энергосистемы (принимаем  rc = 0,1 мОм  и xc = 0,6 мОм),  rпк -  переходное  сопротивление  контактов  в  местах соединения (принимаем равным 15мОм).

Ток трехфазного КЗ в месте установки двигателя (точка 2)

, А

Ток однофазного КЗ в месте установки двигателя (точка 2)

где rкз  и  xкз -  соответственно  активное  и  индуктивное  сопротивления

прямой последовательности цепи до точки КЗ;

r0 и x0 находятся как  

, мОм

, мОм

где r и x - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора (при соединении обмоток трансформатора «треугольник-звезда» r =  rТ и x = xТ; );

r и x - активное и индуктивное сопротивления кабелей, (r = rк и x = xк); rн.п и xн.п - активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, (находится также как и сопротивление кабеля).

Ток трехфазного КЗ в месте установки нагрузки (точка 3)

, А

Ток однофазного КЗ в месте установки нагрузки (точка 3)

, мОм

, мОм

Ток трехфазного КЗ на зажимах вышестоящих выключателей (точка 1)

, А

Ток однофазного КЗ на зажимах вышестоящих выключателей (точка 1)

, мОм

, мОм

Ток трехфазного КЗ на зажимах трансформатора (точка 0)

, А


Сводная таблица по пункту 1.

Точка

Ток

0

1

2

3

, А

380

58

37

12

, А

-

63

50

20

, кА

-

1,9

1,6

0,7

, кА

7,6

3,7

2,6

1,2

1.5. Проверка условия падения напряжения на контакторе

В режиме пуска двигателя, когда в цепи протекает пусковой ток Iп.дв, ГОСТом нормируется максимальное падение напряжение на контакторе, которое не должно превышать 15% от V, т.е.

,

где r0 – активное сопротивление цепи до места контактора в цепи,

х0 - реактивное сопротивление цепи до места контактора в цепи.

Максимальное падение напряжения не превышает 15% от V.


2. Выбор электрических аппаратов управления и защиты

Необходимо выбрать аппараты защиты трансформатора, нагрузок, аппараты защиты и управления двигателя:

  •  автоматический выключатель Q0 на стороне низкого напряжения трансформатора
  •  выключатель нагрузки QS0 на входе распределительно щита
  •  автоматический выключатель QF1 для защиты двигателя от токов к.з.
  •  контактор КМ для управления двигателем
  •  тепловое реле КК для защиты двигателя от токов перегрузки
  •  предохранитель FU1 для защиты цепи управления двигателем
  •  кнопки SB1 и SB2 коммутации цепи управления
  •  автоматические выключателе дифференциального тока FD2-FD7 для защиты нагрузки  от токов к.з., перегрузки и токов утечки.

Выбор производится по каталогам Schneider Electric.

2.1. Выбор автоматического выключателя Q0 на стороне низкого напряжения трансформатора.

Автоматический выключатель Q0 предназначен для защиты вторичной обмотки трансформатора от токов перегрузки и короткого замыкания.

Выбор ведется по параметрам:

  •  род тока силовой ветви – AC
  •  номинальное напряжение
  •  число главных контактов – 3
  •  номинальный ток выключателя
  •  отключающая способность

Требуемым параметрам соответствует Compact NS400N STR23SE 400 3P3T

Технические характеристики Schneider Compact NS400N STR23SE 400 3П3T

Категория применения

А

Номинальный ток In 

400А

Номинальное рабочее напряжение Ue  

690 В

Количество полюсов

3

Электронный расцепитель

STR23SE(электронный)

Защита от перегрузок

Предельная отключающая способность Icu 

50 кА

Рабочая отключающая способность Ics = % Icu

100%

Механическая износостойкость

15000

Электрическая износостойкость

6000

Размеры (мм)

140255110

Установка

на DIN-рейке

Артикул

32699

2.2. Выбор нижестоящего выключателя нагрузки QS0

Выключатель нагрузки QF0 предназначен для коммутации сети на входе распределительного щита.

На его место рассматривалась установка автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем, но ни один из представленных в каталоге выключателей не позволил осуществить согласованность работы по схеме прямого пуска двигателя. (Ударный пусковой ток двигателя попадал в область срабатывания выключателя)

Выбор ведется по параметрам:

  •  род тока силовой ветви – AC
  •  номинальное напряжение
  •  число главных контактов – 4
  •  отключающая способность

Требуемым параметрам соответствует Interpact INS63 4П

Технические характеристики Interpact INS63 4П

Категория применения

АС

Условный тепловой ток Ith 

63А

Номинальное рабочее напряжение Ue  

500 В

Предельная отключающая способность Icu 

25 кА

Количество полюсов

4

Механическая износостойкость

20 000

Электрическая износостойкость

1 500

Размеры (мм)

859062,5

Установка

на DIN-рейке

Артикул

28902

2.3. Выбор аппаратов защиты на нагрузке FD2-FD7

Автоматические выключатели дифференциального тока FD2-FD7  предназначены для защиты нагрузки от токов к.з., перегрузки и токов утечки.

Выбор ведется по параметрам:

  •  род тока силовой ветви – AC
  •  номинальное напряжение
  •  число главных контактов – 1
  •  номинальный ток выключателя
  •  тип расцепителя – защита в зоне токов КЗ и перегрузки
  •  отключающая способность
  •  дифференциальный ток

Требуемым параметрам соответствует DPN N Vigi С20А 30мА

Технические характеристики DPN N Vigi С20А 30мА

Категория применения

АC

Номинальный ток In 

20А

Дифференциальный ток Id

30 мА

Номинальное рабочее напряжение Ue  

230 В

Количество полюсов

1P+N

Электронный расцепитель

Защита от перегрузок

Предельная отключающая способность Icu 

6 кА

Рабочая отключающая способность Ics = % Icu

100%

Механическая износостойкость

20 000

Электрическая износостойкость

20 000

Размеры (мм)

36×81×76

Установка

на DIN-рейке

Артикул

19666

2.4. Выбор аппаратов защиты и управления двигателя

2.4.1. Выбор автоматического выключателя

Автоматический выключатель QF1 предназначен для защиты двигателя от тока к.з.

Выбор ведется по параметрам:

  •  род тока силовой ветви – AC
  •  номинальное напряжение
  •  число главных контактов – 3
  •  номинальный ток выключателя
  •  тип расцепителя – защита в зоне токов КЗ
  •  отключающая способность
  •  ток уставки мгновенного срабатывания Iсраб ()

Требуемым параметрам соответствует Merlin Gerin NS80H-MA50 3P`

Технические характеристики Merlin Gerin NS80H-MA50 3P3D

Категория применения

А

Номинальный ток In 

50А

Номинальное рабочее напряжение Ue  

400 В

Количество полюсов

3

Электронный расцепитель

регулируемая уставка 6…14 In

Защита от перегрузок

Предельная отключающая способность Icu 

70 кА

Рабочая отключающая способность Ics = % Icu

100%

Механическая износостойкость

20 000

Электрическая износостойкость

10 000

Размеры (мм)

90×120×80

Установка

на DIN-рейке

Артикул

28101

2.4.2. Выбор контактора

Контактор КМ предназначен для коммутации двигателя.

Выбор ведется по параметрам:

  •  род тока силовой ветви – AC
  •  номинальное напряжение
  •  число главных контактов – 3
  •  категория применения – AC3
  •  номинальный рабочий ток контактора
  •  степень защиты

Требуемым параметрам соответствует TeSys LC1-D50 M7

Технические характеристики TeSys LC1-D50 M7

Категория применения

АC3

Номинальный ток In 

50А

Номинальное рабочее напряжение Ue  

400 В

Количество полюсов

3P+NO+NC

Мощность двигателя

22 кВт

Предельная отключающая способность Icu 

6 кА

Механическая износостойкость

20 000 000

Электрическая износостойкость

2 000 000

Размеры (мм)

75×127×114

Установка

на DIN-рейке

Артикул

LC1D50M7

2.4.3. Выбор теплового реле

Тепловое реле КК предназначено для защиты двигателя от токов перегрузки.

Выбор ведется по параметрам

  •  номинальное напряжение реле
  •  число полюсов – 3
  •  номинальный ток нагревательного элемента

Требуемым параметрам соответствует Merlin Gerin TeSys LRD-3357

Технические характеристики TeSys LRD-3357

Диапазон уставок k In

37…50 А

Номинальный тепловой тока (уставка)

50А

Номинальное напряжение Ue

380 В

Количество полюсов

3

Установка

на контактор

Технические характеристики цепи управления

Технические характеристики цепи управления

Номинальное напряжение

220 В

Среднее потребление срабатывания

200 ВА

Среднее потребление удержания

20ВА

Пусковой ток цепи управления

1 А

Время срабатывания

20…26 мс

Рабочий ток

0.1 А

2.4.4.  Выбор аппараты защиты FU1 в цепь управления

Предохранитель FU1 предназначен для защиты цепи управления двигателя от токов к.з.

Выбор ведется по параметрам

  •  номинальный ток плавкой вставки

Комбинированный разъединитель-предохранитель STI

Количество полюсов

1

Напряжение

400В

Размеры (мм)

18×78×73

Артикул

15635

Патрон предохранителя

Тип

gG

Патрон

без бойка

Номинальный ток

Напряжение

380В

Ток отключения

20кА

Размеры

8,5×31,5

№ по каталогу

15767

2.4.5. Выбор кнопок управления SB1 и SB2

Кнопки SB1 и SB2 предназначены для управления пуском и остановкой двигателя.

Выбор ведется по параметрам

  •  номинальное напряжение 220В
  •  номинальный ток 1 А
  •  функциональное назначение

Технические характеристики выключателей кнопочных XB7EA

Номинальное напряжение

230В

Номинальный ток

Монтажный диаметр

22 мм

Габаритные размеры

Ø29×50 мм

Степень защиты

IP54

Кнопка SB1 «Пуск»

Контактная группа

1 замыкающийся

Цвет

черный

Фиксация

нет

Артикул

ХВ7ЕА21Р

Кнопка SB2 «Стоп»

Контактная группа

1 размыкающийся

Цвет

красный

Фиксация

нет

Артикул

ХВ7ЕА42Р

2.4.6. Выбор шкафа и аксессуаров

Выбор осуществляется по габаритным размерам выбранных аппаратов из стандартных предложений Schneider Electric.

Выбран навесной шкаф Prisma Plus серии G

Внешние габариты (В×Ш×Г)

480×595×205(без двери), 250(с дверью и ручкой)

Номинальный рабочий ток

до 630А

Степень защиты

IP30

Степень защиты от механических ударов

IK08(с дверью)



Распределительный блок Multiclip 80A

Количество полюсов

4

Входящий кабель

до 25 мм2

Отходящий кабель

до 10 мм2

Крепление

с обратной стороны монтажной рейки

№ по каталогу

04004

Шинка заземления

Изоляция

неизолированная

Длина

330 мм

Количество

12×3

№ по каталогу

04201


2.5. Проверка согласованности работы аппаратов

  1.  

На рисунке показана пусковая характеристика двигателя и время-токовые характеристики аппаратов защиты. Все характеристики показаны в кратностях току In = 50 А.

На место выключателя нагрузки предполагалось установка автоматического выключателя C60 N D63, но его использование нарушает селективность схемы. Характеристика автоматического выключателя QF1 Merlin Gerin NS80H-MA50 находится в пределах 6…14In и не мешает пуску двигателя даже в случае максимального ударного пускового тока Iуд.п. Ток однофазного короткого замыкания находится в области гарантированного отключения выключателем. Характеристика теплового реле КК Merlin Gerin TeSys LRD-3357 везде проходит выше характеристика двигателя, защищая его от токов перегрузки и не мешая его работе.


Список литературы

  1.  Правила устройства электроустановок, 6-е издание, М. Энергоатомиздат, 1986.
  2.  Методические указания по выполнению курсового проекта. Курсовой проект по ЭиЭА. Осень 2009
  3.  Каталог Merlin Gerin Multi9 Оборудование для pаспpеделительных сетей
  4.  низкого напряжения на токи от 0,5 до 125 А. СATMULTI9UA22004, 09/2004
  5.  Каталог Автоматические выключатели и выключатели-разъединители низкого напряжения Compact NS 80 -1600 А. BTP-COMPACT-R, 08/2006
  6.  Каталог Shneider Electric Compact NSX 100 - 630 А. Автоматические выключатели и выключатели-разъединители низкого напряжения, измерение и передача данных. PMRUCAT-COMNSX-2008-01, 09/2008
  7.  Каталог Merlin Gerin Выключатели-разъединители низкого напряжения Interpact INS/INV 40 - 2500 A. INTERPACTCATRU, 11/2006
  8.  Каталог TeSys Пускорегулирующая аппаратура. TESYSCATRU, 08/2007
  9.  Каталог Merlin Gerin. Низковольтные комплектные устройства Prisma Plus. Серия Prisma Pack. Серия G.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4049. Исследование движения электронов в электростатическом поле 33.5 KB
  Исследование движения электронов в электростатическом поле Цель работы Определение зависимости смещения электронного пучка на экране осциллографа от величины напряжения на отклоняющих пластинах. Расчет чувствительных отклоняющих пластин осцилл...
4050. Исследование апериодического разряда конденсатора. Определение емкости конденсатора 77.5 KB
  Исследование апериодического разряда конденсатора. Определение емкости конденсатора Цель работы: Определение зависимости силы тока от времени при разряде конденсатора через сопротивление. Нахождение емкости конденсатора. Рисунок Рабочие...
4051. Исследование гальванического элемента тока 253.5 KB
  Исследование гальванического элемента тока Цель работы. Целью данной работы является определение связи между силой тока в цепи гальванического элемента тока и падением напряжения на внешнем участке цепи. Расчет на основании этих данных величин...
4052. Определение удельной электрической проводимости жидкости 226 KB
  Определение удельной электрической проводимости жидкости Изучение основных характеристик электрического тока. Изучение аналогии между электростатическим полем и стационарным электрическим полем. Определение удельной электрической проводимости жидкос...
4053. Отношения и их свойства 185 KB
  Отношения и их свойства Бинарное отношение R на конечном множестве Требования на множество – те же, что и раньше (в нем не должно встречаться повторяющихся элементов, кроме того, оно должно быть упорядочено по возрастанию)....
4054. Написание программы для работы с видеопамятью 73.5 KB
  Постановка задачи Написать программу, которая будет работать с видеопамятью. Можно выполнить любое из приведенных ниже заданий. Независимо от конкретного задания программа должна работать резидентно. Текст, присутствовавший на экране до запуска п...
4055. Актуальные аспекты в творчестве Ю.А. Лаврикова 37 KB
  Актуальные аспекты в творчестве Ю.А. Лаврикова. В вышедшей в 1989 году книге Интенсификация производства и проблемы управления трудом, Юрий Александрович Лавриков провел параметрический анализ производства переходного периода. Этот переходный пери...
4056. Принцип наследования. Создание иерархии классов. Классы и модули 46.5 KB
  Принцип наследования. Создание иерархии классов. Классы и модули. Задание: Создать иерархию графических классов в соответствии с рисунком. Описания классов оформить в отдельном модуле. Для создания данной программы, нам нужно обязательно созда...
4057. Дееспособность несовершеннолетних. Несовершеннолетние в области трудового, жилищного права 60.5 KB
  Лекция. Дееспособность несовершеннолетних. Несовершеннолетние в области трудового, жилищного права Гражданское законодательство о несовершеннолетних Гражданский кодекс Российской Федерации является основным источником гражданских прав, законных инте...