低压开关柜设计.docx

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低压开关柜设计

毕业论文

题目低压开关柜设计

姓名

学号

专业班级

所在系别

指导教师

日期年5月10日

低压开关柜设计

摘要。

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4

前言…………………………………………………………………4

第一章.绪论…………………………………5

一.介绍………………………………………5

1.1设计题目机工程概括……………………………………5

1.2设计的目的及要求…………………………5

1.3设计内容……………………………5

1.4设计原则……………………………5

.第二章.常见的低压开关柜的结构及特征

机床系统硬件平台

一.GDX介绍………………………………………6

1.1产品概述……………………………………6

1.2正常使用环境…………………………6

1.3产品结构特点……………………………6

1.4产品用途……………………………6

机床系统硬件平台

1.5技术指南………………………………………………7

1.6使用环境…………………………………7

1.7特点……………………………7

1.8结构……………………7

本章小结…………………9

第三章.电器元件材料及附件的介绍……………………………10

总则……………………………………………10

1.1一般规定……………………………………………10

1.2一般原则…………………………………10

1.3有关的几项规定……………………………………11

1.4按额定电压的选择…………………………………11

1.5按额定电流的选择……………………………11

1.6短路热稳定校验要求…………………………………12

1.7校验动稳定校验的要求………………………………………12

二.材料选择

2.1母线材料的选择……………………………………………12

2.2母线截面形状选择……………………………………………13

2.3断路器的选择……………………………………………13

2.4电流互感器的选择……………………………………………13

2.5继电器的选择……………………………………………14

2.6避雷器的选择……………………………………………16

2.7电流表的选择……………………………………………18

2.8电压表的选择……………………………………………18

2.9功率因数补偿仪的介绍…………………………………………19

2.10指示灯…………………………………………19

2.11交流接触器…………………………………………20

本章小结……………………………………………20

四.设计………………………21

4.11壳体设计…………………………………………21

4.12系统图设计……………………………………22

4.13主柜设计……………………………………………25

4.14电容柜设计………………………………………27

4.15馈电柜设计……………………………31

本章小结…………………………………………………………33

第五章参考文献………………………………………………………………33

摘要

随着国民经济的稳步增长，电气各系统设备技术水平得到极大改善和提高。

本次设计某公司供配电工程，以安全可靠，经济灵活的原则电气系统，优先考虑先进可靠的装备，以达到时代对建筑电气设计的要求。

在供配电系统设计中应满足供电可靠性，电力系统采用树干式和放射式相结合的方式进行配电，以达到安全可靠，经济合理的设计要求。

还要做到远近期相结合并考虑扩充的可能性适当留有余量。

照明系统的设计从科学合理的角度出发并以节能高效的原则，选择高效率的灯具，以达到节约能源，保护环境，建立优质高效，经济舒适，安全可靠，提高人们生活质量和工作效率，保护身心健康的照明环境。

消防系统的设计以“预防为主，防消结合”为目的，本工程根据其使用性质，规模及消防要求等采用集中报警控制系统，并设专门的消防控制室，用来监视建筑物内的消防设施，进行探测和控制。

前言

科学技术和社会生产的不断发展，对机械电子产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。

低压柜和高压柜的出现是实现上述要求的最重要措施之一。

它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。

许多生产企业（例如汽车、拖拉机、家用电器等制造厂）已经采用了低压柜来控制自动机床、组合机床和专用自动生产线。

采用这种高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊在每一个工件上的费用很少，经济效益仍然是非常显著的。

毕业设计是四川某学院电气工程系供用技术专业一门专业课程.。

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第一章电气主接线的设计及主变的选择,对主接线的设计提出了多种方案,并进行了论述,分析比较了各种主接线形式的优缺陷,选择最佳主案;第二章短路电流的计算,第三章导体及电器的选择,本章详细介绍了变电站中的设备选取,对设备的参数进行了校验论证.第四章.继电保护及自动装备的配置,结合相关规范对变电站的设备保护做了系统的分析论述.本设计中的文字符号和图形符号采用了新的国家标准.

本设计在设计过程中参考了大量的参考资料,如:

《发电厂变电所电气部分》、《电力系统继电保护》（增订版）、《供配电系统》、《中国电力百科全书》、《毕业设计指导书》等。

第一章绪论

一.介绍

1.1设计题目及工程概况

1.设计题目

低压开关柜设计

2.设计条件及概况

本低压开关柜是某公司用来做变配电所低压总配电柜送给其他机器两路220/380V三相四线制电源。

1.2设计的目的及要求

目的：

在于我们用已学过的工厂供配电的基本理论及专业知识，按照给定的设计资料和设计要求，使学生掌握变配电系统设计的理论知识，方法程序，技术规范和设计的基本技能，进一步扩大知识面，并使之系统化，综合化，通过课程设计主要培养学生创新意识和获取新知识的能力以及树立起严谨，认真，实事求是，刻苦钻研，

团结协作的工作态度和工作作风。

要求：

在本次低压柜电气工程的设计中，我们要学会用自己所学的理论知识与认识实习的感性认识，对本次设计做合理的分析.论证，并根据设计任务书的要求和工作计划，在老师的指导下，来合理分配各个阶段的工作量，妥善安排时间。

在进行方案论证中，小组同学之间，应集思广益，通过小组讨论并在教师的指导和帮助下，取得合理有据的方案，在设计过程中，要学会积极思考，求同存异的分析问题，解决问题，以取得设计满足实际问题的需要和要求方案。

所有变配电系统图纸的绘制必须符合国家有关最新标准规定，包括线条，图形符号及图纸的折叠和装订等。

1.3设计的依据：

1.建设方提供的有关职能部门（如：

供电部门，消防部门，通信部门，公安部门等）认定的工程设计资料，建设方设计要求。

2.相关专业提供给本专业的工程设计资料。

3.本工程采用的主要标准及规范。

1.4设计原则

低压系统接线应在满足负荷要求的情况下，选择最为经济合理的电源系统接线方式。

设计中应考虑以下因素：

1.电源电压的选择；2.配电室位置的确定；3.设备的总容量与台数的确定；4.电源的选用；5.进线方向；6.系统设计方案；7.出线方式;8每回

线输送容量；9.技术经济比较。

1.配电系统的要求其原则应符合：

1）安全性必须保证在任何可能的运行的方式及检修状态下运行人员及设备的安全。

2）可靠性主结线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。

要保

证主结线的可靠性可以采用多种措施。

如系统中的某一电气元件故障时，可以由保护装置自动把故障元件迅速切除，使之不影响系统的其他部分的继续运行；也可以在系统中设置备用元件，当工作元件故障时，由自动装置立即投入备用元件代替工作元件。

因此，在主结线中就要考虑是否方便电气元件的投切操作。

3）灵活性应能适应在各种可能的运行方式的要求。

主结线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主结线电路关系的改变叫做运行方式的改变。

运行方式的改变通常是通过对主结线中某些电气元件的投入和切除来实现的，因此，主结线应考虑是否方便电气元件的投切操作。

从而适应各个时段能源供电能力与负荷变化的要求，适应元件检修的要求，保证各种不正常运行方式下系统仍能达到足够的供电质量。

4）经济性应满足最少的投资与年运行费用的要求，使的总经济效益为最佳。

5）操作简单：

在满足系统要求的前提下，操作应尽可能简单。

6）维修方便。

2.供电系统设计的一般原则

1）电源一般取自电力系统，也可取自企业自发用电系统。

2）每一企业一般应有两回独立电源线路，当任一回因发生故障停止供电时，另一回线路应能担负企业的全部一类负荷及部分二类负荷。

3）对大中型露天矿应有两个独立电源；对大型矿区选煤厂和年产

5Mt以上规模的矿区机电修配厂，当由6-10KV电压供电时，一般不少于两回线路，当由35KV以上电压供电时，可只设一回线路。

有条件时，对大型矿区选煤厂可另设备用电源，以便在停电时向照明设备和某些由于停电会造成事故的设备供电。

其他用电单位，除另有供电要求者外，可设一回线路。

4）由两回及以上线路供电时，其中一回停止运行，其余的用电负荷应保证全部一类负荷的供电，对其他负荷应保证全部负荷的75%。

5）企业用电线路的导线均应按经济电流密度选择，按允许电压损失及允许载流量的条件验算。

3.配电系统中应遵循的一般原则：

1）安全要求。

配电装置系统的设计必须使下列一级负荷由两个独立电源供电。

矿井主要通风机和分区通风机；井下主排水泵；立井提人的电梯；高层建筑的安全照明及消防照明；金融财务用电；通信广播用电等。

2）导线电缆截面的选择。

6KV以上的导线和电缆截面选择，应符合允许载流量和允许电压降的要求。

固定敷设且年最大负荷利用小时数在3000h以上的线路，其截面应先按经济电流密度选择电缆并

应以短路热稳定校验。

地面高压设备的电缆线路截面，可按允许载流量和最不利的条件选择。

第二章常见的低压开关柜结构及特征

一.GDX介绍：

智能：

普通：

1.1、产品概述

GDX智能型低压配电柜是我公司自主研发的一种新颖的低压配电柜。

它采用PROFIBus现场总线技术和相关的智能模块sT500和网络电力仪表SF400等。

可对整个配电系统进行遥控、遥调、遥测、遥信，它广泛的用于电厂变电所，工矿企业高层建筑等领域。

GDX型交流低压组合式开关柜，主要运用于50-60HZ，额定电压660V及以下的共电系统，作为电站、工矿企业、高层楼宇，机场等的配电及动力控制

1.2、正常使用环境

1、环境温度不高于+40℃不低于-15℃。

2、相对湿度在最高温度为40℃，不超过50％，在较低温度时允许有偶然的凝露。

3、海拔不超过2000米。

1.3、产品结构特点

1、本开关柜的骨架是由钢板和型材以25mm模数组装而成。

2、壳体采用内外门来提高壳体的防护等级，外门采用钢化玻璃门，使

柜体外型美观大方，内部采用搭积木式组合，大大简化了设计安装工作。

3、本开关柜可以做成固定式，分隔式和抽屉式。

4、本开关柜可以做成2000mm和2200mm高。

5、本开关柜可以做成侧出式靠墙安装和后出式。

6、通过总线和上位机联接，对控制柜进行遥控。

1.4产品用途

GDX型交流低压组合式开关柜，主要运用于50-60HZ，额定电压660V及以下的共电

系统，作为电站、工矿企业、高层楼宇，机场等的配电及动力控制。

1.5、技术指标

1、额定工作电压（V）660V及以下

2、母线额定工作电流（A）：

水平母线：

10001600250040007000

垂直母线：

40063010002000

3、母线短时耐受电流1秒有效值（KA）5080

4、母线蜂值耐受电流（KA）105

5、外客防护等级：

IP30IP40

6、符合标准：

1CE-439GB7251-87

1.6、使用环境

1、环境温度不高于40℃，不低于-25℃。

2、相对湿度在最高温度为40℃，不超过50%；在教低温度时允许有较高的相对湿度。

3、应在-25℃+50℃温度内运输和储存，在短时间（不超过24小时）温度可达+70℃。

4、海拔高度不超过2000米。

5、如有特殊使用条件，用户在定货时提出。

1.7、特点

1、GDX柜为金属外壳防护，基本骨架是E=25mm为摸数安装孔的ABB型材，全部采用组合装配而成。

2、金属结构采用镀锌和粉末喷塑工艺，防腐能力强。

3、功能单元采用插入方式，抽屉式，半抽屉式和固定分隔式四种安装方式，检修安全，方便。

4、柜内一般采用原装进口元件，主要元件采用世界著名电器集团ABB公司的元器件，具有容量大，分断能力高，体积小，安全可靠。

（亦可采用用国产化元件）

5、母线搭接不需锁孔，采用独特搭接方式，方便灵活。

6、采用高强度阻燃型工程塑料组件，有效地加强防护安全性能。

7、柜内母线外套耐热、耐孤的绝缘套。

8、GDX配有安装底座，安装时将底座直接焊接在槽钢上。

9、GDX柜可离墙安装，亦可靠墙安装。

10、可适应各种进出线方式。

1.8、结构

柜体由冷轧钢板加工成构件，用型材和三通连接器组装，每个柜体有五部分组成，母线室、电缆室、功能室、PE室和基础底座。

柜体的组合形式分为以下几种：

1、抽屉式结构

没有断开、试验、接通三个位置。

100A及以下的回路小室一般200mm，45A及以下的回路可并排安装两个抽屉，不装断路器的45A及以下的电动机控制回路可并排安装三个抽屉。

二次回路连接采用16A的滑动式接插件，每个抽屉最多可安装20付，1/2和1/3抽屉可装10付。

2、半抽屉式结构

基本结构与抽屉式相同，所不同的是：

（A）抽屉单元进线为插件，出线及二次部分为鼓动式联接。

这种方式适用于柜靠墙安装单元维护。

（B）MCCB为插入式，其它元件为固定式安装。

3、抽出式结构

用把手摇动推杆来完成与母线排的接通和断开。

开关本体和底座的插接有可靠机械联销机构。

4、固定分隔式结构

固定分隔式功能单元中的元件均采用固定式安装。

分隔单元小室可与抽屉结构混合安装。

本章小结

本章结合当今电力方面发展的新进展，对低压柜的体系结构特点进行了分析，讨论了低压柜体系结构开放化的基本概念和实行开放的途径，并在需求分析的基础上提出了低压柜系统的设计原则和概念模型。

本章着重讨论在低压柜结构目标下基本的结构，分析低压柜的基本设计原则，以及应用特点、用途等。

设计出新的结构体系和模型。

第三章

导体和电器的选择设计

一.总则

1.1、一般规定

导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有余地，以满足电力系统安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下：

1.2一般原则

1.应满足正常行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。

2.应按当地环境条件检验。

3.应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致。

4.选择导线时应尽量减少品种。

5.选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠试验数据，并经主管部门鉴定

合格。

1.3有关的几项规定：

导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件：

1.在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算。

2.验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算：

1）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

2）在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容

补偿装置放电电流的影响。

3）在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短

路电流的计算方法与发电机相同。

4）对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为

最大的地点，对带电抗器的6—10KV出线的计算点，除其母线隔离开关

前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电器宜选择在电抗器

之后

3.验算导体和110KV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主

保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采

用能对该处死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流

值。

电器和110KV及以上充油电缆和短路电流计算时是，一般须用后备保

护动作时间加相应的短路器全分闸时间。

4.导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流，可按三相短路验算，若

发机出口两相短路或中性点直接接地系统，自耦变压器等回路中的单相，

两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。

5.环境条件：

选择导体和电路时，应按当地环境条件校核，当气温、风速、

湿度、污秽、海拔、覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时，应通过经济技术比较分别采取下列措施：

1）向制造部门提出补充要求，订制符合该环境条件的产品。

2）在设计或运行中采取相应的防护措施，如采用屋内配电装置、水冲洗、

减震器等。

1.4按额定电压选择的要求是：

要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压，由于线路供电端额定电压比受电端额定电压高10-5%,因此设备必须能够长期承受这个电压值，电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压，对220KV及以下设备其最高工作电压额定电压高15%，330及500KV设备的最高工作电压比额定工作电压高10%，由此可知，只要设备的额定电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压一定能满足电网首端电压要求。

1.5按额定电流选择的要求是：

设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流，当周围介质的温度不等于规定值时，设备的容许电流应进行修正。

1.6短路热稳定校验的要求是：

导体的最高短时温度不大于短时允许最高温度，对于电器来说，是短路电流热脉冲不大于电器允许的热脉冲

t,

是t秒钟的热稳定电流。

和t值可由电器的铭牌或手册中查出。

1.7校验动稳定校验的要求是：

对导体（母线）来说，其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不小大于材料的允许应力，对于电器来说，是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大允许动稳定电流。

二.材料选择

2.1母线材料的选择

配电装置中所用母线材料有铜、铝、钢三种，铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，但铜的贮量少，价格贵，一般不建议采用，只在空气中有腐蚀性气体的户外配电装置中才用，铝的电阻率较高，较易腐蚀，但贮量多，价格便宜，广泛用作配电装置中的母线，钢的电阻率更大，还有很大的磁滞损耗和涡流损耗，但它的优点是机械强度高和价格便宜，通常用于高压小容量电路，工作电流不大于300—400A的低压电路以及直流路中，本设计中的母线均选铝质材料。

2.2母线截面形状选择

要求母线的截面形状应使集肤效应小，散热良好，机械强度高，安装简单和连接方便，实际上常采用的母线截面形状有圆形、矩形（单条、双条、三条的）、管形、双槽形等

圆形母线只适用于小功率的电气装置中，矩形母线常用于35KV及以下的户内配电装置中，为了增大散热面面积，减小集肤效应，应兼顾机械强度。

矩形母线的边比通常是1/12—1/15,为避免集肤效应过大，单条母线的截面积不应大于1000—1200㎜2。

当单条矩形的最大容许电流不满足要求时可采用两条矩形母线，条间的距离一般取为一条母线的厚度，以保证散热良好，当工作电流更大时，可采用三条矩形母线，当每相有三条矩形母线时，中间一条中的电流占总电流的20%，两边的每条占总电流的40%,可见母线材料的利用率低，通常不宜采用每相有四条以上的矩形母线。

在工作电流很大的装置中，可采用双槽形母线和管形母线，双槽形母线集肤效应较小，散热面大，机械强度高，适用于工作电流很大（4000—8000A）。

短路电流也较（150kA及以上）大的场合，管形母线的机械强度大，但内表面的散热条件差，如果管内采用通风冷却或通水冷却，其载流能力可较普通母线提高几倍或几十倍，管形母线多用作绝缘封闭水内冷母线作为巨大容量发电机的连接线，硬管及软管母线也可用于户外高压配电装置中，本设计中220KV、110KV母线形状选管型，10KV母线选矩形母线。

2.3断路器的选择要求

1.断路器的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压

2.断路器的额定电流应等于或大于通过断路器的长期最大负荷电流

3.选择断路器的类型：

户内型、户外型、多油式、少油式、压缩空气断路器、六氟化硫断路器等

4.校验断路器的开断能力：

断路器允许开断电流应等于或大于断路器实际开断时间的三相短路电流周期分量有效值。

当短路电流非周期分量的初时不时大于周期分量的幅值的20%时，应向断路器制造厂家咨询断路器的开断性能或要求做补充实验。

5.校验断路器的动稳定：

要求断路器允许的动稳定电流峰值应大于或等于

流过断路器的三相短路冲击电流。

6.校验断路器热稳定：

要求断路器t秒钟稳定电流It算出的允许热效应

t大于或等于通过断路器的短路电流热脉冲.

2.4电流互感器的选择

火电厂和变电所的电流感器的选择应符合<火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定>的要求，其选择和配置应按下列条件：

1.形式：

电流以互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择，对于6-20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

2.一次回路电压Ue≥Ug，一次回路电流Ig.max≤Ie，电力变压器中性点，电流互感器的一次额定电流，应大于变压器允许的不平衡电流，一般可按变压器额定电流的30%选择，安装在放电间隙回路中的电流互感器，一次额定电流按100A选择。

中性点非直接接地系统中的零序电流互感器应按下列条件选择和校验：

1）由二次电流及保护灵敏度确定一次回路起动电流

2）按电缆根数及外径选择电缆式零序电流互感器窗口直径

3）按一次额定电流选择母线式零序电流互感器母线截面

3.准确等级：

电流以互感器准确等级的确定需先知电流互感器二次回路所接测量仪表和继电保护的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。

2.5继电器的选择

1.继电保护与自动装置是电力系统的重要组成部分，确定电力网结构，厂站主接线和运行方式时，必须与继电保和安全自动装置的配置统一考虑，合理安排。

继电