GGD型配电柜设计.docx

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GGD型配电柜设计

毕业设计说明书（论文）

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题目:

型配电柜设计

评阅者：

（姓名）（专业技术职务）

2012年4月18日

毕业设计说明书（论文）中文摘要

随着工业技术的发展，配电柜技术越来越多用于低压供电系统应用，特别是机加工车间线路里面采用集中控制线路的原则更加需要配电柜。

低压配电柜的设计是否合理关系到整个生产线设备安全可靠的运行。

配电柜在机加工车间里起到分配电能，与控制设备电源的作用，配电柜的设计与制作首先考虑的是控制对象的负荷功率的大小，根据负荷的大小才能正确地选用低压电器。

考虑到车间负荷较大采用两种配电柜，一种是电源柜，另一种是动力柜，电源柜起到分配电源的作用，动力柜起到控制设备电源作用，根据实际需要，这次毕业设计要设计型配电柜，我们的设计思路是安全，可靠、经济、美观、维修方便。

本次设计对型配电柜设计有参考价值。

关键词：

配电、负荷计算、低压计算的选择。

毕业设计说明书（论文）外文摘要

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目次

第一章引言绪论1

1.1型配电柜的背景1

1.2型配电柜方案、设计相关知识2

1.3型配电柜的研究目标、内容5

1.4型配电柜的技术指标应用范围6

第二章型低压配电柜设计7

2.1型低压配电柜总体设计7

2.2型配电柜遇到的问题7

2.3设计系统达到的功能11

第三章型配电柜硬件设计13

3.1低压电器的选择13

3.2壳体设计18

3.3安全防护措施19

3.4壳体制作21

3.5电器元件装配23

第四章型配电柜软件设计25

4.1电缆与电线的选择与计算25

4.2一次加工、装配工艺28

4.3二次线装配26

第五章型配电柜常见故障判断与处理32

5.1元件故障与其查找32

第六章型低压配电柜的总结发展33

6.1型低压配电柜的发展33

6.2型低压配电柜的总结34

致谢35

参考文献与资料36

附录37

第一章引言绪论

1.1型配电柜的背景

低压配电柜广泛应用于工农业生产的方方面面，其结构简单，操作灵活。

有很强的市场应用潜力。

通过这次低压配电柜的设计我希望能够对以前《电器学》学到的各种低压配电器件有个更深的了解，对电路中各种器件能够熟练的选择，了解各种配电器件的工作原理与操作，更主要的是学会组合运用它们。

同时学会熟练运用画图，熟练应用各种办公软件。

最主要的是学以致用，把书本上学到的各种知识应用到现实生活中，在实践中总结。

低压配电柜型号很多，主要有以下几种：

交流低压配电柜：

低压配电柜；固定接线；电力用柜，交流低压配配电柜：

柜式结构；抽出式；控制中心，交流低压配电柜：

封闭式开关柜；抽出式；森源电气系统。

低压配电柜是个总称包括有低压开关柜，低压启动柜等几类。

低压开关柜对低压电网具有隔离作用，尤其是对于企业与车间的大型设备的运作，可实现迅速送电或断电，具有隔离电网的作用，可有效减少电机的线损，实现电机的充分利用与运作，还可有效实现低压控制开关的作用。

变频启动柜是目前国内最先进的低压启动技术它有三方面的优点：

一、可有效控制电机转速提高电机有用功率。

第二、实现了有限节电避免“大马拉小车”的传统问题。

软启动低压启动柜是目前最为常用的控制柜之一可广泛用于各大设备的电压控制启动电流控制在额定电流的二倍以下。

星三角低压启动柜是最为传统的配电柜控制技术费用最低、功能最多、性价比较高。

降压启动柜是上世纪六十年代的控制技术可实现70-300电机的启动控制。

到目前为止我国在低压配电柜方面的技术工艺与可靠性等各种方面与国外相比差别已经很小甚至在某些方面超过了发达国家，我国的配电柜不仅完全可以满足国内需求还可以出口到国外很多国家。

1.2型方案、设计相关知识

配电柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。

如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载。

开关柜常见分类：

1、低压抽出式开关柜；

2、交流低压配电柜；

3、金属铠装移开式开关柜；

4、低压固定分隔式开关柜；

型交流低压配电柜适用于变电站、发电厂、厂矿企业等电力用户的交流50，额定工作电压380V，额定工作电流1000-3150A的配电系统，作为动力、照明与发配电设备的电能转换、分配与控制之用。

　　型交流低压配电柜是根据能源部，广大电力用户与设计部门的要求，按照安全、经济、合理、可靠的原则设计的新型低压配电柜。

产品具有分断能力高，动热稳定性好，电气方案灵活、组合方便，系列性，实用性强、结构新颖，防护等级高等特点。

可作为低压成套开关设备的更新换代产品使用。

图2-1配电柜外观

配电柜的面板控制图

图2-2配电柜内部

1、隔离开关2、塑壳空气开关3、交流接触器4、铜排5、中间继电器6、热继电器7、接线端子

设计说明：

配电柜共一台采用型。

外壳油漆采用喷塑，颜色为白色。

配电柜前门为单开门，后门为为双开门。

面板采用：

2冷轧板，侧面采用1.5冷轧板箱盖为2冷轧板。

电源配电箱须配置宽度为80安装3根，60安装条4根，顶部开孔。

动力配电箱各需配置80安装条3根，50安装条4根，30安装条2根，顶部不开孔。

配电柜各需配置接地铜排一条。

前后门带锁操作把手安装高度离地面950。

带灯按钮11D型号尺寸开孔，指示灯按11-25/11型号尺寸开孔。

其它要求均接国家标准。

箱体与门之间加装固定控制线的线卡。

电源柜电路图

图2-3配电柜控制线

1.3型配电柜研究目标、内容

1.3.1研究目标

一、机台系统的线路与低压电器控制电机的运转。

二、型配电柜内硬件配置。

三、各电器的安装规范和电线、电缆的规格计算方法。

四、掌握各电器的原理与作用。

五、生产与其加工。

1.3.2设计内容

一、配电柜的控制方案的设计。

二、配电柜电路的设计与绘图与电路的工作原理。

三、低压电器的选择

四、材料清单

五、根据电路的原理图设计布置线路，并掌握安装工艺要求。

1.4型的技术指标应用范围

周围空气温度不高于40℃，不低于–5℃。

24h内的平均温度不得大于+35℃。

户内安装使用，使用地点的海拔高度不超过2000M。

周围空气相对湿度在最高温度为+40℃时不超过50%。

在较低温度时允许在较大的相对湿度（例如：

20℃时为90%）应考虑到由于温度的变化可能会偶然产生凝露的影响。

设备安装时与垂直面的倾斜度不超过5度。

设备应安装在无剧烈震动和冲击的地方，以与不足使电器元件受到腐蚀。

第二章型低压配电柜设计

2.1型配电柜总体设计

型配电柜设计首先对电缆与电线的选择与计算对电气元件进行分析和选择。

生产设备与加工工艺是低压成套开关设备和控制设备技术的重要组成部分。

它是制造完成低压成套设备所有的电器和机械的连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体的一个过程。

加工设备是保证质量，提高生产效率的有效手段。

加工工艺是完成产品组装，运行满意的有效工作程序。

二者相辅相成，构成了完整的质量保证能力。

低压成套设备的主要制造工序壳体制作、元件装配、一次线装配、二次线装配。

2.2型配电柜遇到的问题

电气控制电路故障的查找是一项技术性较强的工作，也是实际工作中一项十分重要和繁琐的工作。

具体的故障查找方法，不仅因人而异，因时而异，而且不同故障、不同的控制系统查找方法也互不相同。

控制系统出了故障后，一时难以弄清是什么地方出了问题，就需要进行故障点的查找，而故障点的查找又有一定规律。

实际中技能的培养就是对这一规律的摸索和积累。

作为一名电气工作者，应立足于一无图纸、二无资料、三无借鉴实例的情况下，独立地工作。

一方面要藐视困难，另一方面要稳扎稳打，对故障进行充分的分析和判断，确定一个切实可行的检修方案，决不可盲目行动，乱拆乱调，使得原故障没有排除却造成新故障。

在遇到疑难问题时，要理清头绪，开阔思路，考虑另外一种解决办法。

元件故障的种类很多，发生故障时的现象也表现各异，但从故障原因来划分大致可以分为自身故障、工作于过负荷状态下造成的故障和外界因素造成的故障三种，只有对故障的现象进行分析、找出产生故障的原因，才能采取有针对性的措施，准确而又迅速地排除故障。

下面是对部分常用低压电器的常见故障现象进行故障原因的分析，并讨论相应的排除故障的方法;

一、刀开关

故障现象

故障原因

排除方法

合闸后电路一相或两相无电源

①静触头弹性消失,开口过大使静动触头接触不良

②熔丝熔断或虚连

③静动触头氧化或生垢

④电源进出线头氧化后接触不良

①更换静触头

②更换或紧固螺丝

③清洁触头

④清除氧化物

闸刀短路

①外接负载短路,熔丝熔断

②金属异物落入开关内引起相间短路

①除负载短路故障

②清除开关内异物

触头烧坏

①开关容量太小

②拉闸或合闸时动作太慢,造成电弧过大,烧坏触头

①更换大容量开关

②改善操作方法

二、自动空气开关

故障现象

故障原因

排除方法

不能合闸

①开关容量太大

②热脱扣器的热元件未冷却复原

③锁链和搭钩衔接处磨损，合闸时滑扣

④杠杆或搭钩卡阻

①更换大容量的开关

②待双金属片复位

后再合闸

③更换锁链与搭钩

④检查并排除卡阻

开关温升过高

①触头表面过分磨损，接触不良

②触头压力过低

③接线柱螺钉松动

①更换触头

②调整触头压力

③拧紧螺钉

电流达到整定值时开关不断开

①热脱扣器的双金属片损坏

②电磁脱扣器的衔铁与铁心距离太大或电磁线圈损坏

③主触头熔焊后不能分断

①处理接触面或更换触头

②调整触头压力

③拧紧螺钉

电流未达到整定值,开关误动作

①整定电流调得过小

②锁链或搭钩磨损,稍受震动即脱钩

①调高整定电流值

②更换磨损部件

三、熔断器

故障现象

故障原因

排除方法

熔体电阻无穷大

熔体已断

更换相应的熔体

电动机起动瞬间,熔体便断

①熔体电流等级选择太小

②电动机侧有短路或接地

③熔体安装时受到机械损伤

①更换合适的熔体

②排除短路或接地故障

③更换熔体

熔断器入端有电出端无电

①紧固螺钉松脱

②熔体或接线端接触不良

①调高整定电流值

②更换磨损部件

四、按钮

故障现象

故障原因

排除方法

按下停止按钮被控电器未断电

①接线错误

②线头松动搭接在一起

③杂物或油污在触头间形成通路

④胶木壳烧焦后形成短路

①校对改正错误线路

②检查按钮连接线

③清扫按钮开关内部

④更换新品

按下起动按钮被控电器不动作

①被控电器有故障

②按钮触头接触不良,或接线松脱

①检查被控电器

②清扫按钮触头或拧紧接线

触摸按钮时有触电的感觉

①按钮开关外壳的金属部分与连接导线接触

②按钮帽的缝隙间有导电

杂物，使其与导电部分形

成通电

①检查连接导线

②清扫按钮内部

松开按钮，但触点不能自动复位

①复位弹簧弹力不够

②内部卡阻

①更换弹簧

②清扫内部杂物

五、交流接触器

故障现象

故障原因

排除方法

触头熔焊

①操作频率过高或电流过大断开容量不够

②长期过载使用

③触点表面有金属颗粒异物

④触头压力过小

⑤负载侧短路

①更换容量大的接触器

②清理触头表面

③更换接触器

④调高触头弹簧压力

⑤排除短路故障

触头不能复位

①复位弹簧损坏

②内部机械卡阻

③铁心安装歪斜

①更换弹簧

②排除机械故障

③重新安装铁心

不释放或释放缓慢

①触头熔焊

②触头弹簧压力过小

③机械可动部分被卡有生锈现象

④反力弹簧损坏

⑤铁心接触面有油污或尘埃粘着

⑥E形铁心磨损过大

①更换触头

②调整触头参数

③排除卡住现象

④更换反力弹簧

⑤清理铁心接触面

⑥更换E形铁心

吸不上或吸不足

①电路实际电压低于线圈额定

电压，或有波动

②触头弹簧压力过大

③配线错误

④触头接触不良

1检查电源或更换合适的

接触器

②调整触头参数

③改正配线

④更换触头或清除氧化层和污垢

衔铁振动和噪声

①电路实际电压低于线圈额定

电压

②触头弹簧压力过大

③铁心短路环断裂

④铁心接触面有油污或尘埃粘着

⑤磁系统歪斜或机械上卡住，使铁心不能吸平

⑥铁心接触面过度磨损而不平

①检查电源或更换合

适的接触器

②调整触头参数

③更换铁心或接触器

④清理铁心接触面

⑤重新安装磁系统排除机械故障

⑥更换铁心或接触器

线圈过热或烧损

①电路实际电压高于线圈额

定电压

②线圈匝间短路

①检查电源或更换合

适的接触器

②更换线圈或接触器

六、热继电器

故障现象

故障原因

排除方法

热元件烧断

①负载侧短路，电流过大

②操作频率过高

①排除短路故障，更换热继电器

②合理选用热继电器

热继电器动作太快

①整定电流值偏小

②电动机起动时间太长

③连接导线太细

④操作频率太高或点动控制

⑤环境温差太大

①合理调整整定电流值,

相差太大则换新品

②选择合适的热继电器或

在起动时热继电器短接

③按要求选用导线

④改用过流继电器

⑤改善环境

主电路不通

①热元件烧毁

②接线松脱

①更换热继电器

②拧紧松脱导线

控制电路不通

①触头烧坏

②控制电路侧导线松脱

①修理触头

②拧紧松脱导线

热继电器不动作，电机烧坏

①热继电器的额定电流值与电机的额定电流值不符

②整定电流值偏大

③触头接触不良

④导板脱出或动作机构卡住

①按电机的容量选用热继电器

②根据负载合理调整整定电流

③清除触头表面灰尘和氧化物

④重新放置导板并试验动作的

灵活程度或排除卡住故障

2.3设计系统达到的功能

电气参数

额定绝缘电压660V

额定工作频率50

辅助电路的工作电压

交流：

100V、220V、380V

直流：

110V、220V。

额定工作电流

1：

400A、600A（630）、1000A

2：

1000A、1500A（1600）

3：

2000A、2500A、3150A。

额定短路强度

1：

分断能力15峰值耐受电流30

2：

分断能力30峰值耐受电流63

3：

分断能力50峰值耐受电流105

本次设计型配电柜采用额定电流1：

1000A，分断能力15峰值耐受电流30构架用8冷弯型钢材局部焊接拼装而成。

第三章型配电柜硬件设计

3.1低压电器的选择

低压电器的规格选择原理

一、电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应；

二、电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流；

三、电器的额定频率应与所在回路的频率相适应；

四、电器应适应所在场所的环境条件；

五、电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求，用于断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。

3.1.1隔离开关

一、隔离开关的原理与作用

隔离电源:

将需要检修的电气设备用隔离开关与电网的带电部分可靠的隔离，使被检修的电气设备与电源有明显的断开点，以保证检修工作的安全。

作用就是开断电路，断开两点的电气连接，但它不能开断短路电流，只能开断额定电流，一般都和断路器配合使用，在断路器开断以后，为了让电路有明显的电气分界点，或者是检修断路器，都必须要装隔离开关。

原理：

一般里面都会有灭弧室，还有动触头，其它的就是动作机构了，当受到外力就会通过动作机构把和在一起的触头断开，达到断电的作用。

在电路中隔离开关起着断开电源与负载的作用，其规格选择主要是能承电路中的短路电流，在设计中配电柜的最大短路电流之和为

P总（157.5）/380V

=59.2A

所以有隔离开关的规格选择为3-100/31熔断式隔离开关“-100”-为约定发热电流（A）；“/3”中的3为3极，1为带灭弧室。

3.1.2塑壳断路器

空气断路器、塑壳断路器，俗称空气开关，指具有保护自动分断功能并在空气介质中完成分断灭弧作用的自动断路器，一般常用的多具有过负荷热脱扣和短路瞬间电磁脱扣作用，脱扣后可以重新合闸。

断路器与隔离开关最大的区别，除自动脱扣功能外就是灭弧功能，它利用附加的灭弧装置（灭弧罩、磁吹原理）能快速分断因空气电离产生的电弧。

热、磁脱扣作用，利用双金属片热变形做过热保护驱动，利用电磁线圈（电磁铁）做短路瞬间保护驱动。

当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。

当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。

主触点通过操作机构（手动或电动）使之闭合的，其触点系统由于装有灭弧装置因而不仅能接通或切断正常的工作电流，还能在发生故障时迅速切断比正常工作电流大好几倍的故障电流，从而能有效地保护电路中的电气设备。

开关的脱扣机构是一套连杆装置。

当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。

如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。

按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器与失压脱扣器等类型。

在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把街铁往下吸引而顶开锁钩，

使主触点断开。

欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。

一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。

当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压。

电动机在起动瞬间有一个10～20s的启动尖峰电流是额定电流的4～7倍。

避开电动机起动时所引起的这个尖峰电流，保护单台电动机的断路器，要有个7倍额定电流下的可返回时间电动机实际起动时间的考核指标。

对于接有几台电动机的配电线路上的断路器，要考虑3倍额定电流下的可返回时间线路中最大起动电流的电动机的起动时间。

可返回时间一般有l～15s数档，在设计时可按电动机实际起动时间选用其中的一档。

因为断路器瞬时动作时间为全分断时间，约20左右，而电动机启动电流有周期分量和非周期分量，其峰值约为电动机启动电流的1.8～2.0倍，持续时间约为30左右，所以选用A类瞬时脱扣器动作电流时，要注意为A、B类断路器的瞬时脱扣器，因为上级的动作电流已大于下级断路器保护范围的最大短路电流的1.1倍，故也不需要配合，当上、下级均为A类的瞬时脱扣器时，由于脱扣器均按躲过本线路上的尖峰电流原则整定动作电流，而上下两段线路的尖峰电流一般相差较小，若上一级不大于下一级瞬时动作电流1.2倍以上，有可能在发生短路时，上下级同时动作，破坏了选择性，因此在这种情况下必须配合。

作为支线上使用的断路器，可以仅满足额定极限短路分断能力即可。

现在出现的较普遍的偏颇是宁取大，不取正合适，认为取大保险。

但取得过大，会造成不必要的浪费（同类型断路器，其高分断型，比普通型的价格要贵出许多）。

因此支线上的断路器没有必要一味追求它的运行短路分断能力指标。

3.1.3交流接触器

交流接触器主要有四部分组成:

1.电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；2.触头系统,包括三组主触头和一至两组常闭、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；3.灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；4.绝缘外壳与附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。

当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主

触头断开,切断电源。

交流接触器的规格选择应注意事项

1、按接触器的控制对象、操作次数与使用类别选择相应类别的接触器。

2、按使用位置处线路的额定电压选择。

3、按负载容量选择接触器主触头的额定电流。

4、对于吸引线圈的电压等级和电流种类，应考虑控制电源的要求。

5、对于辅助接点的容量选择，要按联锁回路的需求数量与所连接触头的遮断电流大小考虑。

6、对于接触器的接通与断开能力问题，选用时应注意一些使用类别中的负载，如电容器、钨丝灯等照明器，其接通时电流数值大，通断时间也较长，选用时应留有余量。

7、对于接触器的电寿命与机械寿命问题，由已知每小时平均操作次数和机器的使用寿命年限，计算需要的电寿命，若不能满足要求则应降容使用。

8、选用时应考虑环境温度、湿度，使用场所的振动、尘埃、化学腐蚀等，应按相应环境选用不同类型接触器。

9、对于照明装置适用接触器，还应考虑照明器的类型、起动电流大小、起动时间长短与长期工作电流。

额定电压：

铭牌额定电压是指主触点上的额定电压

交流接触器：

380V

额定电流：

铭牌额定电流是指主触点的额定电流。

持续运行的设备，接触器按67-75%算即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。

当接触器安装在箱柜内，由于冷却条件差，电流要降低10~20%使用

主电机的交交流接触器额定电流：

*70%*（1-15%）

=15380V*70%*（1-15%）

=23A

气泵电机的交交流接触器额定电流：

*70%*（1-15%）

=7.5380V*70%*（1-15%）

=12A

上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断—长期工作制时的电流值．若超过8小时，必须空载开闭三次以上，以消除表面氧化膜．如果上述条件改变，就要做相应修正起电流值，具体如下：

当接触器工作于长期工作制，而且通电持续率不超过40%；敞开安装，电流允许提高10~25%；箱柜安装，允许提高5~10%。

三、线圈的额定电压：

交流线圈：

220V

选择时一般交流对交流，直流对直流，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器；直流接触器断开时产生的过电压高达10~20倍，故不宜采用高电压等级，电压太低，接通线圈用的继电器或接触器的联锁触点不可靠。

四、操作频率

指每小时接通的次数，交流接触器最高为600次，直流接触器可达1200次．在设计中交流接触器最高操作频率符合电机的要求。

五、辅助触头的工作电流：

辅助触头（或称辅助开关）的微动开关，它有两个电流参数，一是约定发热电流，一是工作电流．工作电流有多种，而约定发热电源只有一个。

几点补充经验与参考：

1、持续运行的设备，接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备.。

2、间断运行的设备.接触器按80%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是80A以下的设备。

3、反复短时工作的设备.接触器按116-120%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备。

综合以上所述得，三相