低压配电柜设计.docx

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低压配电柜设计

==============学校

毕业设计论文

论文题目：

低压配电柜设计

系部：

电气工程系

专业：

电机与电器

班级：

2008级03班

学生姓名：

==========

学号：

==========

指导教师：

======

2011年5月1日

摘要

随着工业技术的发展，在低压供电系统中启用配电柜越来越多，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，及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一个电源柜和一个动力柜，我们的设计思路是安全，可靠、经济、美观、维修方便。

绪论

国内外概况及水平

低压配电柜有各种不同的型号主要有以下几种：

GGD交流低压配电柜：

G-低压配电柜；G-固定接线；D-电力用柜，GCK交流低压配配电柜：

G-柜式结构；C-抽出式；K-控制中心，GCS交流低压配电柜：

G-封闭式开关柜；C-抽出式；S-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，尤其是对于企业及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及运作，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，提高了电机的。

星三角低压启动柜是最为传统的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70-300KW电机的启动控制。

高低压配电柜在世界各国中的应用非常的广泛，随着电子电器技术的发展配

电柜朝着更小更安全更节能的方向发展，配电柜在生产生活中的重要性越来越重

要种类也越来越多。

到目前为止我国在高低压配电柜方面的技术工艺及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。

本课题研究目标、内容、方法和手段

研究目标

一、机台系统的线路及低压电器控制电机的运转。

二、低压配电柜内硬件配置。

三、各电器的安装规范和电线、电缆的规格计算方法。

四、掌握各电器的原理及作用。

设计内容

一、配电柜的控制方案的设计。

二、配电柜电路的设计及绘图及电路的工作原理。

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。

第一章低压配电柜功能的实现

1.1低压配电柜概述

利用隔离开关、接触器、继电器电机的运作进行控制，达到简便快捷的效果。

方案适应工厂机台操作需求，方便工人进行手动与自动操作。

配电柜主电路：

隔离开关一次侧与进线端，二次侧下接铜排，塑壳空气开关一次侧与铜排相连，二次侧通过电缆与三相交流接触器一次侧相连，接触器主触头接线端子与电机相连。

在正常情况下主电路受控制电路控制使接触器线圈通电或断电，达到控制负载的目的。

控制电路主要是控制接触器的通断。

常见的几种启动方式：

一、变频启动柜是目前国内最为先进的低压启动技术。

A、可有效控制电机转速，提高电机有用功率。

B、实现了有限节电，避免了“大马拉小车”的传统问题弊端，C、可随时延长启动时间，有效控制电流。

二、软启动低压启动柜是目前最为常用的控制柜之一。

A、可广泛用于各大设备的电压控制，启动电流可控制在额定电流的2倍以下，B、提高电机的有效利用率。

三、星三角低压启动柜是最为传统的电柜控制技术，费用低，功能多。

性价比较高。

四、降压启动柜是上个世纪六十年代的控制技术，可实现70-300KW电机的启动控制。

电气控制线路

一、气泵电动机M2的电动电路图

图1-1

二、单个电机的起/停电路图

图1-2

三、主电动机M1的正反转电路

图1-3

四、气泵电动机M2的正反转电路

图1-4

.低压配电柜结构图

图1-5

配电柜的面板控制图

图1-5

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GGD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：

2mm冷轧板，侧面采用冷轧板箱盖为2mm冷轧板。

电源配电箱须配置宽度为80mm安装3根，60mm安装条4根，顶部开孔。

动力配电箱各需配置80mm安装条3根，50mm安装条4根，30mm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950mm。

带灯按钮LA-11D型号尺寸开孔，指示灯按AD11-25/11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1-5

电缆与电线的选择与计算

一、一般使用铜线。

铁或镍铬合金线仅在某些实验中作为被研究的样品，或者是接入部分线路中作为电阻，决不能作为连接线路用的导线；

二、如果导线的电阻无关紧要，可以使用纱包铜线----例如规格为24＃（直径为的纱包线，实际上用作裸铜线的安全电流比参数表中的导线安全电流大好多倍。

因此24＃铜线的负载能力，实际上完全适合于本书所述的全部实验工作；在保证正常工作的前提下，如果希望导线的电阻尽可能小-----例如在惠斯登电桥线路中接入标准电阻----最好用铜片或多股纱包铜线，接线应尽可能短，若使用

粗铜线要注意不能碰动他们，因为它们好像是套在接线柱上的扳手，碰动它们会松动接线点。

三、记住24＃铜线的电阻率约为Ω/m；

四、为了消除通电导线的磁效应，应当使用多股花线，或者多股绝缘导线绞在一起。

铜导线载流量导线的安全载流量计算方法介绍

一般铜导线载流量导线的安全载流量是根据所允许的线芯最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。

一般铜导线的安全载流量为5-8A/mm2，铝导线的安全载流量为3-5A/mm2。

如：

铜导线安全载流量的推荐值×8A/mm2=20A

4mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值4×8A/mm2=32A.

计算铜导线截面积利用铜导线的安全载流量的推荐值5-8A/mm2，计算出所选取铜导线截面积S的上下范围：

S==（mm2）S-----铜导线截面积（mm2）I-----负载电流（A）。

功率计算一般负载（也可以成为用电器，如点灯、冰箱等等）分为两种，一种式电阻性负载，一种是电感性负载。

对于电阻性负载的计算公式：

P=UI对于日光灯负载的计算公式：

P=UIcosф，其中日光灯负载的功率因数cosф=。

不同电感性负载功率因数不同，统一计算家庭用电器时可以将功率因数cosф取。

也就是说如果一个家庭所有用电器加上总功率为6000瓦，则最大电流是I=P/Ucosф=6000/220×=34（A）。

但是，一般情况下，家里的电器不可能同时使用，所以加上一个公用系数，公用系数一般。

所以，上面的计算应该改写成：

I=P×公用系数/Ucosф=6000×220×=17（A）

也就是说，这个家庭总的电流值为17A。

则总闸空气开关不能使用16A，应该用大于17A的。

估算口诀

二点五下乘以九，往上减一顺号走。

三十五乘三点五，双双成组减点五。

条件有变加折算，高温九折铜升级。

穿管根数二三四，八七六折满载流。

说明：

本口诀对各种绝缘线（橡皮和塑料绝缘线）的载流量（安全电流）不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得。

倍数随截面的减小。

“二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2．5mm2及以下的各种截面铝芯

绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。

如2．5mm2导线，载流量为2．5×9＝22．5（A）。

从4mm2及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。

“三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm2的导线载流量为截面数的倍，即35×＝122．5（A）。

从50mm2及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个线号成一组，倍数依次减。

即50、70mm2导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm2导线载流量是其截面积数的倍，依次类推。

“条件有变加折算，高温九折铜升级”。

上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。

若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。

如16mm’铜线的载流量，可按25mm2铝线计算。

各规格铜线的负载电流量：

十下五,百上二,二五三五四三界,柒拾玖五两倍半,铜线升级算.

就是10平方一下的铝线,平方毫米数乘以5就可以了,要是铜线呢,就升一个档,比如平方的铜线,就按4平方计算.一百以上的都是截面积乘以2,二十五平方以下的乘以4,三十五平方以上的乘以3,柒拾和95平方都,这么几句口诀应该很好记,说明:

只能作为估算,不是很准确。

另外如果按室内记住电线6平方毫米以下的铜线，每平方电流不超过10A就是安全的，从这个角度讲，你可以选择平方的铜线或平方的铝线。

10米内，导线电流密度6A/平方毫米比较合适，10-50米，3A/平方毫米,50-200米，2A/平方毫米，500米以上要小于1A/平方毫米。

从这个角度，如果不是很远的情况下，你可以选择4平方铜线或者6平方铝线。

如果真是距离150米供电（不说是不是高楼），一定采用4平方的铜线。

请问：

6平方毫米的铜线能负载的最大功率是多少?

4平方毫米和平方毫米呢?

一般按6A/mm2计算

6mm2×6=36A36A×220V=7920W

4×6=2424×220=5280W

×6=1515×220=3300W

在这样的情况下是可以保证连续使用并安全的。

空调最大功率，最大输入电流11A，大约需要几平方的铜线或铝线？

口诀（电流和截面）是:

10下五，100上二；25，35,四三界；70,95,两倍半；穿管，温度八.九折；裸线加一倍；铜线升级算。

导线规格：

1、、、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240平方毫米。

不常用的有：

、、300、400、500平方毫米等。

平的铜线=4平的铝线   5×4=20A

再加上穿管            20×=16A

也就是说选平的铜线或4平的铝线，它们再穿管的境况下可带的16A的电流。

用5000w的电器该用几平方电线国标1998规定的电线负载电流值（部分）

铜芯电线:

铜芯线截面积允许长期电流

平方毫米（16A～25A）

4平方毫米（25A～32A）

6平方毫米（32A～40A）

铝芯电线:

铝芯线截面积允许长期电流

平方毫米（13A～20A）

4平方毫米（20A～25A）

6平方毫米（25A～32A）

举例说明：

1、每台计算机耗电约为200～300w（约1～，那么10台计算机就需要一条平方毫米的铜芯电线供电，否则可能发生火灾。

2、大3匹空调耗电约为3000w（约14a），那么1台空调就需要单独的一条平方毫米的铜芯电线供电。

3、现在的住房进线一般是4平方毫米的铜线，因此，同时开启的家用电器不得超过25a（即5500瓦），有人将房屋内的电线更换成6平方毫米的铜线是没有处的，因为进入电表的电线是4平方毫米的。

4、早期的住房（15年前）进线一般是平方毫米的铝线，因此，同时开启的家用电器不得超过13a（即2800瓦）。

5、耗电量比较大的家用电器是：

空调5a匹），电热水器10a，微波炉4a，电饭煲4a，洗碗机8a，带烘干功能的洗衣机10a，电开水器4a在电源引起的火灾中，有90％是由于接头发热造成的，因此所有的接头均要焊接，不能焊接的接触器件5～10年必须更换（比如插座、空气开关等）。

国标允许的长期电流：

4平方是25-32A，6平方是32-40A。

其实这些都是理论安全数值,极限数值还要大于这些的,平方的铜线允许使

用的最大功率是5500w，4平方的8000w，6平方9000w没问题的.

请问：

知道家电的用电功率怎么求用多宽的电线？

家庭电线规格的选用，应根据家用电器的总功率来计算，然后根据不同规格电线的最大载流能力来选取合适的电线电缆。

所需载流能力计算应根据下列公式：

其中:

Imax＝w/u×k

Imax—为线路需要的最大电流容量，单位A

W—家用电能总功率，单位W

U—家用额定电压，单位V

k—过电压的安全系数，数值一般取～

其实很简单，以前学过的功率等于电压乘以电流，算出电流来，为了保证安全再给个余量而已，算出来后，再算需要电线截面积了。

对于铜线来说，现在装修都用铜线了，铝线淘汰了就不说了，电流等于8×（S的次方）S为电线的截面积，单位为平方毫米，就可以求出来截面积了，国家标准也有规定，多大的截面过电流多少，下面列举一点常用BV、BVV、BVVB型电线在空气中的最大载流量：

导体标称截面允许截流量（A）（mm2）　单芯电缆　二芯电缆　三芯电缆

　　　　　　             23　　　　20　　　　18

　　　　　　              30　　　　25　　　21

4　　　　　　                39　　　　33　　　　28

6　　　　　　                50　　　　43　　　　36

10　　　　　　　　　　 69　　　　59　　　　51

根据上面载流能力公式计算出家庭用电的最大需求电流量，然后根据表里截面的电线所能承受的最大载流能力来选取恰当的电线。

如家用总功率为5000W，额定电压为220V，根据上式计算得电流为，经与上表核对，选用的铜线较为合适。

设备电线与电缆的规格

在实际设计中一般工程师们都喜欢用估算口诀，口诀：

“十下五,百上二,二五三五四三界,柒拾玖五两倍半,铜线升级算.二点五下乘以九，往上减一顺号走。

三十五乘三点五，双双成组减点五。

条件有变加折算，高温九折铜升级。

穿管根数二

三四，八七六折满载流。

条件有变加折算，高温九折铜升级。

”上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。

若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；

当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。

如16mm2铜线的载流量，可按25mm2铝线计算。

“三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm2的导线载流量为截面数的3．5倍，即35×3．5＝122．5（A）。

从50mm2及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。

即50、70mm2导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm2导线载流量是其截面积数的2．5倍，依次类推。

依据上面口诀所说通过心算得出35mm2可以，它的载流量为截面积的倍。

所以有35mm铜线电缆载流量为：

35*3*=>*=.由计算得比主电机的启动电流大是可以的。

控制电路选1mm的铜线即可。

气泵电机选的铜线

平的铜线=4平的铝线5×4=20A

再加上穿管20×=16A>*=

第二章电器的规格选择及其原理

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。

低压电器的选择

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。

二、规格的选择

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/U=（15KW+/380V

=

所以有隔离开关的规格选择为HR3-100/31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。

塑壳断路器

一、塑壳断路器的原理与作用

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。

自动空气开关也称为低压断路器，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。

它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

自动空气开关具有多种保护功能（过载、短路、欠电压保护等）、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。

短路时，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。

断路器的灭弧室采用金属栅片结构，触头系统具有斥力限流机构，因此，断路器具有很高的分断能力和限流能力。

具有复式脱扣器。

反时限动作是双金属片受热弯曲使脱扣器动作，瞬时动作是铁芯街铁机构带动脱扣器动作。

脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。

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及失压脱扣器等类型。

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。

二、塑壳断路器规格选择

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20ms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～倍，持续时间约为30ms左右，所以选用A类MCCB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倍，故也不需要配合，当上、下级均为A类MCCB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。

交流接触器

一、交流接触器的原理与作用

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.绝缘外壳及附件,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

当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。

当电磁线圈通过控制回路接通控制电压（一般为额定电压）时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。

永磁交流接触器是利用磁极的同性相斥、异性相吸的原理，用永磁驱动机构取代传统的电磁铁驱动机构而形成的一种微功耗接触器。

安装在接触器联动机构上极性固定不变的永磁铁，与固化在接触器底座上的可变极性软磁铁相互作用，从而达到吸合、保持与释放的目的。

软磁铁的可变极性是通过与其固化在一起的电子模块产生十几到二十几毫秒的正反向脉冲电流，而使其产生不同的极性。

根据现场需要，用控制电子模块来控制设定的释放电压值，也可延迟一段时间再发出反向脉冲电流，以达到低电压延时释放或断电延时释放的目的，使其控制的电机免受电网晃电而跳停，从而保持生产系统的稳定。

二、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、操作次数及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及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