《断路器设计计算.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《断路器设计计算.doc（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流断路器设计计算.精品文档.使用断路器实施保护这里介绍的对含有UPS的电气系统的保护装置将采用断路器，而不是保险。在下面的例子中给出的部件号对应于施耐德电气的断路器。举例考虑前面采用过的用来确定UPS额定功率的例子(第1章第21页)来选择断路器，UPS的输出并联连接了很多的三相负载，分别为：w 计算机系统 - S1 = 4 x 10 kVA、l = 0.6、 起动电流为8In、 持续4个周期(80 ms)；w 变频调速器 - S2 = 20 kVA、 l = 0.7、起动电流为4 In、 持续5个周期(100 ms)；w 隔离变压器 - S3
2、= 20 kVA、 l = 0.8、起动电流为10 In、持续6个周期(120 ms)。这三个负载的总功率为 54 kW，总的功率因数为0.68。选定了Galaxy PW，额定功率为100 kVA。额定电流为In = 100 x1000 / (400 x ) = 144 A。630 kVA 变压器决定 CB1和CB2确定CB3及其选择性负载的总功率：P (kW) = 54 kW 40 kVA 20 kVA 20 kVA l = 0.6 l = 0.7 cos j = 0.8400 kVA 发电机UPS额定输出视在功率：100 kVA相电流：In = 144 AUPS输出端，所有负载的总功率因数
3、：l = 0.68UPS输出的最大有功功率：l Sn (kVA) = 68 kW图. 电气系统举例我们的目的是选择断路器 CB1 和CB2以及与所需要的选择性相兼容的最关键的断路器CB3(计算机负载的保护断路器) 。假设上线安装有如下的设备：w 20 kV / 400 V 变压器的额定功率为630 kVA；w 400 V 发电机的额定功率为 400 kVA；w 从变压器到主低压开关柜(MLVS)的连接为5米长的铜电缆，每相为4 x 240 mm2 ；w 从母排到断路器CB1或CB2的连接为4米长的铜母排，每相为400 mm 。计算CB1和CB2的额定电流和分断能力分断能力取决于连接到主低压配电
4、盘 (MLVS)一级的 CB1 和CB2下线的短路电流。最常见的情况是，这个上线的短路电流是由市电提供的，是可以计算的。但必须确定安装位置上线的总电阻R 和上线的总电抗X： 三相短路电流可以用下式来计算：Isc 3相 = U 为无负载时的线电压 (通常取负载电压的 +3 到5%)。R = S R上线 ， X = S X上线在这个例子中，我们简单地给出经过一系列简化的计算方法。上线系统Rup，Xup电源（变压器、发电机）Rtr，Xtr从电源到MLVS的电缆连接Rc，Xc一般断路器Rd，XdMLVS 母排Rb，Xb图：计算CB1和CB2的短路电流必须首先计算图中CB1和CB2上线的电阻和电抗。变压
5、器上线的供电系统w Psc = 上线的短路功率 = 500 MVA = 500 x 106 VAw U20 = 变压器次级绕组无负载时的线电压 = 400 V + 3%，即 410 Vw Rup = 上线电阻 15% Xup，假设 Rup可以忽略不计w Xup = 等效于变压器次级绕组的上线电抗： Xup = = = 0.336 mWRup 0 和 Xup = 0,336 mW 变压器w Sn = 额定视在功率 630 kVAw In = 额定电流= 630 / U= 630 103 / (400 x) = 909 Aw Usc = 变压器的短路电压 = 4%w Pcu = 变压器的铜损 =
6、6500WRtr = 变压器的电阻 = 2.6 mWXtr Ztr = 变压器的阻抗 = = 4102 x 0.04 / 630 103 = 10.7 mWRtr 2.6 mW 和 Xtr = 10,7 mW. 从变压器到主电压配电盘(MLVS)的电缆连接w 长度为 5 米w 横截面积为 4 x 240 mmw r = 室温下导体的电阻率铜导体为：r = 22.5 mW.mm2/m；铝导体为：r = 36 mW.mm2/mw Xc = 电缆的电抗 (典型值为 0.08 mW/m) = 0.08 x 5 = 0.4 mW Rc = 电缆的电阻(铜电缆) = r = 22.5 x 5 / (4 x
7、 240) = 0.12 mWRc = 0,12 mW 和 Xc = 0,4 mW.一般断路器典型值Rd 0 和 Xd = 0,15 mW.从主低压开关柜到CB1和CB2的母排w Xb = 母排的电抗 (典型值为 0.15 mW/m) = 0.15 x 4 = 0.6 mWw Rb = 母排的电阻 = r = 22.5 x 4 / 400 = 0.225 mWRb 0.225 mW 和 Xb = 0,6 mW.在CB1和CB2一级的变压器短路电流Iscw R = 上线的总电阻 = Rup+Rtr+Rc+Rd+Rb = 0.12 + 0.225 mW = 0.345 mWw X = 上线的总电抗
8、 = Xup+Xtr+Xc+Xd+Xb = 0.33+10.7+0.4+0.15+0.6 = 12.18 mW确定 X后，由于R远小于X，故R 可以忽略不计。Isc 3相 = = 19.4 kA注：通过假设上线的短路功率为无穷大，用变压器端子上的短路电流也可以提供一个粗略的估算：ISCT = 变压器端子上的短路电流 = In / Usc 20 In = 20 x 909 = 18.2 kACB1和CB2一级的发电机短路电流Iscw 发电机的额定视在功率 = 400 kVAw 发电机的额定电流 = 400 / U= 400 103 / (400 x) = 577 Aw Xd = 发电机的短路电压
9、 = 10%这就决定了在 5 In 时脱扣 (参阅图1.33)。ISCG = 发电机端子上的短路电流 = 5 In = 5 x 577 = 2.9 kACB1的连续电流这是UPS的输入电流。考虑效率后，它必须用UPS的额定输出功率乘以1.2，即120 kVA。I输入 = 120 / U= 120 103 / (400 x) = 173 ACB2的连续电流这是由旁路为负载提供的连续电流，即54 kW，功率因数为0.68，视在功率S = 54 / 0.68 = 67.5 kVA.I负载 = 67.5 / U= 120 103 / (400 x ) = 97 A最大的负载起动电流负载必须在不同的时刻
10、起动。最大的起动电流应是20 kVA 变压器合闸瞬间产生的激励电流10In，即 In = 28.8 A，则10 In = 288 A - 120 ms。计算静态开关的最大电流这是CB3这一级的短路电流，它实际上是 CB2一级的短路电流。选择参数下表概括了上述计算过程中的各种参数：参数数值变压器短路电流19.4 kA发电机短路电流2.9 kA整流器电流(UPS输入电流)173 AUPS下线的连续负载电流97 A最大的负载起动电流288 A - 120 ms静态开关最大电流19.4 kACB1 和 CB2的特性特性CB1CB2Isc分断能力 19.4 kA，即25 KA(N) 19.4 kA，25
11、 KA(N)I连续电流 173 A，即200 A 97 A，即125 AIr 阈值 173 A +20%=208A 97 A + 20%=116AIm阈值 173 A + 20%=208A 和288 A+20%= 346A和 2.9kA-20%=2,320A这里的20% 代表了断路器整定的典型容限范围。结论：CB1= NS250N TM250D Ir整定=0.9 Im整定=9 CB2= NS250N TM160D Ir整定=0.8 Im整定=10 断路器CB3 可能的最大功率电源CB2-进线断路器(输入)静态开关阻抗可以忽略不计出线断路器 (输出)CB3 一级的Isc CB2一级的Isc 图.
12、 计算CB3 的短路电流旁路供电时的运行w 分断能力CB3下线的最大短路电流事实上就是CB2的短路电流，因为这里假设出线断路器非常靠近UPS。结论，CB3的分断能力也为25 kA。w 额定电流是由最大的负载确定的，即 4 x 10 kVA 的计算机系统，稳态电流为：I负载 = 40 x 103 / U= 40 x 103 / (400 x) = 57 A应该选择一个 60 A 的断路器（NS80H 63A）。w 整定大部分的负载都是配电保护型的，即CB3的Ir 阈值必须小于CB2的Ir/1.6，即 97 A / 1.6 = 61A，即Ir 61A。Im 阈值必须小于CB2的Im/2，即小于2.9KA/2 =2320A/2 =1160A，即Im 1160A。结论：CB3= NS80H TM63D Ir整定=1 Im整定=10没有旁路时的运行在这种情况下，下线的短路电流使UPS 限流在2.33 In运行一秒钟。对梅兰日兰的所有UPS，实验结果已经证明CB3的最大额定电流必须小于0.5 In才能保证选择性。这是对计算机负载使用的断路器情况：60 A 0.5 x 100 x1000 / (400 x ) = 72 A完