交流电动机配电设计.docx
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交流电动机配电设计
金城大厦供用电设备配电设计
摘要
随着国民经济的迅速发展,国内现代建筑物向着大型、超大型、密集、高密集趋向发展,城市规模的不断发展,高层建筑越来越多,因此,高层建筑电气设计就成为设计者不得不面对的问题。
本文结合工程实例,介绍了高层建筑电气设计中一些比较典型且具有普遍意义的问题,结合某工程的实际做法阐述了问题的解决方法。
本论文完成的《金城大厦供配电系统设计》工程依据有关国家标准和规程而设计。
本设计共分四部分,第一部分概述了工程概况,第二部分介绍了交流电动机配电设计,第三、四部分分别介绍了电梯和自动扶梯配电设计和照明和日用电器配电设计,设计中均严格按照有关标准和规程而设计。
关键词火泵电动机/电梯机房配电/照明配电设计
1.用电设备配电设计
1.1工程概述
金城大厦为某市一栋高层单体商业办公建筑,工程概况如下:
建筑面积:
37417m2(其中地下:
3783.8m2,地上:
33633.6m2,不包括技术
加层)。
建筑层数:
地下1层,地上25层,建筑高度:
90.1m(女儿墙顶高度,不包括电梯机房、水箱间等)。
主要结构类型:
框架,剪力墙结构。
建筑布局及功能:
地下一层为设备用房、汽车库,1—4层为商场,技术夹
层为转换层,5—19层为公寓式写字间,20—25为标准写字间,顶层为设备房、电梯机房及水箱间。
1—4层设有中央空调。
消防设计:
主体建筑为一类高层建筑,建筑耐火等级为一级。
地下1层及地
上1—4层为每层两个防火分区,夹层及5—25层为每层一个防火分区。
1.2交流电动机配电设计
本工程采用交流电动机拖动的电力设备有各类水泵、风机、空调机组等。
以消防泵房电动机配电设计为例。
1.2.1水泵电动机启动方式选择
本工程消防泵房安装有喷淋泵90kw两台(一用一备)、消火栓泵132kw两台
(一用一备),均为一级负荷,分别由变电所采用双回路放射式配电,在消防泵房处进行双电源自动切换。
其中,喷淋泵双电源自动切换箱还接有泵房与消防电梯井坑排污泵(小容量一级负荷)。
以消火栓泵为例。
已知消火栓泵电动机PrM=132kw,UrM=380V,IrM=244.0A,KstM=6.7,为不经常起动,约占变压器容量1600KVA的1/10,可以全压起动。
同理,喷淋泵,排污泵均可全压起动。
1.2.2水泵电动机双电源自动切换箱,电动机主电路及控制电路设计
经计算,消火栓泵电动机配电线路WPE10M的短路电流见表1-1。
表1-1消火栓泵电动机配电线路WPE10M的短路电流
短路计算点
三相短路电流/KA
两相短路电流Ik2/KA
单相短路电流Ik1/KA
I″k3/Ib3/Ik3
ip3
WPE10M首端
26.27
63.97
22.75
21.96
WPE10M末端
18.77
34.70
16.26
9.84
消火栓泵电动机配电箱系统及其主电路图如图1-1所示。
双电源自动切换箱BATE3中ATSE型号规格为OTM400CE3DK380AC,具体见表1-2。
序号
选择项目
装置地点技术数据
ATSE技术数据
结论
1
类别选择
保护类别
放射式配电
PC级
合格
使用类别
不频繁操作
B类
合格
2
正常负载特性选择
Ic=244.0A
Ie=400A
合格
3
短路特性选择
Ik3≤18.77KA,0.1s
It=31KA,0.2s
合格
4
转换时间选择
3s
合格
5
开关级数选择
3P
合格
图1-1消火栓泵电动机配电箱系统及其主电路图表1-2双电源自动切换箱BATE3中ATSE的选择
6
前端隔离与保护电器的设置
放射式配电
设置隔离开关型号OT400E03P
合格
微处理器控制单
7
控制器的选择
元,运行模式设定
合格
为“自投不自复”
消火栓泵电动机主电路由一只具有隔离功能的T5N,400,PR221DS-I,400A,3P型低压断路器(不带过载保护),一只A260型交流接触器、3只AKH250型相电流互感器和1只AKH800-LD型外置剩余电流互感器(二次回路配置ARD3智能电动机保护器)组成,满足对电动机的各种保护要求,参见图1-1。
图中电力控制箱BAPE3采用金属隔板将两台电动机主电路隔开,以提高可靠性。
消火栓泵电动机主电路低压断路器选择及过电流脱扣器整定见表1-3,交流
接触器选择见表1-4,电动机主电路电缆选择为NH-YJV-0.6/1-3*185+1*95,采用托盘桥架敷设至电动机电源接线端子处。
表1-3消火栓泵电动机主电路低压断路器选择及过电流脱扣器整定
序号
选择整定项目
具体内容
结论
1
类别与级数选择
选择具有隔离功能的低压电动机保护用断路器,型号为T5N,400,PR221DS-I
微处理脱扣器单段保护(短路瞬时);开关级数3P
合格
2
额定电流选择
已知电动机IrM=244.0A选择断路器Iu=400A,In=400A
Iu≥In>Ic
合格
3
分断能力选择
已知装置地点Ib3≤18.77KA选择断路器Ics=Icu=36KA
Ics>Ib3
合格
4
瞬时过电流脱扣器整定电流
躲过瞬时尖峰电流Ir3≥2.2Ist.M=2.2×6.7×244.0A=3596.6A
整定Ir3=10In
5
保护灵敏度的校验
已知Ik.min=9.84KA
Ik.min/Ir3=9.84×1000A/10×400A=2.46
Ik.min/Ir3>1.3合格
6
附件选择
带合分辅助触点信号及过电流脱扣器动作信号
合格
表1-4消火栓泵电动机主电路交流接触器选择
序号
选择项目
具体内容
结论
1
使用类别与工作制确定
水泵电动机为交流AC-3类(笼型异步电动机的起动,在运转中分断),8h工作制(连续工作制)
2
额定电流选择
已知电动机IrM=244.0A选择接触器Ir=260A
Ir>IrM
合格
操作频率选择
电寿命:
80万次(AC-3);机械寿命:
50万次
满足要求
3
正常负载和过载特性校验
380V额定分断能力(AC-3):
10Ir
380V额定接通能力(AC-3):
8Ir
满足要求
4
与短路保护器配合
接触器A260与断路器TN5,400,PR221DS-I为2类配合
满足要求
5
吸引线圈电压选择
控制电路电压为AC220V,故吸引线圈电压选为AC220V
合格
6
辅助触点选择
为满足连锁控制和信号反馈要求,选择2N0+2NC
满足要求
ARD3型智能电动机保护器保护功能参数设定见表1-5。
两台消火栓泵一用一备控制电路可参考国家建筑标准设计图集D303-3《常用电机控制电路图》进行设计。
表1-5消火栓泵电动机ARD3型智能电动机保护器功能参数设定
序号
功能
项目
内容
1
保护器额定电流
Ie
电动机额定电流IrM=244.0A,保护器采用外置AKH250型电流互感器接入
2
保护器辅助电源
Us
与电动机控制电路电压同,即AC22V
3
过载保护
动作电流整定
Ir=IrM
动作特性
I<1.05Ir时,2h内不动作;I>1.2Ir时,1h内延时动作
脱扣级别
水泵电动机启动时间为3-8s,脱扣级别
为15,在7.2Ir下的动作时间为10.4是,满足要求
故障复位方式
手动
过载保护方式
报警(消防用,不跳闸)
4
欠载保护
动作电流整定
整定范围(0.2-1)Ir
延时时间整定
整定范围0.1-5.0s
保护动作方式
报警(消防用,不跳闸)
5
断相(不平衡)保护
不平衡率动作值整定
整定范围20%-60%
动作时间整定
整定范围0.5-50.0s
保护动作方式
报警(消防用,不跳闸)
6
剩余电流保护
动作电流整定
外置AKH800-LD型电流互感器方式,取30mA
起动中延时时间整定
整定范围0-60.0s,取8s
运行中延时时间整定
整定范围0-60.0s,取0.1s
保护动作方式
跳闸
7
相序保护
动作值设定
禁止(相序接错时,电动机不能起动)
动作时间整定
<0.1s
保护动作方式
跳闸
1.2.3水泵电动机配电线路及其保护断路器选择
消火栓泵配电线路WPE10M电缆选择见表1-6,线路保护断路器选择及整定
见表1-7。
表1-6消火栓泵配电线路WPE10M电缆选择
序号
选择校验项目
具体内容
结论
1
类型选择及敷设
WPE10M为消火栓泵配电线路,采用NH-YJV-0.6/1型耐火电缆,敷设在有孔托盘桥架内。
桥架中还敷设有其他电缆线路,电缆仅靠排列为1层,桥架离墙安装。
合格
2
允许温升
线路计算电流
Ic=250.8A
Ic 合格 初选电缆截面 相线S为185mm2、N线为95mm2、PE线为95mm2 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 Ial=438A×0.73=319.7A (已知电缆桥架敷设,环境温度为35℃,多根电缆多层敷设) 3 电压损失 计算负荷 P=132.0kW,Q=99.0kvar ΔU%≤ΔUal%合格 线路参数 r=0.118Ω/km, x=0.077Ω/km,l=0.036km 电压损失计算值 ΔU%=(Pr+Qx)l/10Un2 =0.56 允许电压损失 ΔUal%≤2 4 短路热稳定 三相短路电流 I``k3=18.77kA Smin 短路持续时间 t=0.1s 热稳定系数 K=143A×√S/mm2 热稳定最小允许截面 Smin=I″k3√t/K =41.5mm2 电缆实际截面 S=185mm2 表1-7消火栓泵配电线路WPE10M首端保护用断路器选择及过电流脱扣器整定 序号 选择整定项目 具体内容 结论 1 类别与级数选择 线路保护用断路器,选择型两段保护T5S,630,PR221DS-LS;开关级数3P 合格 2 额定电流选择 已知线路Ic=250.8A选择断路器Iu=630A,In=630A Iu≥In>Ic 合格 3 分断能力选择 已知安装地点Ib3=26.27kA选择断路器Ics=Icu=50kA Ics>Ib3 合格 4 长延时过电流脱扣器整定电流 1、躲过计算电流Ir1≥Ic=250.8A 2、与电动机主电路过载保护电器配合Ir1≥1.2Ir=1.2×244.0A=292.8A Ir1=0.5In 5 短延时过电流脱扣器整定电流及时间 1、躲过短时尖峰电流 Ir2≥1.2Ist.M=1.2×6.7×244.0A=1961.8A 2、与电动机主电路保护电器(见表1-3) 选择性配合Ir2≥1.2Ir3.2=1.2×10×400A=4800A 整定时间为0.25s Ir2=8In t2=0.25s 6 保护灵敏度的校验 Ik.min/Ir2=9.84×103A/(8×630A)=1.95 Ik.min/Ir2>1.3合格 7 与被保护线路的配合 过负荷保护配合 已知电缆截面为185mm2, Ia1=438A×0.73=319.7A(见表1-6);Ir1=0.5In=0.5×630A=315A Ir1 合格 短路保护配合 满足短路热稳定条件(见表1-6) 合格 8 附件选择 带合分辅助触点信号及过电流脱扣器动作信号 合格 1.3电梯和自动扶梯配电设计 本工程安装有商场乘客电梯、大厦乘客电梯1-2、消防电梯、商场自动扶梯等。 以大厦乘客电梯配电设计为例。 经计算,大厦乘客电梯机房配电线路WP8M的短路电流见表1-8。 表1-8大厦乘客电梯机房配电线路WP8M的短路电流 短路计算点 三相短路电流/kA 两相短路电流Ik2/kA 单相短路电流Ik1/kA I″k3/Ib3/Ik3 ip3 WP8M首端 27.13 66.04 23.05 23.36 WP8M末端 6.46 9.17 5.59 1.65 1.3.1电梯机房配电设计 大厦乘客电梯机房配电控制箱RATP1系统如图1-2所示,具体设计选择见表 1-9。 图1-2大厦乘客电梯机房配电控制箱RATP1系统图 表1-9大厦乘客电梯机房配电设计 序号 设计选择项目 具体内容 1 电梯供配电方式 1、商场乘客电梯为一级负荷,由变电所采用双回路放射式配电到机房双电源自动切换配电箱,在采用放射式配电给电梯控制箱 2、轿厢照明、轿顶电源插座、井道照明、井坑电源插座等由机房双电源自动切换配电箱单独供电,其中井道照明经隔离变压器采用36V特低电压供电 3、机房照明、机房电源插座、机房空调等电源与电梯电源分开,由顶层设备房照明配电箱供电 2 电梯负荷计算 1、已知本工程采用交流电梯,单台设备额定功率为 27kW,其中曳引机功率为18.5kW,电机连续工作制额定电流为40A 2、该电梯计算电流取电动机连续工作制额定电流的 140%,即为56A,因而等效三相设备容量为 √3×0.38kV×56A×0.7=25.9kW 3、大厦每处电梯机房安装有两台电梯,由同一配电线路供电。 计入同时系数0.85,电梯机房配电线路的 计算电流为95.6A 3 电梯电源开关保护电器选择 1、每台电梯装设单独的熔断器式隔离开关,型号XLP-100/3P,配置gG类RT16系列熔断器 2、熔体额定电流: 已知Ic=56A,选择熔体Ir≥1.1× 56A,取Ir=63A 3、熔断器式隔离开关额定电流: Ir=63A,取In=100A 4、分断能力校验: 已知Ib3=6.46kA,RT16型熔断器额定分断能力Ib=120kA,合格 5、灵敏度校验: Ik.min/Ir=1650A/63A=26.2,合格 4 电梯电源导线选择及敷设 选择ZBBV-450/750-3×35+2×16SC50F 大厦乘客电梯机房配电箱RATP1中的ATSE型号规格为OTM160CE3DK380AC, 具体选择见表1-10。 表1-10大厦乘客电梯机房配电箱RATP1中ATSE的选择 序号 选择项目 装置地点技术数据 ATSE技术数据 结论 1 类别 保护类别 放射式配电 PC级 合格 选择 使用类别 不频繁操作 B类 合格 2 正常负载特性选择 Ic=95.6A Iu=160A,In=160A 合格 3 短路特性选择 Ik≤6.46kA,0.1s It=15kA,0.2s 合格 4 转换时间选择 3s 合格 5 开关级数选择 3P 合格 6 前端隔离与保护 放射式配电 设置隔离开关型 合格 电器的设置 号OT160E03P 微处理器控制单 7 控制器的选择 元,运行模式“自 合格 投自复” 1.3.2电梯机房配电线路及其保护断路器选择 大厦乘客电梯机房配电线路WP8M选择见表1-11,线路保护断路器选择及过 电流脱扣器整定见表1-12。 表1-11大厦乘客电梯机房配电线路WP8M电缆选择 序号 选择校验项目 具体内容 结论 1 类型选择及敷设 WP8M为大厦乘客电梯机房配电线路,采用ZB-YJV-0.6/1型阻燃电缆,敷设在有孔托盘桥架内。 桥架中还敷设有其他电缆线路,电缆仅靠排列为2层,桥架离墙安装。 合格 2 允许温升 线路计算电流 Ic=95.6A(依据表1-9) Ic 初选电缆截面 相线S为70mm2、N线为35mm2、PE线为35mm2 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 Ial=236A×0.55=129.8A (已知电缆桥架敷设,环境温度为35摄氏度,多根电缆单层敷设) 合格 3 电压损失 计算负荷 P=44.0kW,Q=44.9kvar ΔU%≤ΔUal%合格 线路参数 r=0.310Ω/km, x=0.078Ω/km,l=0.12km 电压损失计算值 ΔU%=(Pr+Qx)l/10Un2 =1.42 允许电压损失 ΔUal%≤2 4 短路热稳定 三相短路电流 I``k3=6.46kA Smin 短路持续时间 t=0.25s 热稳定系数 K=143A×√S/mm2 热稳定最小允许截面 Smin=I``k3√t/K =22.6mm2 电缆实际截面 S=70mm2 表1-12大厦乘客电梯机房配电线路WP8M首端保护用断路器选择及过电流脱扣器整定 序号 选择整定项目 具体内容 结论 1 类别与级数选择 线路保护用断路器,选择型两段保护T2S,160,PR221DS-LS;开关级数3P 合格 2 额定电流选择 已知线路Ic=95.6A选择断路器Iu=160A,In=160A Iu≥In>Ic 合格 3 分断能力选择 已知安装地点Ib3=27.13kA选择断路器Ics=Icu=50kA Ics>Ib3 合格 4 长延时过电流脱扣器整定电流 1、躲过计算电流Ir1≥Ic=95.6A 2、与下级熔断器(见表1-9)过载时选择性配合Ir1≥2Ir=2×63A=126A Ir1=0.8In 5 短延时过电流脱扣器整定电流及时间 1、躲过短时尖峰电流Ir3≥ 1.2[Ist.M+Ic(n-1)]=1.2×[2×7× 40.0A+(95.6A-40.0A)]=738.7A 2、与下级熔断器短路时选择性配合整定电流: Ir2≥10Ir=10×63A=630A整定时间为0.25s Ir2=6.5In t2=0.25s 6 保护灵敏度的校验 Ik.min/Ir2=1.65×103A/(6.5×160A)=1.59 Ik.min/Ir2>1.3合格 7 与被保护线路的配合 过负荷保护配合 已知电缆截面为70mm2, Ia1=236A×0.55=129.8A(见表1-11);Ir1=0.8In=0.8×160A=128A Ir1 合格 短路保护配合 满足短路热稳定条件(见表1-11) 合格 8 附件选择 电分AC220V,带合分辅助触点信号及过电流脱扣器动作信号 合格 1.4照明和日用电器配电设计 1.4.1正常照明配电设计 现以大厦5层照明配电设计为例。 5层共有公寓式写字间18间(三级负荷),每间设1只照明配电箱(AL1-AL18),分别由5层电能计量箱(5AW1-5AW2)采用单相放射式供电。 每间公寓式写字间平均面积约为40m2,设有卫生间。 类似于单身公寓,除照明外,还有空调、电热水器、一般电源插座等用电负荷。 大厦公寓式写字间照明配电箱 (5AL1-5AL18)系统图如图1-3所示,配电线路型号规格及敷设,保护型号电气规格如图标注。 图1-3大厦公寓式写字间照明配电箱系统图 5层公共通道照明(一级负荷)设有1只配电箱(5ALC1),由双电源自动切换配电箱5AT1放射式供电。 具体照明负荷有防烟楼梯间及其前室照明、普通电梯间照明、消防电梯间前室(合用前室)照明与备用照明、疏散走道照明、电气竖井弱电间照明等。 大厦公共通道照明配电箱(5ALC1)系统图如图1-4所示,配电线路型号规格及敷设、保护电器型号规格如图标注。 图1-4大厦公共通道照明配电箱系统图 1.4.2应急照明
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