Проектування електроживлення на судні
Зміст
1. Визначення потужності СЕС табличним методом
2. Вибір джерел живлення і трансформаторів
3. Складання схеми розподілу електроенергії
3.1 Схема комутації ГРЩ
3.2 Схема розподілу електроенергії
4. Рекомендації по вибору апаратури захисту, приладів та засобів сигналізації
5. Вибір вимірювальної апаратури
6. Вибір реле зворотного потужності
7. Вибору силових кабелів і шин розподільних пристроїв
8. Проектування схеми розподілу електроенергії
8.1 Схема комутації ГРЩ
8.2 Схема розподілу електроенергії
8.3 Вибір силових кабелів і шин розподільних пристроїв
8.4 Заповнення таблиці додатку Excel, робочий лист «РЩ»
9. Вибір апаратури захисту
9.1 Вибір уставок вимикачів на струм спрацьовування в зоні К.З.
10. Перевірка електроустаткування по режиму короткого замикання
10.1 Розрахунок струмів К.З
10.2 Перевірка автоматичних вимикачів з граничним струмам К.З
10.3 Перевірка шин на електродинамічну стійкість
11. Розрахунок провалів напруги
Список літератури
1. Визначення потужності СЕС табличним методом
Для визначення потужності і числа генераторів суднової електростанції необхідно розрахувати сумарні потужності, споживані споживачами електростанції в наступних режимах роботи:
- Ходовому;
- Стоянці без вантажних операцій, вироблених судновими засобами;
- Стоянка з виконанням вантажних операцій;
- Маневреному;
- Аварійному.
Режими необхідні для вибору кількості та потужності генераторів суднової електростанції тільки з точки зору безпеки мореплавання.
Вихідними даними для табличного методу є перелік споживачів енергії суднової електростанції, що поділяються на такі основні групи:
* Палубні механізми;
* Механізми машинно-котельного відділення;
* Механізми систем і пристроїв;
* Радіоустаткування і навігаційні прилади;
* Суднове освітлення;
* Побутові механізми;
* Механізми холодильної установки;
* Інші споживачі.
При виборі електродвигуна [6] його тип заноситься в графу «Тип ЕД». Для приводу того чи іншого механізму не завжди вдається підібрати такий двигун, номінальна потужність на валу якого Р дв була б рівної потужності механізму Р хутро. У цьому випадку вибирають двигун кілька більшої потужності з коефіцієнтом використання. Значення до ісп заносять в графу "коефіцієнт Використання».
Наприклад, для рульового пристрою потрібно потужність 50 кВт, але оскільки не вдається підібрати двигун, номінальна потужність якого була б дорівнює потужності механізму, то беремо двигун з дещо завищеною потужністю. АТ 2-82-4М з потужністю 55 кВт. Коефіцієнт завантаження вибирають з урахуванням рекомендацій табл. 2.3 (Методичні вказівки до виконання курсового проекту). Його максимальне значення не має перевищувати відносини:
Якщо для того чи іншого механізму в таблиці не наведені значення Коефіцієнту завантаження то вважаємо за формулою, зазначеною вище. Наприклад:
Для механізмів, що працюють на відкритій палубі, слід вибирати електродвигуни водозахищений виконання (типу МЗРК, МАФ, МАП). Для механізмів, що працюють всередині суднових приміщень, застосовуються електродвигуни бризкоозахищеного виконання (типу 4А, АМ, АО2-М) або Водозахищені по лінії валу (типу АОМ, АМО). Тип електродвигуна, значення номінальної потужності на його валу, номінальний cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j і ККД заносяться відповідно в однойменні графи.
Для приводу машинного перетворювача слід вибирати асинхронний двигун з урахуванням ККД перетворювача. Для приводів насосів вентиляторів слід застосовувати високошвидкісні двигуни.
У графу «Активна потужність" заноситься сумарна встановлена активна потужність споживачів, яка визначається за виразом:
За відомою активної потужності і номінальному коефіцієнту потужності визначають значення сумарної встановленої реактивної потужності і заносять у графу «Реактивна потужність»:
Q = P (13) * tgSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j = P (13) tg (arccosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j (8)) (3)
Q = 35,68 * tg (arccos (0.92)) = 15,20 кВт (для рульового пристрою)
Далі виконуються розрахунки по визначенню споживаних потужностей окремих споживачів, представлених в таблиці 1, в різних режимах судна. Встановлені на судні споживачі електроенергії в багатьох випадках не повністю використовуються за потужністю, тому при розрахунку дійсної споживаної потужності необхідно враховувати коефіцієнт завантаження механізму. Фактичну завантаження електродвигуна характеризує коефіцієнт завантаження К з (заноситься в графу "коефіцієнт Завантаження»), рівний
К з = К зм До ісп (4)
К з = 0,6 +0,92 = 0,55 (для рульового пристрою)
При недогрузке двигуна коефіцієнт потужності (cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j) і ККД (SYMBOL 104 \ f "Symbol" \ s 12h) його знижуються. Тому для визначення фактично споживаної потужності необхідно користуватися значеннями, які заносяться у відповідні графи таблиці. Маючи на увазі, що не всі однойменні споживачі працюють одночасно, вводять коефіцієнт одночасності К о (графа «коефіцієнт одночасності), рівний відношенню числа працюючих споживачів до загальної кількості встановлених:
К о = m раб / m (5)
К о = 1 / 2 = 0,5 (для рульового пристрою)
Таким чином, активна споживана потужність (графа «Активна потужність») однойменних споживачів дорівнює:
Реактивна споживана потужність (графа «Реактивна потужність»):
Q піт = Р піт tgj (7)
Q піт = 10,37 tg (arcos (0.89)) = 6.15 кВт (для рульового пристрою)
Після заповнення таблиці для всіх груп споживачів підраховуємо споживані потужності в кожному з режимів (SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР піт і SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ піт), причому сумарні споживані потужності короткочасно працюючих споживачів підраховують окремо.
У зв'язку з різним характером навантаження різних груп споживачів було б неправильно вважати, що навантаження на генератори дорівнює сумарній споживаної (SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР піт). Фактичне навантаження на генератори менше і буде тим менше, ніж найімовірніше неодночасно робота різних груп споживачів і розбіжність максимумів навантажень у приймачів у кожній з груп.
У таблиці навантажень ці фактори враховуються енергетичним коефіцієнтом одночасності До ор для кожного з режимів роботи судна. Для постійно працюючих споживачів він знаходиться в межах 0,75 - 0,95. Верхня межа характерний для ходового та аварійного режимів, коли питоме значення приймачів з постійним графіком навантаження дуже велике, менше ж значення К ор відповідає режиму стоянки.
Приймаються наступні значення К ор:
- Для аварійного режиму До ор = 0,95;
- Для ходового режиму До ор = 0,85;
- Для маневреного режиму До ор = 0,8.
Для короткочасно працюючих споживачів енергетичний коефіцієнт одночасності приймається в межах 0,3-0,6. Для аварійного та ходового режимів береться максимальне значення коефіцієнта. Таким чином, сумарні споживані потужності для довгостроково працюючих споживачів за режимами роботи судна визначаються як:
Р SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл = К ор SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР піт, кВт (8)
Q SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл = К ор SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ піт, кВАр (9)
Аналогічно розраховується сумарна потужність для короткочасно працюючих споживачів. Сумарна споживана потужність усіх працюючих апаратів дорівнює:
SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР = Р SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл + Р SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е кр, (10)
SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ = Q SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл + Q SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е кр (11)
З урахуванням 5% втрат у суднової мережі отримаємо:
Р = 1,05 SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР, (12)
Q = 1,05 SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ (13)
Повну потужність знаходять за формулою:
Середньозважений коефіцієнт потужності для кожного режиму роботи знаходиться з виразу:
cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j СРВ = Р / S (15)
- Генератори повинні бути однотипними;
- Коефіцієнт Завантаження генераторів для найзавантаженішого режиму не повинен перевищувати значення 0,85;
- Збільшення кількості генераторів за рахунок поліпшеного їх використання за потужністю не бажано. Оптимальна кількість три. Загальна кількість генераторних агрегатів встановлених на судні повинно бути одно n = n мах +1 (один резервний). Якщо середньозважений коефіцієнт потужності cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12jSYMBOL 163 \ f "Symbol" \ s 12Ј0.8 вибір генераторів проводити виходячи з повної потужності.
Виходячи з перерахованих вище вимог вибираю генераторні агрегати по активній встановленої потужності (cosj min = 0,85) з урахуванням 15% втрат у суднової мережі P акт = 372,85 кВт (для ходового режиму) задовольняють їм: три однотипних генератора забезпечують коефіцієнт завантаження не більше 0 , 85;
Для забезпечення електроенергією приймачів, розрахованих на напругу 220В, необхідно визначити повну потужність, споживану ними, і вибрати трансформатори з обліком коефіцієнт одночасної роботи кожного із споживачів і конкретно режиму роботи. Розрахунки та технічні характеристики вибраних трансформаторів наведені в табліце3 - Сумарна потужність трансформаторів. Для будь-якого режиму роботи судна трансформатор ТСЗ63 забезпечує коефіцієнт завантаження від 0,5 до 0,8 що відповідає вимогам Регістру.
Однолінійна схема комутації ГРЩ повинна забезпечувати:
- Паралельну і роздільну роботу генераторів на свої секції збірних шин;
- Харчування через трансформатори секції споживачів при виключенні будь-якого з генераторів;
- Харчування з берега;
- Зв'язок ГРЩ з аварійним розподільним щитом.
Схема включає в себе наступні елементи:
- Збірні шини ГРЩ, розділені на секції генератори;
- Генераторні кабелі зі своїми автоматичними повітряними вимикачами (АВВ);
- Секційні АВВ або роз'єднувачі;
- Перемички з перемикачами;
- Трансформатори 380/220;
- Фідер берегового живлення;
- Фідер, що зв'язує ГРЩ з аварійним розподільним щитом;
- Аварійний розподільний щит з секціями 380 і 220 В і споживачі, які отримують живлення від нього згідно з Правилами Регістру;
- Контактори, що відключають секції маловідповідальних споживачів.
3.2 Схема розподілу електроенергії
Наступним етапом проекту є розбивка споживачів, зазначених у таблиці навантажень, за фідерах. Дані зводяться до таблиці «РЩ». При цьому необхідно керуватися Правилами Регістру. У цьому ж розділі містяться вказівки по розбивці фідерів відповідальних споживачів за секціями збірних шин, ГРЩ. Розбивку виробляємо з урахуванням рівномірності навантаження кожної секції. Харчування невідповідальних споживачів від окремої секції збірних шин. Компонування споживачів по розподільних щитів (РЩ) повинна проводитися з урахуванням їх призначення, а також розташування споживачів на судні. Однолінійна схема розподілу електроенергії включає в себе схеми комутації ГРЩ та відходять від нього фідера (без аварійного розподільного щита), доповнені зображенням фідерів харчування РЩ зі своїми АВВ.
- Селективність,
- Швидкодія,
- Надійність,
- Чутливість.
Вибір апаратури залежить від порівнянні напруги і найбільшого тривалого робочого струму того ланцюга, де передбачається встановити цей апарат, з номінальним робочим напругою і номінальним струмом. Вибір автоматичних вимикачів виробляють з величини номінальної напруги і номінального струму захищається ланцюга;
При цьому номінальний струм максимального розчеплювача I нр вимикача повинен бути рівний або більше I розр;
де К 1 - коефіцієнт враховує зменшення допустимого навантаження кабелю у зв'язку з погіршенням тепловіддачі. Для курсового проекту приймаємо К 1 = 0,8 [4] як для дворядної кабельної траси. Розрахункові значення струмів заносимо в табліцу5.
Для генераторних автоматів величина I розр дорівнює номінальному струму генератора. Для секційних автоматичних вимикачів величина I розр розраховується за значенням потужності, що передається через цей вимикач у найбільш важкому експлуатаційному режимі. Наближено ця величина визначається як I розр = 1,15 I н (18)
Як генераторних і секційних автоматів вибираємо автомати нової серії ВА71, як мережевих АВВ на ГРЩ А37, як мережевих захищають електричні установки АК50-3.
Уставки генераторних автоматів приймаємо, згідно [7], що дорівнюють:
де I н - номінальний струм фідера.
Уставку на струм спрацьовування мережевих АВВ фідерів електродвигунів вибираємо з умови відбудови від помилкових спрацьовувань при пусках електродвигунів:
де K над - коефіцієнт надійності, що дорівнює -1,05;
K доп - коефіцієнт, що враховує плюсової допуск на величину пускового струму електродвигуна, рівний-1, 15;
K пуск - кратність пускового струму електродвигуна за ТУ
K а - коефіцієнт, що враховує величину апериодической складової пускового струму, що дорівнює -1,3;
SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d - мінусовий допуск на струм спрацьовування вимикача в зоні КЗ для автоматів типу АК-50, SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 0.1, для автоматів типу А-3700 SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 0.15;
I дв.ном - номінальний струм двигуна;
I ном.расц. - Номінальний струм розчеплювача вимикача.
Уставку на струм спрацьовування вимикачів, що захищають силовий розподільчий щит, вибираємо наступним чином:
де I вкл1 - пусковий струм найбільш потужного споживача;
I вкл1 = K пуск I ном.дв. (22)
K загр.i - коефіцієнти завантаження окремих споживачів для найбільш завантаженого режиму, взяті з таблиці навантажень.
Типи, тіпоїсполненія і значення номінальних струмів максимальних расцепителей вибраних АВВ, уставки на час спрацьовування вносимо у відповідні графи табліци5.
Обрана апаратура перевіряється на термічну і електродинамічну стійкість.
Термічна стійкість - здатність апарату, не перегріваючись протистояти току КЗ проходить через апарат. Для проведення розрахунку необхідно зіставити кількість тепла виділився при проходженні струму КЗ з допустимим для даного апарату. Перевірка виконується тільки для апаратів з селективної захистом.
Клас точності трансформатора визначається його призначенням. Потужність навантаження трансформатора струму при номінальному вторинному струмі визначається сумарною потужністю включених у вторинну ланцюг трансформатора струму обмоток приладів. Сумарна потужність навантаження не повинно перевищувати величини максимальної, трансформатора струму, при цьому враховується опір з'єднувальних проводів. Зміст
1. Визначення потужності СЕС табличним методом
2. Вибір джерел живлення і трансформаторів
3. Складання схеми розподілу електроенергії
3.1 Схема комутації ГРЩ
3.2 Схема розподілу електроенергії
4. Рекомендації по вибору апаратури захисту, приладів та засобів сигналізації
5. Вибір вимірювальної апаратури
6. Вибір реле зворотного потужності
7. Вибору силових кабелів і шин розподільних пристроїв
8. Проектування схеми розподілу електроенергії
8.1 Схема комутації ГРЩ
8.2 Схема розподілу електроенергії
8.3 Вибір силових кабелів і шин розподільних пристроїв
8.4 Заповнення таблиці додатку Excel, робочий лист «РЩ»
9. Вибір апаратури захисту
9.1 Вибір уставок вимикачів на струм спрацьовування в зоні К.З.
10. Перевірка електроустаткування по режиму короткого замикання
10.1 Розрахунок струмів К.З
10.2 Перевірка автоматичних вимикачів з граничним струмам К.З
10.3 Перевірка шин на електродинамічну стійкість
11. Розрахунок провалів напруги
Список літератури
1. Визначення потужності СЕС табличним методом
Для визначення потужності і числа генераторів суднової електростанції необхідно розрахувати сумарні потужності, споживані споживачами електростанції в наступних режимах роботи:
- Ходовому;
- Стоянці без вантажних операцій, вироблених судновими засобами;
- Стоянка з виконанням вантажних операцій;
- Маневреному;
- Аварійному.
Режими необхідні для вибору кількості та потужності генераторів суднової електростанції тільки з точки зору безпеки мореплавання.
Вихідними даними для табличного методу є перелік споживачів енергії суднової електростанції, що поділяються на такі основні групи:
* Палубні механізми;
* Механізми машинно-котельного відділення;
* Механізми систем і пристроїв;
* Радіоустаткування і навігаційні прилади;
* Суднове освітлення;
* Побутові механізми;
* Механізми холодильної установки;
* Інші споживачі.
При виборі електродвигуна [6] його тип заноситься в графу «Тип ЕД». Для приводу того чи іншого механізму не завжди вдається підібрати такий двигун, номінальна потужність на валу якого Р дв була б рівної потужності механізму Р хутро. У цьому випадку вибирають двигун кілька більшої потужності з коефіцієнтом використання. Значення до ісп заносять в графу "коефіцієнт Використання».
Наприклад, для рульового пристрою потрібно потужність 50 кВт, але оскільки не вдається підібрати двигун, номінальна потужність якого була б дорівнює потужності механізму, то беремо двигун з дещо завищеною потужністю. АТ 2-82-4М з потужністю 55 кВт. Коефіцієнт завантаження вибирають з урахуванням рекомендацій табл. 2.3 (Методичні вказівки до виконання курсового проекту). Його максимальне значення не має перевищувати відносини:
Якщо для того чи іншого механізму в таблиці не наведені значення Коефіцієнту завантаження то вважаємо за формулою, зазначеною вище. Наприклад:
Для механізмів, що працюють на відкритій палубі, слід вибирати електродвигуни водозахищений виконання (типу МЗРК, МАФ, МАП). Для механізмів, що працюють всередині суднових приміщень, застосовуються електродвигуни бризкоозахищеного виконання (типу 4А, АМ, АО2-М) або Водозахищені по лінії валу (типу АОМ, АМО). Тип електродвигуна, значення номінальної потужності на його валу, номінальний cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j і ККД заносяться відповідно в однойменні графи.
Для приводу машинного перетворювача слід вибирати асинхронний двигун з урахуванням ККД перетворювача. Для приводів насосів вентиляторів слід застосовувати високошвидкісні двигуни.
У графу «Активна потужність" заноситься сумарна встановлена активна потужність споживачів, яка визначається за виразом:
За відомою активної потужності і номінальному коефіцієнту потужності визначають значення сумарної встановленої реактивної потужності і заносять у графу «Реактивна потужність»:
Q = P (13) * tgSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j = P (13) tg (arccosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j (8)) (3)
Q = 35,68 * tg (arccos (0.92)) = 15,20 кВт (для рульового пристрою)
Далі виконуються розрахунки по визначенню споживаних потужностей окремих споживачів, представлених в таблиці 1, в різних режимах судна. Встановлені на судні споживачі електроенергії в багатьох випадках не повністю використовуються за потужністю, тому при розрахунку дійсної споживаної потужності необхідно враховувати коефіцієнт завантаження механізму. Фактичну завантаження електродвигуна характеризує коефіцієнт завантаження К з (заноситься в графу "коефіцієнт Завантаження»), рівний
К з = К зм До ісп (4)
К з = 0,6 +0,92 = 0,55 (для рульового пристрою)
При недогрузке двигуна коефіцієнт потужності (cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j) і ККД (SYMBOL 104 \ f "Symbol" \ s 12h) його знижуються. Тому для визначення фактично споживаної потужності необхідно користуватися значеннями, які заносяться у відповідні графи таблиці. Маючи на увазі, що не всі однойменні споживачі працюють одночасно, вводять коефіцієнт одночасності К о (графа «коефіцієнт одночасності), рівний відношенню числа працюючих споживачів до загальної кількості встановлених:
К о = m раб / m (5)
К о = 1 / 2 = 0,5 (для рульового пристрою)
Таким чином, активна споживана потужність (графа «Активна потужність») однойменних споживачів дорівнює:
Реактивна споживана потужність (графа «Реактивна потужність»):
Q піт = Р піт tgj (7)
Q піт = 10,37 tg (arcos (0.89)) = 6.15 кВт (для рульового пристрою)
Після заповнення таблиці для всіх груп споживачів підраховуємо споживані потужності в кожному з режимів (SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР піт і SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ піт), причому сумарні споживані потужності короткочасно працюючих споживачів підраховують окремо.
У зв'язку з різним характером навантаження різних груп споживачів було б неправильно вважати, що навантаження на генератори дорівнює сумарній споживаної (SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР піт). Фактичне навантаження на генератори менше і буде тим менше, ніж найімовірніше неодночасно робота різних груп споживачів і розбіжність максимумів навантажень у приймачів у кожній з груп.
У таблиці навантажень ці фактори враховуються енергетичним коефіцієнтом одночасності До ор для кожного з режимів роботи судна. Для постійно працюючих споживачів він знаходиться в межах 0,75 - 0,95. Верхня межа характерний для ходового та аварійного режимів, коли питоме значення приймачів з постійним графіком навантаження дуже велике, менше ж значення К ор відповідає режиму стоянки.
Приймаються наступні значення К ор:
- Для аварійного режиму До ор = 0,95;
- Для ходового режиму До ор = 0,85;
- Для маневреного режиму До ор = 0,8.
Для короткочасно працюючих споживачів енергетичний коефіцієнт одночасності приймається в межах 0,3-0,6. Для аварійного та ходового режимів береться максимальне значення коефіцієнта. Таким чином, сумарні споживані потужності для довгостроково працюючих споживачів за режимами роботи судна визначаються як:
Р SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл = К ор SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР піт, кВт (8)
Q SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл = К ор SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ піт, кВАр (9)
Аналогічно розраховується сумарна потужність для короткочасно працюючих споживачів. Сумарна споживана потужність усіх працюючих апаратів дорівнює:
SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР = Р SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл + Р SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е кр, (10)
SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ = Q SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е дл + Q SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12 е кр (11)
З урахуванням 5% втрат у суднової мережі отримаємо:
Р = 1,05 SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еР, (12)
Q = 1,05 SYMBOL 229 \ f "Symbol" \ s 12еQ (13)
Повну потужність знаходять за формулою:
Середньозважений коефіцієнт потужності для кожного режиму роботи знаходиться з виразу:
cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j СРВ = Р / S (15)
2. Вибір джерел живлення і трансформаторів
На підставі отриманих розрахункових величин сумарної споживаної потужності у всіх заданих режимах роботи судна з урахуванням коефіцієнта одночасності (До ор) і втрат в мережі проводиться вибір одиничної і сумарної потужності генераторних агрегатів електростанції [6]. При виборі числа і потужності генераторних агрегатів необхідно враховувати наступні рекомендації Регістру:- Генератори повинні бути однотипними;
- Коефіцієнт Завантаження генераторів для найзавантаженішого режиму не повинен перевищувати значення 0,85;
- Збільшення кількості генераторів за рахунок поліпшеного їх використання за потужністю не бажано. Оптимальна кількість три. Загальна кількість генераторних агрегатів встановлених на судні повинно бути одно n = n мах +1 (один резервний). Якщо середньозважений коефіцієнт потужності cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12jSYMBOL 163 \ f "Symbol" \ s 12Ј0.8 вибір генераторів проводити виходячи з повної потужності.
Виходячи з перерахованих вище вимог вибираю генераторні агрегати по активній встановленої потужності (cosj min = 0,85) з урахуванням 15% втрат у суднової мережі P акт = 372,85 кВт (для ходового режиму) задовольняють їм: три однотипних генератора забезпечують коефіцієнт завантаження не більше 0 , 85;
Для забезпечення електроенергією приймачів, розрахованих на напругу 220В, необхідно визначити повну потужність, споживану ними, і вибрати трансформатори з обліком коефіцієнт одночасної роботи кожного із споживачів і конкретно режиму роботи. Розрахунки та технічні характеристики вибраних трансформаторів наведені в табліце3 - Сумарна потужність трансформаторів. Для будь-якого режиму роботи судна трансформатор ТСЗ63 забезпечує коефіцієнт завантаження від 0,5 до 0,8 що відповідає вимогам Регістру.
3. Складання схеми розподілу електроенергії
3.1 Схема комутації ГРЩОднолінійна схема комутації ГРЩ повинна забезпечувати:
- Паралельну і роздільну роботу генераторів на свої секції збірних шин;
- Харчування через трансформатори секції споживачів при виключенні будь-якого з генераторів;
- Харчування з берега;
- Зв'язок ГРЩ з аварійним розподільним щитом.
Схема включає в себе наступні елементи:
- Збірні шини ГРЩ, розділені на секції генератори;
- Генераторні кабелі зі своїми автоматичними повітряними вимикачами (АВВ);
- Секційні АВВ або роз'єднувачі;
- Перемички з перемикачами;
- Трансформатори 380/220;
- Фідер берегового живлення;
- Фідер, що зв'язує ГРЩ з аварійним розподільним щитом;
- Аварійний розподільний щит з секціями 380 і 220 В і споживачі, які отримують живлення від нього згідно з Правилами Регістру;
- Контактори, що відключають секції маловідповідальних споживачів.
3.2 Схема розподілу електроенергії
Наступним етапом проекту є розбивка споживачів, зазначених у таблиці навантажень, за фідерах. Дані зводяться до таблиці «РЩ». При цьому необхідно керуватися Правилами Регістру. У цьому ж розділі містяться вказівки по розбивці фідерів відповідальних споживачів за секціями збірних шин, ГРЩ. Розбивку виробляємо з урахуванням рівномірності навантаження кожної секції. Харчування невідповідальних споживачів від окремої секції збірних шин. Компонування споживачів по розподільних щитів (РЩ) повинна проводитися з урахуванням їх призначення, а також розташування споживачів на судні. Однолінійна схема розподілу електроенергії включає в себе схеми комутації ГРЩ та відходять від нього фідера (без аварійного розподільного щита), доповнені зображенням фідерів харчування РЩ зі своїми АВВ.
4. Рекомендації по вибору апаратури захисту, приладів та засобів сигналізації
Апарати СЕС вибираємо за умовами тривалої роботи в номінальному експлуатаційному режимі і перевіряємо по струмів короткого замикання. Ненормальний режим роботи характеризується відхиленням вхідних параметрів від нормованих (струм, частота, напруга). Коротке замикання характеризується стійким механічним замиканням і виникненням струму КЗ рівним 250-290% від I н і посадкою напруги. До будь-якої захисту пред'являються наступні вимоги:- Селективність,
- Швидкодія,
- Надійність,
- Чутливість.
Вибір апаратури залежить від порівнянні напруги і найбільшого тривалого робочого струму того ланцюга, де передбачається встановити цей апарат, з номінальним робочим напругою і номінальним струмом. Вибір автоматичних вимикачів виробляють з величини номінальної напруги і номінального струму захищається ланцюга;
При цьому номінальний струм максимального розчеплювача I нр вимикача повинен бути рівний або більше I розр;
де К 1 - коефіцієнт враховує зменшення допустимого навантаження кабелю у зв'язку з погіршенням тепловіддачі. Для курсового проекту приймаємо К 1 = 0,8 [4] як для дворядної кабельної траси. Розрахункові значення струмів заносимо в табліцу5.
Для генераторних автоматів величина I розр дорівнює номінальному струму генератора. Для секційних автоматичних вимикачів величина I розр розраховується за значенням потужності, що передається через цей вимикач у найбільш важкому експлуатаційному режимі. Наближено ця величина визначається як I розр = 1,15 I н (18)
Як генераторних і секційних автоматів вибираємо автомати нової серії ВА71, як мережевих АВВ на ГРЩ А37, як мережевих захищають електричні установки АК50-3.
Уставки генераторних автоматів приймаємо, згідно [7], що дорівнюють:
де I н - номінальний струм фідера.
Уставку на струм спрацьовування мережевих АВВ фідерів електродвигунів вибираємо з умови відбудови від помилкових спрацьовувань при пусках електродвигунів:
де K над - коефіцієнт надійності, що дорівнює -1,05;
K доп - коефіцієнт, що враховує плюсової допуск на величину пускового струму електродвигуна, рівний-1, 15;
K пуск - кратність пускового струму електродвигуна за ТУ
K а - коефіцієнт, що враховує величину апериодической складової пускового струму, що дорівнює -1,3;
SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d - мінусовий допуск на струм спрацьовування вимикача в зоні КЗ для автоматів типу АК-50, SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 0.1, для автоматів типу А-3700 SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 0.15;
I дв.ном - номінальний струм двигуна;
I ном.расц. - Номінальний струм розчеплювача вимикача.
Уставку на струм спрацьовування вимикачів, що захищають силовий розподільчий щит, вибираємо наступним чином:
де I вкл1 - пусковий струм найбільш потужного споживача;
I вкл1 = K пуск I ном.дв. (22)
K загр.i - коефіцієнти завантаження окремих споживачів для найбільш завантаженого режиму, взяті з таблиці навантажень.
Типи, тіпоїсполненія і значення номінальних струмів максимальних расцепителей вибраних АВВ, уставки на час спрацьовування вносимо у відповідні графи табліци5.
Обрана апаратура перевіряється на термічну і електродинамічну стійкість.
Термічна стійкість - здатність апарату, не перегріваючись протистояти току КЗ проходить через апарат. Для проведення розрахунку необхідно зіставити кількість тепла виділився при проходженні струму КЗ з допустимим для даного апарату. Перевірка виконується тільки для апаратів з селективної захистом.
5. Вибір вимірювальної апаратури
Вибір трансформаторів струму виробляємо за номінальній напрузі і номінальному току ланцюга, по конструктивному виконанню з урахуванням роду установки, по класу точності з урахуванням фактичної вторинної навантаження трансформатора.Враховуючи те, що до трансформатора струму підключається амперметр Д1500 з споживаної потужністю Р п = 3,5 ВА, то можна вибрати стандартний трансформатор струму ТС0, 5 класу точності 1 з номінальною потужністю Р НТТ = 40 ВА.
При виборі трансформаторів напруги виходять з величини вторинного напруги, призначення, місця установки і схеми з'єднання приладів.
Клас точності трансформатора визначається призначенням приладів, підключених до вторинної обмотки.
Після вибору трансформатора напруги по довіднику [6], за рекомендацією Регістру, перевіримо клас точності трансформатора напруги шляхом порівняння значень максимальної потужності трансформатора із сумарною потужністю вимірювальних приладів.
Трансформатор відповідає прийнятому класу точності, якщо
S трном SYMBOL 179 \ f "Symbol" \ s 12і S 2 (23)
де
S 2 - сумарна потужність навантаження трансформатора.
До трансформатора напруги підключаються наступні прилади:
* Вольтметр,
* Ватметрів,
* Частотомір,
* Сінхроноскоп.
Вибір електровимірювальних приладів СЕС, їх розташування на ГРЩ регламентовано Правилами Регістру. При виборі контрольно-вимірювальних приладів ГРЩ необхідно вказати:
- Тип приладу і клас точності;
- Межі вимірювання;
- Спосіб включення;
- Тип трансформатора струму, напруги, додаткового пристрою;
- Габарити.
Клас точності вибираємо не більше 2,5.
Для вимірювання опору ізоляції застосовуємо прилади "Електрон". При виборі приладів для генераторів і мереж з постійним навантаженням забезпечуємо запас за шкалою 25%, а для мереж зі змінним навантаженням або напругою - 50%.
Всім котушкам напруг приладів забезпечуємо захист запобіжниками або автоматами.
Виходячи з потужностей обраної вимірювальної апаратури, вибираємо трансформатори струму і напруги і їх характеристики заносимо в таблицю 4.
Таблиця 4 - Характеристики вимірювальних трансформаторів
| Трансформатор | Найменування | I / Uном Iобм | Ном частота | Uном | I / Uном II обм | Потужність | кол-во |
| Тока | Многовітковий | 10-400А | 50 | 0,5 кВ | 5А | 40ВА | 2 |
| Напруження | ТН | 380В | 50 | 2кв | 127в | 40ВА | 2 |
6. Вибір реле зворотного потужності
На вимогу Регістру необхідно забезпечити генераторам спрямований захист і захист від перевантажень. Спрямована захист - захист, яка в установках змінного струму реагує на величину струму (потужності) в захищуваному ділянці системи по відношенню до напруги на шинах. Захист реагує на зміну фазного кута між струмом і напругою. Як фазочувствительного органу використовують індукційне реле потужності.
У проектованої суднової електростанції застосовуємо спрямований захист генераторів, виконану на реле потужності ІМ-149. Ланцюги струму і напруги реле отримують живлення від трансформаторів струму і напруги, які живлять вимірювальні прилади. Технічні характеристики реле ІМ-149:
U ном = 230В,
I ном = 5А,
Споживана потужність: по струму 25 ВА.
по напрузі 10ВА.
Виходячи з потужності генераторів, визначимо уставки:
* За потужністю та зворотної потужності спрацьовування = 12,8%
* За часом спрацьовування при струмі спрацьовування (cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j = 1 і 1,2 I ном) = 7.
Для забезпечення захисту генераторів від перевантажень встановлюємо реле перевантаження ІМ-145, що харчується від вимірювальних трансформаторів. Технічні характеристики реле ІМ-145:
U ном = 230В,
I ном = 5А,
Споживана потужність: по струму 5 ВА
по напрузі 10 ВА.Виходячи з потужності генераторів, визначимо уставки:
* За потужністю та зворотної потужності спрацьовування = 115%
* За часом спрацьовування при струмі спрацьовування (cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j = 1 і 1,2 I ном) = 2.
Перевіримо вимірювальні трансформатори на перевантаження.
Трансформатор струму: вимірювальні прилади споживають 3,5 ВА від ТТ1, реле зворотного потужності ІМ149 споживає 25 ВА від ТТ2, звідси перевантаження трансформаторів струму немає.
Трансформатор напруги вимірювальні прилади споживають 29,7 ВА від ТН1, реле зворотного потужності ІМ149 споживає 10 ВА від ТН2, звідси перевантаження трансформаторів напруги немає.
Всі характеристики вибраних вимірювальних приладів заносимо в таблицю 5:
Таблиця 5 - Характеристики вимірювальних приладів
| Амперметр | Вольтметр | Ватметрів | Частотомір | Сінхроноскоп | Мегометр | |
| Тип приладу | Д1500 | Д1500 | Д1503 | Д1506 | Е1505 | Електрон |
| Система | Ел.дінаміч | Ел.дінаміч | Ел.дінаміч | Ел.дінаміч | Електромагнітні | |
| Клас точності | 1,5 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 0,03 | 5 |
| Межі вимірювання | 0-300 А | 0-450 У | 0-250кВт | 50 (10%) Нz | 0-1МОм | |
| Спосіб включення | до ТТ | до ТН | до ТН | до ТН | до ТН | |
| Потребл. потужність, Вт | 3,5 | 4,5 | 7,5 | 9,6 | 8,1 | |
| Габарити, гір. мм | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 175 |
| верт. мм | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 90 |
| глиб. мм | 170 | 170 | 170 | 170 | 170 | 125 |
7. Вибору силових кабелів і шин розподільних пристроїв
Передача електроенергії від генераторів до головного розподільного щита і від головного розподільного щита до споживачів здійснюється кабелями. При виборі типу кабелю потрібно враховувати умови, в яких працюватиме кабель. З умов монтажу на судах та з урахуванням механічної міцності існуючими правилами і нормами визначаються максимальні і мінімальні перетину кабелю, допустимі до прокладання.Виходячи з рекомендацій, вибираємо максимальний перетин трижильним кабелів не вище 3x240 мм 2. Мінімально допустимий переріз жил кабелів і проводів відповідно дорівнює 1 мм 2. Перетин жил кабелю визначаємо за допомогою таблиць норм навантаження на електричні кабелі та проводи [2, додаток 10] і [6, таблиця 5.4] за величиною розрахункового струму кабелю I розр.
Виходячи з складеної однолінійної схеми розподілу електроенергії, визначаємо необхідну кількість автоматичних вимикачів для кожного щита, який не повинен перевищувати 12. За довідником [6, табліца5.2.3] визначаємо тип розподільного щита.
За прикладом для рульової машини вибираємо кабель КНРП, як для відповідального споживача. За I розр = 31,70 А, вибираємо кабель 3 х фазний перетином 4мм 2 (3х4) і генераторний автомат А3714СР з комбінованим розщіплювачем на номінальним струмом максимального розчеплювача 32А.
8. Проектування схеми розподілу електроенергії
8.1 Схема комутації ГРЩОднолінійна схема комутації ГРЩ забезпечує:
- Паралельну і роздільну роботу генераторів на свої секції збірних шин;
- Харчування через трансформатори секції споживачів 220 В;
- Харчування секції другорядних споживачів при виключенні будь-якого з генераторів;
- Харчування з берега;
- Зв'язок ГРЩ з аварійним розподільним щитом;
Схема включає в себе наступні елементи:
- Збірні шини ГРЩ, розділені на секції (генераторні, споживачів);
- Генераторні кабелі зі своїми автоматичними повітряними вимикачами (АВВ);
- Секційні АВВ або роз'єднувачі;
- Перемички з перемикачами;
- Трансформатори 380/220;
- Фідер берегового живлення;
- Фідер, що зв'язує ГРЩ з аварійним розподільним щитом;
- Аварійний розподільний щит з секціями 380В і 220В і споживачі, які отримують живлення від нього згідно з правилами Регістру РФ;
- Контактори, що відключають секції маловідповідальних споживачів.
8.2 Схема розподілу електроенергії
Наступним етапом проекту є розбивка споживачів, зазначених у таблиці навантажень, за фідерах. Дані зводяться до таблиці «РЩ». При цьому керуємося Правилами Регістру РФ, в якому містяться вказівки по розбивці фідерів відповідальних споживачів за секціями збірних шин, ГРЩ. Розбивку виробляємо з урахуванням рівномірності навантаження кожної секції. Компонування споживачів по розподільних щитів (РЩ) проводиться з урахуванням їх призначення (наприклад, щит вентиляції трюмів і т.д.), а також розташування споживачів на судні (наприклад, щит, що забезпечує живлення сепараторів і насосів МКО, щит освітлення МКО і т. д.). Всі фідери на схемі пронумеровані згідно з нумерацією в таблиці «РЩ».
8.3 Вибір силових кабелів і шин розподільних пристроїв
Передача електроенергії від генераторів до головного розподільного щита і від головного розподільного щита до споживачів здійснюється кабелями.
При виборі типу кабелю враховуємо умови, в яких працюватиме кабель. З умови монтажу на судах та з урахуванням механічної міцності існуючими правилами і нормами визначаються максимальні і мінімальні перетину кабелю, допустимі до прокладання.
Розрахунок кабельної мережі включає в себе наступні етапи:
- Визначення робочих струмів в кабелях;
- Вибір перетину кабелів з урахуванням умов прокладання;
- Визначення втрати напруги в кабельній мережі.
Перетин жил кабелю визначається за допомогою таблиць норм навантаження на електричні кабелі та проводи (пріложеніе10 [2]) за величиною розрахункового струму кабелю за формулою:
де I раб - дійсний струм, що протікає по кабелю;
До 1 - коефіцієнт, що враховує зменшення допустимого навантаження кабелю у зв'язку з погіршенням тепловіддачі:
До 1 = 0,8 - для дворядних пучків;
К 2 - коефіцієнт, що враховує число годин роботи кабелю, що визначається за формулою:
де t 3 - сумарний час роботи кабелю під навантаженням.
Вибір кабелю по напрузі зводиться до зіставлення номінального напруги, під яким знаходиться кабель, U до з номінальною напругою кабелю U К.Н. При цьому повинна виконуватися умова:
Втрати напруги в трифазній мережі змінного струму без урахування індуктивного опору кабелю можна визначити за формулою:
де - I н cosj - номінальна активна складова струму приймача
l - довжина кабелю в метрах;
g - питома провідність міді;
S - переріз жили кабелю в мм 2;
U - лінійна напруга мережі, В.
Правилами регламентуються втрати напруги від ГРЩ до кожного споживача. В даний час діють наступні норми втрат напруги на кабелях:
- Від генератора до ГРЩ - не більше 1%;
- Від ГРЩ до споживачів;
- Освітлення - не більше 5% при U н> 30 В і не більше 10% при U н £ 30 В;
- Силових споживачів - не більше 7% при тривалому режимі роботи і не більше 10% при короткочасному та повторно-короткочасному режимі роботи;
- Щита радіостанції і кабелю для зарядки акумуляторних батарей - не більше 5%.
Довжину генераторного кабелю приймають рівною 10 метрам.
Вибір шин розподільчого пристрою виробляють з найбільшого тривалого струму навантаження на шини, що визначається за формулою:
де К н.з. = 1,15 - коефіцієнт, що враховує нерівномірність навантаження шин по довжині;
n - число встановлених генераторів.
Величина розрахункового струму визначається з урахуванням температури навколишнього середовища (всередині ГРЩ). При водозахищена виконанні щита температура повітря всередині щита становить 52SYMBOL 45 \ f "Symbol" \ s 14 - 56 0 С. Розрахунковий струм знаходиться за формулою:
де Q середовища - температура навколишнього середовища;
90 0 - максимально допустима тривала температура нагріву шин.
За розрахунковим току вибираємо перетин шин за таблицями допустимих норм навантаження на мідні шини [2].
Розрахункові значення струмів кабелів, їх марки та перерізи заносимо в таблицю «РЩ».
8.4 Заповнення таблиці «РЩ»
У таблиці «РЩ» виконуємо наступне:
- Вказуємо назву розраховується щита (РЩ);
- У стовпець «Назва споживача / фідера» вводимо найменування споживачів, які отримують живлення від даного щита (Рульова машина);
- У стовпці «Номер фідера» вказуємо номери фідерів живлення споживачів у відповідності з нумерацією на однолінійній схемі комутації ГРЩ (17);
- У стовпці «Номер автомата» вказуємо номери автоматів фідерів живлення споживачів у відповідності з нумерацією на однолінійній схемі комутації ГРЩ (QF11);
- У стовпці «Номінальна потужність» вказуємо відповідні номінальні потужності споживачів (13кВт);
- У стовпці «Напруга мережі / генератора» вказуємо напруга живильної мережі (380В);
- У стовпець «Номінальний ККД» вводимо відповідні значення для споживачів (87,5);
- У стовпець «Номінальний коефіцієнт потужності» вводимо відповідні значення для споживачів (0,89);
- Для споживачів, у відповідних стовпцях, вказуємо коефіцієнт завантаження самого напруженого режиму роботи (0,92) і номінальний струм (22,19 А);
- У стовпець «Коефіцієнт зменшення допустимого навантаження кабелю» вводимо відповідні значення коефіцієнта для споживачів (0,8);
- У стовпець «Коефіцієнт, що враховує число годин роботи кабелю» вводимо відповідне значення (1,0);
- У стовпці «Режим роботи кабелю» вказано умовне позначення режиму роботи кабелю, П - тривалий, К - короткочасний, ПВ - повторно-короткочасний;
- Вказуємо тип і перетин кабелю у відповідному стовпці (КНРП 3'4);
- Для споживачів вказуємо значення коефіцієнта апериодической складової пускового струму у відповідному стовпці (1,3);
- У стовпець «Мінусовою допуск на струм спрацьовування в зоні КЗ» вводимо відповідні значення для споживачів (для кермової машини: 0,1);
- В усі залишилися незаповненими осередку заповнюємо символом «SYMBOL 45 \ f" Symbol "\ s 14 -».
- Втрати напруги на кабелі розраховуються автоматично.
9. Вибір апаратури захисту
Електричні мережі у всіх відгалуженнях мають захист від К.З. і перевантаження. Захист від перевантаження не потрібно для фідерів живлення приймачів, що мають захист від перевантаження, для фідерів живлення деяких відповідальних приймачів (рульовий пристрій, електроприводи палубних механізмів і ін), а також для фідерів харчування розподільчих пристроїв і перемичок, якщо живляться за цими фідерах приймачі мають індивідуальні пристрої захисту від перевантаження.
Захист від К.З. здійснюється максимальними расцепителями струму, вбудованими в автоматичні вимикачі, або запобіжниками.
Автоматичні вимикачі або апарати СЕС вибираються за умовами тривалої роботи в номінальному експлуатаційному режимі і перевіряються за струмів короткого замикання.
Вибір апаратури залежить від порівнянні напруги і найбільшого тривалого робочого струму того ланцюга, де передбачається встановити цей апарат, з номінальним робочим напругою і струмом.
Якщо апарат призначається для роботи при температурі, яка перевершує розрахункову, то величина тривалого робочого струму апарата повинна бути зменшена до значення, що рекомендується наближеною формулою
Вибір автоматичних вимикачів виробляють з величини номінальної напруги і номінального струму захищається ланцюга I раб. При цьому номінальний струм максимального розчеплювача I н.р. вимикача повинен задовольняти нерівності:
I Н.Р. ³ I Раб (32)
Для генераторних автоматів величина I раб. дорівнює номінальному струму генератора I п.р.
Для секційних автоматичних вимикачів величина I раб. Розраховується за значенням потужності, що передається через цей вимикач у найбільш важкому експлуатаційному режимі.
Наближено ця величина визначається за формулою:
I раб = 1,15 I ном (33)
Типи, тіпоїсполненія і значення номінальних струмів максимальних расцепителей вибраних АВВ вносимо у відповідні графи таблиці робочого аркуша «РЩ».
9.1 Вибір уставок вимикачів на струм спрацьовування в зоні К.З.
Уставку на струм спрацьовування в зоні К.З. вимикачів живлення електродвигунів вибираємо з умови відбудови від помилкових спрацьовувань під час пуску електродвигунів за формулою:
де К ср.н. - уставка на струм спрацьовування в зоні К.З. вимикача за ТУ;
До над. = 1,05 - коефіцієнт надійності;
До доп. = 1,15 - коефіцієнт, що враховує плюсової допуск на величину пускового струму електродвигуна;
До пуск. - Кратність пускового струму електродвигуна за ТУ;
К а - коефіцієнт, що враховує величину апериодической складової пускового струму (К а = 1,3 для систем змінного струму);
d i - Мінусовій допуск на струм спрацьовування вимикача в зоні К.З. Для автоматів типу АК - 50 d i = 0,1. Для автоматів типу А - 3000 d i = 0,15;
I н.дв. - номінальний струм двигуна;
I н.р. - номінальний струм розчеплювача вимикача.
Приймаються стандартну для А3700 уставку (До СР) = 9
Уставку на струм спрацьовування в зоні К.З. генераторних і секційних вимикачів, а також вимикачів перемичок слід вибирати з умови відбудови зазначених вимикачів від помилкових спрацьовувань при пусках електродвигунів, синхронізації, перемиканні навантаження з одного джерела на інше.
Для відбудови секційних і генераторних АВВ, уставку на спрацьовування слід приймати в межах
Якщо потрібно захистити фідер від струму перевантаження, вибираємо вимикач з комбінованим розщіплювачем.
10 Перевірка електроустаткування по режиму короткого замикання
10.1 Розрахунок струмів К.З.Розрахунок струмів К.З в судновій електроенергетичній системі виконується для перевірки збірних шин, автоматичних вимикачів і кабелів деяких особливо відповідальних споживачів на стійкість до дії струмів к.з.
Розрахунок виконується для найбільш вірогідних в суднових САЕЕС і найбільш важких для електричних апаратів режимів к.з. - Глухого трифазного. Розрахунок ведеться в такій послідовності:
1.Составленіе вихідної однолінійної схеми фрагмента електроенергетичної системи;
2.Вибор розрахункових точок к.з. на цій схемі;
3.Составление розрахункової схеми для визначення струмів к.з.
4.Преобразованіе розрахункової схеми до найпростішого увазі щодо кожної прийнятої для розрахунку точки к.з.
5.Нахожденіе результуючого (еквівалентного) опору для визначення струму к.з.
6.Визначення діючого значення періодичної складової струму к.з. в різні моменти часу за розрахунковим кривим.
Розрахунок струмів к.з. починається зі складання фрагмента вихідної однолінійної схеми електроенергетичної системи, що містить номінальні параметри всіх вхідних в неї елементів, а так само передбачувані для розрахунку точки К.З. Фрагмент включає в себе всі працюючі генератори (виключаючи резервний), збірні шини і відходять фідери.
Складаємо схему заміщення, яка містить опору всіх елементів, що входять у розрахункову схему. При цьому опору висловлюємо у відносних одиницях по відношенню до прийнятих в розрахунку базисних умов.
Базисний струм:
де S Б - потужність усіх працюючих генераторів крім резервного.
Величини активних та індуктивних опорів наводяться до базисних величин:
Виробляємо перетворення схеми заміщення з визначенням повних (r р і х р) та результуючого опору.
За допомогою розрахункових кривих, наведених на ріс.10.3 [2] для раніше розрахованого еквівалентного опору визначається діюче значення струму К.З. для моментів часу t = 0 і t = 0.01.
Потім перебуває ударний коефіцієнт К УД по кривій ріс.10.4 [2], і потім ударний струм К.З., що посилається генераторами, і після визначення залишкового напруги на шинах ГРЩ визначається значення струму підживлення двигунів.
де Е ДВ = 0,9 - ЕРС еквівалентного електродвигуна в момент К.З.
Z = 0,266 - Опір двигуна і кабелю, що з'єднує двигун з ГРЩ.
DU = I 0 Z КАБ - зміна напруги від ГРЩ до еквівалентного АТ.
Z КАБ - повний опір кабелю, що відходить від ГРЩ.
ударний струм К.З., що посилається генераторами з урахуванням струму підживлення двигунів:
Чинне значення струму К.З. визначається:
Результати розрахунків еквівалентних опорів зводяться в таблицю «Струми КЗ».
10.2 Перевірка автоматичних вимикачів з граничним струмам К.З
За граничним струмів к.з. автоматичні вимикачі перевіряються на комутаційну здатність та термічну стійкість.
Селективні автомати перевіряються за умовами:
- На динамічну стійкість i уд.расч. <I уд.доп.;
- На розривну здатність I розр. <I дод,
де i уд. розр. - розрахунковий ударний струм к.з. для точки, вибраної з метою перевірки селективного автомата;
i уд.доп. - допустиме значення ударного струму к.з. автомата
I розр. - Розрахунковий діюче значення струму в момент розмикання дугогасильних контактів автомата;
I доп .- допустиме діюче значення струму автомата в момент розмикання дугогасильних контактів
- На термічну стійкість за умовою I 2 SYMBOL 165 \ f "Symbol" \ s 12 Г t ф <(I 2 t) доп.,
де I SYMBOL 165 \ f "Symbol" \ s 12 Г - Сталий струм к.з.;
t ф - фіктивне час к.з.;
I 2 SYMBOL 165 \ f "Symbol" \ s 12 Г t ф - розрахункове значення величини, що характеризує термічна дія струму К.З. за час, що дорівнює уставці на спрацьовування при к.з. для селективного автомата.
(I 2 t) доп. - Термічна стійкість за технічними умовами.
Мережеві (настановні) автоматичні вимикачі та запобіжники перевіряються тільки на динамічну стійкість по ударному струму к.з.
10.3 Перевірка шин на електродинамічну стійкість
У розподільних щитах САЕЕС застосовуються мідні шини, оскільки алюмінієві мають низьку механічну міцність і високу пожежонебезпечність через надмірне нагрівання контактних з'єднань.
Перевірка шин на електродинамічну стійкість зводиться до визначення їх міцності, здатної протистояти механічним зусиллям, що виникають при струмах К.З. для виконання цієї умови необхідно, щоб механічні напруги в шині не перевищували допустимих значень.
Максимальне розрахункове напруження в шині визначається: s розр = М / W,
де W - момент опору шин щодо осі, перпендикулярної до дії сили;
М - максимальний згинальний момент.
де К = 1,76 - для трифазного К.З. змінного струму;
До Ф = 0,85 - коефіцієнт, що враховує форму перетину шин, визначається за ріс.8.3 [2].
l - довжина прольоту;
a - відстань між осями;
b, h - розміри шин.
Розрахункове напруження шин не повинно перевищувати допустиме:
s розр £ s доп.
Допустима напруга для мідних шин одно 14000 Н / см 2.
Для обраних у проекті шин s розр = 3904 Н / см 2 £ s доп = 14000 Н / см 2.
Умови електродинамічної стійкості виконуються.
11. Розрахунок провалів напруги
До генераторів змінного струму пред'являються вимоги щодо забезпечення підтримки напруги при скиданні і накинув навантаження і, особливо, під час пуску потужних короткозамкнених асинхронних двигунів.
Максимальні провали напруги очікуються при прямому пуску найпотужнішого АТ, коли в роботі знаходиться один генератор. Для визначення величини провалу напруги застосовується метод розрахункових кривих струмів К.З.
Даним методом розраховується провал напруги для кожного наступного моменту часу з моменту пуску АД. Точність розрахунку дотримується в межах з моменту пуску t = 0 до t = 0,5 с. Для наступних моментів часу пуску істотно зміниться величина ковзання АД і відповідно його повне опір.
Записуються такі дані генератора і двигуна:
- Повна потужність генератора S р,
- Номінальна напруга генератора U р
- Потужність двигуна на валу P дв,
- Пусковий коефіцієнт К пуск,
- Коефіцієнт потужності двигуна при пуску cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j пуск,
- Коефіцієнт потужності двигуна номінальний cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j ном,
- Довжина кабелю від шин ГРЩ до двигуна і його перетин L каб і S каб.
Порядок розрахунку:
1. Визначається повна номінальна потужність двигуна:
S дв = P дв / cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j ном,
2. Знаходиться повний опір двигуна у відносних одиницях до моменту запуску:
Z * дв = 1 / К пуск,
Пусковий коефіцієнт вибирається за каталожними даними двигуна (межах 5 ¸ 7).
3. Знаходиться активне і індуктивний опір АД у відносних одиницях:
r 1 * дв = Z * дв * cosSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j пуск,
х 1 * дв = Z * дв * sinSYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j пуск.
Далі ці опору виражаються у відносних одиницях системи
r * дв = r 1 * дв * S г / S дв,
х * дв = х 1 * дв * S г / S дв.
4. Повний розрахунковий опір включає в себе опору від генератора до шин ГРЩ (r *, x *), опору ділянки від шин ГРЩ до АТ (r * y, x * y), опору самого АТ в момент пуску (r * дв, х * дв):
Z * пол.расч. = [(R * + r * у + r * дв) 2 + (х * + х * у + х * дв) 2] 1 / 2
5. За допомогою розрахункових кривих струмів к.з. для генератора знаходиться діюче значення періодичної складової струму I * пер для розрахованого значення Z * пол.расч в різні моменти часу від t = 0 до t = 0,5 с.
6. Визначається повний опір ділянки від шин ГРЩ до АТ, включаючи опір АД:
Z * дв.рас = [(r * у + r * дв) 2 + (х * у + х * дв) 2] 1 / 2
7. Напруга на шинах у відносних одиницях визначається як добуток U * ш = I * пер * Z * дв.рас для вибраних раніше моментів часу.
Обчислені значення зводяться в таблицю «Токи К.З.»
На основі розрахованих значень U * ш будується крива перехідного процесу провалу напруги U * ш = f (t) і визначається його максимальне значення.
Список літератури
1. Нікіфоровський М.М., Норневскій Б.І. Суднові електричні станції. Москва: Транспорт, 1974.-432с.
2. Яковлєв Г.С. Суднові електроенергетичні системи. Ленінград: Суднобудування, 1987.-372с.
3. Лейкін Л.С.,, Михайлов В.С. Автоматизовані електроенергетичні системи. Москва: Агропромиздат, 1987.-327с.
4. Правила класифікації і споруди морських судів Ленінград: 1985.-928с. (Морський Регістр).
5. Константинов В.М. Системи і пристрої автоматизації суднових електроенергетичних установок. Ленінград: Суднобудування, 1988.-312с.
6. Довідник суднового електрика, під редакцією Китаєнко Г.І.
7. Ленінград: Суднобудування, 1975.-том1.
8. МУ до курсового проектування з курсу «СЕС» для спеціальності 1809. Під редакцією Ремезовська В.М. Мурманськ: 1989.-59с.