Расчет судовой электростанции

Курсовая работа

Электроэнергетическая система состоит из источников электроэнергии, распределительных устройств, преобразователей, электрических сетей и потребителей электроэнергии.

Наиболее ответственной частью электроэнергетической системы является электростанция, где производятся выработка электроэнергии, ее преобразование и первичное распределение по судну. В соответствии с этим на электростанции сосредоточены источники электроэнергии, преобразователи тока и напряжения, распределительные устройства.

Источниками электроэнергии на судах являются генераторы постоянного или переменного тока и аккумуляторные батареи. На современных речных судах аккумуляторы применяются лишь в качестве аварийных источников электроэнергии, для стартерного пуска двигателей внутреннего сгорания, питания различных средств связи и сигнализации.

В качестве основных источников электроэнергии используются генераторы, приводимые во вращение от первичных двигателей-дизелей, паровых или газовых турбин, паровых машин и т.д.

В большинстве случаев тип первичного двигателя предопределяется типом главных двигателей. Если в качестве главного двигателя на судах установлен дизель, то и первичными двигателями генераторов судовой электростанции являются дизели.

В речном флоте преобладают дизельные суда, поэтому и наиболее распространенным агрегатом судовых, электростанций являются дизель-генераторы.

Дизель-генераторные электростанции: имеют достаточно высокий к. п. д., отличаются автономностью работы и компактностью, так как не связаны ни с какими вспомогательными установками в виде котлов, паропроводов и т.д.; постоянно готовы к действию, причем пуск их возможен как вручную, так и автоматически.

К недостаткам дизель-генераторных электростанций относится несколько ограниченный моторесурс дизелей.

На речных судах в ходовом режиме используется также привад судовых генераторов от валопровода гребного винта или вала отбора мощности. Такие генераторы называются валогенераторами. Судовые электростанции обычно располагаются в машинном отделении судна, т.е. в одном помещении с главными двигателями и подразделяются по следующим признакам:

  • по роду тока (постоянного и переменного тока);
  • по типу первичного двигателя (паровые, первичным двигателем которых является паровая турбина или паровая машина;
  • тепловые, первичным двигателем которых служит двигатель внутреннего сгорания или газовая турбина);
  • по назначению (основные, аварийные, специального назначения).
    17 стр., 8283 слов

    Судовые дизели и их эксплуатация

    ... судах обеспечат экономичную работу силовой установки, существенно повысит безопасность плавания. дизель генератор ... электродвигателем. Электрические генераторы составляют основу современных электростанций, где преобразуют ... в системах автоматического регулирования судовых энергетических установок применяются термоманометрические, ... скорости, перемещения, электрического напряжения, тока, частоты и т.д. ...

Основные электростанции обеспечивают электроэнергией приводы палубных механизмов, насосов, вентиляторов, снабжают питанием средства судовождения, освещения, а также оборудование камбуза.

Аварийные электростанции обеспечивают питание жизненно важных потребителей на судне в случае выхода из строя основной электростанции

Специальные (для питания технологического оборудования земснарядов, станции гребных электрических установок).

Большинство судов речного флота оборудовано электростанциями переменного тока. Применение переменного тока на крупных судах предпочтительнее из-за экономии средств на строительство и эксплуатацию электрооборудования мелкие суда, имеющие незначительное число электроприводов, учитывая использование аккумуляторов, целесообразнее оборудовать электростанцией постоянного тока.

Номинальное значение частоты переменного тока принимается равным 50 Гц.

Согласно существующим стандартам номинальные напряжения на выводах потребителей принимаются равными:

  • для переменного тока, 380, 220, 127, 36, 12 В;
  • для постоянного тока — 220, 110, 36; 24 В.

На каждом самоходном судне предусматривается не менее двух основных источников электрической энергии. Ими могут быть дизельгенераторы, турбогенераторы, аккумуляторные батареи и валогенераторы. Если основными источниками являются генераторы, то хотя бы один из них должен иметь собственный независимый привод.

Количество и мощность источников основной электростанции выбираются с учетом следующих режимов работы судна: ходового, стоя ночного, снятия с якоря, шлюзования, аварийного. Мощность основных источников должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся могли обеспечить ходовой и аварийный режимы судна. При этом наличие аварийных источников электроэнергии не влияет на снижение требований к основным.

Аварийную электростанцию устанавливают в отдельном отапливаемом помещении, где, кроме дизель-генератора, находятся аварийный распределительный щит (АРЩ), аккумуляторы для запуска дизеля и цистерна аварийного запаса топлива. К аварийным источникам подключают электрический и электрогидравлическцй приводы руля, приб6ры управления судном, сигнальные и отличительные огни, освещение коридоров, трапов, ходовой рубки, аварийную и пожарную сигнализации и другие ответственные потребители.

1. Выбор электродвигателей

Высокопроизводительная работа судового механизма в основном зависит от правильного выбора электродвигателя привода.

Выбор электродвигателя для судового электропривода зависит от ряда факторов. Основанием для выбора двигателя являются его номинальная мощность, механическая и скоростная характеристики, регулировочная способность, тормозные и реверсивные свойства, способность к перегрузкам, конструктивное исполнение.

Выбор двигателя зависит также от параметров судовой сети: рода тока, напряжения, частоты.

Мощность электродвигателя должна соответствовать расчетной. Завышение установленной мощности двигателя приводит к его недостаточному использованию, снижению к. п. д., а у двигателей переменного тока — и коэффициента мощности. Заниженная номинальная мощность двигателя вызовет его перегрузку и перегрев обмоток, что приведёт к резкому сокращению срока службы или выходу из строя двигателя.

8 стр., 3606 слов

Разработка методики выполнения измерений активной и реактивной ...

... приобретать и обслуживать нужно на два прибора меньше. реактивный мощность ток 2. ОФОРМЛЕНИЕ ДОКУМЕНТА НА МВИ Государственная система обеспечения единства измерений. Активная и реактивная мощности в сети переменного тока Методика выполнения измерений 1. Вводная часть ...

Электромеханические характеристики двигателя и его свойства должны удовлетворять технологическим требованиям режима работы исполнительного механизма.

Двигатель выбирают для заданного режима на основании нагрузочной диаграммы В нерегулируемых судовых приводах и в судовых электроприводах, не требующих широкого и плавного регулирования скорости (вентиляторы, насосы, компрессоры, шпили и др.), на современных речных судах успешно применяются асинхронные двигатели трехфазного переменного тока с короткозамкнутым и (реже) с фазным ротором.

В большинстве случаев мощность электродвигателя предварительно определяют по статическому моменту и частоте вращения рабочего механизма. Затем по каталогу выбирают двигатель с параметрами, близким к расчетным. При этом учитывают соответствии конструктивного исполнения двигателя месту установки и характеру среды, в которой ему предстоит работать.

Выбираем двигатели по заданным данным:

1) Топливный и масляный насосы. АО 2-31 4М 2 шт.

Р=2.2кВт

n=1430 об/мин

з = 82.5%

Cosц = 0,83

2) Водотушение и пенотушение. 4А160М6ОМ2 2 шт.

Р=12кВт

n=975 об/мин

з = 87.5%

Cosц = 0,87

3) Насосы питьевой и забортной воды. 4А80В4ОМ2 2 шт.

Р=1.5кВт

n=1415 об/мин

з = 77%

Cosц = 0,83

4) Система вентиляции. 4А89В4Ом2 5 шт.

Р=1.5кВт

n=1415 об/мин

з = 77%

Cosц = 0,83

5) Лебедка буксировочная. МАП 622-6 2 шт.

Р=17кВт

n=435 об/мин

з = 66%

Cosц = 0,62

6) Кампус. 4А180М8Ом2

Р=16 кВт

n=750 об/мин

з = 87%

Cosц = 0,82

7) Освещение и сигнализации. 12кВт

8) Рулевая машина. П51М 2 шт.

Р=2.4кВт

n=750 об/мин

з = 74%

Cosц = 0,77

9) Брашпиль. МАП 521-4

Р=12кВт

n=650 об/мин

з = 82%

Cosц = 0,77

10) Приборы управления судном. 10кВт

2. Выбор генератора

По Правилам Речного Регистра РСФСР при определении количества и мощности источников основной судовой электростанции учитывают следующие режимы работы судна: ходовой, стояночный, снятие с якоря, специальный: (для судов технического флота и других судов специального назначения) и, аварийный (при пожаре или получении судном пробоины).

От режима работы судна зависит значение потребляемой мощности, так как количество и мощность потребителей в разных режимах будут различными.

При выборе мощности генераторов необходимо стремиться к наиболее полной их загрузке во всех, режимах (в пределах 70-80% номинальной мощности), особенно в длительном ходовом режиме работы судна. При определении количества генераторов судовой электростанции необходимо добиваться минимального, числа типоразмеров генераторов, что позволяет лучше организовать их взаимозаменяемость, сократить количество запасных частей.

Судовая электростанция должна иметь не менее двух генераторов: один — основной, другой — резервный. Мощность резервного генератора должна быть достаточной для обеспечения ходового и аварийного режимов работы судна при выходе из строя одного из основных генераторов. Целесообразно мощность резервного генератора принимать равной мощности основного.

Существуют два метода расчета мощности судовой электростанции: аналитический и табличный. Аналитический метод применяется для определения ориентировочных данных судовой электростанции в начальной стадии проектирования по основным показателям судна: мощности силовой установки и водоизмещению.

34 стр., 16762 слов

Остойчивость судна

... по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы ?=781т Т. к плавучесть судна обеспечена, разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости, ... результата и данных в приложении , можно судить, что остойчивость судна считается не обеспеченной, т. к: h расч. < hmin ... продольный разрез и вид на верхнюю палубу судна: 2. Расчет посадки и остойчивости судна 2.1 Расчет объема и координат трюма ...

Аналитический метод получил широкое распространение при определении нагрузок судовых электростанций для различных режимов работы судна. Он отличается наглядностью, простотой расчетов и может считаться универсальным, так как применим к судам любого типа и назначения.

При заполнения таблицы нагрузок судовой электростанции переменного тока.

В графу 1 заносятся все потребители электроэнергии, установленные на судне.

В графе 5 указывается соответственно количество однотипных потребителей.

В графах 2, 3, 4 их единичная мощность, к. п. д. и коэффициент мощности из паспортных данных на электродвигатели.

В графу 6 заносим потребляемую мощность определённую по формуле

P

  • n

Руст = ———

з

При заполнении граф 7-11, 12-16, 17-21, 22-26 соответствующих режиму ходовому, стоянки судна, маневрам и аварийному режимам, необходимо определить потребители, которые работают в этих режимах, характер и длительность их загрузки.

В графах 7,12,17,22 заносятся коэффициент одновременности, в графах 8,13,18,23 коэффициент загрузки которые берем из справочника.

В графах 9,14,19,24 записывается коэффициент мощности потребителя в данных режимах.

Активная мощность потребителя высчитывается по формуле

Рд = Ко

  • Кз
  • Руст
  • n / з и заносятся в графы 10,15,20,25.

Реактивная мощность потребителя высчитывается по формуле Qд=Рд

  • tgц и заносятся в графы 11,16,21,26.

После определения состава потребителей и потребляемых ими мощностей по каждому режиму подсчитывают суммарную потребную мощность по режимам.

Полученная суммарная мощность по режимам умножают на общий коэффициент одновременности, учитывающий несовпадение по времени максимумов расчетных нагрузок отдельных рабочих механизмов к полученному результату добавляют 5% общей мощности, потребной для покрытия потерь в сети.

При подведении итогов таблицы определяем полную мощность по каждому режиму и средневзвешенный коэффициент мощности по формулам:

Р

S = PІ + QІ cosцср.взв = ——-

S

Если cosцср.взв > 0,8 то генератор выбираем по активной мощности, а при cosцср.взв < 0,8 по полной.

По данным, полученным в таблице нагрузок выбираем генераторы серии:

МСС 83-4 Р=50кВ U=230В Iст=156А к.п.д.= 88,5 на всех режимах

МСС 83-4 Р=50кВ U=230В Iст=156А к.п.д.= 88,5 на аварийном режиме и при маневрах

МСС 83-4 Р=50кВ U=230В Iст=156А к.п.д.= 88,5 запасной

3. Расчёт и выбор кабелей

К кабелям и проводам, применяемым на судах, предъявляются повышенные требования по сравнению с кабельной продукцией общего назначения. Они должны обладать следующими качествами: высокой электрической и механической прочностью водостойкостью, надежностью в работе при вибрациях и сотрясениях, теплостойкостью (наибольшая допустимая температура для изоляции жилы устанавливаемого кабеля или провода должна быть не менее чем на 10є С выше предусматриваемой температуры окружающей среды), негорючестью, минимальной массой, а также не создавать радиопомех.

6 стр., 2610 слов

Силовые кабели низкого напряжения (до 1 кВ)

... кабель низкое напряжение Рисунок 3 - Сечения силовых кабелей: а - двухжильные кабели с ... разности токов фаз при и неравномерной нагрузке. Токопроводящие жилы силовых кабелей ... кабелей обеспечивается применением полиэтиленовой изоляции и оболочки, имеющих пониженные коэффициенты ... кабелей высокого напряжения отражает также особенности его конструкции. Медные токопроводящие жилы в маркировке кабелей ...

Все, эти требования обусловлены необходимостью обеспечить надежное, бесперебойное снабжение судовых потребителей электроэнергией.

Кабели и провода для судов выпускают только с медными жилами. Применять на судах кабели с алюминиевыми жилами запрещено.

В цепях ответственных потребителей должны применяться кабели и провода с многопроволочными жилами, с площадью сечения каждой жилы не менее 1 ммІ.

Для цепей сигнализации электрических приводов, а также для цепей внутренней сигнализации и связи должны применяться кабели и провода с площадью сечения не менее 0,75 ммІ. Для переносного электрического, оборудования допускается использовать гибкие кабели и шнуры площадью сечения не менее 0,75 ммІ.

Резиновая изоляция кабелей и проводов должна быть пригодной для продолжительной работы при температуре не менее 65єС. При выборе типа кабеля или провода для различных помещений судна необходимо учитывать свойства окружающей среды, условия прокладки и эксплуатации. В грузовых трюмах, сырых и пожароопасных помещениях, а также в тех взрывоопасных помещениях, где прокладка кабеля допущена при условии выполнения особых требований, следует применять кабель с резиновой изоляцией в оболочке из негорючей маслостойкой резины, или кабель, с пластмассовой изоляцией и металлической оболочкой. Для прокладки на открытых палубах нужно использовать кабель в резиновой негорючей маслостойкой оболочке, экранированный. Во всех помещениях, где температура может превысить 65єС, необходимо применять кабель с, изоляцией из теплостойкой резины или лакоткани либо с пластмассовой изоляцией. Бронированные кабели прокладывают в тех местах, где возможны механические повреждения обычных кабелей и нельзя установить металлический кожух для их защиты от повреждений.

При прохождении электрического тока по кабелям и проводам в них выделяется теплота и возникает падение напряжения.

Расчет кабелей и проводов судовых сетей, в конечном счете сводится к определению площади сечения токопроводящей жилы. Она должна быть такой, чтобы при прохождении номинального тока потребителей по токопроводящим жилам не возникало, нагрева; опасного для сохранности их изоляции и в пожарном отношении, а падение напряжения не превышало бы допустимого значения.

В практике расчетов площади сечения кабелей и проводов пользуются готовыми таблицами допустимых норм нагрузок. Для судовых кабелей и проводов такие таблицы даны в Правилах Речного Регистра РСФСР. Для каждой площади сечения токопроводящих жил определенной марки кабелей указана допустимая сила тока при продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы. Расчет сводится к выбору кабеля из таблиц по допустимой токовой нагрузке.

1. Определяют нагрузку кабеля или провода по мощности потребителей, которых он питает с соблюдением следующих условий:

  • а) для открытой одиночной прокладки и в, один ряд нагрузка равна расчетному току цепи;

б) для открытой прокладки в два ряда или в пучке нагрузку находят по формуле

I = К

  • Iр.ц,

где Iр.ц, — расчетный ток цепи, для которой выбирается кабель К — коэффициент снижения нагрузки, принимаемый по таблице зависимости от продолжительности работы кабеля в течении суток в) при прокладке кабеля в металлических трубах или желобах длиной 2 м и более токовую вычисленную нагрузку умножают на коэффициент 1,25;

г) при прокладке кабелей в трассе из двух или в пучке с последующим

вводом в желоб или трубу допустимую нагрузку определяют по наибольшему расчетному току, полученному для этих видов прокладки.

2. В зависимости от ожидаемой температуры окружающей среды нагрузку корректируют делением ее на поправочный коэффициент, который выбирают по таблице

3. Выбирают марку кабеля и определяют режим его работы.

4. По значению рассчитанной нагрузки в таблице для данной марки кабеля, и соответствующего режима работы, находят большее ближайшее значение допустимого тока к расчетному.

Iрасч=Рном

  • Кз
  • 10і / (v3Uном
  • зном
  • cosц)

1) Топливные и масляные насосы Ip=68A

2) Водотушение и пенотушение Ip=42A

3) Насосы забортной и питьевой воды Ip=47A

4) Система вентиляции Ip=5A

5) Буксировочная лебедка Ip=87A

6) Кампус Ip=42A

7) Освещение и сигнализация Ip=35.8A

8) Рулевая машина Ip=8.9A

9) Брашпиль Ip=40A

10) Приборы управлением судном Ip=32/8A

5. По этому значению допустимого тока выбирают площадь сечения токопроводящей жилы кабеля или провода.

Площадь сечения кабеля для питания щитов освещения и силовых распределительных щитов определяют по суммарной возможной наибольшей нагрузке потребителей с учетом коэффициента одновременности их работы: I = Ко

  • Iр.

где Ко — коэффициент одновременности

Iр. — суммарной наибольший возможный ток потребителя

Расчетные значения потерь напряжения в кабелях и проводах судовой сети сравнивают с максимально допустимыми потерями напряжения, которые установлены Речным Регистром РСФСР.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации сети они не должны превышать:

на кабеле, соединяющем генератор с главным распределительным щитом или с аварийным распределительным шитом 1%;

силовая сеть и нагревательные приборы — 7%

сеть освещения 110в и выше — 5%

сеть освещения 35в и ниже — 10%

телефонная сеть — 5%

Потери напряжения в сети переменного трёхфазного тока рассчитывается по формуле:

100

  • ?3 ? I ? l
  • cosц

?U = — г ? U ? S

где г — удельная проводимость меди при температуре нагрева проводов до 65єС принимаем равной 57 м/ом·ммІ:

Проверяем кабель на потерю напряжения соединяющий ГРЩ с электродвигателем брашпиля: Uб=6,7<7%

Проверяем кабель на потерю напряжения соединяющий ГРЩ с генератором: Uг=0,094<1%

Потеря напряжения в кабелях не превышает допустимых потерь напряжения, которые установлены Речным Регистром РСФСР.

Значит, кабель можно применять к установке.

4. Расчёт и выбор шин ГРЩ

Расчёт шин электрораспределительных устройств заключается в определении наибольшего длительного тока нагрузки на шинах, выборе размеров шин и проверке выбранных шина динамическую и термическую устойчивость по токам к.з.

Для судовых распределительных устройств применяются шины, выполненные из электротехнической меди. Сечение шин выбирается из условия

Iрасч.ш ? Iдоп.ш

Iрасч.ш — расчетный ток шин;

  • Iдоп.ш — допустимый ток шин.

Расчетный ток шин ГРЩ определяется по расчетному току генераторов, работающих на эти шины, а для вторичных щитов — по расчетному току потребителей.

Расчётный ток для предварительного выбора сечения шин щита определяют, предполагая, что по ним передается мощность всех потребителей, питающихся от щита, с учетом коэффициента одновременности их работы, или половина мощности генераторов электростанции.

Сечение шин выбирают по таблицам, которые содержат значения допустимых токов нагрузки шин различного сечения при температуре окружающей среды 40єС. Таблицы составлены в предположении нахождения шин в свободном пространстве судовых помещений. Однако в действительности шины щитов всегда заключены в оболочку, которая определяет исполнение щита (защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное).

При этом окружающая температура шин всегда выше наружной.

Если температура окружающей среды выше 40 С, то допустимый ток шин (в А) определяется по формуле

Iш = Iдоп.ш

Для шин, установленных плашмя, указанные в таблице токи нагрузки должны быть снижены на 5% при высоте их до 60 мм и на 8% при высоте более 60 мм.

Iш — допустимый ток нагрузки шин при температуре ? окружающей среды

Iдоп.щ — допустимый ток нагрузки шин при температуре ? окружающей среды, равной 40єС.

Снижение допустимого тока нагрузки приводит к увеличению сечения шин щита иногда в 1,5 — 2 раза. Окружающая температура шин ГРЩ принимается равной температуре воздуха судового помещения.

Проверка шин на электродинамическую стойкость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, возникающим при коротких замыканиях. Для выполнения этого необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых напряжений.

Сила взаимодействия между шинами при протекании по ним тока короткого замыкания imax может быть выражена следующей формулой (Н):

ККф•iІmax•l•10

F = — а где К = 1,76 — для случая трехфазного к.з. в электросистемах переменного тока;

КФ — коэффициент, учитывающий форму сечения шин (по диаграмме кривых)

1 — расстояние между опорами;

  • а — расстояние между осями.

Если принять силу F равномерно распределенной по длине, то сила, приложенная к единице длины, будет равна (Н/см)

ККф•iІmax•10

f = — а Каждую шину можно представить как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по формулам (H/м):

при одном и двух пролетах:

f1І10

М = — 8

при числе пролетов больше двух:

М = flІ,

где 1 — длина пролета, см.

Максимальное расчетное напряжение в шине находят по формуле (Н/смІ):

М

у = ——

W

где W — момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, смі. Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/смІ

При выборе шин лучше выбирать отношение высоты и ширины в пропорции 1 к 5 или 1 к 6.

Расчётный ток генератора:

По таблице выбираем сечение шины:

  • Iдоп.ш = 185А;
  • h = 10 мм;
  • b = 4 мм

Допустимый ток нагрузки шин при температуре 55єС:

90-55

Iш = 185

  • = 155А 155 < 185 значит шину применяем.

90-40

После этого проверяем шины на электродинамическую и термическую устойчивость.

Генераторы и щит питания с берега ЩПБ подключаются на шины с помощью автоматических выключателей QF1-QF4.

QF5-QF14-потребители.

5. Выбор защиты

В судовой электрической сети при к.з. возникают большие токи (несколько десятков тысяч ампер), обусловленные параметрами и мощностью источников электроэнергии и параметрами сети. Токи к.з. могут вызвать повреждение электрооборудования и кабельных сетей. Одновременно резко снижается напряжение судовой сети, что вызывает затормаживание асинхронных двигателей или их отключение вследствие срабатывания нулевой защиты пусковой аппаратуры. В связи с этим на судах при к.з. может быть нарушен режим работы ответственных механизмов и устройств.

Для быстрейшей локализации аварийного состояния еэс необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок судовой сети.

При расчете токов к.з. проверяют коммутационную и защитную аппаратуру на ударный ток (электродинамическую устойчивость) и на тепловую устойчивость ее контактов за время к.з. (термическую устойчивость).

В судовых электрических сетях постоянного тока к.з. сопровождается увеличением тока до 6 — 15 кратного значения (в зависимости от параметров и характеристик генераторов и кабельной сети).

Для выбора автоматов защиты двигателя брашпиля определяем ударный расчётный ток.

1. На основании опыта принимают наибольшую силу тока короткого замыкания генератора равную десятикратному номинальному току.

Imax.г1,2,3 = 10•Iн = 10•156,9=1569A

2. Определяем фиктивное сопротивление (в Ом) генератора при коротком замыкании:

Uн Uн 230

Rф.г = — = ————— = ————— = 0.147

Imax..г 10Iн 1569

3. На основании опыта принимают наибольшие токи короткого замыкания, создаваемые электродвигателями этой цепи, в зависимости от их мощности:

  • а) для электродвигателей мощностью более 100 кВт — равные восьмикратному номинальному току Imax.д = 8 Iн.д;
  • б) для электродвигателей мощностью от 100 до 10 кВт — равные шестикратному номинальному току Imax.д = 6 Iн.д;
  • в) для электродвигателей мощностью менее 10 кВт — равные четырехкрaтному номинальному току Imax.д = 4 Iн.д

Если цепь, в которой произошло короткое замыкание, одновременно питает несколько различных электродвигателей, то общий ток определяют как сумму наибольших токов всех электродвигателей или принимают равным шестикратной сумме номинальных токов всех электродвигателей:

Imax.д = 6•159,7=958,2А

4. Определяем фиктивное сопротивление (в Ом) всех электродвигателей при коротком замыкании:

Uн.д 230

Rф.д = ———- = ———— = 0.2Ом

Imax.д 958,2

5. Определяем сопротивление кабеля Rк1 от генератора до главного распределительного щита в зависимости от его размеров.

Rтабл.*r l 0,865 4

Rк123 = ————- = —————— = 0.00346

1000 1000

с — удельное сопротивление меди = 0,0175 Ом•мм/м

11 — длина кабеля от генератора до ГРЩ

S1 — площадь поперечного сечения кабеля.

6. Находим суммарное сопротивление участка генератор — ГРЩ (в Ом)

R1=Rф.д + Rк1 = 0.2+0.00346=0,2046

7. Вычисляем общее сопротивление параллельной цепи относительно места короткого замыкания:

(Rф.г+Rк1) Rф.д (0.147+0.00346) 0,2

R2 = ———————— = —————————— = 0,086 Ом

Rф.г+Rк1+Rф.д 0,147+0.00346+0,2

8. Определяем сопротивление кабеля Rк2 от ГРЩ до места короткого замыкания в зависимости от его размеров.

Rк4 = 0,72

9. Находим расчетное сопротивление цепи короткого замыкания:

(Rф.г+Rк1) Rф.д

Rрас. = ————————- + Rк2 = 0,086+0,72=0,806

Rф.г+Rк1+Rф.д

10. Ударный расчетный ток короткого замыкания (в А) определяется по формуле

1,08Uгv2 с 1,08•230•v2•1,6

Iу = —————— = ————————- = 400,3

v3 Zк.з v3

  • 0,806

Uг — напряжение генератора

Zк.з. — полное расч. сопротивление цепи до места к.з.

р — ударный коэффициент р=Iу /Iк.з

Для судовых систем ударный коэффициент обычно имеет значения в пределах с =1,1ч1,6

По ударному расчетному току короткого замыкания выбираем автомат с большим значением ударного тока.

Генераторы, потребители

Тип автомата

Номинальный ток потребителя

Номинальный ток расцепителя

Генератор 1,2,3

АМ-8

800

190

Освещение и сигнализация

А3510

160

40

Рулевая машина

АКМ-50-3МГ

25

Приборы управлением судном

АК-50-8МП

35

Брашпиль

А3510

160

120

Вентиляционная система

АК-50-3МГ

15

Водотушение пенотушен.

А35-10

160

120

Буксирная лебедка

А3520

250

220

Топливный насос

А35-20

250

200

Кампус

А3510

160

50

Насос забортной и питьевой воды

АК-50-3МГ

12

Масляный насос

А3114Р

9,9

15

Вентилятор

А3114Р

17,3

20

Компрессор

А3114Р

18,1

20

Радио и элнавигационные приборы

А3114Р

12,2

15

Приборы управления судами

А3114Р

6

15

Вывод: правильный подбор автоматов к каждому потребителю исключает возможность выхода их из строя при коротких замыканиях цепи или в случае возникновения любой другой неисправности.

6. Выбор материала

Главный распределительный щит выполняются из стальных каркасов, из профильной стали и панелей из листовой стали или изоляционных материалов (гетинакс, текстолит, асботекстолит).

Для изоляции токоведущих частей применяют слюду, миканит, гетинакс и текстолит.

Вся аппаратура и токосборные шины монтируются с задней стороны щита; на его лицевую сторону выводятся только рукоятки, ручки и штурвалы регулирующей и коммутационной аппаратуры, а также шкалы контрольно-измерительных приборов. Все коммутационные, регулирующие, защитные, сигнальные и контрольно-измерительные приборы должны иметь на фасаде щита таблички из антикоррозионного материала или пластмассы с надписями о назначении приборов.

Высота щита не должна быть более 2000 мм. Ширина панелей щита 600-700 мм. Расстояние от настила до осей электроизмерительных приборов должно быть не более 1800 мм, а до рукояток приводов или органов управления — не более 1700 мм. Высоту от настила до маховиков регуляторов возбуждения рекомендуется принимать не менее 700 мм. Перед щитом и за ним должны быть свободные проходы шириной 600 мм.

Для изготовления щита понадобится:

Стальной уголок

Длина 96 м.

Листовая сталь

Длина 3500 мм; высота 2000 мм.

Длина 3500 мм; ширина 70 мм. S = 7,53 + 0,5 мІ

Длина 2000 мм; высота 70 мм.

Текстолит

Длина 3500 мм; высота 1200 мм S = 4.2 мІ

Медные шины

Толщина 4 мм; ширина 10 мм.

7. Выбор измерительных приборов

При выборе электроизмерительных приборов необходимо учитывать их нормальное рабочее положение (горизонтальное или вертикальное), класс точности, назначение. Исполнение и пределы измерения (шкалу).

Вместе с приборами выбирают соответствующие им шунты или трансформаторы тока.

Все электроизмерительные приборы выдерживают большие кратковременные пере грузки, а именно: один удар десятикратным током в течение 5с или девять ударов десятикратным током продолжительностью по 0,5с с интервалом в одну минуту. Поэтому для электроизмерительных приборов не опасны пусковые токи двигателей, токи К.К в сети и Т.п.

При выборе аппаратуры и электроизмерительных приборов необходимо также выполнять требования Регистра:

При перегрузке 110 — 150% номинального тока следует выключать генератор с выдержкой времени, соответствующей теплостойкости генератора. Для защиты генератора при перегрузках током более 150% номинального рекомендуется, чтобы выдержка времени не превышала 2 мин. для генератора переменного тока и 15с для генератора постоянного тока.

А втоматические выключатели, защищающие электродвигатели постоянного тока рулевых устройств от токов короткого замыкания, должны иметь уставки на мгновенное выключение при токе не менее 300% и не более 400% номинального тока защищаемого двигателя. Для двигателей переменного тока — на мгновенное выключении при токе приблизительно 125% наибольшего пускового тока защищаемого двигателя.

Э лектроизмерительные приборы должны иметь пределы шкал не менее

  • вольтметры — 120% номинального значения напряжения;
  • амперметры для генераторов, не работающих параллельно, и приемников — 130% номинального тока;
  • амперметры для генераторов, работающих параллельно: шкала тока нагрузки — 130% номинального; шкала обратного тока — 15% номинального.
  • ваттметры для генераторов, работающих параллельно: для мощности нагрузки — 130% номинальной;
  • для обратной мощности — 15% номинальной;
  • частотомеры — ±10% номинальной частоты.

Прибор

Измерительная система

Марка

Предел измерения

Включение

Кол-во шт.

Амперметр РА

Феродинамическая

Д1500

0-200А

Через Т/Т

1

Амперметр РА

Феродинамическая

Д1500

0-150А

Через Т/Т

3

Вольтметр РV

Феродинамическая

Д1500

0-450V

Непосредственно

4

Ваттметр РW

Феродинамическая

Д1503

60 кW

Через Т/Т

1

Ваттметр РW

Феродинамическая

Д1503

80 кW

Через Т/Т

3

Частотомер РF

Феродинамическая

Д146

45-55Гц

Непосредственно

4

Фазометр Р cosц

Электромагнитная

Э1500

0,5-1

Через Т/Т

4

Мегомметр РR

Магнитоэлектрическая

М1503

5 МОм

Через выпрямитель

1

Синхронно — скоп

Электромагнитная

Э1505

Непосредственно

1

8. Генератор серии МСС

Основные технические данные системы. Система самовозбуждения основана на принципе фазового компаундирования с электромагнитным сложением сигналов. Система обеспечивает точность поддержан» я напряжения генератора при установившемся тепловом состоянии в пределах ±2,5% номинального значения при изменения тока статора от 0 до 100% и коэффициента мощности от 0,7 до 0,95. Отклонение частоты вращения генератора может составлять при этом ±2% номинального значения. Время первого достижения установившегося значения напряжения генератора при прямом пуске короткозамкнутого электродвигателя на холостом ходу мощностью 30% от мощности генератора не превышает 0,8 с.

Принципиальная схема системы и ее элементы

Элементами системы автоматического регулирования являются: синхронный генератор с обмоткой возбуждения; генератор начального пуска ГНП; трехобмоточный, трехстержневой трансформатор фазового компаундирования Трфк; блок силовых выпрямителей БСВ: реактор отсоса РО; выпрямитель начального пуска ВпНП; выпрямители управления ВпУ; резистор уставки напряжения R4; резистор статизма R1; регулируемый резистор R2; резистор термокомпенсации R3; пакетный переключатель В2.

Реактор отсоса РО осуществляет ручную подрегулировку напряжения генератора, а также обеспечивает параллельную работу генераторов серии МСС с генераторами серий МСК и ГСС.

Трансформатор фазового компаундирования ТрФК имеет две первичные обмотки — токовую (последовательную) ОТ и напряжения (параллельную) ОН, а также одну вторичную обмотку О2. Токовые обмотки от трансформатора ТрФК включаются последовательно с нагрузкой генератора. Параллельные обмотки ОН трансформатора ТрФК включаются на напряжение генератора со стороны нагрузки. Вторичные обмотки О2 подключаются к блоку силовых выпрямителей БСВ и к рабочим обмоткам ОР реактора отсоса РО. После выпрямления ток вторичных обмоток О2 трансформатора ТрФК частично подается в обмотку ротора генератора, а частично отсасывается в рабочие обмотки реактора отсоса.

Уставка напряжения на выводах генератора достигается изменением значения тока отсоса, в свою очередь изменяющего ток ротора генератора. Изменение тока отсоса осуществляется путем разного подмагничивания реактора отсоса постоянным током (током управления, подаваемым в обмотку управления ОУ).

Ток управления (уставка напряжения) изменяется вручную резистором уставки R4.

Обмотка управления через выпрямитель ВпУ и последовательно включенные резисторы R2-R4 подключается на часть линейного напряжения генератора (на отдельную обмотку напряжения трансформатора ТрФК).

Работа системы

Для обеспечения безотказного начального возбуждения генератора. на валу ротора установлен однофазный генератор с постоянными магнитами, включенный через селеновые выпрямители ВпНП на обмотку ротора.

Для гашения поля генератора в схеме установлен рубильник гашения поля РГП.

Напряжение генератора регулируется совместной работой элементов трансформатора с магнитным шунтом.

Ток возбуждения генератора пропорционален напряжению обмотки О2 трансформатора ТрФК (а следовательно, и ее потокосцеплению).

Потокосцепление обмотки О2 определяется суммарной намагничивающей силой (н. с.), создаваемой всеми обмотками трансформатора. При этом н. с. Последовательной и параллельной обмоток складываются геометрически (под углом 90є) и являются намагничивающими. Намагничивающая сила обмотки О2, питающей силовой выпрямитель и реактор отсоса, является размагничивающей.

При отсутствии корректора схема работает таким образом.

При холостом ходе генератора действует н. с. обмотки ОН: н. с. обмотки ОТ отсутствует. При нагрузке и изменении значения коэффициента ее мощности н. с. обмотки ОН, пропорциональная напряжению генератора, остается практически неизменной, а н. с. обмотки ОТ, совпадая по фазе с током нагрузки, изменяется пропорционально значению последнего. Вследствие этого суммарная н. с. также изменяется в зависимости от значения коэффициента мощности нагрузки.

Параметры компаундирующего трансформатора ТрФК выбирают таким и чтобы суммарная н. с. обеспечила необходимое потокосцепление обмотки О2, а следовательно, и ток обмотки возбуждения, необходимый для поддержания постоянного выходного напряжения генератора с учетом требуемого тока отсоса для ручной подрегулировки напряжения. Для поддержания постоянного выходного напряжения генератора при изменении частоты в данной схеме параметры компаундирующего трансформатора выбирают такими, что при постоянной частоте и при изменении тока нагрузки от 0 до 100% напряжение генератора возрастает.

Вследствие нагревания обмотки возбуждения генератора и изменения в связи с этим ее, активного сопротивления несколько изменяется (уменьшается) ток выхода системы автоматического регулирования, что приводит к изменению (снижению) напряжения на генераторе (тепловое отклонение уставки).

В данной системе самовозбуждения тепловое отклонение напряжения составляет 3% в сторону снижения напряжения, Изменение уровня напряжения генератора (уставки напряжения) Достигается изменением значения сопротивления резистора уставки R4, включенного в цепь управления реактора отсоса. При увеличении сопротивления резистора уставки ток управления реактора уменьшается, ток отсоса реактора также уменьшается, ток в обмотке возбуждения генератора увеличивается и выходное напряжение генератора возрастает. Резистор уставки позволяет регулировать выходное напряжение в пределах от +2 до -7%.

Автоматическое распределение реактивных нагрузок при параллельной работе генераторов серии МСС одинаковой и разной мощности достигается с помощью уравнительных соединений между параллельно работающими генераторами в цепи постоянного тока. В этом случае обмотки возбуждения генераторов соединяются параллельно. Если мощность генераторов различна, обмотки возбуждения соединяются с включением уравнительного резистора в обмотку возбуждения генератора меньшей мощности для уменьшения уравнительных токов и выравнивания напряжения.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/raschet-sudovoy-elektrostantsii/

1. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Судовые электроэнергетические системы»

2. Роджеро И.И. Справочник судового электромеханика и электрика. «Транспорт» 1986 г.

3. Семенов Ю.А. электрооборудование и автоматизация земснарядов. «Транспорт» 1984 г.

4. Чаплыгин И.В. Электрооборудование и электродвижение речных судов. «Транспорт» 1979 г.