Расчет числа и мощности генераторов судовой электростанции

Задание на курсовую работу

Тема: Расчет судовой электростанции

 

 

Для заданного типа судна рассчитать и спроектировать основную электростанцию. Курсовая работа должна содержать в себе следующие вопросы:

1. введение,

2. таблица нагрузок СЭС

3. выбор числа и мощности генераторов СЭС

4. выбор кабелей и проверка их на потерю напряжения

5. структурная схема СЭЭС и ГРЩ

6. расчет и выбор шин ГРЩ

7. выбор аппаратов и электроизмерительных приборов для ГРЩ

8. конструкция ГРЩ

9. компоновка аппаратов и приборов на лицевой панели ГРЩ

10. принципиальная электрическая схема ГРЩ

11. описание работы схемы ССАРН

12. использованная литература

 

Варианты заданий

 

№ варианта	№ типового проекта	Название судна	Номинальное напряжение, В
		Толкач – буксир мощностью 2000л.с.
	92 - 016	Теплоход туристского назначения Кл. О
	488/А	Сухогруз грузоподъемность 3000т, мощностью 1740э.л.с.
	Р153	Толкач – буксир мощностью 1500л.с.
	758Б	Буксирный теплоход мощностью 800э.л.с
		Теплоход туристского назначения
		Пассажирский теплоход мощностью 220кВт
	Р 32	Самоходная шаланда грузоподъемностью 2500т
		Сухогруз грузоподъемность 2100т, мощность 1400э.л.с.
		Сухогруз грузоподъемностью 2000т мощностью 2´870э.л.с.
	Р25Б	Сухогруз грузоподъемностью 1800т мощностью 1156э.л.с.
	Q040	Теплоход туристского назначения
	Р104	Скоростной пассажирский двухкорпусной
	Р131	Рейдовый буксирный теплоход мощностью 800л.с.
	1741А	Толкач – буксир мощностью 600э.л.с.
	Р103	Рейдовый буксир мощностью 300э.л.с.
	Р162	Мелкосидящий толкач мощностью 330кВт
	Р32БУ	Самоходная шаланда грузоподъемностью 2900 – 3350т
		Сухогрузный теплоход грузоподъемностью 2100т мощностью 2´662кВт
		Сухогрузный теплоход – площадка грузоподъемностью 1200т
	Р132	Пассажирский двухкорпусной теплоход
	Н3181	Буксир – плотовод мощностью 910кВт
	Р47А	Рейдовое ледокольно-пожарное судно мощностью 440кВт
	Ку065	Пассажирский теплоход туристского назначения
		Пассажирский теплоход мощность 220кВт
		Теплоход-буксир-плотовод мощностью 440кВт
	Н3290	Теплоход-буксир мощностью 1766кВт
	488-АМ/2	Сухогрузный теплоход грузоподъемностью 3000т мощностью 1280кВт
		Изгибаемый состав грузоподъемностью 2200т мощностью 800э.л.с.
	Р 42М	Танкер грузоподъемностью 600т мощностью 450э.л.с.

Введение

Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию составлено в соответствии с утвержденной программой по курсу «Судовые электроэнергетические системы». Оно предназначено студентам специальности 1804 «Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики» помочь правильно подойти к выбору и расчету числа и мощности судовых генераторов. настоящее пособие содержит общие методические указания по содержанию и объему курсового проекта, в нем приведен необходимый справочный материал.

Предмет «Судовые электроэнергетические системы» является профилирующим при подготовке техников – электромехаников для судов речного и смешанного (река – море) флота. Курсовое проектирование должно способствовать закреплению полученных студентами теоретических знаний, привить им умение и навыки в применении этих знаний при решении конкретных технических задач, связанных с эксплуатацией и проектированием судовых электрических систем.

Приведенный методический материал поможет привить навыки самостоятельной работы студента по конструированию, выполнению технических расчетов, а так же самостоятельной работы над справочной литературой с использованием соответствующих ГОСТ.

В соответствии с учебной программой в настоящем пособии рассматриваются основные вопросы выбора числа и мощности судовых генераторов, разработке структурных и принципиальных схем ГРЩ, выбору коммутационной и защитной аппаратуры, расчету кабельных сетей. Пособие по курсовому проектированию содержит:

1. максимально сокращенное изложение основных положений, необходимых для выполнения технических расчетов. Для более полного ознакомления с изложенным материалом следует обратиться к первоисточникам, краткий перечень которых дан в конце пособия.

2. методики расчета судовых электростанций, кабелей, выбора аппаратуры и электроизмерительных приборов. Методики поясняются примерами расчетов.

3. справочные данные, минимально необходимые при выполнении курсовой работы в условиях отсутствия заводской информации и каталогов.

Оформление курсового проекта. Общие методические указания.

 

Курсовой проект должен состоять из двух частей: расчетно-пояснительной записки и графической части. Расчетно-пояснительная записка в общем случае должна состоять из следующих разделов:

1. титульный лист.

2. оглавление.

3. задание на курсовое проектирование.

4. введение.

5. выбор электродвигателей.

6. расчет мощности, выбор числа и типов генераторов судовой электростанции.

7. структурная схема электростанции.

8. структурная схема ГРЩ.

9. расчет и выбор коммутационной и защитной аппаратуры для судовых генераторов и отходящих питающих линий.

10. расчет, выбор кабелей и проверка их на потерю напряжения.

11. расчет токов короткого замыкания.

12. принципиальная схема генераторной секции ГРЩ.

13. выбор аппаратуры и приборов для генераторной секции ГРЩ.

14. выбор материалов для ГРЩ, расчет сечения шин ГРЩ, проверка на динамическую и термическую устойчивость.

17. описание схемы самовозбуждения и регулирования напряжения генераторов.

18. спецификация аппаратуры и приборов для ГРЩ.

В процессе расчета на миллиметровой бумаге выполняются эскизы структурных и принципиальных схем. Графическая часть проекта должна включать следующие чертежи:

1. структурную схему электростанции (формат А4, А3).

2. структурную схему ГРЩ (формат А4, А3).

3. принципиальную схему генераторной секции ГРЩ (формат А3; А4´3; А4´4; А4´5; А4´6; А4´7). Чертежи должны быть выполнены карандашом и оформлены по действующим ГОСТ ЕСКД.

Общие требования к оформлению пояснительной записки.

Пояснительная записка состоит из текста (описание, формулы, численные расчеты, таблицы, спецификации и т.д.) и иллюстраций (рисунки., схемы, графики). Пояснительную записку выполняют от руки на стандартных листах писчей бумаги формата А4 (297´210) четким почерком чернилами или пастой одного цвета (синего, фиолетового или черного) на одной стороне листа. Допускается выполнять машинописным способом или набором текста на компьютере. Расстояние между заголовком и последующим текстом, а также от верхней стороны внутренней рамки листа должно быть не менее 15 мм. Расстояние от внутренней рамки в начале и конце строки – не менее 5 мм.

Каждый раздел начинается с нового листа. Каждый подраздел и пункт текста начинается с абзаца.

Описки и графические неточности допускается исправлять аккуратной подчисткой

Более подробно правила оформления курсовой работы (проекта) см. [1].

 

Структурная схема СЭС

 

Структурные схемы электростанций современных судов проектируются в соответствии с рядом требований, выполнение которых обеспечивает:

- параллельную или раздельную работу генераторов, установленных на электростанции;

- передачу электроэнергии и генераторов к потребителям (непосредственно или через распределительные щиты);

- прием электроэнергии от береговой электросистемы (или других судов);

- параллельную или раздельную работу генераторов электростанции с береговой электросистемой;

- передачу электроэнергии к другим электростанциям СЭС (основной или аварийной);

- возможность выполнения профилактических осмотров и ремонтов при отсутствии напряжения на составных частях электростанции.

На рис. 3.1 представлена структурная схема электростанции, удовлетворяющая вышеперечисленным требованиям.

 

Рис. 3.1

Схема электрическая структурная судовой электростанции с тремя генераторами

 

Данная схема обеспечивает параллельную или раздельную работу трех генераторов Г1, Г2 и Г3. Параллельная работа всех генераторов осуществляется при включении секционирующих выключателей ВС1, ВС2 и генераторных выключателей ВГ1, ВГ2, ВГ3. Генераторы передают электроэнергию на общие шины электростанции, от которых далее передается электроэнергия потребителям П через выключатель В.

Для обеспечения раздельной работы генераторов аппараты ВС1, ВС2 выключаются. При этом общие шины электростанции делятся на три независимые секции СШ1, СШ2 и СШ3 (СШ4), а генераторы оказываются подключенными к различным секциям шин и передают электроэнергию независимо (раздельно) друг от друга только тем потребителям, которые подключены к каждой из секций. Если выключить только аппарат ВС1, то будет обеспечиваться параллельная работа генераторов Г2, Г3 и раздельная работа генератора Г1. Если выключить аппарат ВС2, то будет обеспечиваться параллельная работа генераторов Г1, Г2 и раздельная работа генератора Г3. Параллельная работа генераторов Г1, Г3 обеспечивается при включенном положении аппаратов ВС1, ВС2 и выключенном положении аппарата ВГ2.

Прием электроэнергии от береговой электросистемы осуществляется через щит питания с берега ЩПБ и аппарат ВБ.

Параллельная или раздельная работа береговой электросистемы с генераторами электростанции осуществляется с помощью аппарата ВС3. При параллельной работе он включен, при раздельной – выключен. Электроэнергия с берега (обычно при неработающих генераторах) может передаваться потребителями секции шин СШ4, а также через аппараты ВП1, ВП2 и перемычку ПЕ1 потребителям секции шин СШ2, через аппарат ВС1 - потребителям СШ1, через аппарат ВС3 (ВС4) – потребителям СШ3. Передача электроэнергии от генераторов данной электростанции или от береговой электросистемы на другие электростанции производится через аппараты ВП2, ВП3 и перемычки ПЕ2, ПЕ3.

Осмотр и ремонт секции шин СШ1 осуществляются при стоянке генератора Г1 и отключенных аппаратах ВС1 и ВП3; осмотр и ремонт секции СШ2 – при стоянке генератора Г2 и отключенных аппаратах ВС1, ВС2 и ВП; осмотр и ремонт секции СШ3 – при стоянке генератора Г3 и отключенных аппаратах ВС2 и ВС3; осмотр и ремонт секции СШ4 – при отсутствии питания с берега и отключенных аппаратах ВС3, ВП1 и ВП2. К секции шин СШ4 подключаются приемники электроэнергии, которые значительное время работают в режиме стоянки судна. Распределение остальных приемников по секциям СШ1, СШ2, СШ3 осуществляется в соответствии с мощностью генераторов Г1, Г2, Г3.

К секции шин СШ2 подключаются наиболее ответственные приемники. Одноименные приемники подключаются к различным секциям шин. Если в составе электростанции три дизель-генератора, то каждый из них подключается к любой из трех секций шин (СШ1, СШ2, СШ3). Если в составе электростанции два турбогенератора и один дизель-генератор (обычно он является резервным), то он подключается к секции шин СШ2. Если в составе электростанции два дизель-генератора и валогенератор (может работать только в ходу), то он подключается к секции шин СШ2, к которой подключаются и приемники, обеспечивающие ход судна.

При наличии на электростанции двух генераторов схема, приведенная на рис.1, несколько упрощается. При наличии четырех генераторов в схему добавляется еще одна секция шин и перемычка между секциями.

Количество перемычек ПЕ2, ПЕ3 между электростанциями определяется требованиями конкретного судна.

В качестве секционирующих аппаратов ВС1, ВС2, ВС3 могут применяться как автоматические, так и неавтоматические выключатели. В качестве аппаратов. Подключающих генераторы, перемычки и потребители к секциям шин, применяются, как правило, автоматические выключатели.

Рассмотрим некоторые структурные схемы электростанций, применяемые на судах.

Рис. 3.2

Схема судовой электростанции переменного тока напряжением 220 или 380 В.

 

На рис. 3.2 представлена структурная схема электростанции переменного тока напряжением 220 или 380В. Основными источниками являются дизель-генератор и валогенератор, которые работают раздельно и неодновременно. Валогенератор используется в ходовом режиме. Дизель-генератор работает на стоянках и является резервом в ходу. Для обеспечения ремонта и осмотра приборов и аппаратов ГЭРЩ в процессе эксплуатации судна и сокращения времени заводского ремонта в схемах предусмотрено секционирование шин ГЭРЩ, которое позволяет производить ремонт генераторных и распределительных секций без нарушения режимов работы судна.

Генераторы и щит питания с берега подключаются на шины ГЭРЩ с помощью автоматических выключателей QF, шины ГЭРЩ разделяются на секции с помощью выключателя Q1, параллельная работа дизель-генератора и валогенератора исключается контактором К.

 

Рис. 3.3

Схема судовой электростанции с тремя дизель-генераторами.

 

На рис. 3.3 показана типовая схема электростанции, состоящей из трех дизель-генераторов, напряжением 220 или 380 В.

Генераторы и щит питания с берега ЩПБ подключаются на шины с помощью автоматических выключателей QF1 – QF5. Схема предусматривает возможность как раздельной, так и параллельной работы дизель-генераторов. Приемники электрической энергии получают питание от двух секций шин на ГЭРЩ.

Рис. 3.4

Схема судовой электростанции с одним дизель-генератором и двумя валогенераторами

 

На рис. 3.4 приведена типовая схема электростанции, в которой в качестве источников энергии используются один дизель-генератор и два валогенератора. Особенностью этой схемы по сравнению со схемой рис. 3.2 является возможность параллельной работы дизель-генератора и валогенераторов, что обеспечивается наличием муфт свободного хода у всех генераторов. Схемой предусматривается длительная раздельная и кратковременная параллельная работа дизель-генератора и валогенераторов, длительная раздельная и параллельная работа валогенераторов, а также использование генераторов в режиме синхронного компенсатора. Как видно, структурная схема ГЭРЩ этой электростанции подобна представленной на рис. 3.3.

 

 

Рис. 3.5

Схема судовой электростанции с двумя дизель-генераторами и двумя валогенераторами

 

На рис. 3.5 приведена схема электростанции с двумя дизель-генераторами и двумя валогенераторами. Схемой предусмотрена длительная раздельная и параллельная работа дизель-генераторов, раздельная работа валогенераторов. Параллельная работа дизель-генераторов и валогенераторов исключается при помощи контакторов К1 и К2. Включение генераторов и ЩПБ, как обычно осуществляется автоматическими выключателями QF. Секции шин ГЭРЩ объединяются с помощью выключателя Q1.

Использование той или иной структурной схемы электростанции определяется назначением и типом судна, а также источниками энергии, которые предполагается устанавливать на нем.

Так, например, применение схем рис. 3.2; 3.4; 3.5 на судах смешанного плавания исключено, так как правилами Речного Регистра РФ применение валогенераторных установок на судах подобного типа запрещается.

Все рассмотренные схемы предусматривают питание всех приемников от шин электростанции. Однако в ряде случаев оказывается целесообразным питание отдельных крупных приемников, например, электродвигателя подруливающего устройства, осуществлять от одного специально выделенного для этой цели дизель-генератора. Схема электростанции в этом случае будет существенно отличаться. На рис. 3.6 показана схема подобной электростанции. Схемой предусмотрена возможность раздельной работы каждого генератора как на шины ГЭРЩ, так и на отдельный приемник. Включение генераторов в работу осуществляется автоматическими выключателями QF1, QF2, а выбор режима (ГЭРЩ – приемник) – переключателем Q.

 

 

Рис. 3.6

Схема судовой электростанции с раздельным питанием крупного приемника

 

Все указанные схемы при наличии параллельной работы предполагают использование метода точной синхронизации. Однако в ряде случаев, особенно на судах, построенных на заводах Западной Европы, предпочтение отдается использованию метода грубой синхронизации с токоограничивающим реактором.

 

 

Рис. 3.7

Схема судовой электростанции при использовании метода грубой синхронизации

 

Использование этого метода (рис. 3.7) вносит некоторые изменения в структурную схему судовой электростанции, благодаря чему оказывается возможным генераторы (например, G1) на шины сначала включать с помощью автоматического выключателя QF12 через токоограничивающий реактор L, а затем автоматическим выключателем QF11 напрямую.

При проектировании структурной схемы электростанции необходимо выполнять требования Правил Регистра России (ПРР) в отношении питания ответственных устройств. От шин ГРЩ должны получать питание по отдельным фидерам следующие приемники:

- электрические приводы (ЭП) рулевого устройства,

- ЭП якорного устройства,

- ЭП пожарных насосов,

- ЭП осушительных насосов,

- ЭП компрессоров и насосов спринклерной системы,

- гирокомпас,

- щит холодильной установки грузовых трюмов,

- щиты основного освещения,

- щит радиостанции,

- секционные щиты и распределительные устройства других потребителей ответственного назначения, объединенных по принципу однородности выполняемых ими функций,

- распределительные устройства, встраиваемые в объединенные пульты приборов управления судном,

- ЭП механизмов, обеспечивающих работу главной силовой установки,

- щиты ЭП грузовых, швартовных, шлюпочных и других устройств, вентиляции и нагревательных приборов,

- зарядное устройство стартерных аккумуляторных батарей, питающих ответственные устройства.

Структурная электрическая схема электростанции выполняется карандашом на миллиметровой бумаге или ватмане формата А3 с соблюдением действующих ГОСТ на условные графические обозначения в электрических схемах.

 

Расчет шинопроводов

 

В распределительных щитах СЭЭС применяются в основном шинопроводы, изготовленные из меди, поскольку алюминиевые имеют низкую механическую прочность и пожароопасны из-за окисления и чрезмерного нагревания контактных соединений.

Расчет шинопроводов осуществляется в следующем порядке:

1. определяется длительно протекающий по ним рабочий ток.

2. производится предварительный выбор их сечения по рабочему току.

3. проверяется динамическая и термическая стойкость по токам к.з.

Рабочий 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 45°С и перегреве 45°С. Таблицы (см. приложение, табл. 9) 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.

Учет данного явления производится снижением допустимых токов нагрузки шин в соответствии с формулой

,

где I - допустимый ток нагрузки шины при окружающей температуре Jокр;

I₄₅ – допустимый ток нагрузки шин при окружающей температуре 45°С;

Jmax – максимально допустимая длительная температура нагрева шин, принимаемая равной 90°С.

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.

……………………………………..

 

Рис. 4.1

Кривые для определения коэффициента формы шин К_ф

 

………………………………………..

 

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 i_max может быть выражена следующей формулой (Н):

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

К=2,04 – для случая двухфазного к.з. в электросистемах постоянного тока;

К_ф – коэффициент, учитывающий форму сечения шин (определяется по рис. 4.1)

l – 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)

Каждую шину можно представить как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по формулам (Н м):

при одном и двух пролетах

при числе пролетов больше двух

М = fl²,

где l – длина пролета, см.

Максимальное расчетное напряжение в шине находят по формуле (Н/см²):

где W – момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, см³.

Момент сопротивления для шин прямоугольного сечения вычисляют по формулам:

при расположении шин на ребро

при расположении шин плашмя

где b, h – размеры шин, см.

Расчетное напряжение шин не должно превосходить допустимое:

s_расч £ s_доп.

Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/см², для алюминия 7000 Н/см².

При невыполнении этого условия, необходимо уменьшить величину пролета крепления шин и вновь произвести поверочный расчет.

Чтобы избежать подобных повторных расчетов, можно сразу определить наибольший допускаемый пролет по формулам:

при одном или двух пролетах

при числе пролетов больше двух

При использовании пакетов шин, собранных из отдельных полос, механическое напряжение в каждой полосе складывается из двух напряжений: от взаимодействия между пакетами шин различных полюсов (фаз) и от взаимодействия между полосами шин одного пакета. Расчет динамической стойкости шин в этом случае более сложен и производится по формулам, которые можно найти в справочниках.

Если по проводнику протекает ток к.з., температура проводника быстро повышается и, несмотря на кратковременность процесса, может достигнуть больших значений. Целью проверки шин (кабелей и других проводников) на термическую стойкость является определение температуры нагревания их током к.з. и сравнение действительной температуры нагревания J_к.з с максимально допустимой. Необходимо, чтобы соблюдалось условие

J_к.з £ J_max.

Максимально допустимую кратковременную температуру обычно принимают равной:

для медных шин J_max = +300°С;

для алюминиевых J_max = +200°С:

для кабелей с резиновой изоляцией J_max = +200°С.

Действительное значение температуры нагревания проводника переменным током к.з. определяют по кривым рис.4.2 в зависимости от величины А_{J к.з}, которую находят из уравнения

где А_Jном – величина, определяемая по кривым в соответствии с номинальной температурой нагрева проводника до короткого замыкания;

I_¥ - установившийся ток к.з.;

S – площадь поперечного сечения проводника;

t_ф - фиктивное время, отражающее длительность короткого замыкания.

За номинальную температуру нагревания проводников до короткого замыкания при определении величины А_J принимают J_ном = 90°С – для шин и J_ном = 65°С – для кабелей с резиновой изоляцией

................................................

Рис. 4.2

Зависимость температуры шин и кабелей от значения величины А_J (А² с /мм²)

1 – для алюминия, 2 – для меди

График для определения фиктивного времени

……………………………….

 

Поясним несколько подробнее понятие фиктивного времени. Ток к.з. в электроэнергетических системах как переменного, так и постоянного тока является величиной не постоянной, а затухающей с течением времени. Количество тепла, которое выделяется в проводнике за время короткого замыкания t_к.з пропорционально квадрату тока I²_к.з, умноженному на время t_к.з, т.е. пропорционально площади ОАБВ (рис. 4.2).

Результаты теплового расчета не изменятся, если площадь ОАБВ, которая ограничивается участком кривой АБ с переменными величинами квадрата тока к.з. за действительное время короткого замыкания, заменить на равновеликую площадь прямоугольника ОГДЕ, одна сторона которого равна квадрату установившегося тока I_¥², а другая – фиктивному времени t_ф.

В электроэнергетических системах переменного тока значение фиктивного времени находят отдельно для периодической и апериодической составляющих тока к.з.

Значение фиктивного времени t_ф.п для периодической составляющей тока к.з. определяют по кривым рис. 4.3 в зависимости от отношения

где I₀ – начальный (для t = 0) ток к.з.

Значение фиктивного времени t_ф.а для апериодической составляющей тока к.з. находят по формуле

где (r, x – активное и реактивное сопротивление короткозамкнутой цепи, w=2pf).

 

Общее фиктивное время равно

t_ф = t_ф.п + t_ф.а.

В электроэнергетических системах постоянного тока фиктивное время принимают равным действительному времени короткого замыкания: t_ф = t_к.з. При этом площадь ОАБВ заменяют площадью прямоугольника ОЗЖВ.

Значение среднего тока принимают равным

I_ср = 0,7 I_max,

где I_max – максимальное значение тока к.з., протекающего по проводнику.

Действительное значение температуры нагревания проводника постоянным током к.з. определяют по кривой рис. 4.3 в зависимости от величины

 

В заключение отметим, что динамическую стойкость шин проверяют во всех случаях. Проверку шин на термическую стойкость производят только для тех щитов, которые отключаются при коротком замыкании с выдержкой времени не менее 0,5 – 0,7с.

Проверка термической стойкости кабелей целесообразна при времени отключения короткого замыкания не менее 0,25с.

 

Рис. 4.3

Кривые для определения фиктивного времени периодической составляющей тока к.з. в зависимости от значения величины b

´ - при частоте 50Гц, ´´ - при частоте 400Гц

 

Выбор аппаратов и приборов

 

Надежная работа СЭЭС полностью зависит от правильного выбора примененных в ней электрических аппаратов. Их выбор обычно производится по техническим условиям не поставку, каталогам или официальным справочникам. При этом прежде всего необходимо убедиться, что данный аппарат рассчитан на работу в судовых условиях, т.е. удовлетворяет требованиям Регистра (или других документов, которыми необходимо руководствоваться в данном случае) по температуре окружающего воздуха, относительной влажности, кратковременным и длительным наклонам, виброустойчивости и т.п.

Далее выбирают конструкцию аппарата в зависимости от места его установки. Если аппарат встраивается в щит, пульт и т.д., то он может быть открытого исполнения. Если же аппарат устанавливается индивидуально, то он должен иметь внешнюю оболочку (корпус) в зависимости от места установки на судне. Одновременно с этим учитывают и другие конструктивные особенности аппарата, такие как: материал корпуса – стальной или пластмассовый; вид привода – рычажный, маховичный или электропривод; способ крепления – на вертикальную или горизонтальную стенку; способ подвода кабелей – с передним или задним присоединением проводов и др.

Затем выбирают аппарат по основным номинальным параметрам, к которым относятся род тока, частота. Напряжение и ток нагрузки аппарата. Каждый аппарат рассчитывается на нормальную работу постоянного или переменного тока определенной частоты при номинальном напряжении и токе. Некоторые аппараты могут работать как на постоянном, так и переменном токе. При выборе любого аппарата необходимо соблюдение следующих двух условий:

U_ном ³ U_раб;

I_ном ³ I_раб.

где U_ном, I_ном – соответственно номинальные напряжение и ток аппарата;

U_раб, I_раб – рабочие напряжение и ток аппарата в данной схеме включения.

Выполнение первого условия необходимо во избежание электрического пробоя изоляции аппаратов. Габариты каждого аппарата прежде всего определяются номинальным напряжением, на которое рассчитаны воздушные зазоры и толщина изоляционного материала между его токоведущими частями различной полярности (или разных фаз). Если номинальное напряжение аппарата будет меньше рабочего напряжения сети, это неизбежно приведет к пробою изоляции аппарата, т.е. к короткому замыканию и выходу его из строя. Дугогасительные устройства аппаратов, отключающих токи короткого замыкания, также рассчитываются на определенное напряжение, при котором они надежно обеспечивают гашение дуги. Если рабочее напряжение отключающего аппарата превышает номинальное расчетное значение, то гашение дуги может затянуться на очень большое время, в течение которого контакты аппарата перегреются и оплавятся.

Выполнение второго условия необходимо во избежание перегрева аппаратов. Детали каждого аппарата рассчитываются на прохождение по ним определенного номинального тока. Прохождение этого тока будет вызывать нагревание аппарата до определенной максимально допустимой температуры. Если же рабочий ток, протекающий по аппарату, будет больше номинального, то это вызовет превышение температуры нагревания токоведущих частей аппарата над максимально допустимой температурой, вследствие чего изоляционные материалы, применяемые в аппарате, станут проводящими и произойдет короткое замыкание между его отдельными токоведущими частями. Превышение рабочего тока над номинальным отрицательно сказывается и на дугогашении. При отключении такого тока под действием чрезмерно интенсивной дуги аппарат будет поврежден.

Рабочее напряжение и рабочие токи аппаратов определяют на основании расчета электросхемы, в которой они устанавливаются. Номинальное напряжение и номинальные токи аппаратов принимают по каталогам или технических условиям на поставку аппаратов.

Рассмотренные условия выбора аппаратов являются общими для всех электрических аппаратов.

Однако на этом выбор аппаратов не заканчивается. Далее необходимо учитывать специфические для каждого аппарата условия.

Выбор предохранителей. При выборе предохранителей вначале производится выбор номинального тока плавкой вставки, а затем номинального тока патрона.

Для защиты сетей освещения, нагревательных приборов, управления и т.п. плавкую вставку выбирают по условию:

I_{пл. вст} ³ I_раб.

Для защиты сетей, питающих электродвигатели, ток плавкой вставки предохранителей следует определять с учетом пусковых токов, в противном случае во время пуска электродвигателей она сгорит.

При питании одиночных электродвигателей ток плавкой вставки выбирают по формуле

I_{пл. вст} ³ К I_раб.

При питании нескольких (n) электродвигателей от данной линии плавкую вставку выбирают из условия, что двигатель с наибольшим пусковым током находится в пусковом режиме, а остальные работают нормально:

L_{пл. вст} = К₀ SI_i + КI_раб,

где К₀ SI_i - сумма рабочих токов электродвигателей (без одного, имеющего наибольший пусковой ток) с учетом коэффициента одновременности их работы К₀;

I_раб – рабочий ток пускаемого электродвигателя;

К – коэффициент, учитывающий пусковой режим работы электродвигателя.

Значения К для электродвигателей постоянного тока и асинхронных с фазным ротором, пускаемых с помощью реостата, следующие:

- малой и средней мощности К=1,0;

- большой мощности К=1,5;

для короткозамкнутых асинхронных электродвигателей;

- с редкими пусками и длительностью разгона (5 – 10с) К=2,5;

- с частыми пусками и длительностью разгона до 40с К=3.0.

После выбора плавкой вставки выбирают соответствующий ей патрон предохранителя, а затем проверяют предохранитель на разрывную способность. Под разрывной способностью предохранителя понимают такой ток короткого замыкания, который отключается их без нарушения механической прочности деталей. Интенсивность дуги, температура и давление в патроне пропорциональны току, разрываемому плавкой вставкой. Поэтому с увеличением тока к.з. необходимо выбирать предохранитель с большим габаритом патрона.

Проверка предохранителей по разрывной способности токов к.з. производится по условию

i_{уд. расч} £ i_{уд доп},

где i_{уд. расч} - расчетное значение ударного тока к.з. в электросистемах переменного тока или максимальное значение тока к.з. в электросистемах постоянного тока;

i_{уд доп} – предельно допустимый ток к.з., отключаемый предохранителем (дается в справочных данных).

Технические данные предохранителей см. приложение, табл. 10

Выбор автоматических выключателей. Выбор по рабочему току аналогичен выбору предохранителей. Вначале выбирают номинальный ток максимальных расцепителей, а затем номинальный ток автомата. Номинальный ток расцепителей автоматов, включенных в различные питающие линии (генераторные, между ГРЩ и РЩ, а также отдельных потребителей), выбирают по расчетным рабочим токам этих линий, исходя из условия