Обоснование выбора переменного тока.

Обоснование выбора переменного тока.

 

Судовые электрические станции предназначены для производства, приема, преобразования и первичного распределения электрической энергии для снабжения всех судовых приемников. Увеличение электрификации речных судов и мощности электростанций вызвал значительное усложнение всего судового электрооборудования, одновременно понизилась надежность электроустановок и сетей обусловленная недостатками постоянного тока. Поэтому большинство серийный речных судов постройки последних лет имеют станции переменного тока.

Одним из достоинств переменного тока: возможность получения различного по величине напряжения с помощью трансформаторов, простота устройства, более высокий КПД, меньшие габариты, снижение веса и стоимости электромашин переменного тока, простота обслуживания и большая надежность работы асинхронных двигателей, незначительные радиопомехи, меньший расход проводникового материала при повышении напряжения, удобство питания судовых электроустановок с берега, где преобладает переменный ток и т.д.

К недостаткам переменного тока относится- большие пусковые токи, вызывающие значительные снижения напряжения в судовой сети, что может вызвать в отдельных случаях срабатывания защиты генератора, остановку работающих электроприводов и т.д., влияние коэффициента мощности на технико-экономические показатели электроустановок, более низкие пусковые моменты и ограниченная возможность регулирования скорости вращения асинхронных двигателей.

На выбор рода тока существенное влияние оказывают потребители. На тех судах, где по мощности преобладают потребители, требующие широкого и плавного регулирования скорости и высоких пусковых моментов, целесообразно применять постоянный ток, а в остальных переменный.

 

 

Разработка схемы распределения электроэнергии

 

При разработке схемы распределения электроэнергии используют следующие исходные данные:

- число и типы генераторных агрегатов;

- число и мощность ответственных и малоответственных приемников электроэнергии;

- мощность, потребляемую приемниками в эксплуатационных режимах работы судна;

- расположение на судне генераторных агрегатов;

- распределительных щитов и приемников;

- число и мощность приемников, подключаемых ГРЩ и вторичных РЩ.

При проектировании судовой электростанции к разработке схемы, генерирования и распределения электроэнергии предъявляют следующие требования:

- бесперебойное снабжение качественной электроэнергии в необходимом количестве во всех эксплуатационных режимах работы судна;

- быстрый ввод в действие и прием нагрузки ГА;

- резервирование мощности ГА в соответствующих режимах.

- минимальное число переключений при переходе с одного режима работы судна на другой;

- равномерное распределение нагрузки ГА;

- визуальный или автоматический контроль за состоянием параметров электрической энергии, загрузкой генераторов, сопротивлением изоляции, работой сигнализации.

Защита элементов и участков судовой сети при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения.

Применение цифровых элементов, блоков на единой элементной базе.

 

Схема должна включать в себя следующие основные узлы:

- цепи главного тока генераторных агрегатов и берегового снабжения;

- ГРЩ и отходящие фидеры электроснабжения потребителей;

- коммутационно-защитную аппаратуру источников и приемников электроэнергии;

- аварийные генераторные агрегаты с АРЩ;

- вторичные распределительные щиты.

Коммутация цепей главного тока осуществляется автоматическими выключателями, предназначенными для подключения к шинам ГРЩ генераторов, фидеров питания с берега, аварийной электростанции и фидеров электроснабжения приемников.

Шины ГРЩ должны быть разделены на отдельные секции, которые соединяются между собой секционными выключателями.

Секционирование шин обеспечивает электроснабжение ответственных приемников от разных секций шин ГРЩ и соответственно источников тока, ввод на параллельную работу генераторов, а также отключение отдельных секций при коротких замыканиях и текущем ремонте.

На ГРЩ должны быть предусмотрены секции шин пониженного напряжения (400/127 или 400/220В), предназначенных для электроснабжения осветительных, нагревательных и бытовых приборов.

 

Однолинейная схема электростанции

 

 

Расчет электрической сети

 

Электроэнергия, производимая генераторами передается потребителям по кабелям и проводам.

Совокупность кабелей и проводов на суде образуют электрические сети.

В зависимости от назначения места прокладки и условий работы электрооборудования на судах применяют кабели следующих основных марок:

1. для силовой и осветительной аппаратуры при неподвижной прокладке – КНР, КНРП, СРМ, СРБМ, КБИ, КБИЭ при названной прокладке – ИРШМ, РШМ.

2. для цепей управления, внутрисудовой связи при неподвижной прокладке – КНРТ, КНРТП, КНРТЭ, КНРТЭТП, КСМ, КСМЭ, КСМТ, МЭРШН – 50, МЭРШН – 100, КУШТ.

При расчете электрической сети следует учитывать режим работы кабеля (длительный, кратковременный или повторно-кратковременный), температуру окружающей среды, способ и место прокладки кабеля, условия его работы.

В начале определяются расчетные токи кабелей. Расчетный ток кабеля соединяющего генератор с ГРЩ определяется по формуле:

, где - номинальная мощность генератора, - номинальное напряжение генератора, - номинальный коэффициент мощности генератора:

.

Расчетные токи кабелей соединяющих отдельные потребители с распределительными щитами находят из формулы:

,

где - мощность на валу потребителя;

- номинальное напряжение сети;

- номинальный коэффициент мощности потребителя;

- КПД потребителя;

- коэффициент загрузки потребителя.

;

;

;

;

;

;

;

.

Расчетный ток кабеля распределительного щита питающего группу потребителей находят по формуле:

,

где - активный ток 1-го потребителя;

- реактивный ток 1-го потребителя;

- коэффициент одновременной работы приемников.

От РЩ работают и потребителя:

1) Брашпиль - , .

2) Шпиль - , .

3) Кран грузовой - ; .

4) Насос пожарный - , .

По значению расчетного тока с учетом продолжительности работы и числа жил кабеля из таблицы допускаемых нагрузок выбирают площадь его сечения.

Норма электрических нагрузок обычно устанавливаются для одиночного проложенного кабеля из следующих условий:

а) температура токоведущей жилы равна длительно допустимой для данной марки кабеля.

б) температура окружающей среды ;

в) род тока переменный ;

г) режим нагрузки длительный.

Если условия работы отличаются от указанных выше, то допускаемое значение тока кабеля определяется с помощью поправочных коэффициентов по формуле:

,

где - коэффициент учитывающий число жил кабеля;

- коэффициент учитывающий способ прокладки кабеля;

- коэффициент учитывающий отличие режима нагрузки кабеля от длительного;

- коэффициент учитывающий отличие температуры окружающей среды от .

Коэффициент равен:

для двухжильных кабелей – 0,85;

для трех и четырехжильных кабелей – 0,7.

Коэффициент равен:

при прокладке более шести кабелей в пучке, которые могут быть одновременно нагружены номинальным током, чем при отсутствии свободного пространства между ними для циркуляции воздуха, допустимые токовые нагрузки для данного сечения должны быть снижены на 15% ().

При прокладке не более шести кабелей в одном пучке или прокладке кабелей в два ряда, независимо от количества кабелей в ряду, при условии что между пучком или группой из шести кабелей имеется свободное пространство для циркуляции воздуха ().

Коэффициент равен:

для непрерывного режима ;

для периодического режима ;

для эпизодического режима .

Коэффициент равен .

Исходя из выбирают сечение жил кабеля:

В отдельных случаях (при повышенных нагрузках и линиях большой длины может оказаться, что при сечении выбранного кабеля, потеря напряжения в линии превышает допустимые нормы. Поэтому кабели, предназначенные для прокладки в больших длинных, а также для работы на повышенных нагрузках в аварийных режимах, необходимо проверять на потерю напряжения.

Согласно требованиям правил Регистра РФ величина падения (потери) напряжения в сети не должна превышать:

1. на кабели соединяющие генераторы с ГРЩ или АРЩ не должно превышать 1% номинального напряжения;

2. между сборными шинами ГРЩ и АРЩ и любыми точками установки – 6% номинального напряжения.

3. на клеммах двигателя в момент пуска 25% номинального напряжения.

Падение напряжения определяется по формуле:

,

где - расчетный ток;

- номинальное напряжение сети;

- активное сопротивление одной токопроводящей жилы кабеля :

,

где - длина кабеля;

- сечение кабеля;

- удельная проводимость меди.(48 · 10⁶ Ом/м)

Следовательно,

.

Значение индуктивного сопротивления токопроводящих жил судовых двух и трехжильных кабелей можно определить из таблицы:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Рассчитываем падение напряжения.

 

 

3.1. Выбор устройств автоматизации проектируемой электрической станции

 

В настоящее время наиболее полно автоматизировано основное звено ЭЭС – электростанций. Это объясняется тем, что динамические процессы здесь протекают настолько быстро, что управление ими без применения средств автоматики стало практически невозможно. Автоматизация значительно повышает качество электроэнергии и надежность электроснабжения потребителей, обеспечивает устойчивость параллельной работы генераторов и сокращает количество обслуживающего персонала.

Автоматизация судовых электрических станций осуществляется в настоящее время с использованием следующих устройств обеспечивающих:

- автоматическое регулирование напряжения СТ;

- автоматическое распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами;

- автоматическое регулирование частоты;

- автоматическое распределение активной нагрузки между параллельно работающими генераторами;

- автоматическую синхронизацию включаемых на параллельную работу генераторов;

- автоматическое включение резервного генератора при достижении предельной нагрузки работающим генератором, а также остановку при уменьшении нагрузки;

- защиту от обрыва фазы или снижения напряжения при питании с берега;

- автоматический контроль сопротивления изоляции;

- сигнализацию и контроль за работой судовой электростанцией.

 

Работа системы

 

Номинальное возбуждение осуществляется от остаточного напряжения. Надежность самовозбуждения обеспечивается включением конденсаторов .

Токовые обмотки ОТ компаундирующего трансформатора ТКМ включены последовательно с обмотками статора генератора. Обмотки напряжения Оu соединены в звезду и подключены параллельно силовым обмоткам генератора и сборным шинам. Обмотка возбуждения генератора питания через полупроводниковый выпрямитель от вторичных обмоток ОСВ ТКМ, соединенных в звезду. Обмотки питания корректора напряжения ОК подключены к корректору напряжения; обмотка питания отсасывающих дросселей ОДО подключена к дросселям.

Работа генератора при х.х. обеспечивается током трансформируемым во вторичной обмотке ОСВ обмоткой напряжения Оu. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется с помощью фазовой схемы компаундирования с корректором напряжения.

Трансформатор с магнитным шунтом представляет собой совокупность элементов фазового компаундирования. Потокосцепление обмотки ОСВ определяется суммарной МДС создаваемой всеми обмотками трансформатора ТКМ. При этом МДС обмоток Оu и ОК суммируется под углом близким к 90⁰ при реактивной нагрузке (вследствие наличия в магнитопроводе ЭДС магн.шунта) и является намагничивающими. МДС обмоток питания ОСВ и ОДО и конденсаторов также складываются геометрически и являются размагничивающими; МДС обмотки ОТ совпадают по фазе с током нагрузки изменяется пропорционально значению последнего. Сочетание фаз питания обмоток напряжения и тока подобрано таким образом, чтобы при прочих равных условиях ток обмотки возбуждения генератора увеличивался при уменьшении коэффициента мощности или уменьшался при увеличении его.

Требующая мощность поддержания напряжения обеспечивается совместной работой схемы фазового компаундирования и корректора напряжения, воздействующего на управление дросселями отсоса.

Изменение тока управления отсасывающего дросселя приводит к изменениям размагничивающей МДС, обмотки ОДО, а следовательно и к уменьшению потокосцепления обмотки ОСВ, к изменению тока возбуждения и к восстановлению напряжения генератора.

 

Выбор предохранителей

 

В курсовом проекте применение предохранителей возможно в цепях без двигателей (цепи освещения, отопительные приборы и др.) и в цепях двигателей малой мощности.

Вначале выбирают плавкую вставку, а затем патрон.

Для защиты сетей со статической нагрузкой, в которых не возникают пусковые токи (освещение, отопления, сигнализации и др.) плавкую вставку выбирают по условию:

,

где - номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

- номинальный ток потребителя с фидера, А.

(Пр-г)

(Пр-г)

Номинальный ток выбираемого патрона предохранителя определяют по номинальному току выбранной плавкой вставки с соблюдением условий:

;

,

где , - номинальный ток и напряжение выбираемого патрона;

, - номинальный ток и напряжение защитного участка.

;

;

;

.

Обоснование выбора переменного тока.

 

Судовые электрические станции предназначены для производства, приема, преобразования и первичного распределения электрической энергии для снабжения всех судовых приемников. Увеличение электрификации речных судов и мощности электростанций вызвал значительное усложнение всего судового электрооборудования, одновременно понизилась надежность электроустановок и сетей обусловленная недостатками постоянного тока. Поэтому большинство серийный речных судов постройки последних лет имеют станции переменного тока.

Одним из достоинств переменного тока: возможность получения различного по величине напряжения с помощью трансформаторов, простота устройства, более высокий КПД, меньшие габариты, снижение веса и стоимости электромашин переменного тока, простота обслуживания и большая надежность работы асинхронных двигателей, незначительные радиопомехи, меньший расход проводникового материала при повышении напряжения, удобство питания судовых электроустановок с берега, где преобладает переменный ток и т.д.

К недостаткам переменного тока относится- большие пусковые токи, вызывающие значительные снижения напряжения в судовой сети, что может вызвать в отдельных случаях срабатывания защиты генератора, остановку работающих электроприводов и т.д., влияние коэффициента мощности на технико-экономические показатели электроустановок, более низкие пусковые моменты и ограниченная возможность регулирования скорости вращения асинхронных двигателей.

На выбор рода тока существенное влияние оказывают потребители. На тех судах, где по мощности преобладают потребители, требующие широкого и плавного регулирования скорости и высоких пусковых моментов, целесообразно применять постоянный ток, а в остальных переменный.