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.