Разработка схемы судовой электростанции

2.4 Выбор коммутационных аппаратов

При выборе коммутационных аппаратов номинальный ток выключателя Iнв определяется номинальным током расцепителя Iнр, который выбирают по рабочему току Iраб приемника из условия: .

Выключатели генераторов и трансформаторов выбирают по номинальному току (Серия АМ). Для сети освещения предпочтительно использовать пакетные выключатели с предохранителями. Iраб для генераторов и трансформаторов принимаем равным номинальному. Для Рулевого привода - защита от к. з. по току, превышающему номинальный на 25%. Для остальных приемников Iсраб перегруз=Iнрасц, Iсраб к. з. = (5-10) Iнрасц.

Установки по времени срабатывания выбираем для построения избирательности зашиты.

Выбор коммутационных аппаратов [1, стр 30-34] оформим в виде таблицы 2.2

Выбор коммутационных аппаратов. Таблица 2.2

Проверку на динамическую и термическую стойкость производим после расчета токов КЗ.

2.5 Выбор электроизмерительных приборов

По требованию Регистра для каждого генератора переменного тока должны устанавливаться на ГРЩ и АРЩ следующие приборы:

а) амперметр с переключателем для измерения тока в каждой фазе Iном+30%;

б) вольтметр с переключателем для измерения фазных или линейных напряжений Uном+20%;

в) частотомер (допускается применение сдвоенного частотомера для параллельно работающих генераторов fном±10%);

г) ваттметр Рном+30% -15%

В цепях ответственных потребителей с током от 20 А и более - рулевое устройство, брашпиль, шпиль, пожарный насос, трансформатор - ставят отдельные амперметры. Эти амперметры допускается устанавливать на ГРЩ или у постов управления.

Для синхронизации генераторов на панели управления ГРЩ размещают синхроноскоп вместе с вольтметром, частотомером с переключателями. Выбор электроизмерительных приборов [2, стр 34-36] оформим в виде таблицы 2.3

Для панели управления

Для генераторной панели

Для панели питания с берега

Для панели потребителей

Схемы включения приборов.

2.6 Выбор измерительных трансформаторов

Трансформаторы тока выбираем по номинальному току и напряжению с последующей проверкой соответствия его нагрузки заданному классу точности. Условия выбора ИТТ: ; ; , где

-рабочий ток в цепи;  - рабочее напряжение в цепи;  - мощность нагрузки вторичной цепи.

Нагрузка трансформатора тока:

,

Где  - сопротивление контактов;

 - сопротивление проводов, где  - удельное сопротивление меди; Т - температура окружающей среды, Т=45 оС;

 - длина проводов в один конец,  =5м; k=2 - коэффициент при установке трансформатора в каждую из трех фаз; S=2,5мм2 - сечение провода; ;  - мощность потребляемая токовой обмоткой прибора. Выбор трансформаторов тока [2, табл.3.22] сводим в таблицу 2.4

Выбор трансформаторов тока Таблица 2.4

Выбор измерительных трансформаторов напряжения (ИТН)

ИТН выбираем для вольтметров: генераторных панелей, панели ПБ, сети 220В, мегомметра.

На судах применяются ИТН типа ОСС - 0,16, понижающие напряжение с 380 до 127 В, номинальная мощность 160 ВА. Класс точности 1. С первичной и вторичной стороны ИТН защищают предохранителями. ИТН проверяют по условию работы в заданном классе точности.

Выбираем 8 измерительных ТН ОСС-0,16 для 4-и генераторов.

Выбор ИТН Таблица 2.5

3. Проверка оборудования электроэнергетической установки на работоспособность в условиях короткого замыкания

3.1 Расчет токов короткого замыкания

Расчетным видом КЗ при проверке оборудования является трехфазное металлическое короткое замыкание.

В качестве расчетного режима принимаем режим работы СЭС при котором работает наибольшее количество источников и приемников электроэнергии и возможны наибольшие токи КЗ.

Используя схему СЭС составляем однолинейную расчетную схему.

На основании расчетной схемы составляется схема замещения для каждой точки КЗ, получаемая путем замены элементов расчетной схемы их активными и индуктивными сопротивлениями.

Дальнейшие расчеты ведем в относительных единицах, поэтому введем базисные величины:

Базисное напряжение: ;

Базисная мощность: ;

Базисный ток: ;

Базисное сопротивление элемента: .

Далее определяем сопротивление элементов схемы, используя справочные материалы, приведенные в таблицах. Пренебрегаем сопротивлением трансформаторов, шин и автоматических выключателей.

Асинхронную нагрузку СЭС показываем на схеме замещения в виде эквивалентного АД, подключенного к шинам ГРЩ. Мощность эквивалентного двигателя:

Расчет сопротивлений цепи генератора.

Сопротивление кабеля генератора:

Сопротивление кабельных наконечников.

Токовая обмотка трансформатора фазового компаудирования:

Электродвижущая сила ЭД

3.1.1 Расчёт токов К.З. для точки К1 на фидере генератора

Сопротивление кабеля генератора:

При 2-х параллельно работающих генераторах с одинаковым отношением XG/RG

Условные сопротивления:

Действующие значения сверхпереходных токов:

Ударный ток КЗ:

3.1.2 Расчёт токов К.З. для точки К2 на шинах ГРЩ

При К.З. на шинах =0

Сопротивление кабеля генератора:

При 3-х параллельно работающих генераторов с одинаковым отношением XG/RG

Условные сопротивления:

Действующие значения сверхпереходных токов:

Ударный ток КЗ:

3.1.3 Расчёт токов К.З. для точки К3 на фидере РЩ6

Необходимо учесть сопротивление дуги: RД= Ом [2, табл.3.7]. Контактным сопротивлением перехода шина - кабельный наконечник пренебрегаем.

Условные сопротивления:

Действующие значения сверхпереходных токов:

Ударный ток КЗ:

3.2 Проверка коммутационно - защитной аппаратуры

Выключатели, выбранные по номинальным данным, проверяем на включающую способность по условию: , где  - наибольшее мгновенное значение тока КЗ выключателя, выбираемое из справочника.

АВ генератора: iу доп=110 кА

iу=14,25 кА

Секционные выключатели: iу доп. =110 кА

iу=31,65 кА

АВ РЩ6 компрессор ГСУ: iу доп=75 кА

iу=1,29 кА

Все выбранные аппараты удовлетворяют условию проверки.

3.3 Проверка шин ГРЩ

Проверяем шины ГРЩ на динамическую стойкость по условию:

, где

 - допустимое напряжение в материале медных шин;

 - расчетное напряжение в материале шин;

 - максимальный изгибающий момент;

 - момент сопротивления сечения шины относительной оси;

h=80 мм - высота шины;

b=8 мм -ширина шины;

а=0,04 м;

=1 м - расстояние между опорами;

Коэффициент формы определяется из [3,рис.10.23]

; Тогда ;

;

; ; ;

Расчетное максимальное напряжение меньше допустимого: .

3.4 Проверка измерительных трансформаторов тока

ИТТ проверяем на динамическую стойкость при прохождении тока КЗ по условию: , где  для трансформаторов типа ТШС

Проведём проверку ИТТ амперметра генератора ;

;   - условие выполнено.

4. Определение изменения напряжения при пуске двигателя

Изменение напряжения в сети, возникающее при пуске мощного асинхронного двигателя, не должно приводить к уменьшению напряжения на клеммах приемников электроэнергии более, чем на 35%. Это требование выполняется если изменение U на шинах ГРЩ не превышает 20%. Для расчета первоначального провала напряжения будем применять графический метод расчета. Рассчитывая величину изменения напряжения, выбираем электропривод компрессора главной силовой установки, пуск которого вызовет наибольшее изменение напряжения.

КПД и номинальный коэффициент мощности АД: ; ;

Сопротивление двигателя при пуске в о. е.:

; ;

где  - кратность пускового тока, ;

 - коэффициент мощности АД при пуске;

 - полная мощность генератора;

 - мощность электродвигателя;

L=105 м - длина кабеля.

 Ом;  Ом;

Определяем сопротивление кабеля от ГРЩ до двигателя:

;

;

Определяем результирующие сопротивление и проводимость цепи в о. е.:

; ;

;

;

4.1 Графический метод расчета

Полная проводимость цепи двигателя, о. е.

;

 находим по графику 14 [2, стр.59] =9,5% Величина не превышает допустимую величину (20%).

4.2 Аналитический метод расчета

5. Выбор средств автоматизации электростанции

Средства автоматизации СЭС современных судов обеспечивают регулирование напряжения и частоты, синхронизацию, распределение активных и реактивных нагрузок между генераторами, разгрузку генераторов при перегрузке, защиту от обрыва фазы и понижения напряжения, защиту от токов КЗ и работы в двигательном режиме.

В соответствии с Правилами Регистра (Правила классификации и постройки морских судов Т.2 ч. ХI-505 стр):

1. Технические свойства судовой электростанции должны обеспечивать непрерывность питания электроэнергией согласно требованиям:

на судах, на которых нормальное снабжение электрической энергией обеспечивается двумя и более генераторами, работающими параллельно, следует применять средства, не допускающие при аварии перегрузки одного из генераторов, оставшихся для сохранения хода, управляемости и безопасности судна.

2. При восстановлении напряжения судовой сети после обесточивания включение ответственных механизмов, необходимых для управления судном, должно осуществляться автоматически по заданной программе, причем не должна возникать перегрузка сети.

3. В тех случаях, когда при снижении нагрузки электростанции предусматривается автоматическое отключение агрегатов, необходимо, чтобы оно не происходило также и при кратковременных колебаниях нагрузки.

4. Приводные механизмы генераторов с автоматическим пуском должны быть подготовлены к немедленному пуску.

5. Если предусматривается автоматический пуск находящихся в резерве ГА при перегрузке работающих, должно обеспечиваться следующее:

автоматическая синхронизация и подключение.

автоматическое распределение нагрузки.

предварительный выбор очередности пуска агрегатов и их подключение к сборным шинам ГРЩ.

6. Автоматизированные СЭС должны обеспечивать автоматическое или дистанционное включение электрических агрегатов с автоматической синхронизацией, принятием нагрузки и автоматическим распределением нагрузки.

Согласно 1 пункту произведем группировку менее ответственных потребителей по двум ступеням, подлежащим отключению при перегрузке генератора в случае их параллельной работы и отказе одного ГА. В ходовом режиме Рпотр. сетью=1324 кВт, Рген. =400 кВт;

Рс-Рген. = 492,08-400=92,08 кВт

1 ступень - 10% Рген=40 кВт,

2 ступень - 52,8 кВт.

1 ступень.

2 ступень.

6. Конструктивная разработка ГРЩ электростанции

При конструктивной разработке ГРЩ исходными данными являются выбранная схема коммутации и оборудования ГРЩ с учётом распределения фидеров по секциям сборных шин ГРЩ.

Список литературы

1.                 Справочник судового электромеханика / Под ред. Г.И. Китаенко: В 3 т. - Л.: Судостроение, 1980. - Т.1. - 923 с.

2.                 Методические указания к курсовому проектированию для курсантов 4-го курса и студентов заочного обучения ЭМФ / Л.А. Лёмин, А.А. Пруссаков - Санкт-Петербург, 2004 - 72 с.

3.                 Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: Учеб. для вузов. - М.: Транспорт, 1988. - 328 с.

Страницы: 1, 2