Разработка схемы генерирования и распределения электроэнергии при проектировании СЭЭС является одной из основных и трудоёмких задач.

Предъявляют следующие требования:

- бесперебойное снабжение ответственных потребителей электрической энергии в необходимом количестве и нужного качества во всех эксплуатационных режимах работы судна;

- манёвренное управление электроснабжением приемников в нормальных и

аварийных режимах функционирования СЭС;

- равномерное распределение нагрузки между ГА;

- защита элементов и участков судовой сети от к.з., перегрузок и недопустимого

снижения напряжения;

- возможность проведения текущего ремонта и отключения отдельных секций ГРЩ за счет секционирования шин.

Для электроснабжения судна с берега необходимо предусмотреть кабельную линию. Связывающую ГРЩ с щитом приема с берега (ЩПБ).

Распределение и передачу электроэнергии на судах осуществляется с помощью электрических сетей. Силовые сети бывают следующих типов:

- фидерная;

- магистральная;

- магистрально-фидерная.

Выбор типа силовой сети зависит от назначения судна, мощности его СЭС, а также от количества и расположения ПЭ. При разработке схемы распределения электроэнергии за основу возьмем фидерную сеть, так как она обладает высокой надежностью при питании ПЭ (при выходе из строя отдельного фидера не нарушается питание остальных потребителей). При использовании фидерной сети наиболее ответственные ПЭ получают питание от ГРЩ по отдельным фидерам, а

остальные - от РЩ, питающихся по фидерам от ГРЩ.

 

При разработке схемы следует обратить внимание на требование к надежности снабжения ПЭ в зависимости от степени их ответственности. Все ПЭ по степени ответственности разбиты на 3 категории:

- к первой категории следует отнести ПЭ, от которых зависит безопасность мореплавания: рулевое устройство, радиостанция, навигационные приборы, сигнально-отличительные огни, аварийное освещение, авральная и другие виды сигнализации, аварийный пожарный и осу­шительный насосы…В виду большой ответственности ПЭ первой категории питание их должно обеспечиваться от двух независимых источников основной и аварийной ЭС. При этом перерыв в питании для этой категории ПЭ разрешается лишь на время запуска аварий­ного источника электроэнергии и не должна быть более 10 с;

- к ПЭ второй категории относятся механизмы, от которых зависит движение судна, управление им сохранность груза и работа ГЭУ: масляные, топливные и охлаждающие на­сосы, сепараторы топлива и масла, компрессоры пускового воздуха, основные пожарные и водоотливные насосы и др. Все перечисленные механизмы должны иметь 50 или 100%-ный резерв мощности;

- к третьей категории относят группу малоответственных ПЭ механизмы камбуза,

систе­ма кондиционирования воздуха, бытовая и трюмовая вентиляция, мастерская, нагреватель­ные устройства и др. Для этой группы ПЭ возможен перерыв питания

на время перегрузки генераторов ЭС, ликвидации аварий, ремонта линий…

1.5 Расчет и выбор сечения кабелей судовой сети и шин распределительных устройств

 

Процесс короткого замыкания – сложное явление, которое ввиду малых длин

электрических связей в СЭЭС чаще всего затрагивает значительную часть оборудования судна. Длительность короткого замыкания мала и обычно не превышает 1 с. Знание возможных токов КЗ обеспечивает при проектировании и эксплуатации СЭЭС и их отдельных элементов решение следующих задач: выбор нормального напряжения, выбор схемы СЭЭС, разработку и настройку защиты СЭЭС, выбор режимов использования СЭЭС, и многие другие. На схеме обозначены: G1, G5 - валогенераторы, G2,G3,G4 – вспомогательные дизель-генераторы, G6 – аварийный дизель-генератор. Принципиальная электрическая схема ГРЩ изображена на чертеже ДП.180404.65.04.Э3

Расчет кабеля производится исходя из допустимой плотности тока на 1 мм² сечения меди провода, температуры окружающей среды и условий прокладки кабеля. Рассматриваемый участок кабельной сети приведён рис. 1.1

 

СГ - генератор мощностью 200 кВт;

П1 – кабельная лебёдка мощностью 10 кВт;

П2, П3, П4 – насосы мощностью 4,5 кВт холодильной установки.

Рисунок 1.1 - Рассматриваемый участок кабельной сети

 

На схеме генерирования и распределения электроэнергии выбирается участок кабельной сети; по заданным значениям мощности ПЭ (таблица нагрузок) определяются расчетные токи кабелей судовой сети на участках от генератора до ГРЩ; от ГРЩ до РЩ и от РЩ до ПЭ. Ток запасных ответвлений от РЩ рекомендуется выбирать равным току, потребляемому наиболее мощным ПЭ, подключенным к рассматриваемому щиту. В качестве расчетной выберем часть сети приведенной на рис.1.1

 

 

Расчетный ток рассчитывается по формуле:

(1.13)

Если условия работы кабеля КНР отличаются от указанных в нормах

электрических нагрузок на кабели, то сечение кабеля выбирается по эквивалентному току:

 

(1.14)

где I_РАСЧ. – расчетный ток длительно работающего кабеля при его одиночной прокладке, А;

α – коэффициент, зависящий от способа прокладки кабеля (α=0,9);

β– коэффициент, зависящий от времени работы кабеля в сутки (β=0,7);

К₁– коэффициент, учитывающий температуру токопроводящей жилы (К₁=1);

К₂ - коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды (К₂=0,8);

К₃ - коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения кабелей, проложенных в трубе или кожухе длиной более 2м (К₃=0,8).

Сечение кабеля из-за сложности монтажных работ не рекомендуется брать более 240 мм². Если требуется большее сечение, то лучше взять несколько кабелей, проложенных параллельно. В этом случае необходимо учитывать пучковость их прокладки.

Определим значение тока на участке от СГ до ГРЩ:

А

А

Определим значение тока на участке от ГРЩ до отдельного потребителя (П1):

А

А

Определим значение тока на участке от РЩ до отдельных потребителей (П2, П3, П4)

А

А

Определим значение тока на участке от ГРЩ до РЩ, учитывая коэффициент одновременности K_о равный 0,75:

(1.15)

А

где активная и реактивная составляющая токов приемников:

(1.16)

А

(1.17)

А

А

По полученным значениям эквивалентных токов определяем параметры соединительных кабелей. Полученные данные сводим в табл. 1.1.

Сечение шин ГРЩ определяется по максимальному длительно протекающему по шинам току I_ш. Учитывая, что генераторные шины при раздельной работе должны быть загружены примерно одинаково, сечение шины ГРЩ выбирают из условия, учитывая ток синхронного генератора и коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки шин по длине К_НН (в рассматриваемом случае равен 1,15):

(1.18)

А

 

Таблица 1.1 - Данные расчета значений токов и выбора соединительных кабелей

Участок сети	СГ - ГРЩ	ГРЩ - П1	ГРЩ - РЩ	РЩ – П2	РЩ– П3	РЩ– П4
Расчетный ток	А		17,54	22,44	10,2	10,2	10,2
Эквивалентный ток	А		15,24	22,09
Сечение кабеля	мм2	3(3´185)	3´50	3´2,5	3´1,5	3´1,5	3´1,5
Марка кабеля	КНР	КНР	КНР	КНР	КНР	КНР

 

По полученному значению тока определяем параметры шин ГРЩ:

- малая сторона шины – 8 мм;

- большая сторона шины – 80 мм.

На основании выбранных сечений кабелей известных длин участков сети определяются потери напряжения от генератора до ГРЩ и от ГРЩ до отдельных приемников электроэнергии:

(1.19)

Определим значение потери напряжения на участке от ГРЩ до отдельного потребителя П1:

Определим значение потери напряжения на участке от РЩ до отдельного потребителя П2:

Определим значение потери напряжения на участке от РЩ до отдельного потребителя П3:

 

Определим значение потери напряжения на участке от РЩ до отдельного потребителя П4:

Определим значение потери напряжения на участке от ГРЩ до РЩ:

Определим значение потери напряжения на участке от генератора СГ до ГРЩ:

Определим суммарное значение потери напряжения на участке от ГРЩ до П2, П3,П4:

Согласно установленным нормам, потеря напряжения в сетях переменного тока от ГРЩ до ПЭ при номинальной нагрузке не должна превышать для силовой сети 7% от номинального, для осветительной сети – 5% от номинального, а для механизмов, работающих в кратковременных и повторно-кратковременных режимах независимо от номинального напряжения – 10%. Потери напряжения на кабелях, соединяющих генераторы с ГРЩ, не должны превышать 1%.

 

1.6 Выбор коммутационно-защитной аппаратуры

 

На судах возможны различного рода повреждения как отдельных элементов,

так и сетей судовой электростанции. Эти повреждения могут привести к возникновению аварийных, связанных с КЗ, перегрузками в электрических сетях.

В настоящее время широко распространен способ защиты оборудования и участков сети автоматическими выключателями. Защита с помощью АВ основана на

том, что в электрическую цепь, которая защищается выключателем, последовательно вводится контакты, рассчитанные на номинальный ток защищаемой цепи. При возникновении аварийного режима контакты АВ размыкаются вследствие воздействия на них электрических или тепловых расцепителей.

Выбор АВ производится по техническим условиям на их поставку, каталогам и справочникам. При выборе автоматических выключателей вначале выбирают номинальный ток расцепителей, а затем номинальный ток автомата (допускается некоторое превышение тока расцепителей I_{ном.расц}, над значением токов питающих линий I_{ном.пин}. Номинальный ток расцетителей выбирают из условия I_{ном.расц} ≥ I_{ном.пин.)}

Затем необходимо выбрать соответствующие уставки расцепителей в зоне КЗ во избежание ложных срабатываний автоматов мгновенного действия при пуске электродвигателей:

(1.20)

где - ток установки автомата, то есть ток срабатывания автомата в зоне КЗ, А;

- коэффициент кратности пускового тока;

- коэффициент запаса;

- номинальный ток двигателя, А.

Избирательность (селективность) действия защиты в зоне КЗ обеспечивает введением выдержек времени на срабатывание в зоне КЗ.

Уставки выключателей по времени их срабатывания должны возрастать в следующей последовательности: индивидуальная защита потребителей, групповая защита, фидерный выключатель ГРЩ, секционный выключатель, выключатели источников. По возможности необходимо использовать выдержку времени не более 0,3…0,5 с. во избежание значительного разрушения оборудования электрической дугой.

Для участка СГ – шины ГРЩ расчётный ток 438А: максимальный номинальный ток (установочный габарит)1100А; номинальная предельная отключающая способность – 80 кА; номинальная рабочая отключающая способность – 80 кА; номинальная включающая способность (на кз) – 100 кА; время отключения – 8 мс; механическая износостойкость – 10000 циклов; электрическая износостойкость 3000 циклов.

Для участка ГРЩ – П1 расчётный ток 17,54А: максимальный номинальный ток (установочный габарит)-25 А; уставка по току срабатывания электромагнитного расцепитиля - 10In; номинальная рабочая наибольшая отключающая способность –

10кА; номинальная предельная наибольшая отключающая способность – 4,5кА; механическая износостойкость – 20000 циклов; электрическая износостойкость – 6000 циклов.

Для участка ГРЩ – РЩ расчётный ток 22,44 А: максимальный номинальный ток (установочный габарит) –25 А; номинальная рабочая наибольшая отключающая способность – 4,5 кА; номинальная предельная наибольшая отключающая способность – 4,5 кА; механическая износостойкость – 20000 циклов; электрическая износостойкость – 6000 циклов.

Для участков РЩ – П2, РЩ – П3, РЩ – П4 расчётный ток 10,2 А: максимальный номинальный ток (установочный габарит) – 13 А; номинальная рабочая наибольшая отключающая способность – 4,5 кА; номинальная предельная наибольшая отключающая способность – 4,5 кА; механическая износостойкость – 20000 циклов; электрическая износостойкость – 6000 циклов.

1.7 Проверка правильности выбора коммутационно-защитной аппаратуры и шин распределительных устройств по режиму короткого замыкания

 

Проверку правильности выбора коммутационно-защитной аппаратуры и шин

распределительных устройств по режиму КЗ произведем на участке схемы показанному на рис. 1.2

 

 

Рисунок 1.2 - Рассматриваемый участок кабельной сети

 

Исходные данные для расчета:

Генератор: активная мощность Р_ном.г - 200 кВт; напряжение U_ном.г - 390 В; ток I_ном.г - 410 А

Электродвигатель: ток I_экв.д – 15,24 А; ЭДС электродвигателя E_д - 0,9 о.е.; полное сопротивление Z_д - 0,2 о.е.

Сопротивления:

кабель (1 м.): реактивное X_K.: 0,000118 Ом; индуктивное X_L.: 0,00073 Ом; автоматический выключатель: реактивное X_АВ: 0,00005 Ом; индуктивное X_L: 0,00006Ом.

Проверка правильности выбора коммутационно-защитной аппаратуры и шин распределительных устройств по режиму КЗ на участке 1-1¢:

Определим активное R_1-1¢ и реактивное X_1-1¢ сопротивления на участке, учитывая сопротивление кабельных наконечников R_н равное 0,00064:

(1.21)

Ом

(1.22)

Ом

Определим активное R_{расч1-1¢} и реактивное X_{расч1-1¢} сопротивления на участке с учетом активного R_а и реактивное X_d сопротивления генератора:

(1.23)

Ом

(1.24)

Ом

Определим расчетные активное R_{расч1-1¢} и реактивное X_{расч1-1¢} сопротивления (в о.е.):

(1.25)

о.е.

(1.26)

о.е.

 

Определим полное сопротивление на участке Z_{расч1-1¢}:

 

(1.27)

o.e.

Определим отношение расчетного индуктивного сопротивления к расчетному активному:

Ударный коэффициент определяем по зависимости

Определим ударный ток КЗ в точке 1 без учета подпитки от ЭД I_уд:

(1.28)

 

 

Определим кратность тока I_q:

(1.29)

о.е.

 

Определим значение ударного тока подпитки от электродвигателя :

(1.30)

А

Определим ударный ток КЗ в точке 1¢ с учетом тока подпитки от электродвигателя :

(1.31)

А

Проверка правильности выбора коммутационно-защитной аппаратуры и шин распределительных устройств по режиму КЗ на участке 1-3¢:

Определим активное R_1-3¢ и реактивное X_1-3¢ сопротивления на участке, учитывая сопротивление шины R_ш равное 0,000072:

(1.32)

(1.33)

Определим расчетные активное R_{расч1-3¢} и реактивное X_{расч1-3¢} сопротивления (в о.е.):

(1.34)

 

 

(1.35)

 

 

Определим полное сопротивление на участке Z_{расч1-3¢}:

(1.36)

о.е.

Определим отношение расчетного индуктивного сопротивления к расчетному активному:

Ударный коэффициент определяем по зависимости:

Определим ударный ток КЗ в точке 3 без учета подпитки от ЭД i:

(1.37)

 

 

Определим падение напряжения в цепи от шин ГРЩ до точки 3 DU₂:

(1.38)

 

 

Определим ток подпитки от электродвигателя при КЗ в точке 3:

 

(1.39)

 

А

Определим ударный ток КЗ в точке 3 с учетом тока подпитки от электродвигателя:

(1.40)

В результате расчета получены следующие значения ударных токов КЗ:

- в цепи генератора при КЗ на шинах ГРЩ в точке 1¢ с учетом тока подпитки от ЭД:

- в цепи фидера 1-3` на расстоянии 5 м от РЩ в точке 3’ с учетом тока подпитки от ЭД:

Проанализировав полученные данные можно прийти к выводу, что выбранные аппараты защиты удовлетворяют требованиям в отноше­нии допустимых ударных токов КЗ.

 

1.8 Проверка правильности выбора шин распределительных устройств

 

Шины распределительных устройств должны быть проверены по условиям КЗ на электродинамическую и термическую устойчивость. Проверка шин на электродинамическую устойчивость сводится к механическому расчету шин на изгиб. Рассчитывается средняя ши­на, которая находится при трехфазном КЗ в наиболее тяжелых условиях.

Максимальное расчетное напряжение шины при расположении шин на ребро при числе пролетов больше двух:

(1.41)

где i_уд – расчетное значение ударного тока КЗ, кА;

а – расстояние между осями шин, см;

b – толщина шины, см;

1 – расстояние между точками крепления шин, см;

h – высота шины, см;

К_ф – коэффициент формы шин.

 

Подставив данные, выбранных при проектировании шин:

а = 30 см; b = 0,8 см; l = 1,5 см; c = 8 см; К_ф = 0,59,

получим:

s = 1791,8 Н/м²

Сравним максимальное расчетное напряжение в шине s_расч с максимально допусти­мым s_доп = 140´10⁴ Н/м², при этом должно соблюдаться условие s_расч £ s_доп.

По полученным результатам расчета видно, что выбор шин распределительных устройств произведен верно.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: