(30)
где Qсреды – температура окружающей среды;
900 – максимально допустимая длительная температура нагрева шин.
По расчетному току выбираем сечение шин по таблицам допустимых норм нагрузки на медные шины [2].
Расчетные значения токов кабелей, их марки и сечения заносим в таблицу «РЩ».
8.4 Заполнение таблицы «РЩ»
В таблице «РЩ» выполняем следующее:
- Указываем название рассчитываемого щита (РЩ);
- В столбец «Наименование потребителя/фидера» вводим наименование потребителей, получающих питание от данного щита (Рулевая машина);
- В столбце «Номер фидера» указываем номера фидеров питания потребителей в соответствии с нумерацией на однолинейной схеме коммутации ГРЩ (17);
- В столбце «Номер автомата» указываем номера автоматов фидеров питания потребителей в соответствии с нумерацией на однолинейной схеме коммутации ГРЩ (QF11);
- В столбце «Номинальная мощность» указываем соответствующие номинальные мощности потребителей (13кВт);
- В столбце «Напряжение сети/генератора» указываем напряжение питающей сети (380В);
- В столбец «Номинальный КПД» вводим соответствующие значения для потребителей (87,5);
- В столбец «Номинальный коэффициент мощности» вводим соответствующие значения для потребителей (0,89);
- Для потребителей, в соответствующих столбцах, указываем коэффициент загрузки самого напряженного режима работы (0,92) и номинальный ток (22,19 А);
- В столбец «Коэффициент уменьшения допустимой нагрузки кабеля» вводим соответствующие значения коэффициента для потребителей (0,8);
- В столбец «Коэффициент, учитывающий число часов работы кабеля» вводим соответствующее значение (1,0);
- В столбце «Режим работы кабеля» указано условное обозначение режима работы кабеля, П – продолжительный, К – кратковременный, ПВ – повторно-кратковременный;
- Указываем тип и сечение кабеля в соответствующем столбце (КНРП 3´4);
- Для потребителей указываем значение коэффициента апериодической составляющей пускового тока в соответствующем столбце (1,3);
- В столбец «Минусовой допуск на ток срабатывания в зоне КЗ» вводим соответствующие значения для потребителей (для рулевой машины: 0,1);
- Во все оставшиеся незаполненными ячейки заполняем символом «-».
- Потери напряжения на кабеле рассчитываются автоматически.
9. Выбор аппаратуры защиты
Электрические сети во всех ответвлениях имеют защиту от К.З. и перегрузки. Защита от перегрузки не требуется для фидеров питания приемников, имеющих защиту от перегрузки, для фидеров питания некоторых ответственных приемников (рулевое устройство, электроприводы палубных механизмов и др.), а также для фидеров питания распредустройств и перемычек, если питаемые по этим фидерам приемники имеют индивидуальные устройства защиты от перегрузки.
Защита от К.З. осуществляется максимальными расцепителями тока, встроенными в автоматические выключатели, или предохранителями.
Автоматические выключатели или аппараты СЭС выбираются по условиям длительной работы в номинальном эксплуатационном режиме и проверяются по токам короткого замыкания.
Выбор аппаратуры заключается в сравнении напряжения и наибольшего длительного рабочего тока той цепи, где предполагается установить данный аппарат, с номинальным рабочим напряжением и током.
Если аппарат предназначается для работы при температуре, превосходящей расчетную, то величина длительного рабочего тока аппарата должна быть уменьшена до значения, рекомендуемого приближенной формулой
(31)
Выбор автоматических выключателей производят исходя из величины номинального напряжения и номинального тока защищаемой цепи Iраб. При этом номинальный ток максимального расцепителя Iн.р. выключателя должен удовлетворять неравенству:
IН.Р. ³ IРаб(32)
Для генераторных автоматов величина Iраб. равна номинальному току генератора Iн.г.
Для секционных автоматических выключателей величина Iраб. рассчитывается по значению мощности, передаваемой через этот выключатель в наиболее тяжелом эксплуатационном режиме.
Приближенно эта величина определяется по формуле:
Iраб = 1,15 Iном (33)
Типы, типоисполнения и значения номинальных токов максимальных расцепителей выбранных АВВ вносим в соответствующие графы таблицы рабочего листа «РЩ».
9.1 Выбор уставок выключателей на ток срабатывания в зоне К.З.
Уставку на ток срабатывания в зоне К.З. выключателей питания электродвигателей выбираем из условия отстройки от ложных срабатываний при пуске электродвигателей по формуле:
(34)
где К ср.н. – уставка на ток срабатывания в зоне К.З. выключателя по ТУ;
К над. = 1,05 – коэффициент надежности;
К доп. = 1,15 – коэффициент, учитывающий плюсовой допуск на величину пускового тока электродвигателя;
К пуск. – кратность пускового тока электродвигателя по ТУ;
Ка – коэффициент, учитывающий величину апериодической составляющей пускового тока (К а=1,3 для систем переменного тока);
d i – минусовой допуск на ток срабатывания выключателя в зоне К.З. Для автоматов типа АК – 50 di = 0,1. Для автоматов типа А – 3000 di = 0,15;
I н.дв. – номинальный ток двигателя;
I н.р.– номинальный ток расцепителя выключателя.
(для рулевой машины)
Принимаем стандартную для А3700 уставку (КСР) = 9
Уставку на ток срабатывания в зоне К.З. генераторных и секционных выключателей, а также выключателей перемычек следует выбирать из условия отстройки указанных выключателей от ложных срабатываний при пусках электродвигателей, синхронизации, переключении нагрузки с одного источника на другой.
Для отстройки секционных и генераторных АВВ, уставку на срабатывание следует принимать в пределах .
Если требуется защитить фидер от тока перегрузки, выбираем выключатель с комбинированным расцепителем.
10 Проверка электрооборудования по режиму короткого замыкания
10.1 Расчет токов К.З.
Расчет токов К.З в судовой электроэнергетической системе выполняется для проверки сборных шин, автоматических выключателей и кабелей некоторых особо ответственных потребителей на устойчивость к действию токов к.з.
Расчет выполняется для наиболее вероятных в судовых САЭЭС и наиболее тяжелых для электрических аппаратов режимов к.з. – глухого трехфазного. Расчет ведется в следующей последовательности:
1.Составление исходной однолинейной схемы фрагмента электроэнергетической системы;
2.Выбор расчетных точек к.з. на этой схеме;
3.Составление расчетной схемы для определения токов к.з.
4.Преобразование расчетной схемы к простейшему виду относительно каждой принятой для расчета точки к.з.
5.Нахождение результирующего (эквивалентного) сопротивления для определения тока к.з.
6.Определение действующего значения периодической составляющей тока к.з. в различные моменты времени по расчетным кривым.
Расчет токов к.з. начинается с составления фрагмента исходной однолинейной схемы электроэнергетической системы, содержащей номинальные параметры всех входящих в нее элементов, а так же предполагаемые для расчета точки К.З. Фрагмент включает в себя все работающие генераторы (исключая резервный), сборные шины и отходящие фидеры.
Составляем схему замещения, содержащую сопротивления всех элементов, входящих в расчетную схему. При этом сопротивления выражаем в относительных единицах по отношению к принятым в расчете базисным условиям.
Базисный ток: (35)
где SБ – мощность всех работающих генераторов кроме резервного.
Величины активных и индуктивных сопротивлений приводятся к базисным величинам:
;
.
Производим преобразование схемы замещения с определением полных (rр и хр) и результирующего сопротивления.
(36)
С помощью расчетных кривых, приведенных на рис.10.3[2] для ранее рассчитанного эквивалентного сопротивления определяется действующее значение тока К.З. для моментов времени t=0 и t=0.01.
Затем находится ударный коэффициент КУД по кривой рис.10.4 [2], и затем ударный ток К.З., посылаемый генераторами, и после определения остаточного напряжения на шинах ГРЩ определяется значения тока подпитки двигателей.
(37)
где ЕДВ = 0,9 – ЭДС эквивалентного электродвигателя в момент К.З.
Z = 0,266 – Сопротивление двигателя и кабеля, соединяющего двигатель с ГРЩ.
DU = I0 ZКАБ – изменение напряжения от ГРЩ до эквивалентного АД.
ZКАБ – полное сопротивление кабеля, отходящего от ГРЩ.
ударный ток К.З., посылаемый генераторами с учетом тока подпитки двигателей:
(38)
Действующее значение тока К.З. определяется:
(39)
Результаты расчетов эквивалентных сопротивлений сводятся в таблицу «Токи КЗ».
10.2 Проверка автоматических выключателей по предельным токам к.з
По предельным токам к.з. автоматические выключатели проверяются на коммутационную способность и термическую стойкость.
Селективные автоматы проверяются по условиям:
- на динамическую стойкость iуд.расч. < iуд.доп.;
- на разрывную способность Iрасч. < Iдоп,
где i уд. расч. – расчетный ударный ток к.з. для точки, выбранной с целью проверки селективного автомата;
iуд.доп. – допустимое значение ударного тока к.з. автомата
Iрасч. – расчетное действующее значение тока в момент размыкания дугогасительных контактов автомата;
Iдоп.– допустимое действующее значение тока автомата в момент размыкания дугогасительных контактов
– на термическую стойкость по условию I2Ґ tф < (I2 t)доп.,
где IҐ – установившийся ток к.з.;
t ф – фиктивное время к.з.;
I2Ґ tф – расчетное значение величины, характеризующей термическое действие тока К.З. за время, равное уставке на срабатывание при к.з. для селективного автомата.
(I2 t)доп. – термическая устойчивость по техническим условиям.
Сетевые (установочные) автоматические выключатели и предохранители проверяются только на динамическую стойкость по ударному току к.з.
10.3 Проверка шин на электродинамическую устойчивость
В распределительных щитах САЭЭС применяются медные шины, поскольку алюминиевые имеют низкую механическую прочность и высокую пожароопасность из-за чрезмерного нагрева контактных соединений.
Проверка шин на электродинамическую устойчивость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, возникающим при токах К.З. для выполнения этого условия необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых значений.
Максимальное расчетное напряжение в шине определяется: sрасч = М/W,
где W – момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы;
М – максимальный изгибающий момент.
(40)
где К = 1,76 – для трехфазного К.З. переменного тока;
КФ = 0,85 – коэффициент, учитывающий форму сечения шин, определяется по рис.8.3[2].
l – длина пролета;
a – расстояние между осями;
b, h – размеры шин.
Расчетное напряжение шин не должно превышать допустимое:
sрасч £ sдоп.
Допустимое напряжение для медных шин равно 14000 Н/см2.
Для выбранных в проекте шин sрасч = 3904 Н/см2 £ sдоп = 14000 Н/см2.
Условия электродинамической устойчивости выполняются.
11. Расчет провалов напряжения
К генераторам переменного тока предъявляются требования по обеспечению поддержания напряжения при сбросе и набросе нагрузки и, особенно, при пуске мощных короткозамкнутых асинхронных двигателей.
Максимальные провалы напряжения ожидаются при прямом пуске самого мощного АД, когда в работе находится один генератор. Для определения величины провала напряжения применяется метод расчетных кривых токов К.З.
Данным методом рассчитывается провал напряжения для каждого последующего момента времени с момента пуска АД. Точность расчета соблюдается в пределах с момента пуска t = 0 до t = 0,5 с. Для последующих моментов времени пуска существенно изменится величина скольжения АД и соответственно его полное сопротивление.
Записываются следующие данные генератора и двигателя:
- полная мощность генератора Sг,
- номинальное напряжение генератора Uг
- мощность двигателя на валу Pдв,
- пусковой коэффициент Кпуск,
- коэффициент мощности двигателя при пуске cosjпуск,
- коэффициент мощности двигателя номинальный cosjном,
- длина кабеля от шин ГРЩ до двигателя и его сечение Lкаб и Sкаб.
Порядок расчета:
1. Определяется полная номинальная мощность двигателя:
Sдв=Pдв/cosjном,
2. Находится полное сопротивление двигателя в относительных единицах к моменту запуска:
Z*дв=1/Кпуск,
Пусковой коэффициент выбирается по каталожным данным двигателя (пределах 5¸7).
3. Находится активное и индуктивное сопротивление АД в относительных единицах:
r1*дв=Z*дв*cosjпуск,
х1*дв=Z*дв*sinjпуск.
Далее эти сопротивления выражаются в относительных единицах системы
r*дв=r1*дв*Sг/Sдв,
х*дв=х1*дв*Sг/Sдв.
4. Полное расчетное сопротивление включает в себя сопротивления от генератора до шин ГРЩ (r*, x*), сопротивления участка от шин ГРЩ до АД (r*y, x*y), сопротивления самого АД в момент пуска (r*дв, х*дв):
Z*пол.расч.=[(r*+r*у+r*дв)2+(х*+х*у+х*дв)2]1/2
5. С помощью расчетных кривых токов к.з. для генератора находится действующее значение периодической составляющей тока I*пер для рассчитанного значения Z*пол.расч в разные моменты времени от t = 0 до t = 0,5 с.
6. Определяется полное сопротивление участка от шин ГРЩ до АД, включая сопротивление АД:
Z*дв.рас=[(r*у+r*дв)2+(х*у+х*дв)2]1/2
7. Напряжение на шинах в относительных единицах определяется как произведение U*ш = I*пер*Z*дв.рас для выбранных ранее моментов времени.
Вычисленные значения сводятся в таблицу «Токи К.З.»
На основе рассчитанных значений U*ш строится кривая переходного процесса провала напряжения U*ш = f(t) и определяется его максимальное значение.
Список литературы
1. Никифоровский Н.Н., Норневский Б.И. Судовые электрические станции. Москва: Транспорт,1974.-432с.
2. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. Ленинград: Судостроение,1987.-372с.
3. Лейкин Л.С., , Михайлов В.С. Автоматизированные электроэнергетические системы. Москва: Агропромиздат,1987.-327с.
4. Правила классификации и постройки морских судов Ленинград: 1985.-928с.(Морской Регистр).
5. Константинов В.Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок. Ленинград: Судостроение,1988.-312с.
6. Справочник судового электрика, под редакцией Китаенко Г.И.
7. Ленинград: Судостроение,1975.-том1.
8. МУ к курсовому проектированию по курсу «СЭС» для специальности 1809. Под редакцией Ремезовского В.М. Мурманск: 1989.-59с.
