Коротка характеристика судна.

 

ВСТУП

 

Суднова енергетична система входить в состав суднової енергетичної установки (СЕУ) і функціонально звязана з системою судноуправління і общесудновими системами, системами контроля і захисту, спеціальними системами і обладнанням. Елементи суднової електроенергетичної системи (СЕЕС) огранічно вписується у судно і складає з ним єдине ціле. Від надійності роботи СЕЕС залежать роботоздібність і ефективність судна.

На сучасних суднах залежність СЕЕС піднялося до значення головної енергетичної установки, а інколи і перевершує його (автономні судна), оскільки робота СЕЕС оказує вплив не тільки на швидкість судна, але і на безпеку роботи енергетичної установки судна і його плавання, зберігання вантажу.

Разом з зростанням потужності і складності СЕЕС розрахунок ступені її автоматизації. Для розвивання автоматизації СЕЕС характерні наступні етапи: автоматичне регулювання напруги і частоти обертів генератора: дистанційне керування генераторами і СЕЕС в цілому; автоматичне управління СЕЕС за допомогою логіки пристрою; автоматичне керування за допомогою мікропроцесорів ЕВМ.

Суднові елекроенергетичні системи, маючи у своєму складі системи керування або інші пристрої автоматизації називаються автоматизированими (СЕЕС).

 

 

ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА.

Коротка характеристика судна.

Буксир – криголам призначений для буксировки і транспортування морських суден та барж.

Буксир – криголом має одну палубу, ходова рубка знаходиться посередині судна. Носова частина буксира нижче ватерлінії усічена, для можливості вилізання буксира- криголама на лід своєю вагою. Екипаж складається з 25 – 30 чоловік. Жилі каюти розташовані у носовій і кормовій частині судна та в рубці.

Потужність головного двигуна досягає три тисячи коних сил.

Розміри судна:

- довжина (L) – 60 м;

- ширина (В) – 10 м;

- Висота (Н) – 6 м.

 

1.2. Вибір основних параметрів.

 

До основних параметрів суднової електроенергетичної системи відносяться: рід струму, величина напруги та частоти. Від правильного вибору цих параметрів залежить надійність роботи СЕЕС.

В основу вибору роду струму повинні бути покладені фактори:

- надійність роботи електрообладнання;

- вага та габарити електрообладнання;

- вартість електрообладнання;

-забезпечення характеристик електродвигунів суднових механізмів і пристроїв.

Опір ізоляції суднової системи постійного струму складає 0,2 – 0,5 МОм, змінного струму 1 – 5 МОм. В суднової мережі змінного струму силова мережа відділена від мережі освітлення через знижувальні трансформатори, що підвищує опір ізоляції всієї суднової мережі. Магнітні пускачі набагато надійніше пускових реостатів.

Тільки 20 – 30 % споживачів вимагають плавного регулювання швидкості (палубні механізми).Інші механізми (вентилятори, насоси, компресори) не потребують плавного регулювання швидкості.

При виборі величини напруги доводиться враховувати два прямо протилежних фактори: вагу та габарити електрообладнання і безпеку його обслуговування. Значення номінальної напруги знаходиться в оберненій залежності від перерізу токопровідних жил кабелю. В СЕЕС потужністю в декілька МВт перевід напруги з 220 В на 380 В дозволяє знизити вартість кабелю на 20 – 25% на масу на 25-40%.

Згідно з вимогами нормативної документації [2] напруга і частота на затискачах джерел електроенергії не повинна перевищувати:

- 7500В при 50Гц – в єдиних СЕЕС трифазного змінного струму;

- 400В при 50Гц – в автономних і комбінованих СЕЕС трифазного змінного струму;

- 230 В при 50Гц – в СЕЕС однофазного змінного струму;

- 230 В – в СЕЕС постійного струму.

На підставі вищезазначеного на проектуємому судні вибираємо змінний трифазний струм напругою 400 В частотою 50 Гц.

 

 

2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА.

2.1. Вибір кількості і потужності генераторів СЕЕС.

 

Вибір кількості і потужності генераторів СЕЕС в інженерній практиці виконується методом таблиць електричний навантажень, який відрізняється простотою розрахунків і наочністю.

При виборі генераторів табличним методом Правилами Регістра передбачається розглядати наступні основні режими:

- стоянка без вантажних операцій;

- стоянка з вантажними операціями;

- ходовий режим;

- маневрений режим (знімання з якоря);

- аварійний режим.

Крім перерахованих вище основних режимів для кожного типу судна передбачаються свої характерні режими.

Визначаємо одиничну споживану потужність за формулою:

 

Р_{од. сп.} = Р_{од. вст.} / ŋ, 2.1.

 

де Р_{од. сп.} - одинична споживана потужність, кВт;

Р_{од. вст.} - одинична встановлена потужність, кВт;

ŋ - коефіціент корисної дії.

Далі визначається загальна споживана потужність за формулою:

 

Р_заг.сп. = Р_од.сп. * n, 2.2.

 

де Р_заг.сп. – загальна споживана потужність, кВт;

n – кількість одноіменних споживачів.

Потім у кожнім режимі роботи судна визначається коефіцієнт одночасної роботи однойменних споживачів (графи 8, 13, 18, 23), коефіцієнт завантаження споживачів (графи 9, 14, 19, 24) і коефіцієнт потужності (графи 10, 15, 20, 25). Коефіцієнт одночасної роботи однойменних споживачів визначається за формулою:

 

К_о = ∑ Р_{факт. сп} / ∑Р_{ном. сп} = n _роб / n_вст., 2.3.

 

де Р_{факт. сп} – фактично споживана потужність, кВт;

Р_{ном. сп} - номінальна споживана потужність, кВт;

n _роб – кількість одночасно працюючих у даному режимі однойменних споживачів;

n_вст. - кількість встановлених однойменних споживачів.

Коефіцієнт завантаження К₃ визначається досвідом експлуатації:

 

К₃ = Р_{факт. сп.} / Р _{ном. сп.} 2.4.

 

Коефіцієнт потужності визначається по кривій, що представляє залежність [ 3]:

cos φ = f (К_з) 2.5.

 

Далі в кожнім режимі роботи судна визначається активна споживана потужність, кВт:

Р_{пот. реж.} = Р_{заг. сп.} * К₀ * К_з 2.6.

 

і реактивна споживана потужність, кВА:

 

Q _сп.реж. = Р _{сп. реж.} * tg φ 2.7.

 

Після внесення в таблицю навантажень перелічених вище параметрів, виконується вибір генераторів у наступному порядку:

- визначається сумарна споживана потужність у кожнім режимі роботи судна шляхом арифметичного додавання потужності усіх споживачів, що працюють у данному режимі;

- визначається сумарна споживана потужність довгостроково працюючих споживачів;

- визначається сумарна споживана потужність з урахуванням коефіцієнта одночасної роботи споживачів, що працюють у данному режимі роботи судна;

- визначається розрахункове навантаження і середньо-взважений коефіцієнт потужності в кожному режимі за формулами:

 

Р_р. = 1.03 Кв ∑Р; 2.8.

 

S = + Q²; 2.9.

 

Q_р. = 1.03Кв ∑Q; 2.10.

 

cos φ _ср.взв. = Р_р / S_р., 2.11.

 

де Р_р. – активне розрахункове навантаження, кВт;

Q_р. - реактивне розрахункове навантаження, кВАр;

S_р – повне розрахункове навантаження, кВА;

1.03 – коефіцієнт обліку втрат потужності у мережах;

Кв – коефіцієнт імовірності спільної роботи споживачів.

Коефіцієнт імовірності спільної роботи споживачів приймається з урахуванням режиму роботи суден [ 3]:

- 0,75 – 0,85 – стоянка суден в порту;

- 0,75 – 0,80 – стоянка суден на промислі;

- 0,80 – 0,90 – ходовий і промисловий режими;

- 0,90 – 1,00 – аварійний режим.

Якщо cos φ _ср.взв. > cos φ _NG = 0,8, то вибір виконується за активним розрахунковим навантаження Р_р.

Якщо cos φ _ср.взв. < cos φ _NG = 0,8, то вибір генераторів виконується за повним розрахунковим навантаженням S_р cos φ _NG - номінальний коефіцієнт потужності генератора.

Спочатку вибирають основні, потім – резервний і аварійний генератори. Максимальна кількість генераторів судової електростанції (разом з резервним) не повинно перевищувати чотирьох. Аварійний генератор вибирається за потужністю, отриманої в аварійному режимі незалежно від основної електростанції.

На підставі вищевикладеного і таблиці 1 вибираємо два основних генератора типу МСС 91-4 і потужністю 94 кВт кожен, один резервний генератор типу МСС 91-4 потужністю 94 кВт і аварійний генератор типу МСС 91-4 потужністю 94 кВт.

 

 

2.2. Вибір структурної схеми СЕЕС і її опис.

 

Суднова електрична мережа – це сукупність судових ліній електропередач, що передають електроенергію від джерел до приймачів електроенергії.

За структурою розрізняють наступні силові електричні мережі:

- фідерну – з розподілом і передачею електроенергії фідерними лініями електропередач (фідерами);

- магістральну – у якій тіж самі функції здійснюють магістральні лінії електропередач (магістралі);

- магістрально-фідерну – з розподілом і передачею електроенергії по магістралях і фідерах (мал. 1).

Фідерна силова мережа забезпечує живлення перетворювачів і приймачів від ГРЩ окремими лініями чи безпосередньо через вторичні розподільні щити, що гарантує її високу надійність і живучість, але ускладнює ГРЩ, збільшує витрати кабелю і підвищує трудомісткість електромонтажних робіт.

Магістральна силова мережа забезпечує живлення приймачів електроенергії від ГРЩ по декількох магістралях через послідовно включені в них вторинні розподільні щити і має протилежні властивості.

Магістрально-фідерна силова мережа по надійності живлення займає проміжне положення.

На підставі вищевикладеного вибираємо фідерно –групову систему розподілу електроенергії. При складанні схеми необхідно керуватись наступними міркуваннями:

- фідері від генераторів підключаються через автоматичні вимикачі безпосередньо до ГРЩ;

- відповідальні споживачі підключаються через автоматичні вимикачі безпосередньо до ГРЩ;

- другорядні споживачі отримують напругу від розподільних щитів. Кожен розподільний щит підключається через автоматичні вимикачі безпосередньо до ГРЩ;

- від розподільних щитів отримують живлення споживачі, які розташовані навколо місця установки щитів.

2.3. Розрахунок генераторних фідерів і фідерів, які відходять від ГРЩ.

 

Коли електричний струм протікає по кабелю, то відбуваються наступні негативні явища:

- спадання напруги;

- втрата напруги;

- втрата потужності;

- втрати енергії;

- нагрівання кабелю і виділення тепла.

На практиці користуються спрощеним методом розрахунку судової електричної мережі, що полягає в наступному:

- визначають робочі струми, які протікають по кабелю;

- відповідно до отриманих робочих струмів вибирають переріз кабелю, за таблицею норм припустимих навантажень на кабелі і проводі;

- роблять перевірку обраних кабелів на втрату напруги.

Робочі струми, що протікають по кабелях, визначаються в наступній послідовності:

на ділянці G – ГРЩ:

 

I_G = P _HG / √ 3 U_HG cos φ _HG, 2.12.

 

де P _HG - номінальна активна потужність генератора, кВт;

U_HG – номінальна напруга генератора, В;

cos φ _HG – номінальний коефіцієнт потужності.

 

на ділянці ГРЩ – приймач електроенергії (ПЕ):

 

I = Р _Н К₃ / √ 3 Uŋ cos φ, 2.13.

 

де Р _Н – номінальна активна потужність ПЕ, кВт;

К₃ – коефіцієнт завантаження ПЕ;

U – напруга мережі, В;

cos φ – коефіцієнт потужності приймача електроенергії:

ŋ – К.К.Д. приймача електроенергії.

 

 

Утрата напруги в кабелі визначається за формулою

 

ΔU = 100 √ 3 І l cos φ/ γ S U%, 2.14.

 

де l – довжина кабелю, м;

S – переріз кабелю, мм²;

δ - питома провідність міді 48 Омм/мм^2.

для двухвазної і однофазної мережі:

 

ΔU = 200 І l cos φ/ γ S U% 2.15.

 

На підставі приведених формул здійснюється розрахунок судової електричної мережі наведеної на мал.1. Результати розрахунків зводяться в таблицю 2.

 

 

2.4. Вибір апаратів захисту для генераторів і споживачів.

 

Надійна робота СЕЕС залежить від правильного вибору застосованих у ній електричних апаратів. Вибір апаратів виконується за технічними умовами на поставлення; каталогами, або офіційними довідниками. При цьому необхідно переконатися, що даний апарат розрахований на роботу в судових умовах, тобто задовольняє вимогам Регістра за температурою. Навколишнього повітря, відносної вологості, короткочасним і тривалим нахилом, вібростійкістю і т.д.

При виборі будь якого апарата необхідно дотримуватись наступних умов:

U _ном > U _роб 2.16.

 

І _ном > І _роб 2.17.

 

де U _ном, І _ном – номінальні напруга і струм апарата;

U _роб , І _роб - робоча напруга і струм апарата.

При виборі автоматичних вимикачів спочатку вибирають номінальний струм максимальних розчеплювачів, а потім номінальний струм автомата. Номінальний струм розчеплювачів автоматів, включених у різні живлячі лінії вибирають за розрахунковими робочими струмами цих ліній.

Після цього необхідно вибрати струм трогання розчеплювача у зоні К.З., щоб уникнути помилкових спрацьовувань автоматів у моменти пуску електродвигунів за умовою:

 

І_тр.р. > 1,21 _{пуск. дв.}, 2.18.

 

 

де І_тр.р. – стум трогання автомата в зоні К₃;

І _{пуск. дв.} - пусковий струм двигуна.

Вибір апаратів захисту генераторів і споживачів судової мережі за схемою мал. 1. зводиться в таблицю 3.

 

 

2.5. Вибір електровимірювальних приладів генераторної панелі ГРЩ.

 

При виборі електровимірювальних приладів необхідно враховувати їх нормальне робоче положення, клас точності, призначення, виконання і межі вимірювання. Шкала амперметрів, ватметрів і т.і. повинна складати не менш 120 – 150% номінального значення величини, що вимірюється, школа вольтметрів – не менш 120% номінальної напруги. Всі електровимірювальні прилади витримують короткочасне перевантаження, а саме: один удар десятикратним струмом протягом 5 с чи дев’ять ударів десятикратним струмом тривалістю по 0,5 с інтервалом в одну хвилину. Тому електровимірювальні прилади витримують пускові струми двигунів, струми К.З. у мережі і т.і. [4].

Вибір електровимірювальних приладів генераторної секції ГРЩ зводиться в таблицю 4.

 

2.6. Розрахунок струмів короткого замикання.

2.6.1. Визначення основних параметрів.

 

Приймаємо наступні точки короткого замикання (Мал.2).

 

Складемо схему заміщення (Мал.3).

 

На підставі схеми заміщення, робимо розрахунок активних і реактивних опорів. Розрахунок опорів зводиться у таблицю 5.

 

1.Визначаємо базисну потужність:

 

S_б = S₁ + S₂, 2.19.

 

де S₁ і S₂ – повні номінальні потужності генераторів G₁ i G₂, кВА.

 

S_б = 94 + 94 = 188 кВА

 

2.Визначаємо базисний струм:

 

І_б = S_б / √3 U_б², 2.20.

 

де U_б – базисна напруга, В.

 

І_б =(188 * 10³) / (1,73 * 400²) = 271 А

 

3.Опори ділянок розрахункової схеми приводяться до базисних умов:

-активний опір обмоток статорів генераторів G₁ i G_2:

 

ra1* = ra2* = ra S_б / S_HG = 0.0446 * (188 / 94) = 0.0892 Ом 2.21.

 

- зверхпереходні реактивні опори по подовженій осі генераторів G₁ i G_2:

 

Хd₁^”_* = Хd₂^”_* = Хd^” * (S_б / S_HG) = 0,155 * (188/94) = 0,31 Ом 2.22.

 

- активні і реактивні опори ділянок від затискачів генераторів G₁ i G₂ до шин ГРЩ:

 

r 1* = r 1 (S_б / U_б²) = 0,00532 (188 *10³ / 400² ) = 0,006251 2.23.

 

r 2* = r 2 (S_б / U_б²) = 0,00512 (188 *10³ / 400² ) = 0,006016 2.24.

 

X1* = Х1 (S_б / U_б²) = 0,00118 (188 *10³ / 400² ) = 0,001386 2.25.

 

Х 2* = Х 2 (S_б / U_б²) = 0,00108 (188 *10³ / 400² ) = 0,001269 2.26.

 

- активний і реактивний опори ділянки від шин ГРЩ до точки короткого замикання К_{1 :}

 

r к* = r к (S_б / U_б²) = 0,008 (188 *10³ / 400² ) = 0,0094 2.27.

 

Хк* = Хк (S_б / U_б²) = 0,00132 (188 *10³ / 400² ) = 0,001551 2.28.

2.6.2.Розрахунок струмів короткого замикання у точці К1.

 

Виконується спрощення схеми заміщення, яка представлена на мал. 3, шляхом об’єднання активних і реактивних опорів, і визначаються опори для даної схеми заміщення (Мал.4.).

 

R₁ = r_a1* + r_1* = 0,0892 + 0,006251 = 0,0954 2.29.

 

X₁ = X_d1^`` + X_1* = 0,31 + 0,001386 = 0,311386 2.30.

 

R₂ = r_a2* + r_2* = 0,0892 + 0,006016 = 0,1952 2.31.

 

X₂ = X_d2^`` + X_2* = 0,31 + 0,001269 = 0,311269 2.32.

 

R _k = r _k* = 0,0094

 

X_k = x_k* = 0,001551

 

Електрорушійні сили паралельно працюючих генераторів при розрахунках струмів К₃ приймають однаковими і рівними, тобто Е₁ =Е₂ =Е, тому коло з опорами R₁ i X₁ виявляється включеним паралельно колу з опорами R₂ i X₂ . Замінюються ці два кола – одним, з еквівалентними опорами R₁₂ i X₁₂ (мал. 5).

Генератори G₁ i G₂ однотипні, тому значення R₁ i X₁ майже однакові зі значеннями R₂ i X₂, отже метод проводимості можна не застосовувати, а величини еквівалентних опорів визначаються таким чином:

 

R ₁₂ = R₁ / 2 = 0,0954 /2 = 0,04 2.33.

 

X ₁₂ = X₁/ 2 = 0,311386 /2 = 0,155693 2.34.

 

Знову спрощуємо схему заміщення, шляхом об’єднання активних і реактивних опорів (Мал..6).

 

Визначаються опори:

 

- активний опір

 

R_p = R₁₂ +R_K = 0,0477+ 0,0094 = 0,0571 2.35.

 

- реактивний опір

 

Х_р = Х₁₂ +Х _К = 0,155693 + 0,001551 = 0,1572 2.36.

 

- повний опір кола К3

Z_p = √ R_p² + X_p² = √ 0,0571² + 0,1572² = 0,1672 2.37.

 

Визначаються значення періодичної складової струму К3 у відносних одиницях за розрахунковими кривими [4] відповідно повному опору Z_p для наступних моментів часу:

 

t = 0 I_0* = 6.2 (А)

t = 0,01 I_0,01* = 5.5 (А)

t = ∞ I∞ = 3,6 (А)

 

Визначається ударний коефіцієнт по кривій, що представляє залежність [4]:

 

К_уд = f (Хр/Rp) 2.38.

 

Хр/Rp = 2.75 2.39.

 

К_уд = 1,33

 

Визначається діюче значення періодичної складової струму підживлення двигуна:

 

І_дв = (Е – ΔU) / z_дв 2.40.

 

де Е - протиелектрорушійна сила (приймається 0,9 в.о.);

ΔU – залишкова напруга:

 

ΔU = І₀ z_к = І₀ √ R_к² + Х_к² =6,2 √0,0094² +0,001551² =0,059 2.41.

 

І_дв = (0,9 – 0,059) / 0,266 = 3,16 (А)

 

Визначається ударний струм:

 

і _уд = √2 І_б [I _0,01 + I₀ (К _уд -1) + І _дв] = 2.42.

 

= 1,4 *271 [5.5 +6.2 (1.33 -1) + 3.16] = 4100 (А)

 

Визначаються струми К3 в А для t = 0,1 с і наступних моментів:

 

І₀ = І₀ * І_б = 6.2 * 271 = 1680.2 (А) 2.43.

 

І_0,01 = І_0,01 * І_б = 5.5 * 271 = 1490.5 (А) 2.44.

 

І_∞ = І _∞ * І_б = 3,6 * 271 = 975.6(А) 2.45.

 

 

2.6.3. Розрахунок струмів короткого замикання у точці К2.

 

На підставі схеми (мал. 5) виконується схема заміщення для розрахунку струмів короткого замикання у точці К2 (мал. 7).

 

У цій схемі: R_p =R₁₂ і X_p = X₁₂.

 

R_p =R₁₂ = 0,04 (Ом)

 

X_p = X₁₂ = 0,155693 (Ом)

 

Z_p = √ R_p² + X_p² = √ 0,04² + 0,155693² = 0,1607 (Ом)

 

Визначається значення переодичної складової струму К2:

 

t = 0 I_0* = 6.4 (А)

t = 0,01 I_0,01* = 5.7 (А)

t = ∞ I∞ = 3.5 (А)

 

Визначається ударний коефіцієнт:

 

К_уд = f (Хр/Rp)

 

Хр/Rp = 0.155693 /0.04 = 3.89

 

К_уд = 1.44

 

Визначається діюче значення періодичної складової струму підживлення двигуна:

 

І_дв = (Е – ΔU) / z_дв = (0,9 – 0)/ 0,266 = 3,38 (А)

 

ΔU = І₀ х z_к = І₀ √ R_к² + Х_к² = 0

 

Визначається ударний струм:

 

і _уд = √2 х І_б [I _0,01 + I₀ (К _уд -1) + І _дв] =

 

= 1,4 * 271 [5.7 +6.4 (1.44 -1) + 3,38] = 4556 (А)

 

Визначаються струми К2 в А для t = 0,1 с і наступних моментів:

 

І₀ = І₀ * І_б = 6.4 * 271= 1734.4 (А)

 

І_0,01 = І_0,01 * І_б = 5.7 * 271 = 1544.7(А)

 

І_∞ = І _∞ * І_б = 3.5 * 271 = 948.5(А)

 

2.6.4. Розрахунок струмів короткого замикання у точці К3.

 

При короткому замиканні в точці К3 буде текти струм генераторів G₁ або G₂ Тому розрахунок струмів К3 виконується для двох схем, а для перевірки апаратів захисту дані беруть тієї схеми, де струм виявляється більше.

Складається схема заміщення для випадку, коли струм до точки К3 тече від генератора G₁ (мал. 8.).

У цій схемі результуючі опори визначаються за формулами:

 

R_p = R₁ + r_2* = 0,0954 + 0,006016 =0,1014 (Ом)

 

X_p = X₁ +X_2* = 0,311386 +0,001269=0,3126 (Ом)

 

Повний опір кола К3

 

Z_p = √ R_p² + X_p² = √ 0,1014² + 0,3126² = 0,3286 (Ом)

 

 

Z_к = √ r_2*² + X_2*² = √ 0,006016² + 0,001269² = 0,00614 (Ом)

 

Визначається значення переодичної складової струму К.3

 

t = 0 I_0* = 3.1

 

t = 0,01 I_0,01* = 2.9

 

t = ∞ I∞ = 2.5

 

Визначається ударний коефіцієнт по кривій залежністю:

 

К_уд = f (Хр/Rp)

 

Хр/Rp = 0,3126 /0,1014 = 3.08

 

К_уд = 1.35

 

Визначаються діючі значення періодичної складової струму підживлення двигуна:

 

І_дв = (Е – ΔU) / z_дв = (0,9 – 0,019)/ 0,266 = 3,31 (А)

 

ΔU = І₀ * z_к = І₀ √ R_к² + Х_к² = 3.1*√0.0094²+0.001551²= 0,019

 

Визначаємо ударний струм:

 

і _уд = √2 * І_б [I _0,01 + I₀ (К _уд -1) + І _дв] =

 

= 1,4 * 271[2.9 +3.1 (1.35 -1) + 3,31] = 2253.7 (А)

 

Визначаються струми К3 в А для t = 0,1 с і наступних моментів:

 

І₀ = І₀ * І_б = 3.1 * 271 = 840 (А)

 

І_0,01 = І_0,01 * І_б = 2.9 * 271 = 785.9 (А)

 

І_∞ = І _∞ * І_б = 2.5 * 271 = 677.5 (А)

 

Складається схема заміщення для випадку, коли струм до точки К3 тече від генератора G₂ (мал. 9.).

 

У цій схемі результуючі опори визначаються за формулами:

 

R_p = r_а2* = 0.0892 (Ом)

 

X_p = X_d2* = 0.31 (Ом)

 

Повний опір кола К3

 

Z_p = √ R_p² + X_p² = √ 0,0892² + 0,31² = 0,3225

 

Z_к = 0

 

Визначається значення переодичної складової струму К3 у відносних одиницях за розрахунковими кривими [4]:

 

t = 0 I_0* = 3.2

 

t = 0,01 I_0,01* = 3

 

t = ∞ I∞ = 2.6

 

Визначається ударний коефіцієнт по кривій:

 

К_уд = f (Хр/Rp)

 

Хр/Rp = 0,31 /0,0892 = 3.47

 

К_уд = 1.4

 

Визначається діюче значення періодичної складової струму підживлення двигуна:

 

І_дв = (Е – ΔU) / z_дв = (0,9 – 0)/ 0,266 = 3,38 (А)

 

ΔU = І_{0 *}z_к = І₀ √ R_к² + Х_к² = 3.2* 0 = 0

 

 

Визначається ударний струм:

 

і _уд = √2 І_б [I _0,01 + I₀ (К _уд -1) + І _дв] =

 

= 1,4 * 271 [3 +3.2 (1.4 -1) + 3,38] = 2926 (А)

 

Визначаються струми К3 в А для t = 0,1 с і наступних моментів:

 

І₀ = І₀ * І_б = 3.2 * 271 = 867.2 (А)

 

І_0,01 = І_0,01 * І_б = 3 * 271 = 813 (А)

 

І_∞ = І _∞ * І_б = 2,6 * 271 = 704.6 (А)

 

Результати розрахунків точок К3 зводимо в таблицю 6.

 

 

2.7. Перевірка автоматичних вимикачів.

 

Протікання струму К.З. по автоматичному вимикачу пов’язано з електродинамічним і тепловим впливом на його струмоведучі частини, значення яких у десятки разів перевищує номінальні (при протіканні робочих струмів). Відключення струму К.З. пов’язано з виникненням інтенсивної дуги.

Кожен автоматичний вимикач у зв’язку з цим розраховується на визначення граничних значень струмів К.З., що можуть протікати і відключатися автоматичним вимикачем без ушкодження його конструкції. Селективні (виборчої дії) автоматичні вимикачі перевіряються за умовами:

 

- на динамічну стійкість:

і_{уд. роз.} < і_{уд..доп.}, 2.46.

 

де і_{уд. роз.} – розрахунковий питомий струм К.З., А;

 

і_уд..доп – припустиме значення ударного струму К.З. вимикача, А.

 

4100 А< 15000А

 

 

- на розривну здатність:

І_роз< І_доп, 2.47.

 

де І_роз- розрахункове діючи значення струму К._З у момент розбіжності дугогасильних контактів вимикача, А;
І_доп – припустимо діюче значення струму автоматичного вимикача в момент розбіжності контактів, А.

2926А<50000А

 

- на термічну стійкість у мережах змінного струму:

 

І_∞² t_ф < (I t² t) _доп 2.48.

 

де І_∞ - стале значення струму К.З._, кА;

t_ф – фіктивний час К.З., с;

(I t² t) _доп- припустиме значення термічної стійкості апарата, кА² с.

 

tф=τβ²=Xp/2π f Rp*β²=0.31/(2*3.14*50*0.0892)*1.2²=0. 0159

 

β²=Io*I∞=867,2/704,6 =1,2 2.49.

 

I²∞*tф=704,6²*0,0159=79 кА²*с 2.5

 

 

79 кА² с<100 кА² с

 

 

Порівнюючи розрахункову термічну стійкість із припустимою, ми бачимо, що автоматичні вимикачі задовольняють вимогам термічної стійкості у перегріватися на будуть.

Дані розрахунку зводимо в таблицю 7.

 

2.8. Перевірка шин ГРЩ на термічну й електродинамічну стійкість.

2.8.1. Перевірка шини на термічну стійкість.

 

Перевірити шини на термічну стійкість – означає знайти температуру нагрівання шини струмом К.З. і порівняти її з максимально припустимою температурою шини. Шини будуть термічно стійкі, якщо виконується умова:

 

Ө _к < Ө_max, 2.51.

 

де Ө _к – температура нагрівання шини струмом К.З., С⁰;

Ө_max – максимально припустима температура мідних шин, С⁰ (Ө_max = 300 С⁰).

 

За графіком [4], що уявляє залежність Ө = f(АӨ) визначається добуток АӨ_н:

 

АӨ_н= 1,7 * 10⁴

 

Далі визначається значення коефіцієнта β за формулою:

 

β = І_0* / І_∞* 2.52.

 

де І_0* - періодична складова струму К.З. у момент часу t = 0;

І_∞* - сталий струм К.З.

β = 6.4 / 3.5 = 1.8285

 

Визначається фіктивний час протікання періодичної складової струму К₃ t_ф за графіком, що уявляє залежність t_фп = f(β) [3].

 

t_фп = 0.5

 

Час протікання аперіодичної складової струму К.З. визначається за формулою:

 

 

t_фа = Х_р / 2πfR_р, 2.53

 

де Х_р – реактивний опір кола К₃;

 

R_р – активний опір кола К₃;

 

F – частота струму у колі К₃, Гц.

 

 

t_фа =0.15 / 2 * 3,14 * 50 * 0.04 = 0.0119

 

 

Визначається повний час протікання струму К₃:

 

t_ф = t_фп + t_фа 2.5

 

t_ф = 0.5 + 0.0119 = 0.5119

 

Визначається добуток АӨ_к за формулою:

 

 

АӨ_к = АӨ_н + ((І_∞² t_ф)/ S²) tф 2.55.

 

де S – переріз шини, мм^2.

 

АӨ_к =1,7 *10⁴ + (948,5² /60²)*0.5119 = 1,7127 *10⁴

 

Користуючись графіком Ө = f(АӨ) [4] визначається температура нагрівання шин – струмом К.З.:

 

Ө_к= 100 V, ⁰C

 

 

Далі порівняється Ө_к і Ө_max робиться висновок відносно термічній стійкості шин:

Ө_к= 100 ⁰C ≤ Ө_max = 300 ⁰С

 

Обрані шини відповідають вимогам термічної стійкості.

 

2.8.2. Перевірка шин на електродинамічну стійкість.

 

Перевірити шини на електродинамічну стійкість – це означає визначити механічну напругу, що виникає в шині при протіканні струму К.З. σ _роз., і порівняти її з максимально припустимою напругою

 

σ _доп. = 1,4 * 10⁴ н/ см²

Шини будуть динамічно стійкими, якщо виконується умова:

 

σ _роз < σ _доп 2.56.

 

Для визначення К_ф розраховуються вирази:

 

(a- b)/(h +b), 2.57.

 

b/h, 2.58.

 

a = d + b, 2.59.

де d – відстань між шинами, см (6);

b – ширина шин, см (0,3);

h – товщина шин, см (2);

a – відстань між осями шин, см.

 

(6,3 – 0,3) / (2 + 0,3) = 2,6

 

2/0,3 = 6,6

 

a = 6 + 0,3 = 6,3

 

Визначаємо коефіцієнт форми перетину шин:

 

Kф=1.03 2.60.

 

Визначається сила, яка прикладна до одиниці довжини шини при проходженні струму К.З. за формулою:

 

f=K∙K_ф ∙і_уд²∙10^{-7 1/a} 2.61.

 

f= 1.76∙1.03∙4556² ∙10^-7=0,56 н/cм

Приймається відстань між прольотами L=60 см і число прольотів більше двох, тоді момент М, що діє на шину дорівнює:

 

M=f∙l² /8 = 0,56*60² /8= 252 н/cм 2.62.

 

У шині виникає момент опору, який визначається за формулою:

 

W=b²*h /6 2.63.

 

W= (0,3² *20) /6 = 0,3 см³

 

 

Тоді механічна напруга, що виникає в шині:

 

σ _роз = М /W 2.64.

 

σ _роз =252 / 0,3 = 840 = 0,8 * 10⁴ Н/ см²

 

 

Далі порівнюються σ _роз і σ _доп і робиться висновок відносно електродинамічної стійкості шин:

 

σ _роз = 0,7 * 10⁴ Н/ см² < σ _доп = 1,4* 10⁴ Н/ см²

Отже, обрані шини електродинамічно стійкі.

 

 

2.9. Розрахунок провалу напруги синхронного генератора під час пуску потужного асинхронного короткозамкненого двигуна.

 

Розрахунок провалу напруги синхронного генератора СЕЕС під час потужного короткозамкненого асинхронного двигуна виконується в наступній послідовності:

Визначається опір двигуна, що пускається:

 

2.65.

 

де - номінальна потужність генератора, 9400 ВА;

- номінальна напруга генератора, 400 В;

S_дв – номінальна споживана потужність двигуна, ВА;

І_дв – номінальний робочий струм двигуна, 99 А;

U_дв – номінальна напруга двигуна, 380 В;

К – кратність пускового струму двигуна, 5.

 

Х_дв = 9400 / 5 √3 *120 * 380 * (380 / 400)² = 0,215

 

Визначається максимальний провал напруги синхронного генератора:

 

, 2.66.

 

де - індуктивний перехідний опір обмотки статора генератора, 0,25;

 

Х_дв – опір двигуна у відносних одиницях.

 

= 0,21 / (0,215 +0,21) * 100 = 49%

 

Далі порівнюються і ΔU _доп = 30% і робиться висновок.

 

= 49 % > ΔU _доп = 30% 2.67.

 

Максимальний провал напруги складає 49%, що більше допустимого провала напруги.

 

2.10. Опис конструкції ГРЩ.

 

Головний судовий електророзподільний щит (ГРЩ) є частиною судової електростанції і призначений для приєднання основних і резервних джерел електроенергії і силової судової електричної мережі має каркасну конструкцію з окремих секцій шириною 600 – 1200 мм, глибиною 650 мм і висотою 2000 мм. Електровимірювальні прилади розміщаються на висоті 1500 – 1850 мм, автоматичні вимикачі і плавкі запобіжники на висоті 200 – 1800 мм від рівня палуби (настилу). Лицьові панелі секцій штампують з листової сталі. Панелі електровимірювальних приладів і їхніх перемикачів виконують так, що вони відкриваються, інші – знімальними. На лицьовій і задній сторонах ГРЩ, установлюють горизонтальні чи вертикальні поручні з ізоляційного матеріалу (відстань не більш 1100 мм).

ГРЩ розташовують в одній головній вертикальній протилежній зоні з генераторами на відкритій платформі або в спеціальній вигородці машинного приміщення судна – центральному посту керування (ЦПУ). ГРЩ установлюють перпендикулярно діаметральної площини або уздовж борта судна на амортизованій фундаментній ролі з підводкою кабелів знизу. Для захисту від крапель з подволока приміщення ГРЩ зверху накривають сталевим листом.

Попереду і позаду ГРЩ передбачають проходи відповідно шириною не менш 800 і 600 мм – при довжині щита до 3 м, не менш 800 – 1000 м – при більшій довжині. Простір за ГРЩ відкритої конструкції вигороджують і обладнують дверима, які зрушуються чи відкриваються назовні і стопоряться у відкритому положенні. При довжині ГРЩ не менш 3 м установлюють два або більше окремих дверей.

За функціональним призначенням в складі ГРЩ виділяють наступні секції:

- генераторну, яка керує роботою генератора;

- керування, яка забезпечує паралельну роботу генераторів, секціонування збірних шин і з’єднання ГРЩ з АРЩ і ЩПБ;

- розподільну, яка розподіляє електроенергію між її приймачами;

- берегового електропостачання, що керує прийомом електроенергії з берега і її поширення між споживачами електроенергії.

- число генераторних секцій звичайно відповідає числу генераторів.

Секції керування (одну чи дві) передбачають тільки в ГРЩ змінного струму. Число розподільних секцій визначається числом і характером суднових споживачів електроенергії і прийнятою системою розподілу електроенергії. Секцію контролю застосовують при відсутності пульта керування. Функції берегового електропостачання можуть виконувати секція керування або розподільна секція. У середній частині ГРЩ звичайно розміщують секції керування і контролю, до них примикають генераторні секції, крайніми є розподільні секції і секції берегового електропостачання.

 

2.11. Опис пристроїв, які встановлюються на генераторної секції ГРЩ.

 

На генераторній секції ГРЩ встановлюються електровимірювальні прилади генератора – амперметр, вольтметр, ватметр, частотомір, які контролюють параметри генератора, амперметр відповідального споживача електроенергії, перемикачі приладів, вимірювальні трансформатори струму, напруги, генераторний автоматичний вимикач із сигнальними лампами, автоматичний регулятор напруги, коректор напруги з регулятором установки і реактивним компенсатором, перемикачі швидкості дизеля, пристрої захисту генератора, пристрій розвантаження працюючого генератора і пристрій включення резерву мережі автоматичні вимикачі відповідальних споживачів електроенергії.

Також на генераторній секції ГРЩ установлюються: реле зворотного активного струму для захисту генератора від переходу в руховий режим роботи, реле токове диференціального захисту генератора від внутрішніх коротких замикань і замикань на генераторному кабелі, пристрій гасіння магнітного поля генератора, датчик активного струму [2].

 

ЛІТЕРАТУРА

 

1.Богданов Б.Б., Петров М.К. Морська буксировка – М: Транспорт, 1955.

2. Сухарев Е.М. Судовые электрические станции, сети и их эксплуатация. – Л.: Судостроение, 1986.

3. Яковлєв Г.С. Судовые электроэнергетические системы. – Л: Судостроение, 1980.

4. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. – Л: Судостроение, 1987.

6. Методическое пособие. Шевченко Р.П., 2003.