Условное обозначение автоматических выключателей 2АМ Х1Х2Х3-Х4Х5

2 – число включающих пружин (если цифра не указана, выключатель с одной пружиной);

AM – серия;

Х1 – неселективный выключатель: О – с независимым (отключающим) расцепителем, Н Х2 а минимальным (нулевым) расцепителем, А – без независимого и минимального расцепителей;

Х2 – номинальный ток выключателя: 8 – 800 А, 15 – 1500 А, 30 – 3000 А, 55

– 5500 A;

Х3 – селективный выключатель: О – с независимым расцепителем, Н – с минимальным расцепителем, А – без независимого и минимального расцепителей;

Х4 – сочетание числа полюсов и максимальных расцепителей: 3 – двухполюсный с двумя расцепителями; 4 – трехполюсный с двумя расцепителями; 5 – трехполюсный с тремя расцепителями;

Х5 – электродвигательный привод: П – выключатель серии АМ, М – выключатель серии АМ-М.

Результаты выбора защитной аппаратуры рекомендуется представить в виде таблицы 2.41.

Таблица 2.41 – Результаты выбора коммутационно-защитной аппаратуры

2.2.7 Выбор и расчет шин ГРЩ и АРЩ

Шины электрораспределительных щитов служат для приема и распределения электрической энергии; их применяют для присоединения генераторов, трансформаторов и коммутационных аппаратов, а также для соединения этих устройств между собой.

При выборе шин используется выражение для допустимого тока нагрузки на шины:

где k -коэффициент, учитывающий все виды теплоотдачи, F –площадь поверхности охлаждения,

Tдоп – длительно допустимая температура нагрева,

171

Тсреды – расчетная температура среды, R – сопротивление шины.

Исходя из этой формулы выбор шины был основан на следующих соображениях:

шина должна иметь прямоугольное сечение, при котором шина имеет наибольшую площадь поверхности, что увеличивает коэффициент теплоотдачи k.

покрытие шины (краска) должна иметь максимальный коэффициент теплопередачи,

конструкция шины должна иметь одно жесткое закрепление на средней опоре, а установка ее должна производиться на ребро, чтобы избежать электродинамических воздействий и увеличить теплоотдачу,

для исключения коррозии шина изготавливается из меди,

места контактов должны быть покрыты слоем кадмия для исключения их перегрева,

помещение ГРЩ должно быть оборудовано вентиляторами для охла-

ждения шин.

Для определения приближенного значения рабочего тока шины при равномерном распределении фидеров может использоваться формулу

Примечания: Таблица составлена, исходя из температуры окружающей среды 45°С и предельно допустимого перегрева шин 45°С.

Пересчет нагрузок для температуры окружающей среды, отличной от 45°С, может быть произведен по формуле

где I расч – ток нагрузки шины при температуре 45°С (2.124);

Iш – ток нагрузки шины при температуре окружающей среды Т;

Таблица 2.43 – Активные и индуктивные сопротивления медных шин

Выбор шин производится как для главного распределительного щита, так и для АРЩ.

173

2.2.8 Расчет значений токов при коротком замыкании в судовой электроэнергетической системе

Расчет значений токов при коротком замыкании в судовой электроэнергетической системе производится с целью дальнейшей проверки элементов системы на динамическую и термическую стойкость.

В качестве общего критерия проверки аппаратов защиты на динамическую стойкость в случае возникновения короткого замыкания используют выражение

где iуд. расчи iуд.доп. - соотвественно расчетное и допустимое значение ударного тока короткого замыкания, А.

Кроме того, производится проверка на термическую стойкость по критерию

где I – установившееся значение тока короткого замыкания, А, tф – фиктивное время короткого замыкания, с.

В практике расчетов токов короткого замыкания (к.з.) применение нашли четыре метода определения токов к.з..

Аналитический метод (уточненный) — основан на полных аналитических уравнениях, описывающих процессы к.з. в электрических машинах и системах. В общем виде он достаточно трудоемок, применяется в проектных и конструкторских организациях при выполнении уточненных расчетов как отдельных значений токов К.З., так и всего процесса изменения электрических величин;

Упрощенный аналитический метод основан на приближенных зависимостях, вытекающих из уравнений основного аналитического метода. Обычно он применяется при выполнении расчетов в СЭЭС с генераторами, для которых отсутствуют расчетные кривые.

Метод расчетных кривых является приближенным. Его точность примерно соответствует точности упрощенного аналитического метода, но требует минимального количества исходных данных и малых затрат времени.

Метод расчета токов к.з. на ЭВМ по дифференциальным уравнениям ис-

пользуется для исследования и проектирования ответственных нетипичных СЭЭС с генераторами большой мощности. Он наиболее полно описывает процесс короткого замыкания в системе и учитывает влияние наибольшего количества факторов. Но данный метод требует наибольшего количества исходных данных.

Расчетным видом к.з. при выборе и проверке электрооборудования является трехфазное металлическое к.з..

Проверка электрооборудования производится по наиболее тяжелому в отношении к.з. режиму СЭЭС при работе собственных судовых генераторов. Кратковременные режимы перевода нагрузки не учитываются.

Наиболее тяжелому режиму соответствует наибольшая суммарная номинальная мощность параллельно работающих генераторов одной электростанции, наибольшая суммарная номинальная мощность асинхронной нагрузки и

174

наибольшая начальная нагрузка генераторов.

Расчетные схемы и точки к.з. Принципиальную схему расчетного режима, выбранного для определения токов к.з., составляют на основе схемы СЭЭС. В схему включают:

источники питания, работающие параллельно в рассматриваемом режиме;

токопроводы, трансформаторы, реакторы;

асинхронную нагрузку в виде одного или нескольких эквивалентных

двигателей.

Общую мощность эквивалентных двигателей Рдв принимают равной сумме номинальных мощностей асинхронных двигателей, работающих в расчетном режиме. При отсутствии конкретных данных мощность Рдв считают равной 0,75 суммарной мощности параллельно работающих генераторов. Двигатель рассматривается как подключенный непосредственно к шинам ГРЩ.

Точки к.з. для расчета токов выбираются таким образом, чтобы аппарат при к.з. находился в наиболее тяжелых условиях, которые могут возникнуть в эксплуатации. При этом, токи, протекающие через проверяемые аппараты и токопроводы, достигают максимальных значений.

Так, например, генераторный автомат В1 на рисунке 2.17 [62] проверяется по току к.з. в точке К1. Через него будет проходить ток к.з. от параллельно работающих генераторов G2 и GЗ Автомат В2 проверяется по току К.З. в точке К2 и т.д. Если мощность генераторов одинакова, то достаточно проверить только один из генераторных автоматов. Для режима параллельной работы двух генераторов проверку их автоматов целесообразно проводить по току к.з. на шинах ГРЩ.

Рисунок 2.17 – Расчетная схема токов короткого замыкания СЭЭС

Для проверки аппаратов и токопроводов фидеров и перемычек, отходящих от ГРЩ и РЩ, точки к.з. следует принимать на выходных клеммах их автоматических выключателей. По току к.з. в точке К4 проверяются секционные автоматы В4 и В5. Автоматы В6-В11 отходящих от ГРЩ питающих линий проверяют по токам КЗ в точках К5-К10, т.е., на выходных зажимах этих автоматов. При отсут-

175

ствии точных данных указанные расчетные точки принимают в кабелях на расстоянии 10 м от ГРЩ (по длине кабеля). Автоматы отходящих от РЩ питающих линий (например, В12) проверяют по токам к.з. в точках К12, расположенных на зажимах этих автоматов. Иногда их принимают в кабелях на расстоянии 10 м от РЩ для средних и крупных судов и 5 м - для малых судов.

Обычно рассматривают только металлические к.з. без переходных сопротивлений в месте к.з.

На основе принципиальной схемы расчетного режима составляют расчетную схему замещения. В схеме замещения элементы принципиальной расчетной схемы (в общем случае генераторы, трансформаторы, реакторы, шины, кабели и их контакты, а также двигатели) замещают их активными и индуктивными сопротивлениями в физических или общих базисных единицах.

Сопротивления проверяемых автоматических выключателей, кроме выключателей серии АМ, в схему не включаются. Разрешается пренебрегать сопротивлениями автоматических выключателей на токи более 1000А, переходными сопротивлениями контактов и сопротивлениями трансформаторов тока.

Для каждой из ветвей схемы замещения вычисляются отдельно активные и индуктивные составляющие сопротивления для последующего эквивалентирования.

В большинстве случаев параметры электрических машин, а также их характеристики задаются в относительных единицах. Это делает расчеты более наглядными, простыми, а также дает возможность лучше сравнивать и контролировать полученные результаты.

Чтобы выразить отдельные величины в относительных единицах, необходимо прежде всего выбрать так называемые базисные единицы или базисные условия, к которым приводятся все расчетные величины. Тогда величины E, U, I, R, Z и т. д. в относительных единицах выражаются следующим образом:

(звездочка означает, что величина выражена в относительных единицах, индекс «б» указывает на базисную величину).

Очень часто за базисные величины принимают номинальные. Однако принципиально за базисные можно принимать любые величины. Относительные единицы являются безразмерными. Величины, выраженные в относительных единицах, являются долевыми по отношению к базисным.

В большинстве расчетов задаются базисной мощностью Sб и базисным линейным напряжением Uб .

Тогда базисный ток определится формулой

а базисное сопротивление (на фазу)

176

x* x Sб , Ом. Uб 2

Поскольку выбор базисных условий произволен, то часто оказывается, что в исходных данных одни величины были приведены к одним базисным условиям, а другие величины — к другим. В этом случае для проведения расчетов необходимо все величины привести к общим базисным условиям.

Вкурсовых и дипломных проектах рекомендуется использовать аналитический метод расчета, который проводится в соответствии с требованиями ОСТ5.6181-81 «Судовые электроэнергетические системы. Методы расчета переходных процессов», ОСТ5.6152-79 «Правила выбора и методы расчета защиты».

Пример расчета. Расчет токов при коротком замыкании в СЭЭС т/х «Боспор».

1.1. Состав электроэнергетической системы рыбопромыслового судна т/х «Боспор»

Всудовой электроэнергетической системе в качестве источников электроэнергии установлены 2 дизель-генераторных агрегата (ДГА):

Г1 – дизель-генераторный агрегат с синхронным генератором МСС-82-4,

имеющем следующие данные: соединение обмоток статора – "звезда"; UH=400 B; SH=37,5 кВА; РН=30 кВт; cosφH=0,8; ηH=0,855; nH=1500 об/мин; fH=50 Гц; класс изоляции Н; защита IP22.

Г2 – дизель-генераторный агрегат с синхронным генератором ГСФ-100ПК,

имеющем следующие данные: соединение обмоток статора – "звезда"; UH=400 B; SH=125 кВА; РН=100 кВт; cosφH=0,8; ηH=0,91; nH=1500 об/мин; fH=50 Гц; класс изоляции BF; защита IP21.

Асинхронная нагрузка, определенная из таблицы нагрузки СЭС т/х "Боспор" проекта 01340, строительный номер 49-601-001ТБ для режима промысла, состав-

ляет 43,83 кВт, коэффициент одновременности ko=0,8.

1.2. Расчетные структурные схемы режима к.з.

Структурная схема электростанции и проверяемая точка к.з. приведена на рисунке 2.18.

177

ЭАД

Рисунок 2.18 – Структурная схема судовой электроэнергетической системы

Так как генераторы разные по мощности, необходимо произвести расчет отдельно для каждого генератора и эквивалентной асинхронной нагрузки согласно.

Наиболее тяжелым по условиям к.з. режимом работы СЭС является режим, в котором работают параллельно два генератора и включены в работу все асинхронные двигатели судна.

Асинхронная нагрузка представляется в виде одного эквивалентного асинхронного двигателя – ЭАД. Мощность ЭАД, определенная для режима промысла, составляет 43,83 кВт с учетом коэффициента одновременности ko=0,8, составляет

PЭАД ko Pi 0,8 43,83 35 кВт .

Ток подпитки к.з. от ЭАД составляет

Таблица 2.45 – Исходные данные для генератора Г2

Исходные данные по генераторам взяты из таблицы 2.27.

Таблица 2.46 – Исходные данные для ЭАД*

* Приняты средние значения параметров ЭАД согласно таблицы 2 приложения 2 к ОСТ 6181-81 (рекомендуемые к использованию в упрощенных расчетах).

Таблица 2.47 – Исходные данные для линий (фидеров) генераторов

179

продолжение таблицы 2.47

Значения активных и индуктивных сопротивлений элементов судовой сети приведены в таблицах 2.21, 2.36 и 2.43.

1.4. Схемы замещения цепей для расчета токов к.з.

Схемы замещения приведены на рисунке 2.19.

2.2. Сопротивления цепи Г1 в о.е. генератора:

180

3.5. Задаемся условиями, что до к.з. генератора Г2 работал с нагрузкой, равной номинальной при cosφНГ2=0,8, и определяем сверхпереходную и переходную э.д.с. генератора:

предшествующем к.з. режиме.

3.6. Начальные значения сверхпереходного и переходного токов генератора Г2 в случае к.з. в точке К1: