Выбор типа и сечения кабелей и проводов.

Выбор кабеля по напряжению, как и в других электроустановках, сводится к обеспечению условия:

Расчет требуемого сечения и выбор кабеля рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

а) На схеме генерирования и распределения электроэнергии намечают наиболее характерные участки кабельной сети, подлежащие расчету:

• кабель от генератора до ГРЩ;

• кабель от ГРЩ до одного из распределительных щитов (РЩ);

• кабель от одного из РЩ до отдельного приемника электроэнергии, подключенного к его шинам.

б) По значениям мощности приемников электроэнергии, полученным в таблице расчетных нагрузок ЭС, определяются расчетные токи кабелей судовой сети на участках, указанных в п. а):

• Расчетный ток кабеля, соединяющего генератор с ГРЩ принимается равным номинальному тока генератора.

• Расчетный ток кабеля, питающий АД.

А (поз. 6ж)

• Расчетный ток кабеля, питающий РЩ.

• Расчетный ток кабеля, питающий трансформатор.

Сечение кабеля выбирается по эквивалентному току.

Эквивалентным током для кабелей с резиновой изоляцией считается ток, длительное прохождение которого приводит кабель к такому же износу, как и при кратковременной нагрузке заданным током, а для кабелей с пластмассовой изоляцией (из полиэтилена или полихлорвинила) — ток, длительное прохождение которого вызывает такой же нагрев кабеля что и к концу кратковременного режима:

А

Для рассматриваемого механизма выбираем кабель марки КНРП 3х16, который соответствует полученному току.

—коэффициент, учитывающий уменьшение допустимой нагрузки кабеля в связи с ухудшением теплоотдачи при прокладке его в пучке. Для трехрядных пучков = 0,6, для двухрядных= 0,8, для однорядных= 0,9.

—коэффициент, зависящий от числа часов работы кабеля в сутки t₃,

К₁ — коэффициент, учитывающий отличие температуры окружающей среды от 45°.

К₂ — коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения кабелей, проложенных в трубе или в кожухе длиной более 2 м (для трубы К₂ = 0,8; для кожуха К₂ = 0,85).

Из-за сложности выполнения монтажных работ в судовых условиях сечение кабеля не рекомендуется брать более 240 мм Если по расчетному току требуется принять большее сечение, то рекомендуется выбрать несколько кабелей меньшего сечения, проложенных параллельно и способных длительно пропускать расчетный ток. Правда, в этом случае необходимо учитывать пучковость их прокладки.

6,24.Токи короткого замыкания генератора и двигателя постоянного тока

Описывая выше внезапное к. з. в СЭЭС переменного тока, мы рассмат­ривали синхронный генератор как сис­тему трех магнитосвязанных контуров. Генератор постоянного тока также можно представить тремя магнитосвязанными контурами. Один из них — это цепь обмотки якоря и дополни­тельных полюсов (и обмотки последо­вательного возбуждения, если таковая имеется). Второй контур — обмотка независимого (или параллельного) возбуждения. Третий — успокоитель­ный контур, эквивалентный по своему демпферному действию множеству тех путей, по которым замыкаются вихре­вые токи в дополнительных полюсах и других массивных частях машины.

Рис. 10.7. Составляющие магнитного потока машины постоянного тока при к. з. (для одной пары полюсов)

Скачкообразное изменение сопро­тивления первого из указанных конту­ров при к. з. вызывает такое одновре­менное изменение токов во всех трех контурах, что потокосцепления каждо­го контура в первый момент сохраня­ются такими, какими они были до к.з. Поэтому здесь, как и в СГ, при к. з. резко возрастает доля потока рассея­ния в общем потоке машины.

При коротком замыкании генера­тора постоянного тока имеет место на­рушение коммутации вследствие того, что поток дополнительных полюсов (ДП) возрастает не одновременно с током в обмотке ДП, а с некоторым запаздыванием (вследствие демпфер­ного действия вихревых токов в полю­сах). Кроме того, поток ДП возрас­тает не пропорционально току нагруз­ки из-за насыщения полюсов. Все это приводит к резкому замедлению про­цесса коммутации.

При коротком замыкании машины постоянного тока (рис. 10.7), помимо поперечной реакции якоря Ф_2а, появ­ляется сильная продольная реакция якоря Ф_1а и значительный поток рас­сеяния в зоне коммутации ф_1в. Все эти составляющие потока искажают и уменьшают поток возбуждения машины Ф₀, что приводит к уменьшению э. д. с., действующей в цепи якоря. Не остаются постоянными и параметры цепи якоря: активное сопротивление R_a и индуктивность L_a. Нарушение коммутации (неравномерная плот­ность тока под щетками, искрение на коллекторе) приводит к резкому уве­личению R_a вследствие большого па­дения напряжения в щеточных кон­тактах (оно достигает при к. з. 30—40% Uн) . Значение индуктивности L_a уменьшается в переходном процессе в результате вытеснения части магнит­ного потока в воздушный зазор и на­сыщения зубцов якоря поперечным полем.

Для определения максимального тока к. з, (рис. 10.8) /m в расчете вмес­то R_a приходится пользоваться фик­тивным сопротивлением генератора

R_{ф. г} = U_н/10I_н, (10.15)

где Uн. Iн — номинальные напряжение и ток генератора.

Ударный ток к. з. генератора мож­но определить по формуле

I_m=E_г/(R _ф.г. + R₂), (10.16)

где Rs,—суммарное сопротивление эле­ментов внешней цепи генератора при к. з.; Ег — э. д. с. генератора (принимается равной номинальному напряжению генератора).

Заметим, что максимальное значе­ние тока к. з. генератора постоянного тока не зависит от системы его воз­буждения, так как магнитный поток генератора определяется не столько способом его возбуждения, сколько постоянством потокосцепления с об­мотками возбуждения генератора при возрастающем их потоке рассеяния. Система возбуждения влияет на зна­чение установившегося тока к. з.

Значение установившегося тока к. з. I_у зависит от системы возбуждения (независимое, смешанное или самовоз­буждение), а также от действия АРН, если он есть. Значение I_у необходимо только для расчета спадающей ветви кривой I_г(t), так как в практике за­щитный аппарат разрывает цепь до то­го, как ток к. з. достигнет своего уста­новившегося значения, которое нахо­дится в пределах (0,35-1)I_н и в приб­лиженном расчете может быть приня­то равным 0,5 I_н.

Время достижения током своего ударного значения t_mг составляет 0,03—0,05 с и зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивле­ний цепи якоря генератора. Возраста­ние тока от нуля до Im идет не по экс­поненте, а более резко, и этот участок кривой можно представить прямой ли­нией.

Спадающий участок кривой близок к экспоненте и описывается уравне­нием

где T_B=L_a/Rв — постоянная времени об­мотки возбуждения генератора.

Индуктивность L_B этой цепи вели­ка по сравнению с индуктивностью L_a. и поэтому уменьшение тока к. з. про­исходит значительно медленнее, чем | его рост.

Электродвигатели постоянного тока, подключенные к сети, при к.з. пе­реходят в генераторный режим, по скольку они, вращаясь по инерции, имеют э. д. с., превышающую напряжение сети, и подпитывают - место К.З. В приближенном расчете считают, что э. д. с. эквивалентного двигателя Е_Д. равна 0,9 U_H двигателя.

двигателя E_д равна 0,9 U_н двигателя, а фиктивное сопротивление двигателя с учетом сопротивления внешней цепи до точки к. з. принимают

где I_э.д — ток эквивалентного двигателя, равный 0,75 ΣI_н.д (ΣI_{н д} — сумма номиналь­ных токов работающих двигателей).

При наличии в системе гребного электродвигателя определяется ток подпитки только от этого двигателя.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЭЭС ПОСТОЯННОГО ТОКА

Расчеты токов к. з. в СЭЭС посто­янного тока обычно ведут в физиче­ских единицах. Для приближенного расчета токов к. з. в СЭЭС постоянно­го тока э. д. с. генераторов Е_г прини­мают постоянной и равной номиналь­ному значению напряжения генерато­ра U„ или напряжению сети U(E_r ~U).

При к. з. в сети, как уже отмеча­лось, электродвигатели переходят в генераторный режим, подпитывая мес­то к. з. Противо-э. д. с. двигателей при­нимают равной номинальному напря­жению сети: Е_д~U.

Расчет токов к. з. в СЭЭС постоян­ного тока выполняют в такой последо­вательности.

Составляют расчетную схему ви­да, показанного на рис. 10.20, а, в ко­торой должны быть указаны все ис­точники электроэнергии, работающие параллельно, кабельные соединения и коммутационная аппаратура, расчет­ные токи к. з. На этой схеме могут быть указаны мощности генераторов, эквивалентного двигателя, длины и площади сечения кабелей.

Замкнутые контуры должны быть предварительно преобразованы в ра­диальные ветви известными из расчета электрических сетей приемами. Обыч­но вполне достаточным является пре­образование «замкнутого треугольни­ка» в «звезду».

На основании расчетной схемы (рис. 10.20, б) для каждой расчетной точки к. з. составляют упрощенную схему замещения, приведенную к про­стейшему виду (рис. 10.20, в). При этом индуктивные сопротивления кабе­лей не учитывают.

Значения фиктивных сопротивле­ний генератора R_ф.г. и двигателя R_ф.д определяют соответственно по формулам (10.16) и (10.19).

Если расчетная схема СЭЭС содер­жит несколько параллельно работаю­щих генераторов, то их необходимо привести к одному эквивалентному генератору с напряжением U парал­лельным сложением сопротивлений всех генераторных ветвей. Здесь необ­ходимо иметь в виду, что все сопро­тивления в справочниках даны в рас­чете на один полюс, а поэтому при расчетах токов к. з. в СЭЭС постоян­ного тока их надо увеличить в 2 раза.

Для определения результирующего сопротивления схемы (см. рис. 10.20, в) сначала складывают последовательно включенные сопротивления R_ф.г и R, а затем учитывают параллельно вклю­ченное сопротивление R_ф.д. К получен­ному таким образом сопротивлению прибавляют сопротивление R_K цепи от шин ГРЩ до точки к. з. В итоге полу­чают результирующее сопротивление

Более точные результаты расчета можно получить, если учесть, что э. д. с. источников электроэнергии и э. д. с. эквивалентного двигателя неодинако­вы.

В этом случае эквивалентные э. д. с. и сопротивления определяют по фор­мулам:

для двух параллельных ветвей

При числе параллельных ветвей больше трех последовательно замеща­ют эквивалентной ветвью сначала три ветви схемы, а затем по этим же фор­мулам полученную эквивалентную ветвь и оставшиеся. Для оценки токоограничивающего действия электриче­ской дуги, возникающей в месте к. з., необходимо принять напряжение в месте к. з. не равным нулю, как это делают при металлических к. з., а рав­ным напряжению (U_д, необходимому для горения электрической дуги в мес­те к. з., которое на основании опыт­ных данных может быть принято при­ближенно равным 0,5U при определе­нии максимальных переходных значе­ний токов к. з., и 0,8U при определе­нии установившихся токов к. з. в СЭЭС.

Максимальный переходный ток в СЭЭС при дуговом к. з.

Если в СЭЭС в качестве источника электроэнергии используется аккуму­ аккуму­ляторная батарея, то ударный ток от нее определяется выражением

где Е_а.б — n_e1--э. д. с. аккумуляторной батареи (здесьn — количество последователь­но соединенных элементов в группе аккумуля­торов; — э. д. с. одного аккумулятора). R_а.б= (n/m) (r_вн1-r_мэ) — сопротивление ак­кумуляторной батареи (здесь m — число групп аккумуляторов, соединенных параллель­но; rвн1 — внутреннее сопротивление одного аккумулятора; rмэ — сопротивление одного межэлементного соединения); Rz — суммарное сопротивление внешней цепи.

Значения е1 и г_ВН1 не постоянны в эксплуатации, они зависят от многих факторов: температуры электролита, плотности электролита в порах пла­стин и в баке, срока службы аккуму­лятора, протекающего по аккумулято­ру тока и др. При расчете токов к. з. значения е1 г_вн1, г_мэ находят из соот­ветствующих справочников.

Вследствие того что индуктивность аккумуляторов мала, время увеличе­ния тока к. з. до максимума у них меньше (рис. 10.21), чем при к. з. ге­нератора. По данным опытов t_ma б = = 0,005-0,01 с.

Наибольшие токи к. з. от аккуму­ляторной батареи получаются, когда она полностью заряжена. Из рис. 10.21 видно, что по достижении максимума ток разряда батареи при ее к. з. не ос­тается постоянным, а уменьшается. Это происходит потому, что концент­рация электролита в порах пластин аккумуляторов резко падает, а поэто­му быстро снижается э. д. с. батареи. Приближенно скорость падения тока аккумуляторной батареи при к. з. со­ставляет 0,2 Imа.б в 1 С. Поэтому спадающая часть тока к. з. аккумулятор­ной батареи

6,25Статическая и динамическая устойчивость работы СГ.

Под устойчивостью понимают ее способность переходить от одного устойчивого режима к другому, какже устойчивому режиму после различного рода возмущений.

Различают статическую и динамическую устойчивость работы СЭЭС.

Статическая устойчивость СЭЭС называют ее способность возвращаться к исходному режиму (или близкому к нему) после малых изменений ее параметров.

Динамической устойчивостью СЭЭС называют ее способность переходить от исходного устойчивого режима к другому, также устойчивому режиму либо вернуться к установившемуся режиму близкому к исходному после больших изменений ее параметров.

Устойчивость включает в себя 2 взаимосвязанных понятия устойчивость параллельной работы Г и устойчивость нагрузки.

При рассмотрении параллельной СГ под устойчивостью понимают их способность продолжать работать синхронно при весьма малых колебаниях нагрузки(статическая устойчивость), а также при значительных, но не продолжительных колебаниях нагрузки(динамическая устойчивость).

Нарушение устойчивости работы СГ проявляется в следующем: переходе в двигательный режим; нарушении синхронной связи и переходе в асинхронный режим; нестабильном распределении нагрузки или ее постоянном колебании между параллельно работающими Г; отключении защитными средствами под действием максимальных прямых или обратных токов.

Статическая устойчивость параллельной работы СГ.

Из теории СЭМ известно, что принебрегая явнополюсностью ротора, электромагнитная мощность СГ.

Где Е, U – ЭДС и напряжение обмотки статора.

ϴ - угол между векторами эдс и напряжения, а также между векторами МДС обмотки статора и обмотки ротора в пространстве.

Эту зависимость называют угловой характеристикой машины рис.

Ее часть расположенная выше оси х; соответствует режиму работы генератора, а часть ниже двигателям.

При х.х. ϴ=0 рис2 при увеличении подачи топлива(или пара) ПД генератора его ротор забегает вперед относительно статора на угол ϴ, вызывая растяжение магнитных пиков (рис3) Генератор развивает электромагнитную мощность равную (но противоположную по знаку)механической мощности на валу и ротор представляет равномерное вращение с прежней синхронной частотой. Про номинальной нагрузке генераторов ϴ-15-30 градусов. Дальнейшему увеличению механической мощности на валу генератора рис.1 будет соответствовать увеличение угла + Δ ϴ=+90град.

Приϴ=90 увеличение механической мощности на валу вызывает увеличение угла +Δϴ и уменьшение электромагнитной мощности генератора на - ΔР. К ротору генератора будет приложена избыточная мощность под действием которой угол ϴ будет непрерывно увеличиваться в результате магнитная связь между ротором и статором нарушается и генератор переходит в асинхронный или двигательный режим работы с последующим отключением его защитой.

Динамическая устойчивость параллельной работы СГ.

Динамическую устойчивость работы генераторов рассмотрим на примере мгновенного уменьшения в системе, когда генератор с угловой характеристики 1 переходит на работу в режиме, которому соответствует угловая характеристика 2 рис.1.

Точка А характеристики 1 соответствует работе генератора номинальном напряжении при котором уголϴ вследствии инерции вращающийся ротоп ГА не может измениться мгновенно, а электромагнитный момент Г. резко уменьшается, т.е. т.А (1) перейдет в т. В, характеристика (2) при ϴ=ϴн. Мощность отдаваемая генератором, уменьшается от Рн до Р1, а мощность ПД Рпд сохраняется. Под действием разности мощностей Рпд>P1>0 ротор Г получит ускорение его угловая скорость ω будет рости и угол ϴ начнет увеличиваться.

В т.С наступит равенство мощностей Г и ПД : Рпд=Рн, но из-за инерции ГА ротоп Г. будет отклоняться от т.Д На участке СД мощность Г. больше мощности ПД(прив двиг) Рпд<Рн, в результате чего ротор будет затормаживаться, его угловая скорость будет уменьшаться. При угле ϴ2 угловая скорость вращения ротора будет равной синхронной ω=ωs, и он начнет обратное движение при этом угол ϴ увеличивается.

Совершив несколько качаний относительно угла ϴ1, соотв т. С на кривой 2. Ротор Г. прекратит колебательный процесс. Значение запасенной ротором кинетической энергии при переходе с кривой 1 на кривую 2 пропорционально площади S1 фигура АВС. Наибольший угол ϴ2, отклоняется ротор, соответствует площади S2 фигуры CDE (площади замедления), равном площади S1 фигуры ABC(площади ускорения). Предельная по динамической устойчивости угла качаний ϴп для рассматриваемого случая является угол соответствующий точке Е.

Т.о. динамическая устойчивость парал. Работы СГ обеспечивается при условиях

S1<S2; ϴ<ϴпр