3. Указания по методике выполнения разделов расчетно-графической работы

1. Расчет и выбор кабеля для потребителя

При выборе кабеля следует учитывать его фактическую нагрузку, от которой зависит максимальная температура нагрева.

Для расчетов судовых сетей используют данные по токам на­грузки для одно-, двух- и трехжильных кабелей и проводов разных сечений при их одиночной прокладке с расчетом на то, что нагрев кабелей не превышает допустимой температуры (65°С при тем­пературе окружающего воздуха +40° С).

Предельно допустимый ток нагрузки кабелей зависит от режи­ма нагрузки (длительный, кратковременный, повторно-кратковре­менный). Нормы нагрузки кабелей и проводов приведены в Прави­лах Регистра.

Допустимый ток нагрузки (А) определяют по формулам:

ток постоянный

однофазный переменный

трехфазный переменный

В этих формулах:

P₁, Р₂ — потребляемая и полезная мощность приемников, кВт;

cos φ, k_з — коэффициенты мощности и загрузки приемников;

U, — номинальные напряжения (В).

Из этих выражений следует, что расчетные токи можно опреде­лять по полезной или потребляемой мощности приемников.

Для фидера РЩ, питающего группу приемников, ток определяют по формулам:

Постоянный

Переменный

где k_о — коэффициент одновременности работы приемников;

ΣI — сумма токов всех приемников;

I_а, I_р — активные и реактивные токи приемников.

Для пучковой прокладки кабелей разных сечений в зависимости от температуры в помещении вводятся поправочные коэффициенты (табл. 27).

Для многорядной открытой (пучковой) прокладки и скрытой прокладки кабелей предусматривается снижение расчетного тока, примерно на 25%.

Для расчета тока нагрузки при пучковой прокладке устанавли­вают нагрузку кабелей пучка с учетом режимов работы питающих­ся приемников.

Расчеты электрических сетей для некоторых типов судов пока­зали необоснованность снижения расчетного тока кабелей, проло­женных в пучках, так как кабели фактически не нагружены номи­нальным рабочим током.

Кабель выбранного сечения проверяют на потерю напряжения в электрических сетях постоянного и переменного тока от ГРЩ до каждого приемника электроэнергии. Приемники могут нормально работать при определенном напряжении. Напряжение, меньшее до­пустимого, приводит к снижению частоты вращения электродвига­теля и соответственно к изменению режимов работы судовых меха­низмов.

Согласно установленным нормам потери (падение) напряжения в сетях не должны превышать (в % от номинального):

для силовой сети и нагревательных приборов — 7,

для осветительной сети на­пряжением 110В и выше — 5,

напряжением 36В и ниже— 10,

для телефонных установок — 5.

2. Проверочный расчет кабеля на допустимую потерю напряжения.

Порядок расчета потери напряжения сети постоянного тока с распределительными нагрузками и подключением нескольких при­емников следующий (рис. 88, а).

Определяют потерю напряжения СВ двухпроводной сети на уча­стке с нагрузкой I₁^'

Подставляя вместо , получают:

или (%)

, (21)

где S₁ — сечение на первом участке сети, мм²;

Рис. 3.1. Однолинейные схемы сетей постоянного и переменного тока с не­сколькими приемниками и векторная диаграмма потерь напряжения

γ — удельная проводимость меди при температуре 65° С.

Определив ток через мощность:

где Р'₁ — потребляемая мощность, кВт, выражение (21) можно преобразовать:

По приведенным формулам рассчитывают потери напряжения только участка сети с постоянной нагрузкой на конце линии. Сум­марные потери по всей линии распределения нагрузки равны сум­ме потерь на отдельных участках:

ΔU = ΔU₁+ ΔU₂ + ΔU₃ + …+ ΔU_n .

После определения потерь напряжения на каждом участке по указанным выражениям можно найти суммарные потери (%):

На рис. 88, а приняты следующие обозначения: I₁ — I_n — сила тока приемников; I '₁ — I '_n — то же, на участках кабельной сети между приемниками: l₁ —l_п — длина кабельной сети от ГРЩ до приемников; l'₁ —l'_п — то же, между приемниками; r₁ — r_п — сопротивление отдельных участков кабельной сети.

Потери напряжения для сети однофазного переменного тока с распределенными нагрузками, где учтены активные и реактивные сопротивления кабелей (рис. 88, б), находят следующим образом. Для первого участка сети с нагрузкой I '₁ соs 'φ₁ с учетом активного r₁' , реактивного x ₁' и полного z₁' сопротивлений на векторной диаграмме (рис. 88, в) показаны активное ec = 2I₁^'r₁^' , реактивное ca = 2I₁^'x₁^' и полное ea = 2I₁^'z₁^' падения напряжений в сети (r₁^', x₁^' , z₁^' — сопротивления одного провода сети).

Потеря напряжения на первом участке сети — это алгебраиче­ская разность векторов напряжения в начале и конце участка , которая с достаточной для расчетов точностью может быть принята за отрезок ее', соответствующий проекции вектора еа полного падения напряжения на линии вектора . При таких до­пущениях потеря напряжения на первом участке сети определяет­ся выражением

где

Отсюда

Реактивное сопротивление кабелей судовой сети значительно меньше активного, поэтому при расчетах потерь напряжения им можно пренебречь. Окончательное выражение для расчета потерь напряжения первого участка сети

или (%)

Если вместо тока взять мощность, то получается

Потери напряжения во всей однофазной сети определяют по вы­ражениям (%)

В трехфазной сети переменного тока линейная потеря напряже­ния для участка однофазной сети с учетом изложенных положе­ний и допущений (%):

Суммарные потери напряжения трехфазной сети с несколькими приемниками определяют по выражениям (%):

Проверочный расчет кабеля на допустимую потерю напряжения.

Приведем примерный расчет сечения кабелей и потерь напря­жения на участках судовой электрической сети переменного трех­фазного тока (рис. 89).

В табл. 28 приведены исходные и расчетные данные отдельных фидеров, питающих приемники, и фидера питания РЩ. Для опре­деления суммарного расчетного тока питающего кабеля РЩ даны суммарные потребляемые активные и реактивные мощности, сред­ние значения коэффициента мощности и расчетная мощность РЩ.

Рис.3.2. Принципиальная схема участков судовой сети

Расчет выполняют в следующем порядке.

1. По таблице электрических нагрузок генераторов судовых ЭС устанавливают режим, в котором приемники электроэнергии, под­ключенные к РЩ, имеют наибольшую нагрузку. Расчетная мощ­ность с учетом коэффициентов одновременности k₀ и запаса k_зап (учитывает увеличение нагрузки кабеля за счет подключения к за­пасному фидеру приемника) составляет

P_εp = εPk_ok_зап = 27·0,9·1,07 = 26 кВт.

2. По наибольшей потребляемой мощности определяют полный расчетный ток фидеров РЩ:

3. По суммарному расчетному току выбирают сечение питающего кабеля РЩ (сечение равно 3 х 10 мм², длина кабеля l₂ = 30 м). Для подключения фидера к шинам ГРЩ выбран автомат А3324 на ток 100 А с максимальным расцепителем на номинальный ток 60 А с уставкой на 420 А.

4. Расчетный ток генератора равен

5. По расчетному току по таблице допускаемых нагрузок на кабели с однорядной прокладкой выбирают сечение и жильность кабеля от генератора до ГРЩ:

S₁ = 2(3x185) мм².

6. Потеря напряжения на участке от ГРЩ до РЩ

7. Потери напряжения (%) на участках сети РЩ до приемни­ков

8. Суммарные потери напряжения на участках от ГРЩ до при­емников (%):

Изложенный порядок расчета соблюдается для сетей постоян­ного тока. При этом в табл. 28 исключаются четвертая и пятая гра­фы, относящиеся только к переменному току. Потери напряжения суммарные и на отдельных участках рассчитывают по формулам для сетей постоянного тока.

3. Расчет освещенности судового помещения