Лабы Елагин / СЭ-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ

Методические указания с заданиями для индивидуальной работы студентов специальности 180403.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

Калининград

2015

АВТОР – Елагин Н.Н., доцент кафедры электрооборудования судов и электроэнергетики ФГБОУ ВПО «Калининградский технический университет»

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой электрооборудования судов и электроэнергетики 31 августа 2015 года, протокол № .

1.Общие положения.

Индивидуальное задание предназначено для самостоятельного изучения отдельных разделов курса и приобретения навыков решения задач, встречающихся в практической деятельности при эксплуатации судового электрооборудования. Задание предусматривает написание реферата по трем разделам курса и двух расчетных работ по выбору предохранителей и автоматических выключателей и расчету участка судовой кабельной сети.

Задание выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД. Наименование раздела реферата должно быть записано полностью и затем приводится ответ, из которого следует, насколько студент глубоко ознакомился с материалом по теме. После каждого ответа приводятся ссылки на использованную литературу, если это имело место.

Выполненное и оформленное задание сдается на рецензию преподавателю, полученные замечания исправляются. Затем по результатам индивидуальной работы проводится собеседование. Задание выполняется на листах формата А4 согласно правилам оформления проектной документации.

Срок выполнения и сдачи задания не позже 13 недели семестра.

Невыполнение задания влечет недопуск к экзамену.

2. Состав индивидуального задания

2.1. Изучить материал и написать реферат по трем разделам курса:

• источники и преобразователи электрической энергии на судах;

• коммутационная и защитная аппаратура;

• схемы генерирования и распределения электрической энергии в судовых электроэнергетических системах;

2.2. Произвести выбор предохранителей и выключателей с учетом селективности защиты (работа 1).

2.3. Рассчитать участок судовой кабельной сети (работа 2).

3. Методические указания к изучению разделов курса и написанию реферата

1. Раздел курса: Источники и преобразователи электрической энергии.

Цель: Изучить все виды источников электроэнергии на судах, их конструктивные особенности, достоинства, недостатки.

Генераторы электроэнергии. Первичные двигатели генераторных агрегатов, типы и назначение. Область применения, особенности и основные показатели первичных двигателей. Особенности генераторов переменного и постоянного тока, их основные параметры и характеристики, конструктивное исполнение, основные серии генераторов, применяемых на судах.

Генераторные агрегаты – основные, резервные, аварийные.

Электрохимические источники тока – кислотные, щелочные и серебряно-цинковые аккумуляторы, их состав, назначение, порядок обслуживания. Новые источники энергии.

Генераторные установки отбора мощности на промысловых судах: типы, характеристики, способы сопряжения.

Преобразователи электрической энергии – машинные, статические преобразователи, их основные характеристики.

Порядок обслуживания и ремонта электроустановок.

Надежность различных источников энергии. Технико-экономические показатели.

Указания к изучению раздела

При изучении источников электрической энергии следует обратить внимание на основные технико-экономические показатели, определяющие выбор генераторного агрегата – энергетические, качество электроэнергии, надежность, массогабаритные показатели и др. Необходимо знать достоинства и недостатки различных типов генераторных агрегатов, а также параметры, характеристики и конструктивные особенности генераторов постоянного тока и синхронных генераторов. Следует ознакомиться с требованиями Правил Морского регистра судоходства, предъявляемыми к выбору основных, резервных и аварийных генераторов.

При рассмотрении электрохимических источников тока необходимо обратить внимание на их конструктивные особенности, химические реакции процессов, происходящих при заряде и разряде аккумуляторных батарей, порядок подготовки аккумуляторов к зарядке, требования к аккумуляторным помещениям, меры безопасности при обслуживании аккумуляторных батарей.

На судах промыслового флота широкое применение нашли генераторные установки отбора мощности, позволяющие сократить число генераторных агрегатов за счет использования мощностей энергетической установки судна в ходовых режимах. В связи с этим необходимо обратить внимание на технико-экономические показатели, определяющие эффективность применения утилизационных турбогенераторов и валогенераторов, и требования, которые необходимо при этом учитывать (обеспечение качества электроэнергии, обеспечение бесперебойного электроснабже6ния приемников и др.). Следует знать возможные варианты сочетания генераторных установок отбора мощности с автономными генераторными агрегатами в судовых электростанциях, их принципиальные и кинематические схемы.

При рассмотрении преобразователей электрической энергии необходимо изучить конструктивные особенности машинных преобразователей, различные схемы выпрямителе и инверторов, их назначение и особенности. Необходимо обратить внимание на преимущество применения статических преобразователей перед электромашинными, а также на их недостатки - ухудшение гармонического состава напряжения, cos φ и других, способы компенсации этих недостатков.

Вопросы для самопроверки

1. Какие технико-экономические показатели определяют выбор типа генераторного агрегата?

2. Какие требования предъявляют Правила Российского Морского Регистра судоходства к первичным двигателям генераторным агрегатам?

3. В чем заключаются достоинства и недостатки различных типов генераторных агрегатов, применяемых на судах?

4. Назовите основные конструктивные особенности, параметры и характеристики судовых генераторных агрегатов постоянного тока и синхронных генераторов.

5. Какими достоинствами и недостатками обладают электрохимические источники электроэнергии?

6. Какие требования предъявляются Правилами Российского Морского Регистра судоходства к аккумуляторным помещениям?

7. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при обслуживании аккумуляторных батарей?

8. Как контролируют степень заряда аккумуляторных батарей?

9. Какие способы заряда аккумуляторных батарей применяют на судах?

10. По каким признакам классифицируются генераторные установки отбора мощности?

11. Какие требования предъявляются к генераторным установкам отбора мощности?

12. Чем характеризуется технико-экономическая эффективность применения генераторных установок отбора мощности на судах?

13. Какие типы генераторов применяются при отборе мощности от гребного вала судна?

14. Нарисуйте кинематические схемы генераторных установок отбора мощности.

15. В чем заключается преимущество статических преобразователей электроэнергии перед машинными?

16. Чем характеризуется инверторный режим работы статических преобразователей?

17. От чего зависит коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения?

3.2 Раздел курса: Генерирование и распределение электрической энергии в СЭЭС и распределительные устройства

Цель: Изучить принципы построения судовых подсистем генерирования и распределения электроэнергии, приобрести навыки расчета электрических сетей.

Основные принципы построения судовых подсистем генерирования и распределения электроэнергии. Магистральная, фидерная (радиальная) и смешанная подсистемы распределения электроэнергии, их особенности.

Распределительные устройства судов промыслового и транспортного флота. Главные распределительные щиты и пульты управления. Вторичные, групповые и специализированные распределительные щиты. Защита электроэнергетических систем. Основные требования, предъявляемые к защите, общая структура построения защиты судовых электроэнергетических систем.

Типизация и унификация элементов и секций распределительных устройств. Типы судовых кабелей и проводов. Расчет электрических сетей.

Указания к изучению раздела

При изучении этой темы необходимо основное внимание обратить на закрепление пройденного материала путем ознакомления с основными элементами генерирования, распределения и канализации электрической энергии конкретных промысловых и транспортных судов. Необходимо изучить конструкцию главных распределительных щитов и пультов управления. Необходимо усвоить расшифровку условных обозначений кабелей, применяемых на судах, изучить способы прокладки кабелей и их влияние на допустимую плотность тока, проходящего по кабелю.

В результате изучения данной темы студент должен уметь производить расчет электрических сетей, включая расчет токов нагрузки, выбор марки кабеля, количества его жил и их сечения, выбор сечения шин главного распределительного щита, расчет падения напряжения на участках сети. Необходимо знать нормы потерь (падения) напряжения в сетях, установленные Правилами Морского Регистра судоходства России.

Вопросы для самопроверки

1. Какие требования предъявляются к схемам генерирования и распределения электроэнергии?

2. Какие принципы заложены в основу построения схемы генерирования и распределения электроэнергии?

3. Какие системы распределения электроэнергии нашли применение на судах?

4. Какие факторы влияют на выбор сечения кабелей и проводов?

5. Какие типы кабелей и проводов применяют на судах?

6. Какие требования предъявляют Правила Российского Морского Регистра судоходства к нормам потерь напряжения в сети?

7. Как производится выбор шин главного распределительного щита?

8. Как влияет способ прокладки кабеля на допустимую величину тока, проходящего по нему?

9. Как влияет температура окружающей среды на выбор сечения кабелей?

10. Какие основные элементы входят в состав главного распределительного щита и пульта управления?

11. По каким признакам классифицируются распределительные щиты?

12. Какие виды защит применяются в схемах генерирования и распределения электроэнергии?

3.3. Раздел курса: Коммутационно-защитная аппаратура

Цель: Изучить устройство и принцип действия коммутационно-защитной аппаратуры.

Аварийные режимы в судовых электроэнергетических системах и их локализация. Виды повреждений и ненормальных режимов, при которых необходимо предусматривать защиту.

Основные требования, предъявляемые к защите судовых электроэнергетических систем. Аппараты защиты, применяемые на судах. Автоматические воздушные выключатели: установочные, универсальные, селективные, их основные характеристики, принцип действия, основные элементы. Комбинированные аппараты защиты – автоматические выключатели со встроенными в них плавкими предохранителями. Плавкие предохранители, их основные характеристики. Быстродействующие предохранители. Инерционные предохранители. Выбор автоматических выключателей и предохранителей. Измерительные трансформаторы

Реле защиты, назначение, принцип действия. Реле напряжения, тока, обратной мощности, защита электрических цепей, генераторов, электроприводов. Техническое обслуживание аппаратов защиты.

Указания к изучению раздела

Во избежание опасных последствий, обусловленных различного рода повреждениями как отдельных элементов, так и сетей судовых электроэнергетических систем, в них предусматривается защита, которая осуществляется плавкими предохранителями, автоматическими воздушными выключателями, различного типа реле и другими приборами. Прежде чем изучать отдельные аппараты защиты, необходимо изучить причины, вызывающие перегрузки генераторов, сети приемников в судовых электроэнергетических системах. Затем необходимо ознакомиться с конструктивными особенностями, параметрами и характеристиками распространенных элементов защиты – автоматическими выключателями серий АМ, АС, А и АК, предохранителей типа ПР-2, ПД, ПН-2, и НПН, реле обратного тока, обратной мощности и пр.

При изучении данной темы следует также разобраться в схемах защиты от коротких замыканий, от перегрузок, от обратной мощности и тока, освоить выбор элементов схем защиты. Особое внимание следует обратить на избирательное действие защиты при коротком замыкании и перегрузках.

Вопросы для самопроверки

1. Какие причины вызывают перегрузку генераторов, сети и приемников?

2. Какие требования предъявляются к защите основных видов электрооборудования?

3. Как обеспечивается в судовых электроэнергетических системах селективность работы схемы защиты от коротких замыканий?

4. Каковы правила выбора селективных и установочных автоматов?

5. На чем основан принцип действия теплового и электромагнитного расцепителя?

6. Какова область применения плавких предохранителей и установочных автоматов?

7. Нарисуйте токо-временную характеристику плавкого предохранителя и принцип выбора предохранителя?

8. Что входит в состав устройства инерционного предохранителя?

9. Какие устройства входят в состав устройства автоматического воздушного выключателя?

10. Как осуществляется гашение дуги в автоматических воздушных выключателях?

11. Какие факторы действуют на автоматический выключатель при коротком замыкании в цепи, в которой он установлен?

Работа 1. По заданной принципиальной схеме (Рис. 1, 2) и исходным данным, приведенным в табл.1 произвести выбор предохранителей и автоматических выключателей с учетом селективности защиты.

Указания к выполнению

Студенты выполняют работу по варианту, номер которого определяется номером зачетной книжки. Номер варианта в табл.1 соответствует последней цифре номера зачетной книжки. Студенты, у которых предпоследняя цифра номера зачетной книжки имеет значение 1, 3, 5, 7, 9, выполняют расчеты по рис.1, если 2, 4, 6, 8, 0, - по рис.2.

Пояснение.

Во избежание опасных последствий, обусловленных различного рода повреждениями как отдельных элементов электрооборудования, так и сетей СЭЭС, предусматривается защита СЭЭС, которая осуществляется плавкими предохранителями, автоматическими воздушными выключателями и реле различного типа.

Автоматические выключатели и предохранители необходимо выбирать по номинальному напряжению и току с последующей проверкой на максимально возможный ток. Проверку на электродинамическую и термическую устойчивость в данном задании проводить не следует.

Для цепей со статической нагрузкой плавкую вставку необходимо выбирать из условия

Iном п.в. = Iном ,

где Iном п.в. – номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;

Iном – номинальный рабочий ток потребителя, А.

Для цепей с динамической нагрузкой ток плавкой вставки определяется по выражению

Iном п.в. = кпуск Iном ,

где кпуск – коэффициент, учитывающий кратность пускового тока, рекомендуется принимать равным кпуск = 2,5.

При питании n двигателей или смешанных потребителей плавкую вставку выбирают из условия, что двигатель наибольшей мощности находится в пусковом режиме, а остальные потребители в нормальном рабочем режиме. Тогда

Iном п.в. = кпуск Iном + кокз Ii ,

где кокзIi – суммарный рабочий ток остальных потребителей (коэффициент одновременности работы потребителей ко и коэффициент загрузки кз следует принять равными единице).

При выборе автоматических выключателей вначале выбирают номинальный ток расцепителей, а затем номинальный ток автомата (допускается некоторое превышение тока расцепителей I ном.расц. над значением токов питающих линий I ном.

Затем необходимо выбрать соответствующие уставки расцепителей в зоне короткого замыкания (к.з.) во избежание ложных срабатываний автоматов мгновенного действия при пуске электродвигателей

I уст.а = кзап Iпуск.дв.

где I уст.а – ток уставки, т.е ток срабатывания автомата в зоне к.з.;

кзап – коэффициент запаса;

Iпуск.дв. – пусковой ток двигателя; его рекомендуется принять равным 5 Iном;

Для автоматических выключателей типа АК-50 коэффициент запаса принять равным кзап =1,8-2,0; для автоматов А-3100 и А-3300 кзап = 1,5-1,7.

Избирательность (селективность) действия защиты в зоне к.з. обеспечивается введением выдержек времени на срабатывание в зоне к.з. Селективное отключение к.з в пятиступенчатой системе защиты обеспечивается при условии установки выключателей следующих серий:

на первой ступени – установочных выключателей;

на второй ступени – селективных выключателей с выдержкой времени 0,18 с (выключатели типа АМ) и 0,15 с (А3500);

на третьей ступени – селективных выключателей с выдержкой времени 0,38 с (АМ) или 0,33 с (А3500);

на четвертой ступени – селективных выключателей с выдержкой времени 0,63 с (АМ);

на пятой ступени – селективных выключателей с выдержкой времени 1 с (АМ).

Уставки выключателей по времени их срабатывания должны возрастать в такой последовательности: индивидуальная защита потребителей, групповая защита, фидерный выключатель, ГРЩ, секционный выключатель, выключатели источников. По возможности необходимо использовать выдержки времени не свыше 0,3-0,5с во избежание значительного разрушения оборудования электрической дугой.

Выбранные автоматические выключатели и предохранители необходимо нанести на схему электрической сети с указанием времени срабатывания автоматов в зоне к.з. Схему электрической сети необходимо выполнить на бумаге с помощью компьютера с применением графического редактора.

Таблица 1

Потребители электроэнергии		Номер варианта
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
		Токи, потребляемые приемниками, А
1	Асинхронный электродвигатель	50	45	40	35	30	25	20	15	10	5
2	То же	10	90	80	70	60	50	40	30	20	10
3	То же	15	25	35	45	55	65	75	85	95	105
4	То же	5	15	25	35	45	95	85	75	65	55
5	То же	550	500	450	400	350	300	250	200	150	100
6	То же	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
7	Нагревательные приборы	110	100	90	80	70	60	50	40	30	20
8	То же	60	70	80	90	100	50	40	30	20	10
9	Освещение	50	45	40	35	30	25	20	15	10	5
10	То же	30	27	24	21	18	15	12	9	6	3
Мощность генераторов, кВт		600	600	500	500	400	400	300	300	200	200

Работа 2. По заданной принципиальной схеме судовой электростанции (Рис.3), по исходным данным, приведенным в табл.2, 3, 4, 5 рассчитать участок судовой кабельной сети. Режим работы потребителей П4 и П10 принять с ПВ=40%, П2 и П7 – как кратковременный, у остальных длительный. Температуру воздуха в помещении для П1 принять 50С, а остальных потребителей - 40С.

Указания к выполнению

Данные для выполнения работы приведены в табл. 2-5. Номер варианта в табл.2-5 соответствует последней цифре номера зачетной книжки. Студенты, у которых предпоследняя цифра номера зачетной книжки имеет значение 1, 3, 5, 7, 9 выбирают данные из табл.2, 3. Если предпоследняя цифра зачетной книжки имеет значение 2, 4, 6, 8, 0, то данные выбираются из табл. 4, 5.

Пояснение

Расчет судовой кабельной сети выполняется в следующей последовательности.

1. По заданным значениям мощностей приемников электроэнергии определяется расчетный ток фидеров, соединяющих приемники с соответствующими щитами. Вычисляются эквивалентные токи фидеров с учетом режима работы приемника, условий прокладки кабеля, температуры окружающей среды.

, A; , А;

где A – поправочный коэффициент, учитывающий отличие режима нагрузки кабеля от длительного;

- , А - поправочные коэффициенты /3/.

По полученным величинам эквивалентных токов выбираются сечение и марка кабеля по таблицам допустимых нагрузок /3/ (т.1, § 2.5.2.-2.5.4.).

2. Определяются расчетные токи кабелей, питающих групповой и распределительные щиты, по суммарному току приемников электроэнергии с учетом коэффициентов одновременности работы и запаса.

3. Выбираются сечения фидеров, питающих групповой и распределительные щиты. Для РЩ1 принять Ко1, для РЩ2 – Ко2.

4. По заданным мощностям генераторов определяются полные расчетные токи и сечения фидеров, питающих ГРЩ. Сечение кабеля более 240 мм² брать не рекомендуется. Если требуется большее сечение, то следует взять несколько параллельных кабелей меньшего сечения. В этом случае следует учесть прокладку кабелей пучком.

5. На основании выбранных сечений кабелей и известных длин участков сети следует определить потери напряжения от генераторов до ГРЩ и от ГРЩ до приемников электроэнергии.