5. Расчет судовой электрической сети

5.1. Общие положения

Расчет электрической сети сводится к следующему:

• определение расчетных (рабочих) токов в различных участках судовой электрической сети;

• выбор сечений кабелей и проводников и их проверка по условиям работы и прокладки;

• определение потерь напряжения в сети с выбранными кабелями и проводами.

Рассмотрим процедуру и особенности этого расчета.

5.2. 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:

1. 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.

2. 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

• 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:

где — 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,

k₁ — коэффициент, учитывающий отличие температуры окружающей среды от 45°.

k₂ — 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 про пускать расчетный ток. Правда, в этом случае необходимо учитывать пучковость их прокладки.

5.3. Проверка выбранных сечений кабелей и проводов на допустимое падение (потери) напряжения

Падение напряжения на кабеле для расчетных участков (от генератора до ГРЩ и от ГРЩ до отдельного приемника электроэнергии) определяется на основании выбранных для них сечений и принятых длин кабеля.

При отсутствии точных данных по длине кабельных трасс длины расчетных участков кабельных линий для определении падения напряжения на кабеле принимаются ориентировочно.

В трехфазной электрической сети имеют место как фазные потери напряжения в каждом из проводов, так и линейные потери между двумя линейными проводами. При равномерной нагрузке фаз фазные потери напряжения определяются в соответствии с выражением

,

а линейные потери напряжения находят из соотношения

Поскольку в сетях переменного тока с частотой 50 Гц значение х, как правило, много меньше значения r, то в практических расчетах реактивной составляющей можно пренебречь и потери напряжения определяться как

,

5.4 Пример расчета и выбора кабелей.

В качестве примера рассчитаем кабель:

Питающий рулевое устройство

Определим эквивалентный ток:

,

где — 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

Питающий РЩ3

,

В состав потребителей РЩ3 входят: лифты грузовые (позиция IVа), камбуз (XVII), прочая электрическая нагрузка (XXV). Для ЭД каждого из них рассчитываются активные и реактивные токи:

– активный ток ЭД 1-го грузового лифта;

– активный ток ЭД 2-го грузового лифта;

– активный ток потребителей камбуза;

– активный ток прочих потребителей;

– реактивный ток ЭД 1-го грузового лифта

– реактивный ток ЭД 2-го грузового лифта;

– реактивный ток потребителей камбуза;

– реактивный ток прочих потребителей;

Тогда:

Определим эквивалентный ток:

По эквивалентным токам выбираем следующие кабели

Рулевое устройство: КНРП 3x25;

РЩ3: КНРП 3x35;

Определяем падение напряжения в кабелях

Кабели подходят, так как падение напряжения на них меньше 6%.

Таблица расчета и выбора кабелей приведена в Приложении 3

5.4. Выбор сборных шин распределительных устройств

В настоящее время в большинстве случаев проектной практики для выполнения ГРЩ и других РУ принимаются типовые нормализованные серии панелей и щитов блочного типа, в которых сборные шины являются составной частью комплектации и уже рассчитаны на определенные условия работы. При этом отдельная процедура выбора и проверки сборных шин не требуется. В отдельных случаях проектирования СЭЭС с использованием РУ индивидуального каркасного исполнения она необходима.

В общем случае выбор сборных шин РУ включает в себя:

• определение возможного наибольшего длительного тока нагрузки на шины;

• выбор формы, расположения, сечения и числа полос шин;

• проверку шин на динамическую (возможность появления резонанса) и термическую устойчивость.

Рассмотрим особенности указанных проектных процедур.

Наибольший длительный ток шин ГРЩ и других РУ определяется исходя из распределения нагрузки вдоль сборных шин с учетом коэффициента одновременности работы присоединений. При этом в качестве расчетного должен рассматриваться наиболее тяжелый режим работы.

Поскольку точный учет фактического распределения нагрузки вдоль сборных шин ГРЩ при параллельной работе нескольких генераторов практически невозможен, то при проектировании сборных шин в качестве расчетного обычно рассматривается режим раздельной работы генераторов, считая, что в этом случае генераторные шины загружены примерно одинаково.

Наибольший длительный ток шин ГРЩ определяют из условия

,

где К_нн — коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки шин по длине, К_нн = 1,15.

Форма сечения шин определяет площадь поверхности охлаждения и соответственно допустимый ток нагрузки. При одной площади поперечного сечения поверхность охлаждения шин прямоугольного сечения всегда больше, чем у шин круглого (сплошного) сечения и это различие возрастает с уменьшением толщины прямоугольных шин.