2.2 Расчет электрических нагрузок

Для выбора судовых электрических станций, то есть для определения количества мощности и типа судовых генераторов в данном курсовом проекте используется метод таблицы нагрузок в различных режимах работы судна. При этом все потребители условно разделяют на группы:

- 1 механизмы ГЭУ;

- 2 общесудовые системы;

- 3 палубные механизмы;

- 4 освещение, сигнальные и отличительные огни;

- 5 внутрисудовая связь, радиосвязь, автоматика и сигнализация;

- 6 бытовые и прочие потребители.

В таблице нагрузки генератора в графе 1 занимают все потребители с учетом разбивки их на группы. В графе 2 указано количество потребителей. В графе 3, 6 указаны номинальные параметры потребителей. В графах 7, 14, 21, 28 указан график работы потребителей (НР, ПР, ЭР). В графах 8, 15, 22, 29 указан коэффициент загрузки.

Для двигательной нагрузки:

. (8)

Для статической нагрузки .

В графах 9, 16, 23, 30 указан cos φ в режиме, который определяется по рисунку 4 (график зависимости cos φ от К_з). В графах 10, 11, 18, 25, 32 указано количество потребителей работающих в данном режиме. В графах 12, 19, 26, 33 указана потребляемая активная мощность потребителей, которая определяется по формуле:

, (9)

где: m – количество потребителей;

- определяется по рисунку 5 ( график зависимости от К_з ).

В графах 13, 20, 27, 34 указана потребляемая реактивная мощность, определяемая по формуле:

, (10)

где: tgφ_реж. – определяется по cos φ_реж..

После заполнения таблицы нагрузки в графах 12 (19, 26, 33) и графах 13 (27, 34, 20) арифметически складываются мощности для потребителей с графиком работы НР и ПР для каждого режима, по формуле:

Р_с =Р_нр + Р_пр.. (11)

Q_c = Q_нр + Q_пр . (12)

Наибольшая мощность потребляемая, которая работает в режиме ЭР учитывается при выборе мощности генераторов с учетом перегрузок генераторов. Затем определяются значения К_р ( коэффициент разновременности ).

- Р_нр > Р_пр , то К_р = 1.0 – 0.8;

- Р_нр = Р_пр, то К_р = 0.7 – 0.8;

- Р_нр < Р_пр, то К_р = 0.7 – 0.6.

После чего определяем активную, реактивную и полную потребляемые мощности с учетом К_р и К_n ( принимаем его равным 1.05 ) - коэффициент учитывающий потери в сети.

(13)

(14)

. (15)

Далее определяем средневзвешенный cos φ который равен:

. (16)

Если средневзвешенный cos φ ≥ 0.8, то мощность генераторов выбирается по активной мощности, если cos φ ≤ 0.8, то мощность генераторов выбирается по полной мощности.

1 – Рнд < 10 кВт;

2 – Рнд > 10 кВт.

1 – Р_нд < 10 кВт;

2 – Р_нд > 10 кВт.

При выборе генераторов необходимо учитывать следующие требования:

- Р_нг. ≥ Р_{нг.расч.};

- S_нг. ≥ S_{нг.расч.} ;

- тип агрегатного генератора следует применить дизель генератор типа МСК;

- загрузка генератора в каждом режиме должна быть максимальной, но не менее 40 %. Для получения максимальной загрузки необходимо выбирать большое количество генераторов с использованием одиночной и параллельной работы, но не более четырех генераторов;

- тип и мощность генераторов должны быть одинаковыми (для основных и резервных генераторов);

- учесть включение мощного потребителя, работающего в режиме (ЭР). При этом необходимо иметь в виду что дизель генератор допустит перегрузку 10 % в течении двух часов, 25 % в течении 30 минут и 50 % в течении 5 минут;

- тип и мощность резервного генератора, должна быть как у основного, а мощность аварийного выбирается по сумме всех мощностей в аварийном режиме.

Итак в результате расчета таблицы нагрузок выбираем основные и один резервный генератор типа МСК – 92 – 4 мощностью 3×100 кВт и аварийный генератор типа МСК – 91 – 4 мощностью 3×75 кВт.

2.3 Расчет и выбор сечения кабелей

2.3.1 Определение рабочих токов

Рабочий ток определяется по следующей формуле:

, (17)

где: Р_нг – номинальная мощность генераторов, кВт;

cosφ = 0.8;

U_н.г = 400 В.

2.3.1.2 Рабочий ток электродвигателей и преобразователей

, (18)

где: U_н = 380 В;

cosφ_реж – из таблицы нагрузок.

2.3.1.3 Рабочий ток в фидере между ГРЩ и ВРЩ

(19)

2.3.2.1 Определение эквивалентного тока

, (20)

где: α – коэффициент зависящий от способа прокладки кабеля;

к₁ – коэффициент учитывающий частоту питающей сети, при f = 50 Гц, к = 1;

к₂ - коэффициент учитывающий температуру на жиле кабеля, при температуре 65°С к₂ = 1;

к₃ - коэффициент учитывающий температуру окружающей среды, при температуре 45°С к₃ = 1;

к₄ - коэффициент учитывающий конструкцию защиты.

- α = 1 – одиночная прокладка кабеля;

- α = 1.6 - для пучковой прокладки кабеля.

Если α·А < 1, то брать 1.

, (21)

где: А – коэффициент зависящий от переменного характера нагрузки;

t – время работы потребителя в сутки.

При прокладке кабеля в кожухе к₄ = 0.85, в трубе к₄ = 0.8.

По таблице приложения 10 учебника «Судовые электроэнергетические системы» в графе длительность нагрузки выбирается сечение кабеля, при этом

I_экв ≤ I_доп.

Кабель выбирается трехжильный для генераторов максимальное сечение

150 мм² , максимальное сечение подключаемое к ВРЩ 95мм².

2.5 Расчет провалов напряжения

Определяем полную, активную и реактивную проводимости электрического двигателя в относительных единицах в момент включения:

у_д = у_дп ·z_бг, (22)

g_д = у_{д ·} cosφ_{дв пуск}, (23)

в_д = у_д · sinφ_{дв пуск.} (24)

Определяем полную проводимость предварительной нагрузки в относительных единицах:

_. (25)

Определяем суммарные и реактивные проводимости нагрузки генератора в момент включения электрического двигателя:

, (26)

- . (27)

Определяем составляющую U генератора в исходном статическом режиме:

, (28)

. (29)

Определяем составляющее тока статора и ток возбуждения генератора в

исходном статическом режиме:

, (30)

, (31)

. (32)

Определяем составляющее напряжения генератора с демпферными обмот

ками в первый момент после включения двигателя:

, (33)

. (34)

Определяем провал напряжения генератора с демпферными обмотками в

первый момент после включения электрического двигателя:

, (35)

. (36)

2.6 Расчет и выбор автоматических выключателей

2.6.1 Выбор номинального тока расцепителя

2.6.1.1 Для нагревательных приборов трансформаторов и выключателей главного тока должно выполнятся условие I_ном ≥ I_раб.

2.6.1.2 Для электрических двигателей должно выполняться условие:

I_нр ≥ I_нд.

2.6.1.2.1 Проверить отстройку автоматического выключателя от срабатывания тепловых реле пускателя. Отстройка обеспечивается при условии ≥ m, если условие не выполняется необходимо выбрать больший I_ном расцепителя.

2.6.1.3 Для щитов должно выполняться условие:

(37)

2.6.2 Выбор условия по току срабатывания в зоне короткого замыкания

2.6.2.1 Для электрического двигателя должно выполняться условие:

, (38)

где: К_д – учитывает допуски на I_пуск и срабатывание автоматического выключателя в зоне короткого замыкания;

К_а – учитывает апериодическую составляющую пускового тока;

К_п – кратность пускового тока.

2.6.2.2 Для трансформаторов и ВАКС

, (39)

где: К_м – кратность максимального тока по отношению к номинальному;

I_нтр – номинальный ток первичной обмотки трансформатора;

- минусовой допуск на ток срабатывания автоматического выключателя в зоне короткого замыкания.

2.6.2.3 Для нагревательных приборов и щитов К_уст – минимальный.

2.6.2.4 Для автомата главного тока QG, QB, QA, QM должно выполняться условие:

. (40)

2.6.3 Выбор уставки по времени срабатывания в зоне короткого замыкания

Селективность достигается введением времени выдержки на срабатыва

ния автоматического выключателя в зоне короткого замыкания. Время срабатывания должно увеличиваться в направлении от потребителя к источнику в следующей последовательности:

- защита потребителя;

- групповая защита (питание ВРЩ);

- защита фидеров отходящих от ГРЩ;

- защита QB и QM;

- защита QG и QA.

2.6.4 Проверка автоматических выключателей на динамическую усто

чивость

Должно выполняться условие:

(41)

2.6.5 Проверка на термическую устойчивость

. (42)

2.6.6 Проверка чувствительности автоматического выключателя

На фидерах с большими длинами и малыми сечениями кабеля резко уве

личивается сопротивление в зоне короткого замыкания что приводит к снижению тока короткого замыкания у потребителей и так как ток короткого замыкания небольшой, автоматический выключатель не чувствует его и не выключается. Для того чтобы сработал автоматический выключатель по короткому замыканию должно быть выполнено условие

					СК 2012.131.ПЗ	Лист
Изм.	Лист	№ докум.	Подп.	Дата