Разработка структурной однолинейной электрической схемы генерирования и распределения электроэнергии

2. Разработка структурной однолинейной электрической схемы генерирования и распределения электроэнергии

 

Согласно Правилам Регистра СССР непосредственно от ГРЩ получают питание электроприводы рулевого и якорно-швартовных устройств, насосов пожарных и балластно-осушительных, навигационное оборудование, щиты основного освещения, радиостанция, основные ЭП механизмов силовой установки (компрессоры пускового воздуха, насосы топливный и масляный), грузовые, траловые и шлюпочные лебедки. А также непосредственно от ГРЩ запитываются мощные электроприводы (компрессор системы кондиционирования воздуха, компрессор и насос провизионной установки).

От аварийного распределительного щита получают питание электроприводы аварийного пожарного насоса, производится дублирование питания электронавигационных приборов, радиостанции, аварийного освещения, сигнализации пожарной и СО₂.

Через вторичные распределительные щиты питаются: вентиляторы трюмов, насосы бытовых систем, вентиляторы МКО и общесудовые, вентиляторы системы кондиционирования воздуха, механизмы, обеспечивающие работу вспомогательных котлов, испарительная установка, нагревательные устройства, электроприводы рыбообрабатывающих цехов, электроприводы мехмастерской, потребители камбуза и прочая нагрузка.

 

3. Выбор САРН и САРЧ

 

Системы автоматического регулирования напряжения (САРН) и частоты (САРЧ) для судовых генераторов выбирают в зависимости от тех требований, которые предъявляют к СЭЭС с учётом условий эксплуатации. Правила Регистра предусматривают следующие требования стабилизации напряжения и частоты вращения: системы стабилизации напряжения (ССН) генераторов должны поддерживать в установившихся режимах напряжение СГ с точностью ±2,5% для диапазона нагрузок от холостого хода до номинальной при изменении cosj от 1 до 0,4. В переходных режимах при набросе на СГ 100% номинального тока и сбросе его или при сбросе 50% номинального тока максимальное изменение напряжения должно быть не более 20% и восстанавливаться до номинального значения с точностью ±2,5% за 1,5 с.

Частота тока зависит от частоты вращения приводного двигателя. Постоянство частоты тока - основное условие нормальной работы потребителей электроэнергии. Поэтому дизели всегда имеют автоматические регуляторы частоты вращения, воздействующие на подачу топлива; а синхронные генераторы – автоматические регуляторы напряжения, воздействующие на ток возбуждения. САРН и САРЧ относятся к системам стабилизации. Системы автоматической стабилизации регулируемой величины могут быть статическими и (или) астатическими по отношению к внешнему воздействию. Первая обеспечивает установившееся значение регулируемой величины, зависящее от внешнего воздействия, а вторая – независимое. В САРЧ дизелей внешним воздействием является мощность, приложенная к выходному валу, которая равна активной мощности, отдаваемой генератором, делённой на КПД генератора. В САРН генераторов внешним воздействием является ток статора, который равен току нагрузки.

Практически характеристики регулируемой величины не являются прямыми линиями, так как любая САР имеет некоторую нечувствитнльность и нестабильность в работе. Статическая характеристика оценивается :

-статизмом системы

d=[(А_о-А_ном)/А_ном] ×100%; где

d – статизм системы

А_о – начальное значение регулируемой величины

А_ном – номинальное значение регулируемой величины

-коэффициентом статизма

К_с=(А_о-А_ном)/В_ном=tg b; где

К_с – коэффициент статизма

В_ном – номинальное значение внешнего воздействия

Качество САР в установившемся режиме оценивается точностью поддержания регулируемой величины и значением статической ошибки или статизмом системы. Астатическая характеристика имеет статическую ошибку, равную нулю, то есть лучшее качество по сравнению со статической характеристикой. Последняя применяется при параллельной работе агрегатов.

Существует два основных принципа автоматического регулирования: по отклонению регулируемой величины (САР по отклонению), по внешнему воздействию на регулируемую величину (САР по внешнему воздействию) и комбинированные (САР по отклонению и по внешнему воздействию). САРЧ и САРН судовых дизельгенераторов в большинстве случаев являются комбинированными. Такие регуляторы называют двухимпульсными. По сравнению с одноимпульсными, они обеспечивают более высокую точность регулирования.

Судовые синхронные генераторы серии МСК имеют комбинированную систему самовозбуждения выполненную по принципу компаундирования. Она выполняет все требования Регистра, обладает высокой точностью стабилизации напряжения. Требуемая точность поддержания напряжения обеспечивается совместной работой схемы фазового компаундирования и корректра напряжения. С помощью корректора напряжения можно осуществить ручную регулировку напряжения генератора с помощью потенциометров точной и грубой уставки.

 В САРН СГ типа МСК (рисунок ниже) используют трансформатор компаундирования ТК с подмагничиванием и магнитным шунтом МШ. Обмотка подмагничивания w_п указанного трансформатора получает питание от КН, который представляет собой устройство, состоящее из полупроводниковых элементов и работающее в импульсном режиме. При уменьшении напряжения СГ корректор напряжения действует так, что ток подмагничивания I_п уменьшается, полезный результирующий магнитный поток Ф увеличивается, возрастает выходное напряжение о6мотки w₂, увеличивается ток I_в и напряжение СГ восстанавливается. При увеличении напряжения СГ корректор напряжения увеличит ток подмагничивания ТК, что вызовет уменьшение магнитного потока Ф, уменьшение тока I_в и восстановление напряжения генератора до заданного значения.

Структурная схема САРН СГ типа МСК с фазовым компаудированием и корректором напряжения

Двухимпульсный АРЧ обладает высокой точностью и быстродействием и состоит из датчика частоты ДЧ, датчика активного тока ДТ, магнитного усилителя А и электромагнита УА.

Датчик частоты представляет собой двухполупериодный выпрямитель-демодулятор, в диагональ которого включен выход частотного индуктивно-емкостного фильтра L1-C1-L2-C2L3. При резонансной частоте (50 Гц) выходное напряжение фильтра U_f находится в квадратуре с опорными напряжениями U₁ и U₂ трансформатора Т2., При отклонении частоты от резонансной выходное напряжение U_f изменяет свою начальную фазу. Выходные напряжения ДЧ равны U₃ = U₁ + U_fи U₄=U₂-U_f , поэтому выходной сигнал ДЧ пропорционален отклонению частоты от номинальной, а его полярность uпределяется направлением этого отклонения. При понижении частоты обмотки управления 9-10 и 11-12 подмагнитят ДМУ, сработает электромагнит УА и откроет золотник гидроусилителя, который сместит топливную рейку до полной компенсации отклонения частоты от номинальной. При этом подмагничивание ДМУ прекратится, УА потеряет питание и гидроусилитель прекратит работу.

Датчик активного тока практически не отличается от датчика типа УРЧН-IД. В цепь дополнительно включена отрицательная обратная связь от поворотного трансформатора TR, связанного кинематически с гидроусилителем. В установившемся режиме напряжение TR уравновешивает выходное напряжение ДТ. При набросе активной нагрузки обмотки управления 5-6 и 7-8 подмагничивают ДМУ, и гидроусилитель переместит топливную рейку в положение, соответствующее новой нагрузке, после чего поворотный трансформатор ТR своим напряжением скомпенсирует сигнал ДТ. ДМУ АРЧ имеет дополнительную обмотку смещения 13-14 и обмотку положительной обратной связи по току нагрузки 15-16.

Двухимпульсный электрический АРЧ по сравнению с электромеханическим повышает качество процесса регулирования частоты и устойчивость распределения активных нагрузок методом мнимостатических характеристик.

4.Постороение функциональной электрической схемы автоматизации судовой электростанции.

Контроль сопротивления изоляции:

 

Для контроля сопротивления изоляции судовой сети переменного тока при наличии и отсутствии напряжения применяется прибор ПКИ. Он имеет пять уставок сопротивления изоляции (500, 200, 100, 50 и 25 кОм) и выдает сигнал при его снижении. Прибор состоит из преобразователя В переменного тока в стабилизированное постоянное напряжение (150 В) , измерительной схемы ИС, ограничивающего резистора R, фильтрующего конденсатора С и выходного бесконтактного элемента РЭ. При снижении сопротивления изоляции ниже заданного постоянный ток, протекающий по цепи через измерительную схему и резистор, приводит к срабатыванию реле РЭ. Оно подает напряжение переменного тока 24 В на звонок и сигнальные лампы в пульт управления ПУ. Конденсатор предназначен для защиты схемы от влияния переменного тока утечки через сопротивление изоляции.

 

5.Определение расчетных токов в фидере компрессора кондиционирования воздуха. Выбор кабелей, коммутационной защитной и распределительной аппаратуры на основании расчета, проверка кабеля на потерю напряжения

Условия:

Потребитель – мощностью Р = 37 кВт.

Режим работы – непрерывный.

Участок 1 – L1=17 м.

Уч-к 2 – L2=42 м.

Уч-к 3 – L3=9 м.

Способ монтажа кабеля по участкам:

L1 – однорядная пучковая прокладка.

L2 – многорядная пучковая прокладка.

L3 – автономная прокладка в трубе длиной более 1,3 м

Температура в МКУ 47 С⁰, в остальных помещениях не превышает расчетной , места контактирования на шинах ГРЩ необработанные.

На I участке:

 

Поправки с учетом прокладки и режима работы:

I’_расч. = I_расч./(k₁× k₂)=802 А, где

k₁=0,9 - коэф.,учитывающий способ прокладки (однорядная пучковая),

k₂== 1 - коэф.,учитывающий режим работы (непрерывный [24ч]).

С учетом температурного режима:

I’’_расч.=I’_р/k_q=951 А, где k_θ - температурный коэф.

, температурный коэф.

 

На II участке:

kз=0,85 - коэф. загрузки потребителя,

Pн=37 кВт - номинальная мощность потребителя,

Uн=380 В - напряжение сети,

hн =0,9 - номинальный К.П.Д. потребителя

cos j=0,89 - номинальный коэф. мощности потребителя.

С учетом прокладки и режима работы:

I’_{расч. =} I_расч./(k₁×k₂)= 98,3А, где

k₁=0,6 - коэф., учитывающий способ прокладки (многорядная пучковая),

k₂=1 - коэф., учитывающий режим работы (непрерывный).

С учетом температурного режима:

I’’_расч.=I’_расч/k_q=65,5А, где

, температурный коэф.

 

На III участке:

 

 kз=0,85 - коэф. загрузки потребителя,

Pн=37 кВт - номинальная мощность потребителя,

Uн=380 В - напряжение сети,

hн =0,9 - номинальный К.П.Д. потребителя

cos j=0,89 - номинальный коэф. мощности потребителя.

Поправки с учетом прокладки и режима работы:

I’_расч. = I_расч./(k₁× k₂)=73,8 А, где

k₁=0,8 - коэф.,учитывающий способ прокладки (автономная в трубе L более 1,3м),

k₂== 1 - коэф., учитывающий режим работы (непрерывный [24ч]).

С учетом температурного режима:

I’’_расч.=I’_р/k_q=49,2 А, где k_θ - температурный коэф.

, температурный коэф.

 

Выбор кабелей.

Произведем выбор кабелей для заданной трассы питания электропривода насоса рефрижератора трюмов с учетом режимов работы кабелей под нагрузкой, особенностей прокладки трассы и фактической температуры окружающей среды.

На 1 участке: I’’_расч.= 951 А

По этому току из таблиц выбираем ближайшее большее значение допустимого тока: I_доп=325А для кабеля КНР 3240 мм²,число кабелей = 3

На 2 участке: I’’_расч.= 65,5 А

По этому току из таблиц выбираем ближайшее большее значение допустимого тока: I_доп=79А для кабеля КНР 325 мм².

На 3 участке: I’’_расч.= 49,2 А

По этому току из таблиц выбираем ближайшее большее значение допустимого тока: I_доп=60А для кабеля КНР 316 мм².

Выбор пуско-регулирующей и защитной аппаратуры.

В соответсвии с заданием необходимо выбрать для участка судовой сети (рис. 1) автоматические выключатели и пускорегулирующую аппаратуру электродвигателя.

Выбор автоматических выключателей

Условия выбора:

-  род тока (в случае переменного учесть частоту питающей сети.);

-  величина напряжения, причем необходимо, чтобы U_н.уст.£ U_н.ав., где U_н.уст. - номинальное напряжение установки, U_н.апп. - номинальное напряжение аппарата;

-  величина тока. Необходимо, чтобы I_н.потр. £ I_н.ав.;

-  конструктивно-климатическое исполнение (условия эксплуатации, Требования Регистра.);

-  номинальный ток расцепителя I_н.р.;

-  уставка по току срабатывания I_уст.£ I_уст. АВ.

Выбор автоматического выключателя (потребитель)

- по номинальному току max расцепителя: I_н.р.³I_р.ф.; I_н.р.³70А.

- по номинальному току АВ: I_н.АВ³I_р.ф.; I_н.АВ³70А.

- по току уставки срабатывания :

I_уст=800 А

I_уст³11,7 А

Выбираю автоматический выключатель серии А3120Р:

номинальный ток расцепителя: 80 А;

Допустимый ударный ток 22 кА.

вид расцепителя: комбинированный расцепитель максимального тока.

Выбор секционного автомата QF 5.

- по номинальному току max расцепителя: I_н.р.³ I_раб.; I_н.р.³1023 А.

I_раб=1023А

- по номинальному току АВ: I_н.АВ.³ I_н.потр..; I_н.АВ.³1023 А.

- по току уставки срабатывания АВ: I_уст.=(3¸5)×I_раб.=5×1023=5115 А.

Выбираю секционный автомат серии АМ15-М:

Номинальный ток автомата 1250 А.

Ток max расцепителя 1250 А.

Допустимый ударный ток 110 кА.

Действующее значение тока в момент расхождения дугогасительных контактов 45кА.

Выбор автоматического выключателя (ВРЩ 2 ) QF 7.

- по номинальному току max расцепителя: I_н.р.³ I_фид.=К_о( К_3i×I_н.i+I_р.), где I_фид=

К_о - коэффициент одновременности;

К_3i - коэффициент загрузки i-ого потребителя;

I_н.i - ток i-ого потребителя;

I_р. - сумма номинальных токов расцепителей резервных АВ,

I_н.р.³24,85 А.

- по номинальному току АВ: I_н.АВ. ³ I_н.р.; I_н.АВ. ³ 24,85 А.

- по току уставки срабатывания АВ: , где

I_ф - ток фидера;

_вкл.i =1,2I_н.дв

_н.дв.-номинальный ток i-го двигателя;

К_п=5¸7 - кратность пускового тока;

d=0,2 - минусовой допуск на ток срабатывания к.з.

_вк.i = 1,2(21,36+63+91,2+30,18)=205,74 А.

_н.i =34,35 А

I_фид.=27,61 А

 I_уст. = (205,74+27,61-34,35)/(0,8×30) = 199/24=8,3(Кратность по току)

Выбираю АВ серии А3100Р исполнения А3110Р:

номинальный ток автомата - 30 А.

току уставки срабатывания – 300А.

Выбор генераторного автомата QF 1.

- по номинальному току max расцепителя: I_н.р.³ I_р.фид.; I_н.р.³956 А.

- по номинальному току АВ: I_н.АВ.³ I_н.р.; I_н.АВ.³ 956 А.

- по току уставки срабатывания АВ: I_уст.=(2,5¸3,5)×I_н.G.=3×659=1977 А.

Выбираю генераторный автомат серии АМ15-М: типоисполнение:АМ15Н-5М

Ток max расцепителя 1250 А.

Допустимый ударный ток 110 кА.

Действующее значение тока в момент расхождения дугогасительных контактов 45кА.

Термическая устойчивость = 3000 А²*с*10^-6

Выбор магнитного пускателя для потребителя.

- U_н.уст.£U_н.апп., где U_н.уст. - номинальное напряжение установки; U_н.апп. - номинальное напряжение аппарата;

- I_н.потр. £ I_н.апп.

 I_н.апп=70А

номинальный ток пускателя I_н.п. = 90 А,

Исходя из данных условий, выбираю магнитный пускатель серии ПММ-3020:

 

Проверка кабеля на потерю напряжения

Потеря напряжения есть арифметическая разность величин напряжений в начале и конце рассматриваемого участка кабеля. Линейная потрея напряжения вычисляется по формуле , где

Iрасч. - расчетный ток на участке;

l - длина участка;

cosj - коэффициент мощности;

Uн - напряжение;

g=48 м/(Ом×мм²) - удельная проводимость электротехнической меди;

S- сечение жилы кабеля.

На I участке:

Iрасч.=722 А; l=17 м; cosj =0,8; Uн =400 В; S=240 мм² .

DU=0,37%

На II участке:

Iрасч.=59 А; l=42 м; cosj=0,89; U_н=380 В; S=25 мм².

DU=0,84 %

На III участке:

Iрасч.=59А; l=9 м; cosj=0,89; Uн =380 В; S=16 мм².

DU =0,28 %

Суммарная потеря напряжения на расчётном участке: 1,49%

Так как по требованиям Регистра суммарное падение напряжения в силовой сети не должно привышать 7% то можем сказать, что выбранная сеть отвечает этим условиям.