Файл: Образовательное учреждение высшего образования сибирский государственный университет водного транспорта.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
10.1 Проверка шинопровода по токам короткого замыкания.
П
осле расчета величины ударного тока КЗ на шинах ГРЩ необходимо выполнить проверку шинопровода на динамическую и, при необходимости, термическую стойкость.
Проверка шин на электродинамическую стойкость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, резко возрастающим между ними при коротких замыканиях. Для выполнения этого необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых значений.
Рисунок 8 – Кривые для определения коэффициента формы шин Кф.
Сила взаимодействия (равномерно распределенная по длине шинопровода) между шинами при протекании по ним тока КЗ может быть определена из следующего выражения:
Рисунок 9 – Расположение шин.
(10.1)
Н/см
где iуд – ударный ток КЗ, А; Кф – коэффициент, учитывающий форму сечения шин (определяется по рисунку 8); а – расстояние между осями параллельных шинопроводов (при напряжении 380 В должно составлять не менее b+14, мм (для расположения шин по рисунку 9).
Каждую шину можно представить, как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по следующим формулам:
где l – расстояние между опорами (длина пролета, которая в среднем составляет 50-100 см).
Затем находят максимальное расчетное напряжение в шине
(10.4)
, Н/см2
где W – момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, см3.
Момент сопротивления для шин прямоугольного сечения вычисляют по формуле:
(10.5)
при вертикальном расположении шин (рисунок 9а)
, см3;
при горизонтальном расположении шин (рисунок 9б)
(10.6)
, см3;
где b, h – размеры шин, см.
Расчетное напряжение шин не должно превосходить допустимое:
расчдоп.
Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/см2.
Результаты расчёта приведены в таблице №24.
Таблица № 24 – Проверка шин на электродинамическую стойкость.
В данном случае, шины прошли проверку на электродинамическую стойкость.
Проверку шин на термическую стойкость производят только для тех щитов, которые отключаются при КЗ с выдержкой времени не менее 0,7 с. Все автоматы моей станции имеют меньшую выдержку времени, поэтому в проверке не нуждаются.
10.2 Проверка аппаратов защиты по токам короткого замыкания.
После расчета токов КЗ необходимо выполнить проверку выбранных ранее (раздел 8) аппаратов защиты электрических сетей.
Все автоматы проверяются по условию на разрывную способность (т.е. способность автомата отключать ток КЗ без нарушения механической прочности его деталей):
iуд.расчiуд.доп,
где iуд.расч – расчётный ударный ток КЗ; iуд.доп – допустимый ударный ток КЗ автомата.
Электродинамическая стойкость ItрасчIдоп., где Itрасч – расчётное действующее значение тока в момент расхождения автомата (соответствующий выдержке времени ЭМР); Iдоп - допустимое действующее значение тока автомата.
Термическая стойкость
, где 
- установившееся значение тока КЗ; tр – расчетное время КЗ (соответствует выдержке времени расцепителя); I2tдоп – допустимое значение термической стойкости аппарата.
Таблица № 25 – Проверка автоматических выключателей на разрывную способность, электродинамическую стойкость, термическую стойкость.
Заключение
В результате проделанной работы, были рассчитаны, потребляемые судовой электроэнергетической системой, мощности в разных режимах её работы. На основании данных вычислений, были выбраны основные источники электроэнергии- один генератора, мощностью 224 кВт каждый. Так же, учитывая потребности системы в аварийном режиме, был выбран аварийный генератор, мощностью 224 кВт. Помимо этого, в соответствии с требованиями Речного регистра, учтена необходимость установки аккумуляторных батарей, для обеспечения электроэнергией аварийного освещения и радиооборудования, в течении получаса, до предполагаемого включения аварийного дизель-генератора. При этом, все генераторы выбраны таким образом, чтобы их мощность была на 20-30% больше, чем потребляемая в самом нагруженном режиме, мощность. В соответствии с требованиями Речного регистра, было выбрано напряжение 380 В и частота 50 Гц. Т.к. в системе присутствуют потребители, питающиеся от сети 220 В, были установлены трансформаторы- один получает питание от секции шины ГРЩ 380В, а второй- от секции шины АРЩ 380В. На основе вышесказанного, была спроектирована структурная схема СЭЭС На структурной схеме судовой электроэнергетической установки выходной вал первого главного дизеля (или турбины) 1 соединен с ротором
Так же, была разработана электрическая схема СЭЭС, в которой предусмотрено:
защита генераторов и всех элементов системы от ненормальных режимов работы; приём питания с берега/других судов; возможность обеспечения питанием шин АРЩ от основных генераторов и наоборот; наличие двух трансформаторов- основного и аварийного.
По итогу, ГРЩ состоит из 2х секций шин- 380 и 220 В. Реализована связь между шинами 380В и между шинами на 220В, с помощью автоматических выключателей QF. Все ответственные потребители подключены к шинам АРЩ. При отключении двух основных генераторов, запускается аварийный дизель-генератор, питание получают лишь ответственные потребители.
Выбраны кабели, удовлетворяющие требования Речного регистра по потерям напряжения, в зависимости от потребителей. Выбраны шины, оптимальные для рассчитанных токов нагрузки. В пункте №8 рассмотрен выбор аппаратов защиты, основными типами автоматических выключателей в данной работе являются: А3530, А3110Р и АМ-30.
Была проведена проверка шин и контактной аппаратуры по токам КЗ. Расчёты показали, что шины и автоматические выключатели с выбранными параметрами, успешно прошли проверку.
Список литературы:
ПРИЛОЖЕНИЕ А: Судовая электроэнергетическая система
Судовая электроэнергетическая система содержит судовую электрическую станцию 1 переменного тока, с которой соединены электрическая сеть 2 переменного тока непосредственно, а электрическая сеть постоянного тока 3 - через управляемые выпрямители напряжения 4, снабженные входными фильтрами 5 и пусковыми устройствами 6 этих выпрямителей. Сеть переменного тока 2 может быть разделена на две части: электрическая сеть 7 переменного тока высокого напряжения и электрическая сеть 8 переменного тока низкого напряжения. Обе эти части соединены силовыми трансформаторами 9. Потребители 10 с постоянными значениями частоты и высокого напряжения подключены к сети 7 переменного тока высокого напряжения. Потребители 11 с постоянными значениями частоты и низкого напряжения подключены к электрической сети 8 переменного тока низкого напряжения. Сеть 3 постоянного тока содержит сборные шины 12 постоянного тока, к которым подключены выходные зажимы всех управляемых выпрямителей 4 напряжения. К сборным шинам 12 подключены входные зажимы автономных инверторов 13 напряжения через пусковые устройства 14 и фильтры 15 этих инверторов, а также входные зажимы импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения через пусковые устройства 17 и фильтры 18 этих преобразователей. К выходным зажимам некоторых автономных инверторов 13 подключены, по одному на каждый инвертор, потребители 19 со значениями частоты и (или) напряжения, которые отличаются от частоты и (или) напряжения электрической сети 2 переменного тока. Выходные напряжения таких инверторов, а возможно и частоты, изменяются во время работы этих потребителей. Группы других потребителей 20 с неизменными значениями частоты, которые отличаются от частоты электрической сети 2 переменного тока, подключаются к выходным зажимам другой части автономных инверторов 13 через выходные фильтры 21 этих инверторов. Непосредственно к выходным зажимам некоторых импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения подключены, по одному на каждый такой преобразователь, потребители 22 со значениями напряжения, которые отличаются от напряжения электрической сети 3 постоянного тока. Другие потребители 23 со значениями напряжения, которые отличаются от напряжения электрической сети 3 постоянного тока, подключаются к выходным зажимам другой части импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения через выходные фильтры 24 этих импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения.
П
осле расчета величины ударного тока КЗ на шинах ГРЩ необходимо выполнить проверку шинопровода на динамическую и, при необходимости, термическую стойкость.Проверка шин на электродинамическую стойкость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, резко возрастающим между ними при коротких замыканиях. Для выполнения этого необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых значений.
Рисунок 8 – Кривые для определения коэффициента формы шин Кф.
Сила взаимодействия (равномерно распределенная по длине шинопровода) между шинами при протекании по ним тока КЗ может быть определена из следующего выражения:
Рисунок 9 – Расположение шин.
(10.1)
Н/см где iуд – ударный ток КЗ, А; Кф – коэффициент, учитывающий форму сечения шин (определяется по рисунку 8); а – расстояние между осями параллельных шинопроводов (при напряжении 380 В должно составлять не менее b+14, мм (для расположения шин по рисунку 9).
Каждую шину можно представить, как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по следующим формулам:
-
(10.2)
при одном и двух пролетах
Нсм -
(10.3)
при числе пролетов больше двух
, Нсм
где l – расстояние между опорами (длина пролета, которая в среднем составляет 50-100 см).
Затем находят максимальное расчетное напряжение в шине
(10.4)
, Н/см2где W – момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, см3.
Момент сопротивления для шин прямоугольного сечения вычисляют по формуле:
(10.5)
при вертикальном расположении шин (рисунок 9а)
, см3;при горизонтальном расположении шин (рисунок 9б)
(10.6)
, см3;где b, h – размеры шин, см.
Расчетное напряжение шин не должно превосходить допустимое:
расчдоп.
Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/см2.
Результаты расчёта приведены в таблице №24.
Таблица № 24 – Проверка шин на электродинамическую стойкость.
| Шина | Кф | Iуд, А | h, мм | b, мм | l, см | а, мм | F, Н/см | М, Нсм | W, см3 | ơрасч, Н/см2 |
| 1 | 0,75 | 9046,66 | 40 | 10 | 100 | 24 | 34,37 | 42961 | 666,6 | 64,44 |
| 2 | 0,85 | 9046,66 | 20 | 5 | 100 | 19 | 49,2 | 61502 | 83,33 | 738,02 |
| 3 | 0,73 | 9046,66 | 50 | 10 | 100 | 24 | 33,45 | 41815 | 833,3 | 50,17 |
| 4 | 0,7 | 9046,66 | 25 | 3 | 100 | 17 | 45,28 | 56607 | 37,5 | 1509,54 |
В данном случае, шины прошли проверку на электродинамическую стойкость.
Проверку шин на термическую стойкость производят только для тех щитов, которые отключаются при КЗ с выдержкой времени не менее 0,7 с. Все автоматы моей станции имеют меньшую выдержку времени, поэтому в проверке не нуждаются.
10.2 Проверка аппаратов защиты по токам короткого замыкания.
После расчета токов КЗ необходимо выполнить проверку выбранных ранее (раздел 8) аппаратов защиты электрических сетей.
Все автоматы проверяются по условию на разрывную способность (т.е. способность автомата отключать ток КЗ без нарушения механической прочности его деталей):
iуд.расчiуд.доп,
где iуд.расч – расчётный ударный ток КЗ; iуд.доп – допустимый ударный ток КЗ автомата.
Электродинамическая стойкость ItрасчIдоп., где Itрасч – расчётное действующее значение тока в момент расхождения автомата (соответствующий выдержке времени ЭМР); Iдоп - допустимое действующее значение тока автомата.
Термическая стойкость
, где - установившееся значение тока КЗ; tр – расчетное время КЗ (соответствует выдержке времени расцепителя); I2tдоп – допустимое значение термической стойкости аппарата.Таблица № 25 – Проверка автоматических выключателей на разрывную способность, электродинамическую стойкость, термическую стойкость.
| № п/п | Iрасч, A | Iуд.расч, А | Itрасч, А | I∞2tф, А2c | Тип автомата | Ia ном/ Ip ном, А | Iуд.доп, А | Iдоп, А | I2tдоп, А2c | Tср, С |
| QF1 | 2140 | 9046,66 | 3600 | 1,2375 | АМ-30 | 3000/2500 | 120000 | 50000 | 180 | 0,3 |
| QF2 | 360 | 3298,62 | 500 | 1,2375 | А-3530 | 400/400 | 40000 | 22500 | 150 | 0,3 |
| QF3 | 360 | 3298,62 | 500 | 1,2375 | А-3530 | 400/400 | 40000 | 22500 | 150 | 0,3 |
| QF58 | 1488,15 | 9046,66 | 3600 | 1,2375 | АМ-30 | 3000/2500 | 120000 | 50000 | 180 | 0,3 |
Заключение
В результате проделанной работы, были рассчитаны, потребляемые судовой электроэнергетической системой, мощности в разных режимах её работы. На основании данных вычислений, были выбраны основные источники электроэнергии- один генератора, мощностью 224 кВт каждый. Так же, учитывая потребности системы в аварийном режиме, был выбран аварийный генератор, мощностью 224 кВт. Помимо этого, в соответствии с требованиями Речного регистра, учтена необходимость установки аккумуляторных батарей, для обеспечения электроэнергией аварийного освещения и радиооборудования, в течении получаса, до предполагаемого включения аварийного дизель-генератора. При этом, все генераторы выбраны таким образом, чтобы их мощность была на 20-30% больше, чем потребляемая в самом нагруженном режиме, мощность. В соответствии с требованиями Речного регистра, было выбрано напряжение 380 В и частота 50 Гц. Т.к. в системе присутствуют потребители, питающиеся от сети 220 В, были установлены трансформаторы- один получает питание от секции шины ГРЩ 380В, а второй- от секции шины АРЩ 380В. На основе вышесказанного, была спроектирована структурная схема СЭЭС На структурной схеме судовой электроэнергетической установки выходной вал первого главного дизеля (или турбины) 1 соединен с ротором
Так же, была разработана электрическая схема СЭЭС, в которой предусмотрено:
защита генераторов и всех элементов системы от ненормальных режимов работы; приём питания с берега/других судов; возможность обеспечения питанием шин АРЩ от основных генераторов и наоборот; наличие двух трансформаторов- основного и аварийного.
По итогу, ГРЩ состоит из 2х секций шин- 380 и 220 В. Реализована связь между шинами 380В и между шинами на 220В, с помощью автоматических выключателей QF. Все ответственные потребители подключены к шинам АРЩ. При отключении двух основных генераторов, запускается аварийный дизель-генератор, питание получают лишь ответственные потребители.
Выбраны кабели, удовлетворяющие требования Речного регистра по потерям напряжения, в зависимости от потребителей. Выбраны шины, оптимальные для рассчитанных токов нагрузки. В пункте №8 рассмотрен выбор аппаратов защиты, основными типами автоматических выключателей в данной работе являются: А3530, А3110Р и АМ-30.
Была проведена проверка шин и контактной аппаратуры по токам КЗ. Расчёты показали, что шины и автоматические выключатели с выбранными параметрами, успешно прошли проверку.
Список литературы:
-
Зырянов В.М. Основы расчёта и проектирования судовых электроэнергетических систем: Учебное пособие/ В.М. Зырянов, О.П. Кузьменков, А.Б. Мосиенко. Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2005. -
Речной Регистр РФ [Текст]. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. Часть III. Электрическое оборудование. М.: Транспорт, 2002. -
Асинхронные двигатели серии 4А [Текст]: Справочник / Под ред. А.Э. Кравчик. – М.: Энергоиздание, 1982. – 504 с. -
Каталог продукции: Кабели судовые http://dvigenie-spb.ru/img/catalog/katalog-sevkabel-sudovie.pdf, 2013.
ПРИЛОЖЕНИЕ А: Судовая электроэнергетическая система
Судовая электроэнергетическая система содержит судовую электрическую станцию 1 переменного тока, с которой соединены электрическая сеть 2 переменного тока непосредственно, а электрическая сеть постоянного тока 3 - через управляемые выпрямители напряжения 4, снабженные входными фильтрами 5 и пусковыми устройствами 6 этих выпрямителей. Сеть переменного тока 2 может быть разделена на две части: электрическая сеть 7 переменного тока высокого напряжения и электрическая сеть 8 переменного тока низкого напряжения. Обе эти части соединены силовыми трансформаторами 9. Потребители 10 с постоянными значениями частоты и высокого напряжения подключены к сети 7 переменного тока высокого напряжения. Потребители 11 с постоянными значениями частоты и низкого напряжения подключены к электрической сети 8 переменного тока низкого напряжения. Сеть 3 постоянного тока содержит сборные шины 12 постоянного тока, к которым подключены выходные зажимы всех управляемых выпрямителей 4 напряжения. К сборным шинам 12 подключены входные зажимы автономных инверторов 13 напряжения через пусковые устройства 14 и фильтры 15 этих инверторов, а также входные зажимы импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения через пусковые устройства 17 и фильтры 18 этих преобразователей. К выходным зажимам некоторых автономных инверторов 13 подключены, по одному на каждый инвертор, потребители 19 со значениями частоты и (или) напряжения, которые отличаются от частоты и (или) напряжения электрической сети 2 переменного тока. Выходные напряжения таких инверторов, а возможно и частоты, изменяются во время работы этих потребителей. Группы других потребителей 20 с неизменными значениями частоты, которые отличаются от частоты электрической сети 2 переменного тока, подключаются к выходным зажимам другой части автономных инверторов 13 через выходные фильтры 21 этих инверторов. Непосредственно к выходным зажимам некоторых импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения подключены, по одному на каждый такой преобразователь, потребители 22 со значениями напряжения, которые отличаются от напряжения электрической сети 3 постоянного тока. Другие потребители 23 со значениями напряжения, которые отличаются от напряжения электрической сети 3 постоянного тока, подключаются к выходным зажимам другой части импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения через выходные фильтры 24 этих импульсных преобразователей 16 постоянного напряжения.