Расчет судовой электростанции электрических сетей и судовых потребителей

 

 

 

 

 

 

Выбор двигателей.

           Технические характеристики первичных двигателей

 

Табл.№1.3.

 

1	Марка двигателя	MAN D 2876LE 406	MAN D28LXE 40
2	Режим эксплуатации	тяжелый	тяжелый
3	Частота вращения, об/мин.	1800	1800
4	Мощность кВт.	280	190
5	Размеры: мм.	897x1448x1347	-
6	Масса, кг	1020	-
7	Удельный расход топлива, г/кВтч.	222	210
8	Тип двигателя	Четырехтактный, дизельный	Четырехтактный, дизельный
9	Количество шт.	2	1

 

 

3. Расчет Фидера от генератора до ГРЩ.

 

Важнейшими критериями правильности выбора кабеля (его сечения) являются:

- температура его жил в режиме, принятом для данного кабеля за расчетный,

- величина потери напряжения в нем.

Различают следующие режимы работы кабеля:

- длительный,

- кратковременный,

повторно-кратковременный,

ступенчатый.

Нормы электрических нагрузок установлены для одиночно проложенного кабеля и следующих условий:

температура окружающей среды - 45С;

режим нагрузки длительный;

род тока постоянный или переменный частотой 50 ГЦ;

 

 

 

В зависимости от режима работы кабеля определяется значение допустимого тока с учетом поправочных коэффициентов (Kl; К2; КЗ; К4), значение которых указаны в (К1-табл.2.5.1.; К2-табл.2.5.2.; КЗ-табл.2.5.3.) «Справочника электротехника».

Значение коэффициента, учитывающего ухудшение условий охлаждения кабелей, заключенных в трубы или кожухи длиной более 2м:

К4 = 0,80 - для трубы;

К4 = 0,85 - для кожуха.

А - поправочный коэффициент, учитывающий отличие режима нагрузки кабеля от длительного табл. 2.5.4. «Справочника электротехника».

Сечение кабеля, необходимое для передачи заданного значения тока при одиночной прокладке кабеля, определяется сразу по таблицам допустимых токовых нагрузок, если режим нагрузки кабеля соответствует указанному режиму.

Расчетный ток для выбора сечения кабеля:

- для кабеля питающего двигатель переменного тока

 

          I _РАС  =  ;   I =

 

 

где Ко - коэффициент одновременности работы потребителей, питающихся от одного фидера;

∑I сумма полных токов всех потребителей, питающихся от данного фидера;

I _зап ток запасных ответвлений.

Расчет фидеров генераторов (выбор сечения) будем вести по расчетному току, определенному по допустимому длительному

 

I _расч. =

где К1-коэффициент учитывающий число жил кабеля;

0,85-двухжильный;

0,7-трехжильный.

К2-коэффициент, учитывающий способ прокладки (при прокладке >6 кабелей в пучке

равна 0,85; при прокладке <6 кабелей в пучке равна 1);

КЗ- коэффициент, учитывающий длительный режим работы;

К4-коэффициент, учитывающий отличие температуры окружающей среды, при температуре 45°С равна 1.

Выбор сечения кабеля производиться по таблице длительных допустимых токов нагрузки:

Рассмотрим несколько вариантов выбора фидеров по количеству кабелей в пучке фидера. Выберем количество кабелей n = 4; 5; 6.

 

 

 

 

Рассчитаем ток в каждом кабеле в зависимости от количества кабелей в пучке

 

     По расчетному току выбираем соответствующее сечение жилы, в   зависимости от количества кабелей в пучке и допустимую нагрузку

  IДОП1=209(120хЗ)х4

I       IДОП.2=149(70хЗ)х5,

  IДОП3=122(50хЗ)х6

 

Определим массу меди, требуемой для всех трех вариантов комплектации

 

m=V·p·n,     V= L·s·n;

где n-количество кабелей в фидере;

р=8960кг/м³ удельная плотность меди;

V-объем меди кабеля;

V₁=25·3·120·10^-6 =9·10^-3 м³.

V₂=25·3·70·10^-6=5,25·10^-3 m³

V₃=25·3·50·10^-6 =3,75·10^-3 m³

 

Где L=25m - длина фидера; s-сечение выбранного кабеля;

Масса жилы кабелей

m₁=8960·4·9·4·10^-3 =322,6кг

m₂ =8960·5·5,25·10^-3=235,2кг

m₃ = 8960·6·3,75·10^-3 =201,6кг

 

 

 

 

4. Расчет потерь напряжения в кабельной сети.

 

Величина потери напряжения в кабеле может быть определена: - для трехфазного переменного тока

 

      

 

 

 

 

 

Значение величины потерь напряжения в кабельных трассах является необходимым, но недостаточным для оценки спроектированной системы распределения электроэнергии. Полученные значения потерь напряжения необходимо сравнить со значениями, установленными требованиями Правил Регистра. Определим потери напряжения в фидере

 

 

По Требованию Регистра потери напряжения в фидере не должны превышать 1%, следовательно полученные результаты удовлетворяют требованиям Регистра.

Рассчитанные комплектации фидеров сведем в таблицу и проведем сравнительный анализ вариантов.

 

 

Сравнительный анализ вариантов выбора фидеров

Табл. №3.1

 

Сечение, мм.	(120х3)х4	(70х3)х5	(50х3)х6
Допустимый ток кабеля, А.	209	149	122
Масса меди, кг.	322,6	235,2	201,6
Потери напряжения, В.	0,05	0,087	0,122

 

Так как варианты по массовым показателям имеют незначительные отличия, выбор производим по наименьшему значению потерь напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет шин электрораспределительных устройств.

 

Расчет шин ЭРУ заключается:

в определении наибольшего длительного тока нагрузки на шинах,

в выборе размеров шин исходя из допустимого тока;

в проверке выбранных шин на динамическую и термическую стойкость,

на возможность появления механического резонанса.

Наибольший ток определяют на основании схемы фактического подключения 
потребителей (ПЭЭ) к шинам ГРЩ. В этом случае учитывают коэффициенты загрузки

ПЭЭ, коэффициент однородности их работы и выбирают наиболее тяжелый режим.

При достаточно большой мощности электростанции целесообразно определить наибольшие токи на различных участках шин с тем, чтобы применить шины с разной площадью поперечного сечения. Для ЭС малой мощности, имеющей короткие шины ГРЩ, их можно выбирать по номинальному току ГА.

После определения расчетного тока шины должны быть подобраны на основании условия

I ≤ I_д;

Шины также можно подобрать по соответствующим таблицам по значению допустимой нагрузки

 

Шины ГРЩ нуждаются в проверке на электродинамическую и, если время отключения автоматических выключателей между ГРЩ и генераторами больше 0,5с, на температурную устойчивость.

Рабочий ток, протекающий по шинам

 

Выбираем по таблице: «Нормы электрических нагрузок на медные шины, при температуре нагревания 90° С, ток 745А и размеры шин 50x15мм, а= 130мм, в =15 мм, h=50мм.

На основании этих данных и кривых определяем значения коэффициента формы Кф=0,96.

Определяем момент сопротивления шин для прямоугольного сечения при расположении на ребро

 

 

Значение силы, приложенной к единице длины шин

 

 

 

 

 

 

 

где к =1,76- коэффициент для трехфазного К.З.

 

 

Imax = (1,5ч20)·Iном = 18·360,8 = 6494,4А;

 

 

1уд = √2 ·1,6·6494,4 = 14695А,

 

 

где Куд = (1,5ч1,8);

 

Рассчитаем допустимое наибольшее значение пролета между опорами шин, удовлетворяющие условию

 

у_расч <у_доп

 

 

где у_доп = 1400Н/см - допустимое напряжение шин для меди

 

 

Принимаем L=293,8CM; при длине секции ГРЩ, например, равной 90см шины должны быть закреплены в трех точках каждой секущей (при двух пролетах между точками крепления). Такое крепление обеспечивает динамическую стойкость шин выбранного размера.

 

 

Рассчитаем термическую стоимость. Согласно кривым начальной температуры нагревания медных шин, равной 60° соответствуют значение Ан = 1,7·10⁴. Значение параметра Ан, характеризует конечную температуру нагревания шин

t_к.з.- время отключения секционного автомата при к.з.

Площадь сечения шины

S = b·h = 15 · 50 = 750мм²

 

 

 

 

 

 

Согласно кривым, значению Ан = 1,734·10⁴ соответствует температуре, примерно равная 100 С, это меньше 300 С - максимально допустимой кратковременной температуры для медных шин.

 

 

6. Расчет силовой и осветительной системы

 

Порядок расчета:

- Определим рабочий ток кабеля

 

 

где з – КПД потребителя

- Определим расчетный ток кабеля с учетом поправочных коэффициентов

                              

 

1) Расчет кабеля от РЩ №3 до М1(4AH225M4OM2) Р=75кВт.

 

 

 
                                                                                                                                                                              

 

2) Расчет кабеля от РЩ №3 до М2(4AH200M4OM2) Р=45кВт.

     

3) Расчет кабеля от РЩ №3 до М3(4AH225M4OM2) Р=75кВт

 

 

4) Расчет кабеля от РЩ №3 до М4(МАП 621-8/16) Р=22кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

5) Расчет кабеля от РЩ №3 до М5(МАП 521 – 4/16) Р=28кВт

 

   

6) Расчет кабеля от РЩ №3 до М6(4AH 169S4OM2)  Р=18,5кВт

 
      

 

                                           

      

 

 

 

7. Выбор коммутационно-защитной аппаратуры и расчет установок

 

По номинальному току аппарата выбирают исходя из условия

Iн.мах ≤ Iaп.ном Iпмах- максимальный ток нагрузки (длительный),

Iап.ном -номинальный ток аппарата.

По конструктивному исполнению аппарата выбирают так, чтобы они могли надежно работать в специфических условиях данной энергетической установки.

 

В качестве автоматов для потребителей выбираем АВ А3000.

1. Выберем автомат типа A3140:

Номинальный ток выключателя: I_ном = 600А;

Номинальный ток расцепителя: Iн.р=250…600А;

Число полюсов.: 2,3

Предельный ток отключения: 32,40кА

Время срабатывания: t=003с.

 

2. Автомат QF7 типа A3120: 
Номинальный ток выключателя: I_ном = 200А;

Число полюсов.: 2,3