расчет и проектирование судовой электроэнергетической системы

Далее составляем схему замещения для расчета токов короткого замыкания и определяем сопротивления ее участков, приведенные к базисным условиям.Рис. 5.2. Схемы замещения для определения сопротивлений СЭЭС.Активное сопротивление обмотки статора генераторов G1,G2 в относительных единицах определяем по формуле,Реактивное сопротивление генераторов G1,G2где и - индуктивное и активное сопротивления (генераторов, двигателей и трансформаторов), выраженное через собственные номинальные напряжения и мощности.Сопротивления участков от генераторов G1-2 до шин ГРЩ:активное,реактивное Общие сопротивления генераторных цепей:активные,реактивныеДля определения эквивалентного сопротивления двух параллельных генераторных цепей воспользуемся символьным методом (комплексной формой) их выражения:,.Освободимся от комплексного числа в знаменателе (умножением на сопряженный комплекс)Полученное сопротивление является результирующим при коротком замыкании в точке К (на шинах ГРЩ).Отношение,соответственно ударный коэффициент, равен 1,01. Полное сопротивление .Соответственно этому: Куд=1,01ток подпитки двигателя:Ударный ток К.З.в точке К при коротком замыкании равен:Iуд=2904АДействующее значение периодической составляющей тока к.з. в точке к равно:I=180,42*(5,2+3,4) =1551АПри К.З. в точке К1.Сопротивление кабеля от ГРЩ до точки К1активное:реактивное:сопротивление участка кабеля от ГРЩ до точки К1активное:реактивное:полное: При К.З. в точке К1результирующие сопротивления:активное: rрез=0,0012+0,047=0,0482реактивное: xрез=0,0007+0,00066=0,00136отношениеударный коэффициент равен 1;полное сопротивление Zрез=0,048 ОмДействующее значение периодической составляющей тока К.З. в точке К1 равно:I=180,42*(5,2+1,61) =12,28АПри К.З. в точке К2: Сопротивление кабеля от ГРЩ до РЩ2активное: rкаб=0,108 Омреактивное:xкаб=0,00059 Омсопротивление участка кабеля от ГРЩ до РЩактивное:rкаб=0,085 Омреактивное: xкаб=0,00054 Омполное: Z=0,085 Омрезультирующее сопротивление равноrрез=0,0012+0,085=0,0862хрез=0,0007+0,00054=0,00124сопротивление кабеля от РЩ до К2активное:r=0,0648реактивное:x=0,000354сопротивление участка кабеля от РЩ до К2активное: r=0,051реактивное: x=0.00035полное: Z=0,051результирующие сопротивления равно:Zрез=0,0012+0,051=0,0522Xрез=0,0007+0,00035=0,00105Общее сопротивление кабеля:r=0,0862+0,0522=0,138х=0,000354+0,00105=0,0014полное сопротивление:Z=0,1386. Расчет провала напряжения при пуске мощного асинхронного двигателяРасчет начинается с определения полной мощности АД, которая указана в процентах от мощности одного генератора в разделе VII задания. Там же приводятся характеристики АД:Кпуск – кратность пускового тока двигателя;cosдв.п – коэффициент мощности двигателя при пуске;cosн – номинальный коэффициент мощности;н – номинальный КПД двигателя.Генератор МСК-102-4 мощностью Sг=187,5кВА; мощность самого мощного асинхронного двигателя равна 50 кВт и составляет 33 % от мощности генератора; cosдв.п=0,4; cosн=0,87; н=0,84; Кпуск=6; Uг=400В;Uдв=380В.Решение:Полная мощность двигателяИндуктивное сопротивление двигателя3. Коэффициент, характеризующий перевод ЭДС генератора в переходный период E'd в начальное напряжение Uнач,где x'd= 0,186 – сопротивление генератора в переходный период (по справочной таблице МУ).С учетом К1Uнач = E'dК1.4. Коэффициент, характеризующий перевод ЭДС генератора в установившийся период Edв установившиеся напряжение без автоматического регулирования напряжения в конце пуска двигателя Uуст.о,где xd=1,996 – сопротивление генератора в установившийся период.С учетом К2Uуст.о = EdК2.Так как наброс нагрузки произошел на генератор, работавший до этого на холостом ходу, то в относительных единицах можно принять, что Uхх=1. Тогда E'd=1 и Ed=1. В этом случае5. Минимальное время tmin достижения генератором минимального напряжения Umin при действии АРН:гдеК=25 – коэффициент, характеризующий величину потолочного напряжения обмотки возбуждения; для генераторов с самовозбуждением К=15…30; 'd = 0,157 с – постоянная времени обмотки возбуждения генератора при замкнутой обмотке статора..6. Минимальное напряжение Umin, которое достигнет генератор в результате размагничивания при пуске мощного асинхронного двигателя и действии АРН.7. При наличии минимального напряжения Umin можно вычислить максимальный провал напряжения при пуске мощного АД, т.е.Это значение почти превосходит допустимый 15-процентный провал напряжения. Поэтому применяем метод пуска при двух параллельно работающих генераторах. Их суммарная мощность Sпар=2·187,5=375кВАСопротивление двигателяКоэффициенты К1 и К2Сопротивления генератора в переходный период x'd и в установившийся период xd остаются неизменными..Максимальный провал напряжения,что соответствует требованиям.7. Схема автоматизации судовой электростанцииСредства автоматизации СЭС судов обеспечивают регулирование напряжения и частоты, синхронизацию, распределение активных и реактивных нагрузок между генераторами, разгрузку генераторов при перегрузке, защиту от обрыва фазы и понижения напряжения, защиту от токов КЗ и работы в двигательном режиме.В соответствии с Правилами Регистра:1. Технические свойства судовой электростанции должны обеспечивать непрерывность питания электроэнергией согласно требованиям:на судах, на которых нормальное снабжение электрической энергией обеспечивается двумя и более генераторами, работающими параллельно, следует применять средства, не допускающие при аварии перегрузки одного из генераторов, оставшихся для сохранения хода, управляемости и безопасности судна.2. При восстановлении напряжения судовой сети после обесточивания включение ответственных механизмов, необходимых для управления судном, должно осуществляться автоматически по заданной программе, причем не должна возникать перегрузка сети.3. В тех случаях, когда при снижении нагрузки электростанции предусматривается автоматическое отключение агрегатов, необходимо, чтобы оно не происходило также и при кратковременных колебаниях нагрузки.4. Приводные механизмы генераторов с автоматическим пуском должны быть подготовлены к немедленному пуску.5. Если предусматривается автоматический пуск находящихся в резерве генераторов,при перегрузке работающих, должно обеспечиваться следующее:- стабилизация напряжения и частоты генераторов;- автоматическая синхронизация генераторов;- распределение активной и реактивной нагрузок между параллельно-работающими генераторами в пределах ±10%;- автоматическая защита генераторов;- при необходимости, ввод или отключение генераторного агрегата;- защита генераторов от перегрузки с помощью отключения второстепенных потребителей;- защита от короткого замыкания;- защита от обрыва фазы при питании с берега;- непрерывный контроль сопротивления изоляции под напряжением;- защита от обратной мощности;- дистанционный пуск и остановка генераторных агрегатов.6. Автоматизированные СЭС должны обеспечивать автоматическое или дистанционное включение электрических агрегатов с автоматической синхронизацией, принятием нагрузки и автоматическим распределением нагрузки.Рис. 7.1. Структурная схема системы автоматизации СЭЭС.Пояснения к структурной схеме автоматизации СЭЭС:- 0, I, II, III, IV – уровни иерархии;- АУУ СУ СТС – автоматическое управляющее устройство комплексной системой управления судовыми техническими средствами;- АУУ СУ СЭЭС - автоматическое управляющее устройство СЭЭС;- ПУ – пульты управления;- О – оператор;- СУ ГА – система управления генераторным агрегатом;- АРЧ – автоматический регулятор частоты вращения приводного двигателя;- АРН – автоматический регулятор напряжения генератора;- АУЗ – автоматическое устройство защиты генераторного агрегата;- ЗОФН – устройство защиты СЭЭС от обрыва фазы и сигнализации о снижении напряжения при питании с берега;- БКИ – блок контроля изоляции СЭЭС;- 1 – звено контроля и защиты приводного двигателя генератора;- 2 – звено управления приводным двигателем;- 3 – звено синхронизации, распределения нагрузки и регулирования частоты.ЗаключениеВ работе разработана СЭЭС рефрижератора.Аналитическим рассчитана комплектация СЭС в различных режимах. По полученным данным выбраны генераторы. Схема СЭС разработана с учетом количества, мощности и типа генераторных агрегатов.Для ГРЩ выбраны приборы и аппаратура, обеспечивающие контроль и управление за работой генераторов.Произведен расчет основных элементов ГРЩ и проверка их на термическую и динамическую устойчивость.В работе рассмотрен вопрос автоматизации технических средств судна, выполняющей централизованное управление и контроль.Определены максимальные значения токов при коротком замыкании в различных точках сети, произведена проверка основных элементов СЭС на термическую и динамическую устойчивость, произведен расчет провала напряжения генератора при пуске мощного электродвигателя.Список использованной литературы1. А.П. Баранов. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. М.: Транспорт, 1988.2. В.С Богомолов. Судовые электроэнергетические системы и их эксплуатация. М.: Мир, 2006.3. Никифоровский Н.Н., Норневский Б.И. Судовые электрические станции. М.: "Транспорт", 2004. - 432 с.4. Соловьев Н.Н., Самулеев В.И. Судовые электроэнергетические системы: Учебник для вузов. - М.: Транспорт, 2001. - 248 с.5. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. Учебник. - изд. 4-е, перераб. - Л.: Судостроение, 1998. - 288 с.6.6. Справочник судового электротехника. Т.2. Судовое электрооборудование под ред. Г.И. Китаенко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 2008. 624 с.7. Справочник судового электротехника. Т.1. Судовые электроэнергетические системы и устройства / Под ред. Г.И. Китаенко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1980. - 528 с.8. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / Под ред. А.Э. Кравчик. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.