Расчет судовой электрической станции. Работа. Курсовой проект по дисциплине Судовые автоматизированные электроэнергетические системы

• Название: Курсовой проект по дисциплине Судовые автоматизированные электроэнергетические системы
• Анкор: Расчет судовой электрической станции
• Дата: 04.05.2022
• Размер: 0.98 Mb.
• Имя файла: Работа.docx
• Тип: Курсовой проект; #512148
• страница: 6 из 8

3. Проверка судовой электростанции по режиму короткого замыкания

3.1 Расчет токов короткого замыкания (КЗ) в заданных точках

Исходные данные для расчета:

Генератор Г1 серии МСК-940-1500; S_н1= 940 кВ А; U_н1=400 В; I_н1=1360 А; x”_d1=0,231; r_г1=0,0126 Ом;

Рабочий ток фидерного кабеля сечением 1х50 мм² ; I=185 A;

На основании номинального тока в качестве генераторного выключателя QF1 выбираем селективный автоматический выключатель типа АВМ15 с номинальным током аппарата 1500 А, номинальным током комбинированного расцепителя 1260 А, предельно-допустимым ударным током КЗ 110 кА.

Составляем расчетную схему для определения тока КЗ при ко­ротком замыкании в точке К₁. Базисную мощность принимаем равной мощ­ности генератора, базисное напряжение - равным номинальному напряжению ге­нераторов (на шинах ГРЩ), т. е.

S_б = 940 кВ А; U_б= 400В; I_б = (1000 940)/( 400) = 1358 А.

Определяем значение сопротивлении обмоток и статора генератора G1 вхо­дящий в схему:

Активное:



Реактивное:



Сопротивления кабеля (1х185) составляют: активное 0,144 Ом/км, индуктивное 0,073 Ом/км. Сопротивления 10-ти параллельно проложенных кабелей длиной 10 м равны: активное 0,00144/10=0,000144 Ом, индуктивное 0,00073/10=0,000073 Ом/м;
Активное сопротивление выключателя QF1 принимаем равным 0,0002 Ом, индуктивное 0,0001 Ом.

Ом;

Ом;

Общее сопротивление генераторных ветвей

Ом;

Ом;

Для определения эквивалентного сопротивления ветви воспользуемся комплексной формой их выражения:

Z₃=r₃+jx₃= +j Ом;

Освободимся от комплексного числа в знаменателе умножением дроби на сопряжен­ный комплекс знаменателя:

r₃= Ом; x₃= Ом;

Z₃= Ом.

Полученные сопротивления г₃, х₃, Z₃ являются результирующими при коротком замыкании в точке K_З.

3.2 Краткая характеристика защит СЭЭС, в том числе от токов короткого замыкания

Обслуживание СЭЭС и всего остального электрооборудования осуществляется ограниченным количеством людей. На большинстве крупных судов в штат команды входят старший электромеханик и три электроме­ханика, на средних судах - один старший электромеханик, на мелких су­дах электромехаников нет (обслуживание возлагается на других специа­листов).

Эксплуатация судов допускает выполнение ремонтно-профилактиче­ских работ, как правило, при стоянках. В ходу осуществляется, главным образом, контроль за состоянием электрооборудования. Вместе с тем ус­ловия работы, которые характерны для судов, связаны с интенсивным износом и старением электрооборудования. Возможны значительные ме­ханические воздействия, заливания водой, нефтепродуктами и т. п., а так­же заклинивания механизмов, перерывы в подаче топлива, поломка муфт и др. В результате возникают ненормальные режимы работы ис­точников, преобразователей и приемников электроэнергии, а также электросетей.

Большую опасность для СЭЭС и всех элементов электрооборудова­ния представляет ненормальный режим, вызванный возникновением ко­роткого замыкания в какой-либо точке системы. Короткое замыкание может иметь место при нарушении изоляции между токоведущими частя­ми любого электротехнического устройства вследствие ее старения или механического повреждения, при обрыве провода (жилы) одной поляр­ности и замыкания его на провод другой полярности, при скоплении токопроводящей жидкости между проводами (деталями) различной полярно­сти и т. п. Точка короткого замыкания, характеризуемая нулевым значе­нием сопротивления, образует в системе отдельную электрическую цепь, по которой протекает ток короткого замыкания (КЗ). Значение тока КЗ ограничивается только внутренним сопротивлением источника и сопро­тивлением токопроводов (шин, кабелей, коммутационных аппаратов) и может в сотни раз превышать номинальное значение токов элементов, которые составляют электрическую цепь короткого замыкания.

Под действием токов КЗ возникают очень большие электродинамиче­ские силы, способные разрушать электротехнические устройства. При этом происходит очень быстрое (в течение секунд) нарастание температу­ры нагревания токопроводов до нескольких сот градусов и возгорание изоляционных и других материалов, которые соприкасаются с ними. Часто в точке короткого замыкания в первый момент возникает электри­ческая дуга, под действием которой возгораются окружающие предметы, пропитанные парами нефтепродуктов.

Ненормальный режим, называемый перегрузкой, характеризуется возникновением токов, значения которых превышают номинальное (практически это соответствует токам от 1,1 до 3 I_ном). Под действием таких токов температура нагревания токопроводов в течение нескольких минут достигает опасных значений (100—200 °С), что вызывает ускоренное старение изоляционных материалов или его возгорание. Следовательно, режим перегрузки так же, как и режим короткого замыкания, пожаро­опасен.

Перегрузки обычно создаются ненормальными технологическими режимами работы механизмов и устройств, с которыми связано электро­оборудование.

Ненормальные режимы работы, вызванные возникновением коротких замыканий или перегрузок, являются наиболее общими и характерными для всех электротехнических элементов.

Из изложенного следует, что возникновение ненормальных режимов работы СЭЭС неизбежно. Однако каждый из них может существовать строго определенное время, по истечении которого он должен быть пре­рван. Эти задачи возлагаются на отдельные аппараты или системы автома­тической защиты СЭЭС, а также на обслуживающий персонал, который, пользуясь сигнализацией, наблюдает за работой СЭЭС и приемников электрической энергии. Выбор вида и параметров защиты является одним из основных вопросов проектирования СЭЭС.

Защита СЭЭС от ненормальных режимов работы должна быть избирательной (селективной), т. е. производить отключение только поврежденного или оказавшегося в ненормальном режиме элемента СЭЭС. Защита должна обладать чувствительностью, т. е. срабатывать при определенных показателях (параметрах) ненормального режима и не производить никаких действий во время нормальных для эксплуатации режимов (не допускать ложных действий). Время действия защиты долж­но быть несколько меньше допускаемой продолжительности ненормаль­ного режима. Аппараты и системы защиты должны обладать высокой надежностью, наименьшими значениями массы, габаритов, стоимости и т. п.

Для защиты СЭЭС и ее элементов от коротких замыканий и перегру­зок применяются автоматические выключатели (автоматы) и предохра­нители. В автоматы встраиваются так называемые расцепители, т. е. электромагнитные, электротепловые или полупроводниковые реле, которые при определенном значении тока дают импульс на размыкание контактов автомата. Предохранители имеют плавкую вставку, которая расплавляет­ся (сгорает) в результате нагревания ее током перегрузки или короткого замыкания. Этим автоматы и предохранители обеспечивают так называе­мую максимальную токовую защиту.

В СЭЭС применяют трубчатые (серии ПР) и пробочные (серии ПДС) предохранители.

Сравнивая конструктивные особенности и параметры предохраните­лей и автоматических выключателей, необходимо отметить следующее.

Предохранители являются только аппаратами защиты электрообору­дования от перегрева под действием тепловой энергии.

Автоматические выключатели являются как аппаратами защиты электрооборудования, так и аппаратами, предназначенными для коммутации (включения и выключения) электрических цепей. Причем автоматы по сравнению с предохранителями являются наиболее универсальными аппа­ратами защиты, что определяется количеством и назначением расцепителей, встраиваемых в них, и возможностью использования внешних по отношению к автомату устройств защиты, воздействующих на отключающий расцепитель, встроенный в автомат. Автоматы по сравнению с предохрани­телями способны разрывать значительно большие токи КЗ, обеспечивают одновременное и обязательное отключение всех фаз защищаемого объекта. При защите предохранителями возможны случаи перегорания пре­дохранителя только в одной фазе. Это представляет серьезную опасность для асинхронных электродвигателей, которые при работе на двух фазах перегреваются.

П осле «срабатывания» предохранителя необходима замена его плав­кой вставки. В автомате никаких замен не требуется. Автоматы обеспечи­вают местное и дистанционное включение и отключение электрических цепей (линий электропередачи). Использование автоматических выключа­телей позволяет автоматизировать работу СЭЭС.

Рис. 3.2.1 Время-токовая характеристика предохранителя

На основании изложенного можно заключить, что автоматические вы­ключатели являются наиболее распро­страненными средствами защиты и управления СЭЭС. Предохранители применяют главным образом для защиты электрических цепей контроля, управ­ления и сигнализации, а также сетей освещения, отопления, проводной связи и т. п.

Основной характеристикой пре­дохранителей и автоматов как аппа­ратов защиты электрооборудования является время-токовая характеристи­ка, которая дает возможность определить время отключения аппаратом

тока перегрузки или тока КЗ, протекающего по плавкой вставке предохранителя или по токопроводу расцепителя автомата.

На рис. 3.2.1 представлена время-токовая характеристика предохрани­теля, из которой следует, что время расплавления (сгорания) его плав­кой вставки уменьшается с увеличением тока (значение данного тока принято выражать кратностью по отношению к номинальному току К =І/I_ном). Такая характеристика называется обратнозависимой (больше ток —меньше время). Время-токовые обратнозависимые характеристики автоматов образуются с помощью электротепловых, полупроводниковых или электромагнитных (с устройством замедления) расцепителей, встраи­ваемых в автоматы (полупроводниковые расцепители иногда устанавли­вают вне автоматов).

Общим недостатком время-токовых характеристик является наличие зоны разброса, т. е. зоны нечувствительности (на рис. 3.2.1 она заштрихована), которая зависит от точности изготовления, теп­ловой инерции и других качеств плавкой вставки или расцепителей ав­томатов.

Во избежание ложных отключений из-за наличия зоны разброса харак­теристику приходится делать такой, что при кратности тока К1 < 1,35 защищаемый объект отключается за весьма большой промежуток времени или вообще не отключается. В действительности любое электротехниче­ское изделие (объект) при перегрузке по току на 10—35 % через несколь­ко часов работы (иногда меньше) будет перегрето с последующим воз­горанием изоляционных материалов.

Зона нечувствительности расцепителей автоматов определяется также значением так называемого коэффициента возврата К_воз, кото­рый равен отношению тока возврата І_воз расцепителя (в исходное положение) к току трогания Ітр расцепителя (на отключение авто­мата).

Автоматические выключатели, имеющие устройство, обеспечивающее уставки по времени отключения токов КЗ, принято называть селектив­ными или избирательными. К ним относятся автоматы серии ВА74, обеспечивающие выдержки времени, равные 0,18; 0,38; 0,63 или 1,0 с. Обратнозависимая часть время-токовой характеристи­ки данных автоматов обеспечивается полупроводниковым расцепителем, отключающим автомат при токе 1,21 І_ном за время 10—30 с. Горизонталь­ная (прямолинейная) часть характеристики обеспечивается электромаг­нитным расцепителем, который имеет механический замедлитель. Без участия замедлителя автомат отключает токи КЗ за время, равное 0,08 с (что принято называть мгновенным отключением автомата).

Р
ис. 3.2.2 Время-токовая характеристика автоматического выключателя.

В автоматы серии ВА74 встраивают также расцепители минимального напряжения и независимый (отклю­чающий). Первый предназначен для отключения автомата при снижении напряжения генераторов до значения (0,25—0,30) Iном в течение времени более 2с. Второй отключает автомат мгновенно (за 0,08 с) при подаче на его обмотку соответствующего на­пряжения (например, после нажатия кнопки отключения автомата или срабатывания защиты, не встроенной в автомат).

Автоматические выключатели серии А3700Р подразделяют на селективные и быстродействующие — не селектив­ные. Селективные автоматы типов А3700СР изготавливают с комбини­рованным полупроводниковым рас­цепителем, состоящим из двух частей, одна из которых предназначена для защиты от токов перегрузки, другая — от токов КЗ. Первая обеспечивает обратнозависимую часть время-токовой характеристики, вторая — горизонтальные прямые с тремя фиксирован­ными значениями времени, равными 0,1; 0,25 и 0,4 с.

Быстродействующие автоматы типов А3700БР отключают токи КЗ за время, равное 0,04 с (что считается мгновенным отключением). Эти авто­маты изготавливают в трех модификациях: с электротепловыми и электромагнитными расцепителями, с полупроводниковыми и электромагнит­ными расцепителями и только с электромагнитными расцепителями. Пер­вые две модификации автоматов с помощью электротепловых или полу­проводниковых расцепителей обеспечивают обратнозависимую часть время-токовой характеристики, а с помощью электромагнитных расцепи­телей — горизонтальную часть характеристики с мгновенным отключением токов КЗ.