Расчет и выбор генераторных автоматов и контакторов. Виды защит генераторов и устройства, выполняющие эти защиты

Выбор количества, типов и параметров основных и стояночного генератора. Режимы работы основных генераторов. Проверка загруженности основных генераторов по режимам. Устройство и принцип действия выбранных генераторов

 

Для определения мощности и числа генераторов судовой электростанции необходимо рассчитать суммарные мощности, потребляемые потребителями электростанции в следующих режимах работы:

1ходовом;

2стоянке без грузовых операций, производимых судовыми средствами;

3стоянка с выполнением грузовых операций;

4маневренном;

5аварийном.

Режимы необходимы для выбора количества и мощности генераторов судовой электростанции только с точки зрения безопасности мореплавания.

Исходными данными для табличного метода является перечень потребителей энергии судовой электростанции, подразделяемых на следующие основные группы:

1 палубные механизмы;

2 механизмы машинно-котельного отделения;

3 механизмы систем и устройств;

4 радиооборудование и навигационные приборы;

5 судовое освещение;

6 бытовые механизмы;

7 механизмы холодильной установки;

8 прочие потребители.

Нагрузка судовой электростанции зависит от мощности и числа одновременно включенных приемников электроэнергии, от степени их загрузки и режимов работы судна.

Существует два метода расчета мощности СЭЭС - аналитический и табличный. В моем курсовом проекте используется табличный метод. Строится таблица нагрузок, в которую вносятся все потребители, их номинальные данные и на основании этой таблицы выбирается число и мощность генераторов.

Для того чтобы рассчитать таблицу нагрузок берем потребители, по данным из справочника выбираем тип электродвигателя определенного потребителя, выписываем его данные - номинальную мощность (Р_н); КПД (η), cosφ_н. далее,

Определяем коэффициент одновременности:

 

k_o = ;

 

Определяем коэффициент использования:

.

 

Обычно коэффициент использования меньше единицы, т.к. двигатель выбирают с некоторым запасом.

Определяем активную мощность электродвигателя:

 

 

Определяем реактивную мощность электродвигателя

 

 

Определяем коэффициент загрузки

 

 

Определяем мощность для каждого режима работы судна P_реж и Q_реж

 

 

Определяем суммарную мощность потребителей работающих постоянно, периодически и эпизодически ∑Р_пост; ∑Р_пер; ∑Р_эл.; ∑Q_пост; ∑Q_пер; ∑Q_эл

Определяем эти же суммарные мощности с учетом общего коэффициента одновременности

; ; ;

; ; ;

 

Находим общие мощности, потребляемые всеми приемниками электроэнергии в данном режиме работы судна

 

 

Находим мощность СЭЭС для данного режима работы судна

 

 (кВт)

 (кВар)

 

Коэффициент - 1,05 учитывает 5% потери мощности в судовой сети.

Определяем полную мощность:

 

 

И так для каждого режима работы судна.

По техническому условию у нас уже есть данные нагрузок при разных режимах работы судна (стоянка на якоре - 34,2 кВт, съемка с якоря - 84 кВт, ходовой режим - 33 кВт, аварийный ходовой - 80,5 кВт). Выбирая источники или преобразователи электроэнергии, необходимо иметь в виду, что если средневзвешенный коэффициент мощности, полученный в результате расчета, оказался меньше номинального коэффициента мощности генератора, то генераторы следует выбирать по полной мощности, т.е. если cosφ_н>cosφ_ср.взв., ∑S_ном>S_об, если же cosφ_ср.взв> cosφ_н, то генераторы следует выбирать по активной мощности ∑Р_н>Р_об.

При выборе числа и мощности генераторных агрегатов необходимо учитывать следующие рекомендации Регистра:

1 Генераторы должны быть однотипными;

2 Коэффициент загрузки генераторов для самого загруженного режима не должен превышать значения 0,85;

3 Увеличение количества генераторов за счет улучшенного их использования по мощности не желательно. Оптимальное количество три. Общее количество генераторных агрегатов установленных на судне должно быть равно n=n_мах+1 (один резервный).

Руководствуясь правилами речного регистра необходимо выполнить ряд требований, а именно, на каждом судне должно быть предусмотрено не менее двух основных источников питания электроэнергией.

Мощность основных источников должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся могли обеспечить нормальный ходовой и аварийный режимы работы судна.

Для данного судна я выбираю (Справочник судового электротехника Том 2 под редакцией Г.И. Китаенко стр. 18) три основных генератора типа МСС 83-4 и один МСС 83-4 на АДГ (предусмотрена параллельная работа основных генераторов).

Характеристики генератора МСС 83-4: Мощность - 50кВт, частота вращения - 1500 об/мин, КПД ƞ=88,5%, cosφ=0,8

Проверим загруженность основных генераторов по режимам по формуле

 

 

Если К_з = (60 - 90)%, то загрузка генераторов будет нормальной, генераторы работают экономично. При К_з < 60% резко уменьшается КПД генератора и получиться значительный расход топлива.

Стоянка на якоре (работает 1 генератор)

К_з=34,2/50*100%=68,4%

Съемка с якоря (работает 2 генератора в параллели)

К_з=84/100*100%=84%

Ходовой режим (работает 1 генератор)

К_з=33/50*100%=66%

Аварийный ходовой (работает 2 генератора в параллели)

К_з=80,5/100*100%=80,5%

Из расчетов видно, что выбранные генераторы будут работать в нормальном, экономичном режиме.

Характеристики СГ. Основными характеристиками СГ принято считать внешние и регулировочные. Внешняя характеристика - это зависимость напряжения на выводах обмотки статора генератора от тока нагрузки при номинальной частоте вращения и постоянных значениях тока возбуждения и

коэффициента мощности, т.е. U(I) при п = n_ном = const, /_в = const, cos ф = const (рис. а). Наклон внешней характеристики, или статизм (%), определяется изменением напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальному:

 

 

где U_xx и U_ном - напряжения соответственно холостого хода и номинального. При активной нагрузке (см. рис. а, кривая 1) увеличение тока нагрузки от / = 0 до / = /_ном приводит к уменьшению напряжения, что объясняется увеличением падения напряжения в обмотке статора и усилением размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси. При активно-индуктивной нагрузке (см. рис. а, кривая 2) уменьшение напряжения при набросе нагрузки наблюдается в большей степени, так как с увеличением тока усиливается размагничивающее действие реакции якоря по продольной оси. В случае активно-емкостной нагрузки (см. рис. а, кривая 3) увеличение тока вызывает увеличение напряжения вследствие усиления подмагничивающего действия продольной составляющей реакции якоря.

Из сравнения проведенных внешних характеристик следует, что напряжение СГ зависит не только от значения, но и от характера тока нагрузки. Изменение напряжения U при переходе от режима холостого хода к номинальному положительно при активной и индуктивной нагрузках и отрицательно при емкостной.

Для равномерного распределения реактивной нагрузки при параллельной работе СГ необходимо иметь возможность изменять наклон характеристик и перемещать их параллельно самим себе. Наклон внешней характеристики устанавливается в процессе настройки АРН и при работе не изменяется. Параллельное перемещение характеристики обеспечивается установлением нового фиксированного значения тока возбуждения I_в при помощи реостата возбуждения при ручном регулировании или автоматического регулятора напряжения. При увеличении тока возбуждения внешняя характеристика перемещается вверх, при уменьшении - вниз.

стояночный автомат генератор контакт

Расчет и выбор генераторных автоматов и контакторов. Виды защит генераторов и устройства, выполняющие эти защиты

 

Требования, предъявляемые к защите.

·   Селективность (избирательность) защиты.

Защита должна отключать только повреждённый участок сети или эл. машину, а всю остальную схему, оставить в рабочем состоянии. Тем самым обеспечивается надёжность эл. снабжения. Селективность защиты в сочетании с резервированием генераторов и других элементов схемы, в принципе, исключает повреждение эл. снабжения.

·   Быстрота действия защиты.

Она повышает устойчивость СЭС. Сохраняет работоспособность приёмников эл. энергии при кратковременных понижениях напряжения. Уменьшаются повреждения при К.З. (деформация шин в ГРЩ, деформация обмоток в генераторе и т.д.)

·   Надежность защиты.

Защита срабатывает редко, однако вероятность срабатывания должна быть близка к 100%. Для этого конструкция защиты должна быть максимально простой, а так же целесообразно резервирование некоторых участков.

Для надёжности срабатывания требуется периодический контроль её работоспособности.

·   4. Чувствительность защиты.

Она характеризуется коэффициентом чувствительности: К = Iк/Iсз, где Iсз-ток срабатывания защиты; Iк - первичный ток К.З. Этот коэффициент характеризует динамические качества защиты.

Устройства плавких вставок.

Плавкие вставки изготовляют из нержавеющих материалов, чтобы при коррозии их сечение, следовательно, и сопротивление, не изменялись.

Конструкция НПН и ПН-2 одинаковая, только у ПН-2 корпус не керамический, а стеклянный. Плавкая вставка специальной конструкции из очень тонких проводников; за счет этого время срабатывания уменьшается в 10-12 раз. Применяются ПНБ-2 для защиты преобразователей (VS, VD, VT). У быстродействующих плавких вставок с взрывным патроном tсраб.= 0,03 мс. Существуют также предохранители для защиты А.Д. с большими пусковыми токами. Для защиты А.Д. применяются так называемые инерционные предохранители (устанавливаются на щитке вблизи самого А.Д.).

Температура размягчения припоя 60-70 С задержка 15-20 сек., т.е. если не состоялся пуск и ток остаётся на уровне пускового (обрыв фазы, заклинивание механизма). Тепловая волна достигает место припоя, пружина отдёргивает неподвижный контакт и двигатель отключается от сети.

В случае К.З. фазы на корпус или междуфазного замыкания ток превышает пусковой (I = 8-10 Iн), при этом перегорает тонкая часть плавкой вставки. При перегрузке двигателя также перегорает плавкая вставка (через 15-20 мин). Преимуществом плавких вставок является простота обслуживания.

Недостатки:

. Невозможность использования предохранителей в качестве коммутационных аппаратов.

. Невозможность отключения сразу 3-х фаз при аварии.

. Неудовлетворительная защита потребителей (двигателей) при малых перегрузках.

. Зависимость температуры плавления вставки от окружающей среды.

Плавкие вставки применяются на судах, как правило только для защиты осветительных сетей.

Автоматические выключатели.

Для автоматического отключения одновременно 3-х фаз при превышении тока в любой фазе и нечастых коммутаций силовой сети. Следующие типы АВ применяются на судах: А - 3100; АК; А - 3300; АМ; А - 3700; АП; АС и др. Независимо от типа АВ, все они имеют:

. контактную систему;

. дугогасительное устройство;

. механизм свободного расцепления;

. автоматическое расцепляющее устройство.

Контактная система АВ состоит из следующих контактов.

. Главные контакты - несут основную токовую нагрузку.

. Предварительные контакты.

. Дугогасительные контакты.

При замыкании контактов вначале срабатывают (2), которые принимают на себя бросок тока и дугу при включении. Затем замыкаются главные контакты (1). При отключении сначала размыкаются (1), ток переходит на (2), а затем на (3). Это сделано для защиты главных контактов от обгорания (эл. дуга). Дугогасительное устройство: индуктивность, находящаяся в цепи, возникает Е самоиндукции, которая в несколько раз превышает Uпит. Дуга, возникающая в АВ, гасится следующим образом в дугогасительной камере (ДК): ответное магнитное поле от токов Фуко втягивает её в ДК разрезая при этом её на части. У каждого АВ своя конструкция ДК.

Автоматическое расцепляющее устройство может срабатывать от различных факторов:

. Превышение или снижение напряжения.

. Токовая перегрузка.

. Сверхтоки при КЗ (5-10,12⋅Iн)

. Обратная мощность.

Автоматические включающие устройства.

Это различного рода реле. Каждый автоматический судовой выключатель имеет моторный привод.