Цель занятия: научить студентов производить расчет и выбор элементов кабельных трасс (шин, кабелей), рассчитывать тепловую нагрузку кабелей.
Предварительные замечания
При подготовке к занятию рекомендуется повторить материал практического занятия № 1, а также использовать лекционный материал и [4, 5, 12].
Содержание занятия
При эксплуатации в СЭС возможны повреждения, вызывающие аварию. Электрические сети (фидеры питания потребителей, фидеры питания и секции шин распределительных щитов) должны защищаться от КЗ и перегрузок, а при наличии резервной сети – от перегрузок.
Устройства защиты должны удовлетворять основным требованиям:
· быстродействию – быстрое срабатывание всех элементов защиты обеспечивает наименьший перерыв электроснабжения ответственных потребителей (или их работу в недопустимых режимах), предотвращает повреждение электрооборудования;
· избирательности – отключение в кратчайшее время поврежденного участка сети с сохранением нормального электроснабжения остальных участков.
Порядок срабатывания защит показан на рисунке 3.1, где: t1 – наменьшее (собственная защита); t2 – 0,1 или 0,12 с; t3 – 0,18 или 0,24 с; t4 – 0,28 или 0,4 с.
Рисунок 3.1 – Временная диаграмма избирательной защиты участков судовой
сети: QF1, QF2 – генераторные автоматы; QF3 – секционный автомат; QF4, QF5 – фидерные автоматы
Для перемычек между секциями ГРЩ, проходящих через водонепроницаемые переборки, выключатели должны предусматриваться с обеих сторон.
Фидер питания с берега должен иметь защиту от КЗ, перегрузок, обрыва фазы и снижения напряжения.
Цепи измерения, управления и сигнализации рекомендуется собирать в группы по функциональному признаку и подключать к сети или ко вторичной обмотке питающего трансформатора через групповые предохранители.
Выбор аппаратов защиты производится по техническим условиям на их поставку, каталогам или официальным справочникам. Прежде всего необходимо, чтобы аппарат удовлетворял требованиям Регистра по температуре, ударо- и вибропрочности, влажности и т.д. Затем производится выбор аппарата по основным номинальным параметрам: роду тока, напряжению, току нагрузки, частоте и т.д.
Далее выполняется расчет уставок и защитных характеристик, в процессе которого может быть откорректирован выбор аппарата по номинальным параметрам.
Для фидеров электроснабжения генераторов и отдельных приемников исходными данными являются номинальные токи напряжение: Iном ≥ Iном.п, где Iном.п – номинальный ток приемника.
Пример 3.1. Выбрать автоматический выключатель сборной шины (СШ), если в СЭС входят три генератора серии МСК 113-4 (Р=300 кВт, Uн=400 В, n=1500 об/мин, к.п.д.=91,7).
Определяем ток сборной шины, А
.
Используя указанные выше критерии, выбираем универсальный автомат избирательного действия АМ-25 с параметрами [12]:
- номинальный ток автомата IН=2500 А,
- ток максимального расцепителя Iр=2000 А,
- время срабатывания tp= 0,24 c.
Пример 3.2. Выбрать автоматический выключатель для защиты генератора серии МСК 113-4.
Определяем номинальный ток генератора, А
.
Выбираем автомат серии АМ-8 IН=800 А, Iр1=625 А, временем срабатывания tp= 0,4 c.
Пример 3.3. Выбрать автомат для двигателя электропривода брашпиля:
Рн= 34 кВт, kз=1, ηн=0,89, cosφн=0,83.
Расчетный ток, А
.
Выбираем автомат А3310: ток автомата Iа=100 А, ток расцепителя Iр=80 А, время срабатывания 0,12 с.
При выборе выключателей для фидеров электроснабжения распределительных щитов (РЩ) номинальный ток выключателя определяют с учетом режима наибольшей нагрузки:
,
где Iф – расчетный ток фидера; kн.i – коэффициент нагрузки i- го приемника; Iном.i, Iр – номинальные токи i- го приемника и суммарный резервного выключателя.
Задание 3.1. Выбрать фидерный автомат для фидера электроснабжения (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Схема к заданию 3.1
Решение:
Пример 3.4. Произвести выбор защиты двигателя типа АМ62-2 привода вентилятора от перегрузки и снижения напряжения, если время пуска tпуск=0,75 с.
Из [6] находим параметры двигателя: Рном=14 кВт; Uном=380 В; Iном дв= 28,3 А. Кратность пускового тока kI=6,0. Маховый момент привода GD2=0,534 кг·м2.
Для защиты от снижения напряжения применяют контакторы. Из [6] выбираем контактор типа КМ-2000 II величины на номинальный ток 50 А; главные контакты отпадают при снижении напряжения до величины (0,3 - 0,6)Uном.
Для защиты от перегрузки можно установить тепловое реле типа ТРТ типоисполнения ТРТ-134 с номинальным током Iном= 28 А (уставку номинального тока можно регулировать в пределах ±15 % со ступенью регулировки ±5 %; подбирается величина таким образом, чтоб Iном ≥ Iном дв). При подрегулировке тока уставки номинальный ток уставки становится равным
>Iном.дв.
Проверяем выбранное реле на отстройку от ложных срабатываний по условию: tр ≥ 1,05·tпуск.
Время срабатывания теплового реле определяется по время-токовой характеристике (рисунок 3.7.2 [6]) для значения, определяемого по формуле
,
где kдоп =1,15 – коэффициент, учитывающий плюсовой допуск на величину пускового тока электродвигателя; kскв = 0,93 – коэффициент, равный отношению среднеквадратичного тока за время пуска электродвигателя к пусковому току; Iном=1,05·28=29,4 – номинальный ток реле после подстройки.
.
Таким образом для значения 6,11 определяем время срабатывания реле t=5,8 с. Таким образом, условие выполняется (1,05·tпуск=1,05·0,75=0,788 < 5,8 с), таким образом тепловое реле отстроено от ложных срабатываний в режиме пуска.
Пример 3.5. Определить допустимую мощность нагрузки, которую можно автоматически переключить на электростанцию с двумя параллельно работающими генераторами типов МСК1560-1500 и МСК1250-1500. Суммарная мощность асинхронной нагрузки, которую необходимо переключить на стацию, составляет
Sпер =1100 кВ·А. При переключении провал напряжения не должен превышать 20% номинального напряжения генераторов.
Допустимая величина мощности одновременно переключаемых электродвигателей переменного тока определяется как
,
при подстановке в нее ΔU=0,2; SΣ=1560 + 1250 = 2810 кВ·А:
,
кВ·А.
Оставшаяся асинхронная нагрузка составляет
кВ·А.
Ее следует переключить во вторую очередь, установив для указанных электродвигателей устройства автоматического переключения питания с большей выдержкой времени. Провал напряжения при переключении второй очереди будет меньше допустимого, так как значение переключаемой мощности будет меньше значения Sдоп.
Задание 3.2. Выбрать аппараты защиты для двигателя грузовой лебедки. Тип и мощность двигателя задаются преподавателем индивидуально.
Решение:
Номинальный ток плавкой вставки предохранителя следует выбирать равным (или ближайшим большим) номинальному току потребителя.
Для фидеров питания электродвигателя выбранный по номинальному току предохранитель необходимо отстроить от ложных срабатываний при пуске или стоянке под током электродвигателя. Если время пуска электродвигателя переменного тока неизвестно, то выбор номинального тока плавкой вставки производят по значению, определяемому формулой
,
где α – коэффициент, принимаемый равным 2,5 для легких условий пуска и 1,6–2,0 – для тяжелых.
Следует иметь в виду, что предохранители не отличаются большой разрывной способностью, поэтому их допустимо устанавливать в сетях относительно небольшой мощности.
Задание 3.3. Произвести расчет и выбор предохранителя для асинхронного двигателя типа 4А 56А2 ОМ2 (условия пуска легкие).
Решение:
Практическое занятие № 4
«РАСЧЕТ ТОКОВ НАГРУЗКИ КАБЕЛЬНЫХ ТРАСС
И ВЫБОР КАБЕЛЕЙ»
Цель занятия: научить студентов производить расчет и выбор элементов кабельных трасс (шин, кабелей), рассчитывать тепловую нагрузку кабелей.