Расчет основных элементов участка судовой электроэнергетической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Волжская Государственная Академия Водного Транспорта

(ФГОУ ВПО ВГАВТ)

Кафедра электротехники и электрооборудования объектов водного транспорта

Контрольная работа

"Расчет основных элементов участка судовой электроэнергетической системы"

Нижний Новгород

2013 г.



ВВЕДЕНИЕ

Данная работа охватывает несколько типичных взаимозависимых электротехнических задач определения основных параметров элементов и режимов участка схемы судовой электроэнергетической системы (СЭЭС). По рассматриваемому в работе участку схемы СЭЭС производится передача электрической энергии от трехфазного источника синусоидального напряжения к потребителям, в которых осуществляется ее преобразование в механическую и тепловую энергии. Подобные задачи решаются при проектировании судовых электроэнергетических систем.



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

№	Номинальное линейное напряжение генератора, В	Длина фидера к, м	Мощность камбузной плиты, кВт	Частота вращения механизма, об/мин	Момент на валу механизма, Н*м	Активная составляющая сопротивления изоляции, кОм	Емкость фазы относительно корпуса, мкФ
2	230	50	10,6	2800-3000	80	0,15-3-250	0,015-0,8-15

Рисунок 1 - Схема участка судовой электроэнергетической сети

ВЫБОР КАМБУЗНОЙ ПЛИТЫ

Выберем камбузную плиту Н судового типа по напряжению U и потребляемой мощности Pн согласно таблице 1 и таблице 2 [1].

АПЭ 25

Род тока: трехфазный переменный.

Напряжение, В 220.

Потребляемая мощность, кВт 8,0.

Кол-во и мощность нагревательных плит, кВт3х2,2.

Кол-во и мощность нагревателей духовок, кВт2х1,0.

Рассчитаем потребляемые из сети мощность Pн потр и ток, полагая коэффициент полезного действия камбузной плиты з равным 90% и коэффициент мощности cosц равным 1.

Рн потр = Рпл / зпл

Рн потр =8000 / 0,9 = 8888,888 Вт

Составим и вычертим эквивалентную трехфазную схему замещения Н с соединением фаз "звездой" (рисунок 2) и определим комплекс полного сопротивления каждой из фаз схемы замещения.

Определим расчетный ток участка кабельной сети для трехфазного потребителя при активной нагрузке:

Iрасч= Рн потр

v3Ч Uном

Iрасч= 8888,888 =23,33 А

v3Ч220

Рассчитаем потери мощности в камбузной плите на полезное преобразование электрической энергии в тепловую:

?Рн = Рн потр -Рн Rн = Uном/ Iрасч

?Рн = 8888,888 - 8000 = 888,88 Rн = 220/23,33 = 9,43 Ом

Рассчитаем участок судовой кабельной сети для камбузной плиты

В таблице 3 [1] для каждой площади сечения токопроводящих жил трехжильного кабеля марки КНРП указана допустимая сила тока при продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы. Выберем сечение жил кабеляКн (таблица 3[1]) типа КНРП по величине тока фазы.

Т.к. Iрасч= 23,33 А, то выберем кабель со следующими характеристиками:

Фн = 2.5 мм2

Iнагр = 24 А

Рисунок 2 - Схема замещения камбузной плиты

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Оценим мощность, потребляемую электродвигателем Д, вращающим механизм М (см. рисунок):

об/мин

рад/с

Р2 = 43Ч303,687 = 13058,541 Вт

Выберем по таблице 4 [1] асинхронный двигатель в соответствии с расчетом в п.3.1. и приведем его основные технические данные.

4А160S2ОМ2.

Мощность, кВт15.

Частота вращения, об/мин2930.

Линейный ток, А49,2.

КПД, %88,0.

Коэфф. cosц0,91.

Кратность пускового тока7,5.

Проверим соответствие данных механической характеристике механизма по частоте и моменту вращения:

N d =2930 об/ M d = 42,56 Н*м

Рассчитаем активную PД и реактивную QД и полную SД мощности, потребляемые электродвигателем, при работе механизма, предполагая, что напряжение, частота вращения, коэффициент мощности и КПД имеют номинальную для выбранного двигателя значения, а момент вращения равен заданному.

PД = UномЧIДЧ cosц = 220Ч49,2Ч0,91 = 9849,84 BT

sin ц = sin(acos(0,91))= 0,415

QД = UномЧIДЧ sin ц = 220Ч49,2Ч0.415 = 4491,96 Вт

SД = UномЧIД = 220Ч49,2 = 10824 Вт

SД = v PД2+ QД2 = 10824 Вт

Рассчитаем активную IДа и реактивную IДр составляющие тока в фазе кабеля:

IДа = Iрасч д Ч cosц = 39,325Ч 0,91 = 35,79 А

IДр = Iрасч д Ч sin ц = 39,325Ч 0,415 = 16,32 А

Составим и вычертим эквивалентную трехфазную схему замещения электродвигателя с соединением фаз "звездой" (рисунок 3) и рассчитаем комплекс полного сопротивления каждой из фаз в схеме замещения.

RD = Uf/IДа = 127/ 35,79 = 3,55 Ом

XD = Uf/IДp = 127/16,32 = 7,78 Ом

ZD = vRD2 + XD2 =8,55 Ом

Рассчитаем потери мощности в электродвигателе на преобразование электрической энергии в механическую.

?РД = PД - Р2 = 15000- 13058,541 = 1941,459 Вт

Определим габаритные размеры электродвигателя по таблице 5 [1] и выполним эскиз (рисунок 4) его внешнего вида для модификации М-100.

Рисунок 3 - Схема замещения асинхронного электродвигателя

Рисунок 4 - Эскиз внешнего вида асинхронного электродвигателя модификации М-100

4А160S2ОМ2

Выберем сечение жил кабеля КД типа КНРП для питания электродвигателя.

Определим расчетный ток участка кабельной сети:

Iрасч д = Рном д Ч Кзагр = 15000Ч0,8 = 39,325

v3Ч Uном ЧздЧ cosц v3Ч220Ч0,88Ч0,91

Фн = 6 мм2 Iнагр = 40 А

Выбор кабеля для передачи электроэнергии от распределительного щита генератора G к потребителям

Рассчитаем модуль, активную и реактивную составляющие тока в фазе кабеля K при одновременном питании электродвигателя и камбузной плиты по формулам (2,4,5,6,7) [1].

Iа1 = Iрасч н = 8888,888 =23,33 А

v3Ч220

Iа2 = Iрасч д Ч cosц = 39,325Ч 0,91 = 35,77 А

Iр = Iрасч д Ч sin ц = 39,325Ч 0,415 = 16,32 А

Iрасч = v (Ia1 + Ia2)2 + Ip2 = v(23,33 + 35,77)2 + (16,32)2 = 61,31 A

Выберем сечение жил кабеля по таблице 3 [1] типа КНРП по условию допустимого его нагрева током Iрасч:

Фн = 16 мм2 Iнагр = 70 А

Рассчитаем комплекс полного сопротивления в фазе кабеля К, предполагая, что ее температура 65?С. По таблицам 6,7 [1] определим значения активного и реактивного электрического сопротивления в жиле кабеля К:

R = 0,00135 Ом/м X = 0,000109 Ом/м

ZК = (0,00135 Ч0,91 +0,000109 Ч0,415)Ч150 = 0,191 Ом

RD = Uf/IДа = 127/ 35,79 = 3,55 Ом

XD = Uf/IДp = 127/16,32 = 7,78 Ом

ZD = vRD2 + XD2 =8,55 Ом

Рассчитаем комплекс падения напряжения в кабеле К:

?U = v3Ч61.31Ч150 Ч (0,00135 Ч0,91 +0,000109 Ч0,415)Ч100 = 9.22 %

220

(9.22/100)Ч127 = 11.7 В

61,31 Ч0,00135 Ч0,91Ч150 = 11.3 В

61,31 Ч0,000109 Ч0,415Ч150 = 0,416 В

11.3+0.416 = 11.716 В

Полученное значение удовлетворяет требованиям Правил Российского Речного Регистра, установленным для силовых потребителей, нагревательных и отопительных приборов - не зависимо от напряжения - и не превышает 10%. Составим и вычертим эквивалентную схему замещения одной фазы участка СЭЭС (рисунок 5). На схеме укажем численные значения всех параметров:

1941,459/3+13058,541/3 = 5045 Вт

8888.888/3 = 2963 Вт

(11.7Ч61.31)/3 = 239,109 Вт

В соответствии со схемой замещения одной фазы участка схемы СЭЭС рассчитаем комплекс и модуль фазного напряжения генератора. Определим модуль линейного напряжения генератора по модулю его фазного напряжения, вычисленного при условии, что напряжение на нагрузке равно номинальному 220В.

= 230Ч61,31Ч0,91=12832,183 Вт

=230Ч61,31Ч0,415=5852,04 Вт

=230Ч61,31=14101,3 Вт

= 12832,1832+5852,042=14103,59 Вт

Выберем генератор серии МСК:

МСК 83-4. P=50 кВт.

n=1500об/мин.

Соединение звездой

Рассчитаем коэффициент загрузки генератора:

Что удовлетворяет экономической целесообразности установки такого генератора для данной СЭЭС. Сравним вычисленное линейное напряжение генератора с заданным в таблице 1 номинальным линейным напряжением генератора.

U=227В ?Ug=230 В.

Построим векторную диаграмму вычисленных напряжений и токов для схемы замещения одной фазы участка схемы (рисунок 6). Определим падение напряжения в кабеле как модуль геометрической разности векторов напряжения в начале и в конце кабеля.

ДUк=В?ДUк=11.7 В

Определим потери напряжения в кабеле как разность модулей векторов напряжений в начале и в конце кабеля.

(9.22/100)Ч127 = 11.7 В

61,31 Ч0,00135 Ч0,91Ч150 = 11.3 В

61,31 Ч0,000109 Ч0,415Ч150 = 0,416 В

11.3+0.416 = 11.716 В

Определим в процентах по отношению к номинальному фазному напряжению генератора потерю напряжения в кабеле.

%

Рассчитаем потери мощности в кабеле при передаче энергии от источника к потребителю.

Вт

Рассчитаем КПД действия передачи электроэнергии от генератора к потребителю.

%

Рисунок 5 - Схема замещения одной из фаз участка судовой электроэнергетической системы



Рисунок 6 - Векторная диаграмма к схеме замещения

ВЫБОР АППАРАТУРЫ ЗАЩИТЫ

Все потребители и источники энергии необходимо защищать от токов короткого замыкания и перегрузки.

Выберем автоматические выключатели для защиты генератора и потребителей от токов к.з. и тепловые реле для защиты электродвигателя от перегрузки.

Выберем автоматический выключатель в фазе электродвигателя по рабочему напряжению, рабочему току и конструктивному исполнению: сначала номинальные напряжения и ток выключателя, а затем номинальный ток максимального расцепителя.

А А

А

камбузный плита судовой электроэнергетический

Выберем автоматы на каждую фазу электродвигателя:

АЗ114Р.

I.nom=100 A.

I.ustkz=1000A.

Выберем автоматический выключатель в фазе камбузной плиты по рабочему напряжению, рабочему току и конструктивному исполнению.

А

Выберем автоматы защиты на каждую фазу камбузной плиты:

АЗ114Р

I.nom=I.maxrasc=80A

Для защиты генератора от перегрузки выберем селективные автоматические выключатели на каждую фазу генератора.



А

Выберем автоматы защиты на каждую фазу:

АЗ712С.

I.nom=160A.

I.ust=1000A.

Для защиты электродвигателя от перегрузки выберем тепловое реле по номинальному току.

ТРТ 139.

I.nom=90A.

I.max=92A.

F=25 мм2, что соответствует сечению кабеля питания электродвигателя.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Самулеев В.И., Александров В.В., Гусакова Т.Н. Расчет основных элементов участка судовой электроэнергетической системы. - Метод. указ./ ФГОУ ВПО "ВГАВТ". - Н.Новгород: 2010. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru