Расчет основных элементов участка судовой электроэнергетической системы

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волжская Государственная Академия Водного Транспорта

Кафедра электротехники и электрооборудования объектов водного транспорта

Курсовая работа

"Расчет основных элементов участка судовой электроэнергетической системы"

Выполнил: Крылатых С.В.

Проверил: Самулеев В.И.

Нижний Новгород 2012г.

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
33	230	100	7,6	900-1100	170	0,2-4-300	0,015-0,8-15

судовой электроэнергетический электродвигатель генератор

Схема участка судовой электроэнергетической сети.

Выбор камбузной плиты

1. Выберем камбузную плиту Н судового типа по напряжению U и потребляемой мощности P_н :

АПЭ 25

Род тока: трехфазный переменный.

Напряжение, В 220.

Потребляемая мощность, кВт 8,0

Кол-во и мощность нагревательных плит, кВт 3х2,2

Кол-во и мощность нагревателей духовок, кВт 2х1,0

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

P_npotr = = 8888,9 Вт

3. 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:

I_rasH = = 23,8 A

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

P_H = 8888,9 - 8000 = 888,9 Вт

R_H = = 9,24 Ом

4. 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 кабеля К_н (таблица 3[1]) типа КНРП по величине тока фазы.

Т.к. I_rasH = 23,8 А, то выберем кабель со следующими характеристиками:

F_H = 2,5 мм²

I_nagr = 24 A

Схема замещения камбузной плиты.

Выбор электродвигателя

n = 900 об/мин

Оценим мощность, потребляемую электродвигателем Д, вращающим механизм М:

щ = = = 94,2 Рад/с

Р₂ = 170•94,2 = 16014 Вт

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

4А180S6ОМ2

Мощность, кВт 18,5

Частота вращения, об/мин 976

Линейный ток, А 63,4

КПД, % 88

Коэфф. cosц 0,87

Кратность пускового тока 6,0

Рассчитаем активную P_Д и реактивную Q_Д и полную S_Д 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.

P_D = 220•63,4•0,87 = 12134,76 Вт.

= (arc(cosц)) = 0,493

Q_D = U_nom I_d = 220•63,4•0,493 = 6876,4 Вт

S_d = 220•63,4 = 13948 Ом

Проверим полученное значение:

S_d = = = 13947,7 = 13948 Ом.

Рассчитаем активную I_Да и реактивную I_Др составляющие тока в фазе кабеля:

I_ras =

I_ras = = 51,7 А

I_da = I_ras• cosц = 51,7•0,87 = 44.98 А

I_dr = I_ras•51,7•0,493 = 25,5 A

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.

R_D = = = 2,82 Ом

X_D = = = 4,98 Ом

Z_D = = = 5,72 Ом

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

?P_d = 18500 - 16014 = 2486 Вт

Определим габаритные размеры электродвигателя по таблице 5 [1] и выполним эскиз (рисунок4) его внешнего вида для модификации М-100.

Схема замещения асинхронного электродвигателя.

Эскиз внешнего вида асинхронного электродвигателя модификации М-100

Выберем сечение жил кабеля К_Д типа КНРП для питания электродвигателя.

I_ras = 51,7 А., соответственно выбираем:

F_H = 10 мм²

I_nagr = 55 A

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].

I_a1 = I_ras = 23,8 A

I_a2 = I_rasd• cosц = 51,7?0,87 = 44,98 A

I_r = I_rasd• = 51,7• 0,493 = 25,5 A

I_ras = = = 73,4 A

Выберем сечение жил кабеля по таблице 2 [1] типа КНРП по условию допустимого его нагрева током I_расч:

F_k = 35 мм²

I_nagrK = 118 A

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 = 0,000617 Ом/м

X = 0,000102 Ом/м

Z_k = (R cosц+X)•L = (0,000617•0,87+0,000102•0,493)•100 = 0,059 Ом

Z_H = = = 5,34 Ом

R_D = = = 2,82 Ом

X_D = = = 4,98 Ом

Z_D = = = 5,723 Ом

Рассчитаем комплекс падения напряжения в кабеле К:

?U = • (0,000617•0,87+0,000102•0,493) •100 = 3,4 %

?U_K = • U_f = • 127 = 4,32 B

?U_aK = I_ras• R cosц?L = 73,4?0,000617?0,87?100 = 3,94 B

?U_rK = I_ras• X•L = 73.4•0,000102•0,493•100 = 0,37 B

?U_aK+?U_rK = 4,31 B

Полученное значение удовлетворяет требованиям Правил Российского Речного Регистра, установленным для силовых потребителей, нагревательных и отопительных приборов - не зависимо от напряжения - не более 7%.

Составим и вычертим эквивалентную схему замещения одной фазы участка СЭЭС (рисунок 5). На схеме укажем численные значения всех параметров

?P_d + •• n • M = + • 900•170 = 6183,97 Bт

P_npotr = = 2962,97 Вт

?P_К = = = 105,7 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.

Р_g = 230•73,4•0,87 = 14687,34 Вт

Q_g = 230•73,4•0,493 = 8322,83 Вт

S_g = 230•73,4 = 16882 Вт

Проверим полученное значение:

S_g = = 16882 Вт

Выберем генератор серии МСК:

МСК 82-4

P=30 кВт

n=1500об/мин

КПД = 86% (U=400 В)

Соединение звездой с выведенной нулевой точкой

Рассчитаем коэффициент загрузки генератора:

= = 0,563

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

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

?U_K = • U_f = • 127 = 4,32 B

?U_aK = I_ras• R cosц•L = 73,4•0,000617•0,87•100 = 3,94 B

?U_rK = I_ras• X•L = 73.4•0,000102•0,493•100 = 0,37 B

?U_aK+?U_rK = 4,31 B

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

?U_K = • 100 = 3,4 %

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

?P_К = ?U_K• I_ras = 4,32•73,4 = 317,1 Вт

Рассчитаем КПД действия передачи электроэнергии от генератора к потребителю.

= •100 = 98,9 %

Схема замещения одной из фаз участка судовой электроэнергетической системы.



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.

I_puskd = K_i I_nomd = 6•63,4 = 380,4 A

I_ustkz ?K_zap I_puskd ? 1,5•380,4 ?570,6 A

I_kzd = 12•I_d = 12•63,4 = 760,8 A

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.

I_rasH = 23,8 A

Выберем автоматы защиты на каждую фазу камбузной плиты:



АЗ114Р

I.nom=I.maxrasc=30A

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

I_ras = 73,4 A

Выберем автоматы защиты на каждую фазу:

АЗ114P

I.nom=100A

I.ust=1000A

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

ТРТ 138

I.nom=71A

I.max=75 А

F=25 мм², это больше принятого сечения кабеля питания электродвигателя, следовательно кабель нужно заменить на новый большего сечения.

Расчёт электробезопасности

Значения R: Значения С:

R_ч = 1000 Ом С_а = 0,015 мкФ

R_а = 0,2 кОм С_в = 0,8 мкФ

R_в = 4 кОм С_с = 15 мкФ

R_с = 300 кОм

С учётом активной составляющей сопротивления фаз:

С_а = С_в = С_с = 0

I_a = = 0,206 A

I_b = = 0,096 A

I_c = = 0,0022 A



Литература

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