Вопрос 11
Устрій і принцип дії індукційних реле оберненої потужності
Реле защиты генераторов и приемников от токов КЗ, а иногда и от токов перегрузок являются неотъемлемой частью их автоматических выключателей. В АВ генераторов встроены также реле защиты СЭС от работы со значительно пониженным напряжением. На долю отдельно устанавливаемых в ГРЩ или ПУ реле остаются функции защиты генераторов от перехода в двигательный режим, что возможно при параллельной работе, а также функции ступенчатой защиты от перегрузок способом отключения менее ответственных приемников. Иногда устанавливают дополнительные защиты, например, отключающие защиты при понижении напряжения или обрыве одной фазы при питании судна с берега.
Реле защиты могут быть электромагнитной, индукционной и других систем, а также электронными.
Реле обратной мощности типа ИМ-149 (рис. 11.1, а). Оно изготовлено на базе индукционного механизма: на алюминиевый диск 9 действуют магнитные потоки катушек 1 напряжения и катушки 2 тока.
Рисунок 11.1. Индукционное реле обратной мощности (а, б) и электромагнитное реле обратного тока (в, г)
Момент вращения прибора пропорционален активной мощности М =kIU cosj. В генераторном режиме диск реле повернут влево до упора. Через шестерню 8 шестерня 4 повернута вправо и подвижный контакт 7, установленный на ней, максимально удален от контактов 5. При переходе СГ в двигательный режим векторы тока и магнитного потока электромагнита 2 изменят направление на 180°, поэтому момент вращения диска реверсируется. Подвижная часть реле поворачивается в другую сторону до замыкания контактов 5, через которые поступает питание на отключающий расцепитель АВ генератора. Вместе с генератором отключается и реле, механизм которого под действием спиральной пружины 6 возвращается в исходное положение. Положение подвижного контакта 7 на шестерне 4 относительно контактов 5 можно изменять, ориентируясь по шкале 3. Минимальному расстоянию между контактами 7 и 5 соответствует выдержка времени 2 с срабатывания реле, наибольшему расстоянию - 12 с. Поля постоянных магнитов 10 во время движения диска создают противодействующий момент подвижной части прибора. Обмотку 2 можно переключить на разное число витков, обеспечивая уставку срабатывания реле 6,4; 9,6 или 12 % номинальной активной мощности.
Реле ИМ-149 включаются через трансформаторы тока ТА (рис. 1, б). Номинальный ток вторичных обмоток (обмоток 2 реле) составляет 5А. Подбирая ТА по значениям тока первичной обмотки, реле можно использовать для генераторов разных мощностей.
Реле обратного тока типа ДТ. Эти реле служат для защиты генераторов постоянного тока от перехода в двигательный режим. Реле изготовлено в виде электромагнитного поляризованного механизма (рис. 11.1, в). На неподвижном магнитопроводе находится катушка 3 тока, а на поворотном сердечнике расположена катушка 2 напряжения. В генераторном режиме работы магнитный поток катушки 3 действует на сердечник согласно с усилием пружины, удерживая контакты реле разомкнутыми. При переходе генератора в двигательный режим изменяется направление тока через его якорь и катушку 3, Магнитный поток катушки 3 изменяет направление, преодолевает усилие пружины и, поворачивая сердечник, замыкает контакты.
Реле ДТ изготовляют на токи 6-1600 А. Обмотка катушки 2 рассчитана на 48 В, поэтому при включении реле в сеть 11О и 220 В необходимо использовать дополнительные резисторы сопротивлениями 800 и 2200 Ом. Реле обратного тока ДТ-113 и ДТ-117 на ток 1600 А не имеют обмоток 3, поэтому их монтируют непосредственно на шине ГРЩ. Контакты реле могут быть замыкающими и размыкающими.
Вопрос 12
Призначення, класифікація та конструкція розподільчих устроїв.
Судовые электрораспределительные устройства - это комплектные электротехнические устройства в виде щитов с аппаратами управления, защиты и сигнализации, предназначенные для приема и распределения электроэнергии между приемниками.
Классификация распределительных щитов
На судах устанавливают следующие виды распределительных щитов:
главный, предназначенный для присоединения источников электроэнергии к судовой силовой сети, управления их работой и распределения электроэнергии;
аварийный, являющийся частью аварийной СЭС и предназначенный для присоединения аварийных источников электроэнергии к аварийной сети, управления их работой и распределения электроэнергии;
районный, предназначенный для распределения электроэнергии в пределах определенного района судна, обеспечивающий электроэнергией несколько отсечных щитов;
отсечный, предназначенный для распределения электроэнергии в пределах отсека судна;
групповой, предназначенный для распределения электроэнергии между группой приемников одинакового назначения;
приемника, предназначенный для подачи электроэнергии на отдельный приемник, а также управления его работой;
электроснабжения с берега, предназначенный для присоединения судовой сети судна к береговой электрической сети или сети другого судна;
генераторный, предназначенный для передачи электроэнергии от генератора к определенному ГРЩ, а также для местного управления генератором в тех случаях, когда генератор и ГРЩ размещены в разных отсеках судна (от генераторного щита могут получать электропитание отдельные приемники электроэнергии);
соединительный электрический ящик (щит), представляющий собой судовое электрораспределительное устройство, предназначенное для соединения электрических цепей;
сигнализации и контроля, предназначенный для подачи сигналов (звуковых, световых) о состоянии контролируемых помещений, установок, систем, ЭП и других объектов.
Конструкция.
По конструктивному исполнению РЩ бывают каркасные и блочные
По степени защищенности от воздействия окружающей среды различают следующие типы распределительных устройств:
- защищенные (IP21);
- брызгозащищенные (1Р23);
- водозащищенные (IP55).
По роду тока различают РЩ постоянного и переменного 1- и 3-фазного тока. Неизолированные участки проводов, кабелей и медных или алюминиевых шин должны окрашиваться в следующие отличительные цвета:
а) на переменном токе:
- фаза А – зеленый;
- фаза В – желтый;
- фаза С – фиолетовый;
- нейтральный провод – серый;
- заземляющие провода – черный;
б) на постоянном токе:
- положительный полюс – красный;
- отрицательный полюс синий;
- уравнительная шина – белый;
- заземляющая шина – черный.
Внутри корпусов РЩ размещают коммутационно-защитную аппаратуру, а на лицевой части - сигнальные лампы, электроизмерительные приборы - амперметры, вольтметры и переключатели к ним. Корпуса щитов, а также открывающиеся панели и дверцы, на которых расположены электроизмерительные приборы и аппаратура управления, должны быть надежно заземлены. На внутренней стороне дверцы РЩ должна быть схема коммутации с указанием наименования отходящих фидеров, номинальных токов предохранителей и уставок автоматических выключателей.
По наличию коммутационно-защитной аппаратуры все РЩ подразделяют на два типа:
- без выключающих устройств;
- с выключающими устройствами.
В РЩ без выключающих устройств содержатся только предохранители.
РЩ с выключающими устройствами бывают двух видов: с пакетными выключателями и предохранителями, с автоматическими выключателями. Для питания трехфазных АД применяют щиты с автоматическими выключателями Это объясняется тем, что при перегорании предохранителя в одной фазе наступает однофазный режим работы АД с последующим его перегревом и выходом из строя. В то же время срабатывание АВ вследствие КЗ в любой фазе приводит к полному отключению асинхронного двигателя.
Вопрос 13
ГРЩ. Конструкція. Апаратура і прибори, встановлені на ГРЩ.
Судовыми распределительными щитами называются конструкции, на которых установлена коммутационная, защитная и измерительная аппаратура, регулирующие и сигнальные устройства, предназначенные для включения, отключения и защиты электрических установок и сетей, контроля, регулирования и измерения электрических параметров источников электроэнергии, а также сигнализации о положении коммутационных аппаратов и состоянии электрических цепей.
Главные распределительные щиты (ГРЩ) предназначены для управления работой генераторных агрегатов, контроля, регулирования их параметров и подачи питания судовым приемникам или фидерам приемников.
ГРЩ имеют каркасную конструкцию. Разработаны типовые секции ГРЩ. Схемы ГРЩ разрабатывают применительно к типу судна с учетом мощности и количества генераторных агрегатов и потребителей электроэнергии.
Для сокращения сроков и стоимости проектирования, изготовления, транспортировки и монтажа на судне ГРЩ выполняют из ряда отдельных конструктивно законченных секций: генераторных, распределительных и управления. К ним могут добавлять секции питания с берега и др.
Количество генераторных секций в ГРЩ равно количеству генераторов, установленных на данной электростанции. Количество распределительных секций определяется количеством фидерных (и магистральных) автоматических выключателей, которые необходимо установить на ГРЩ. В ГРЩ обычно предусматривают одну или две секции управления и одну секцию питания с берега.
Генераторные секции предназначены для контроля, защиты и управления работой генераторов, а также передачи электроэнергии от генераторов на сборные шины ГРЩ.
Распределительные секции служат для контроля, защиты и управления распределением электроэнергии от шин ГРЩ к потребителям или РЩ.
Секция управления предназначена для контроля и управления работой СЭС.
Секция питания с берега служит для контроля защиты и управления приемом электроэнергии от береговой сети, а также для передачи электроэнергии от шин ГРЩ к потребителям, которые действуют при стояночном режиме работы судна.
На генераторной секции устанавливаются: приборы контроля тока, напряжения, активной мощности, частоты генератора; автоматы для защиты генератора от токов КЗ и перегрузок; реле обратной мощности для защиты генератора от двигательного режима работы, переключатель питания серводвигателя рейки топливного насоса; устройство гашения поля генератора; система регулирования тока возбуждения и напряжения генератора. Для питания перечисленных приборов и устройств в генераторной секции устанавливаются измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Согласно требованиям Регистра для каждого генератора постоянного тока должны быть установлены на ГРЩ и АРЩ по одному вольтметру и амперметру.
Согласно требованиям Регистра для каждого генератора переменного тока должны быть установлены на ГРЩ и АРЩ следующие электроизмерительные приборы:
- амперметр с переключателем для измерения тока в каждой фазе;
- вольтметр с переключателем для измерения фазных и линейных напряжений;
- частотомер;
- ваттметр;
- другие необходимые приборы.
Измерительные приборы должны иметь шкалы с запасом по делениям, превышающие номинальные значения измеряемых величин. Следует применять измерительные приборы с пределами шкал не менее следующих:
- вольтметры – 120% номинального напряжения;
- амперметры для генераторов переменного тока и потребителей –130% номинального тока;
- ваттметры – 130% номинальной мощности;
- частотомеры – 10% номинальной мощности.
В цепях ответственных потребителей с номинальным током от 20 А и более должны устанавливаться амперметры. Эти амперметры допускается устанавливать на ГРЩ или у постов управления.
На ГРЩ в фидере питания от внешнего источника должны быть предусмотрены:
- коммутационные и защитные устройства;
- вольтметр или сигнальная лампа;
- устройство защиты от обрыва фазы.
На ГРЩ и АРЩ должно быть установлено устройство для измерения сопротивления изоляции.
Должна быть предусмотрена визуальная и звуковая сигнализация о недопустимом снижении сопротивления изоляции.
Там, где возможно, выключатели должны устанавливаться и подключаться таким образом, чтобы в положении «Выключено» подвижные контакты и вся связанная с выключателем защитная и контрольная аппаратура не находилась под напряжением.
Электроизмерительные приборы размещают на высоте мм, автоматы и плавкие предохранители на высоте мм от уровня палубы.
Панели электроизмерительных приборов и их переключателей выполняют открывающимися, остальные – съемными. На лицевой и задней сторонах ГРЩ устанавливают горизонтальные или вертикальные поручни из изоляционного материала.
Спереди и сзади ГРЩ предусматривают проходы соответственно не менее 800 – 600 мм при длине щита до 3 м, не менее 1000 и 800 мм – при большей длине.
Пространство позади ГРЩ выгораживают и снабжают сдвигающейся или открывающейся наружу дверью, стопорящейся в открытом положении. При длине ГРЩ не менее № м устанавливают две и более удаленных друг от друга двери.
В качестве токоведущих проводников в ГРЩ применяют шины из элктролитической меди. Шины окрашивают. Окраска шин повышает допустимую нагрузку примерно на 15% по сравнению с неокрашенными.
Шины постоянного тока окрашивают:
- положительная полярность – в красный цвет;
- отрицательная полярность – в синий цвет.
Шины трехфазного переменного тока окрашивают:
- фаза А – в зеленый цвет;
- фаза В – в желтый цвет;
- фаза С – в фиолетовый цвет.
Заземляющие шинопроводы окрашивают в зелено-желтый цвет (поперечные полосы).
На рисунке 13.1. показана упрощенная схема ГРЩ переменного тока неавтоматизированной СЭС (обеспечивается только ручная точная синхронизация генераторов). Генератор G2 с его аппаратурой управления на схеме не показан. Сборные шины ГРЩ разбиты на секции, которые разделены между собой разъединителями QS1 и QS2 ручного управления. Шина пониженного напряжения получают питание от сборных шин ГРЩ через понижающий трансформатор напряжения ТV2. Автоматические выключатели QF, QF1–QF6 и контактор КМ служат для коммутации генератора на шины, соединения ГРЩ с береговым источником питания и АРЩ, подключения групп приемников и силового понижающего трансформатора ТV2.
Рисунок 13.1 – Принципиальная схема ГРЩ неавтоматизированной СЭЭС
Аппаратура управления подключена к шинам ГРЩ через измерительные трансформаторы тока и напряжения. К понижающему измерительному трансформатору TV1 подключены аппаратура управления автоматическим выключателем QF генератора, реле времени КТ, катушка напряжения реле обратной мощности KW, реле перегрузки КА2, двигатель М регулирования подачи топлива ПД, катушка напряжения киловаттметра PW, вольтметр PV, частотомер PF и синхроноскоп PS. К измерительным трансформаторам тока ТА1 и ТА2 подключены токовые обмотки реле KW и КА2, приборов PW и РА. Причем, нагрузка к вторичным обмоткам трансформатора напряжения подключается параллельно, а трансформаторов тока – последовательно, так как сами вторичные обмотки трансформаторов тока имеют большое сопротивление. Переключатель SA1 позволяет подключить синхроноскоп PS тремя контактами к синхронизируемому генератору G1 или G2 и двумя контактами на шины. Переключатель SA2 обеспечивает измерение трех линейных напряжений, а переключатель SA3 – токов нагрузки в трех фазах генератора.
В состав автоматического выключателя QF генератора входят следующие расцепители:
КА – максимальный, для защиты от токов КЗ. При возникновении КЗ с выдержкой времени действует на отключение генераторного автомата;
КА1 – максимальный, для защиты от токов перегрузки. При возникновении перегрузки (1,2- 2)Iном с выдержкой времени приблизительно 10 с, создаваемой реле времени КТ, действует на отключение генераторного автомата через независимый расцепитель;
KV – минимальный, для защиты от понижения напряжения. При понижении напряжения действует на отключение генераторного автомата;
KV1 – независимый, для возможности дистанционного отключения генераторного автомата.
При токах (0,95 – 1,2) Iном с выдержкой времени сработает реле перегрузки индукционного типа КА2 и своим контактом обесточит контактор КМ, который отключит неответственные приемники (камбузное оборудование, бытовая вентиляция, система кондиционирования воздуха и т. д.).
При переходе генератора в двигательный режим срабатывает реле обратной мощности KW и с выдержкой времени (примерно 8 с), через его контакт получит питание независимый расцепитель и отключит генераторный автомат.
На судах ГРЩ устанавливают в помещениях МО или ЦПУ.
Вопрос 14
Причини відхилення напруги суднових синхронних генераторів. Вимоги Регістру та СОЛАС по відновленню напруги.
Причины, влияющие на напряжение судовых синхронных генераторов
На напряжение судовых синхронных генераторов влияют 3 причины:
- частота вращения ПД ( дизеля, турбины );
- изменение тока нагрузки генератора;
- нагрев при работе обмоток статора и ротора генератора.
Рассмотрим действие этих причин более подробно.
1. При изменении частоты вращения ПД изменяются сразу два параметра синхронного генератора:
- частота тока генератора
f = 
- ЭДС обмотки статора генератора
Е = 4,44 f ω Ф,
где р – число пар полюсов на роторе генератора ( величина постоянная );
n – частота вращения приводного двигателя генератора, об / мин;
4,44 – постоянный коэффициент;
f – частота переменного тока;
ω – число витков фазной обмотки ( величина постоянная );
Ф – магнитный поток возбуждения генератора.
Из приведеннях формул следует, что при уменьшении частоты вращения ПД уменьшаются частота тока генератора, его ЭДС, а значит, и напряжение, и наоборот.
2. Основными приемниками ЭЭ на судах являются асинхронные двигатели. Они создают для синхронных генераторов активно-индуктивную нагрузку.
Действие активной и индуктивной составляющих тока нагрузки ( тока обмотки статора ) проявляется по разному. Так, при увеличении тока нагрузки:
- активная составляющая увеличивает тормозной электромагнитный момент генератора, что приведет к уменьшению скорости ПД и снижению напряжения СГ;
- индуктивная составляющая ослабляет магнитный поток генератора, что также
приводит к уменьшению его напряжения.
Таким образом, при набросе нагрузки каждая составляющая тока нагрузки снижает напряжение генератора.
3. При работе генератора его две обмотки - обмотка статора и обмотка возбуждения ( на роторе ) нагреваются, потому сопротивление обмоток увеличивается. В результате увеличивается падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора, а также и уменьшается ток возбуждения. В обоих случаях напряжение генератора уменьшается.
Компенсация действия причин, вызывающих изменение напряжения генераторов
Современные АРЧ и АРН позволяют успешно компенсировать действие причин, вызывающих изменение напряжения генераторов. При этом, в случае, если действие каких-либо причин не в состоянии компенсировать АРЧ, это делает АРН.
Например, если АРЧ дизеля ( турбины ) работает ненадежно, имеющийся в схеме АРН генератора узел частотной коррекции изменяет в нужном направлении ток возбуждения генератора, поэтому напряжение получается стабильным.
Так, в случае, если частота вращения приводного двигателя генератора меньше номинальной, что приводит к уменьшению частоты тока и напряжения генератора, этот узел увеличивает ток возбуждения и тем самым восстанавливает напряжение.
Стабилизацию напряжения при изменении тока нагрузки по величине и характеру обеспечивает одновременное действие АРЧ и АРН.
АРЧ увеличивает подачу топлива, компенсируя увеличение тормозного электромагнитного момента генератора и стабилизируя частоту тока, а значит, и напряжение генератора.
АРН увеличивает ток возбуждения генератора, восстанавливая напряжение до номинального ( см. ниже ).
Стабилизацию напряжения при нагреве генератора обеспечивается при помощи узла температурной компенсации в составе АРН. При нагреве этот узел автоматически увеличивает ток возбуждения генератора, восстанавливая напряжение до номинального.
Требования международных и национального классификационных обществ к судовым системам АРН
Требования основных классификационных обществ к качественным показа-
телям электроэнергии
Классификационное общество | Точность поддержа- ния напряжения ±Δ U, ( % ) | Наибольший допу- стимый провал ( за- брос ) напряжения ± Δ Umax, ( % ) | Время восстанов- ления напряжения t |
Регистр России | ±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной при номинальном cosφ | - 15%….+20% при набросе и сбросе на грузки величиной 60% I | 1,5 с точностью ± 3% U |
Английский Ллойд | ±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной при номинальном cosφ | - 15% при набросе нагрузки величиной 60% I = 0…0,4 | 1…1,5 с точностью ± 3% U бросе нагрузки 35% I |
Американское бюро судоходства | ±4% во всем диапа- зоне изменения на- грузки | * | - |
Норвежское бюро Веритас | ±2,5% во всем диа- пазоне изменения нагрузки | - 15%* | - |
Французское бюро Веритас | ±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной | - 15% при набросе 50% нагрузки с cosφ не более 0,4 | 3 с точностью ± 3% U |
Японское классифи кационное общест- во | ±1,5% без компенса ции реактивной мощ ности и ±4% при ком пенсации и измене нии нагрузки от 0 до номинальной величи ны | * | - |
Германский Ллойд | - | - 15% при набросе 50% нагрузки с cosφ не более 0,4 | 3 |
Итальянский Регистр | - | - 15% при набросе 60% нагрузки с cosφ не более 0,4 | 1…1,5 |
МЭК ( Международ ная электротехни- ческая комиссия ) | ±2,5% при измене нии нагрузки от 0 до номинальной | - 15% при набросе нагрузки I = 60% I | 1 c точностью ± 3% U |
Достигнутые наибо лее высокие резуль таты эксплуатации | ±1% | ±10% при набросе 100% и сбросе 50% нагрузки | 0,3 |
( с )
и с cosφ = 0,4* В правилах оговаривается: в системе не должно быть понижения напряжения при пуске наиболее мощного потребителя, которое могло бы повлечь выпадение из синхронизма, остановку первичного двигателя, а также самопроизвольное отключение работающих машин и аппаратов.
Вопрос 15
Принципи будови системи автоматичного регулювання напруги. ТФК - устрій, принцип дії.
Основной функцией АРН является стабилизация напряжения СЭЭС методом регулирования тока возбуждения.
СВАРН – система возбуждения и автоматического регулирования напряжения генераторов, обеспечивает самовозбуждение генератора и стабилизацию его напряжения. В СВАРН часть энергии переменного тока отбирается с выводов генератора, регулируется элементами АРН, преобразуется в электрическую энергию постоянного тока и подается в обмотку возбуждения генератора.
Классификация СВАРН по принципу действия | По принципу действия все СВАРН делятся на следующие типы: 1) системы, действующие по возмущению – току нагрузки генератора Iг; 2) системы, действующие по отклонению регулируемой величины Uг; 3) комбинированные системы, действующие одновременно по возмущению и по отклонению. |
Системы, действующие по возмущению
В этих СВАРН регулирование протекает по значению и характеру тока нагрузки генератора. Система функционирует на базе трансформатора компаундирования ТК. Компаундирование обозначает смешивание.
Рисунок 15.1 – Схема СВАРН с управлением по возмущению
Wн – обмотка напряжения (первичная);
Wт – обмотка токовая (первичная);
Wс – обмотка суммирующая (вторичная);
UZ – выпрямитель;
L – компаундирующий элемент, дроссель.
Компаундирующим элементом может быть не только дроссель, но и конденсатор или магнитный шунт. Благодаря компаундирующему элементу магнитный поток обмотки напряжения отстает от вектора напряжения на угол 90°.
Принцип действия. В ТК потоки 
и 
складываются и образуют суммарный поток 
. Переменный 
пронизывает Wс и наводит в ней ЭДС, которая подается на UZ и преобразуется в постоянный ток возбуждения генератора.
Вследствие изменения тока нагрузки напряжение генератора может уменьшиться, однако, с уменьшением U увеличивается поток токовой обмотки до 
¢ и увеличится результирующий поток 
. Напряжение восстанавливается до номинального значения.
Недостатки системы. Большие размеры и масса ТК. Значительное время регулирования.
Системы, действующие по отклонению напряжения
В таких системах исключен трансформатор компаундирования, а АРН работает как корректор напряжения (КН). Корректором измеряется истинное значение напряжения СГ, и в случае его отклонения, вырабатывается управляющий сигнал, который через регулирующий элемент корректирует ток возбуждения генератора.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
