Методические указания по расчету электрических сетей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«КРАСНОЯРСКИЙ ТЕХНИКУМ ТРАНСПОРТА И СЕРВИСА»

ПОДТЕСОВСКИЙ ФИЛИАЛ

Марков В.В.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к решению задач

 МДК 01.01. «Судовое электрооборудование и автоматика»

Тема: «Судовые электрические сети»

Специальность 26.01.12 «Электрик судовой»

ПОДТЕСОВО

2016

       Рассмотрено на методическом Совете Подтесовского филиала КГАПОУ «Красноярский техникум транспорта и сервиса»» 23.11.2016г. протокол №4 и рекомендовано к применению.

      В настоящее руководство включены работы по дисциплине «Судовое электрооборудование и автоматика»  тема  «Судовые электрические сети».

Составитель: Марков Вениамин Владимирович – преподаватель КГАПОУ «КТТиС».

Одобрено: Филиалом ОАО «Енисейское речное пароходство» Подтесовская Ремонтная  Эксплуатационная База флота, механик-наставник по электрооборудованию Подтесовской РЭБ флота - Крестьянинов К.Л.

    Настоящие методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Судовое электрооборудование и автоматика» для студентов очного отделения, обучающихся по профессии «Электрик судовой».

    Целью дисциплины является изучение основных принципов построения систем судовых электрических сетей и приобретение навыков в их разработке, проектировании, наладке и эксплуатации.

    Основная форма изучения дисциплины – самостоятельная работа студента над учебным материалом.

     Необходимо стремиться к наиболее полному усвоению физической сущности изучаемых вопросов, их теоретическому обоснованию и четкому представлению практической стороны.

ВВЕДЕНИЕ

Определение сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву

    Сечение проводов и кабелей напряжением до 1000 В по условию нагрева выбирается в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки. Выбор сечения производится:

1)      по условию нагрева длительным расчетным током

I _н.доп    ;

2)      по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

I _н.доп

где I_p  - расчетный ток нагрузки; I_н.доп – длительно допустимый ток на провода, кабели и шинопроводы; k_з – коэффициент защиты или кратность защиты (отношение длительно допустимого тока для провода к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата) определяется по табличным данным; I_з – номинальный ток  или ток срабатывания защитного аппарата (по таблице); k – поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей (по таблице).

Согласно ПЭУ все электрические сети делятся на две группы: защищаемые от перегрузки и токов короткого замыкания; защищаемые только от токов короткого замыкания.

Защите от перегрузки подлежат сети:

1)        внутри помещений, проложенные открыто незащищенными изолированными проводниками и с горючей оболочкой;

2)        внутри помещений, проложенные защищенными проводниками в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т. п.;

3)        осветительные в жилых, общественных и торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также в пожароопасных производственных помещениях;

4)        силовые в промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режима работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей;

5)        всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса или режима работы сети. Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов короткого замыкания.

      Расчетный ток (А) нагрузки для одного двигателя определяют следующим образом:

I_р = ,

где Р_н – номинальная мощность двигателя, кВт; U – линейное напряжение, В; ɳ - кпд двигателя  (можно принимать равным номинальному); cos φ – номинальный коэффициент мощности.

     Для магистрали (фидера), по которой передается энергия для нескольких потребителей, силу тока можно определить по коэффициенту спроса.

     Метод коэффициента спроса. Коэффициентом спроса называется отношение расчетной (в условиях проектирования) или потребляемой (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной).

    Для определения тока, проходящего по магистральному или фидерному проводу, в зависимости от коэффициента спроса прежде всего находят расчетную активную мощность (кВт)

                              P =  ,  где Р – расчетная активная мощность электроприемника n-й группы, кВт; Р_ny – установленная мощность электроприемников  n-й группы, кВт; k_c – коэффициент спроса n-й характерной группы электроприемников (по таблице).

     Затем находят реактивную мощность (квар)

                                                                                    Q =  , где Q – расчетная реактивная мощность n-й группы электроприемников, квар; tg φ – значение, соответствующее коэффициенту мощности n-й группы электроприемников.

     Далее определяют полную мощность (кВ·А), потребляемую всеми электроустановками:

                                       S =  .

     Расчетную нагрузку питающей осветительной сети определяют умножением установленной мощности ламп на коэффициент спроса k_c, а при газоразрядных лампах – еще на коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА): Р = Р_уст k_c k_пра, где k_c = 1 – для мелких производственных зданий; k_c = 0.95 – для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов; k_c = 0.8 – для производственных зданий, состоящих из большого числа отдельных помещений; k_c  = 1 – для крупных сетей и всех звеньев сети аварийного освещения; k_пра = 1,1 – для ламп ДРЛ и ДРИ; k_пра  = 1,2 – для люминесцентных ламп в стартерных схемах включения; k_пра = 1,3  - для люминесцентных  ламп в бесстартерных схемах.

      Расчетный ток (А)

                                          I_p =  .

Выбор аппаратов защиты

    В качестве аппаратов защиты применяются плавкие предохранители или автоматические воздушные выключатели с встроенными тепловыми (для защиты от перегрузок) и электромагнитными (для защиты от токов короткого замыкания) реле.

    В справочниках указывается, какими аппаратами защиты снабжены те или иные типы распределительных пунктов. При выборе распределительных пунктов следует проверить автоматические выключатели по токам нагрузки и определить уставки расцепителей. Если в качестве защитных аппаратов применяют плавкие предохранители, то нужно выбрать плавкие вставки.

    Защита автоматами. Определение уставок автоматов производят, исходя из следующих условий.

     Номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузок, выбирается только по длительному расчетному току линии I_т ⩾ I_дл.

     Номинальный ток электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирается также по длительному расчетному току линии I_эл ⩾ I_дл.

     Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_ср.эл проверяется по максимальному кратковременному пиковому току линии I_ср.эл ⩾ kI_пик.

     Коэффициент k учитывается неточность в определении пикового тока и разброс характеристик электромагнитных расцепителей автоматов. Для большинства автоматов k=1,25, а для автоматов серии А 3100, АК 63, АЕ 2000, АСТ и других k=1,4.

     Пиковый ток ответвления, идущего к одиночному двигателю, равен пусковому току I_пик = I_пус.

      Пиковый ток линии, питающей группу токоприемников (не более трех), определяется из выражения I_пик = ∑I_н – I_нб (1-k^΄),  где ∑I_н – сумма номинальных токов всех двигателей группы; I_нб – номинальный ток двигателя, имеющего наибольший пусковой ток; k^΄= - кратность пускового тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток.

      Пиковой ток линии, питающей группу токоприемников (более трех), определяется по формуле

                  I_пик = I_р  + k^΄ I_нб - I_нб   где I_р – расчетный ток линии, А; I_нб, k^΄ - номинальный ток и кратность пускового тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток; ∑I_н – сумма номинальных токов всех двигателей группы.

      Если автоматы установлены в закрытых шкафах, номинальный ток автомата, теплового или комбинированного расцепителя уменьшается до 85% номинальных значений, указанных в каталогах.

      Защита плавкими предохранителями. Плавкие предохранители применяются для защиты установок от короткого замыкания и делятся на инерционные и безынерционные. Номинальный ток плавкой вставки для инерционных предохранителей определяется по длительному расчетному току линии I_вс ⩾ I_дл.

      Номинальный ток плавкой вставки для безынерционных предохранителей должен удовлетворять двум условиям: I_вс ⩾ I_дл,  I_вс ⩾ I_пик/k.

      Коэффициент k выбирается в зависимости от длительности прохождения пикового тока и колеблется от 1,6 до 2,5.

      При длительности пуска до 8 с принимается k = 2,5; при более длительных пусках

k =1,6  

      При защите двигателей ответственных механизмов ток плавкой вставки

I_вс =

независимо от условий пуска электродвигателя. Номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления к сварочному аппарату I_вс = 1,2 I_св  ,

где I_св – номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения SЗ.

      Перегоревшие плавкие вставки следует заменять запасными заводской калибровки. Если таких нет, их можно временно заменить заранее подготовленными проволочками, рассчитанными на определенный ток (по табличным данным).

Расчет судовых электрических сетей

Задание

   Определить сечение магистрального провода в ___________(группе электроприемников по варианту (вариант задается преподавателем) с подсчетом нагрузки по коэффициенту спроса для следующих данных: напряжение сети _____ В, суммарная установленная мощность всех потребителей __ кВт. Пусковой ток будет наибольшим при включении потребителя мощностью 10 кВт;

I_{н =} _____ А; k_i = ____.

   Суммарный номинальный ток потребителей ∑ I_{н =} _____А.

   Проводка выполнена проводом _______.

Вариант	Напряжение сети, В	Суммарная установленная мощность ∑ Р, кВт	Iн, А	ki	∑ Iн. А	Проводка выполнена открыто	Проводка выполнена в трубе	Группа электроприемников
1	220	41	18	3,1	80	алюминиевая	-	жилые помещения
2	380	63	42	6,3	101	-	медная	рулевая рубка
3	220	54	38	4,7	92	медная	-	машин-котельное отделение
4	380	78	54	5,1	97	-	алюминиевая	мастерские
5	220	37	25	2,4	68	алюминиевая	-	камбуз
6	380	56	32	3,6	86	медная	-	трюмное помещение
7	220	66	47	3,2	108	-	алюминиевая	жилые помещения
8	380	59	43	4,9	103	алюминиевая	-	рулевая рубка
9	220	43	25	2,8	76	алюминиевая	-	машин-котельное отделение
10	380	85	40	3,1	106	-	медная	мастерские
11	220	48	19	2,2	72	-	медная	камбуз
12	380	92	36	4,7	112	-	алюминиевая	трюмное помещение
13	220	32	15	2,5	68	-	алюминиевая	жилые помещения
14	380	72	31	3,6	98	медная	-	рулевая рубка
15	220	51	15	2,3	75	медная	-	машин-котельное отделение
16	380	100	38	5,6	132	алюминиевая	-	мастерские
17	220	28	12	2,4	77	алюминиевая	-	камбуз
18	380	76	27	4,7	99	-	медная	трюмное помещение
19	220	45	13	3,0	85	-	медная	жилые помещения
20	380	45	14	2,7	102	алюминиевая	-	рулевая рубка
21	220	77	28	4,1	128	-	алюминиевая	машин-котельное отделение
22	380	55	21	5,0	87	медная	-	мастерские
23	220	38	11	3,2	82	алюминиевая	-	камбуз
24	380	54	13	4,0	130	-	алюминиевая	трюмное помещение
25	220	63	38	2,7	95	медная	-	жилые помещения

Выполнение задания

1.      По таблице 1 принимаем:

коэффициент спроса k_c = ____,

коэффициент мощности cos φ = ____.

2.      Активная мощность Р = ∑Р · k_{c ,} кВт.

3.      Реактивная мощность Q = P tg φ , квар.

4.      Полная потребляемая мощность S = , кВ·А.

5.    Ток в магистральном проводе I_p =  , A.

6.    Номинальный ток плавкой вставки I_вс = , А.

По таблице 2 принимаем к установке предохранитель  ______ (тип) с плавкой вставкой, номинальный ток которой равен ____ А.

7.      По таблице 3 (два)(три) одножильных провода) току I_p = ___ А  соответствует сечение провода ___ мм² , I_{нагр =}___ А.

Для правильности выбранного провода проверяем  его на защищенность от перегрузки:

I_доп    ; k_з = 1, k = 1. Так как  = I_н.доп = ____ А,

то  выбранный провод защищен от перегрузки.

Таблица 1. Коэффициенты использования k_i и спроса k_с для определения потребной                   мощности токоприемников

Группы электроприемников	ki	cos φ	tg φ	kc
Рулевая рубка	0,3	0,35	2,68	0,35
Жилые помещения	0,4	0,8	0,75	0,7 – 0,9
Машинно-котельное отделение	0,5 – 0,55	0,85 – 0,95	0,53 – 0,62	0,8
Камбуз	0,25 – 0,35	0,65	1,17	0,35 – 0,40
Мастерская	0,12 – 0,14	0,4 – 0,6	0,9 – 1,2	0,14 – 0,16
Трюмные помещения	0,22 – 0,25	0,65	1,17	0,2 – 0,5

Таблица 2.  Технические данные предохранителей с закрытыми патронами до 1000 В

Тип	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
		предохранителя	плавкой вставки
НПН 2-60	500	60	6, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60
ПН2-100 ПН2-250 ПН2-400 ПН2-600		100 250 400 600	30, 40, 50, 60, 80, 100 80, 100, 120, 150, 200, 250 200, 250, 300, 400 300, 400, 500, 600
ПР-2		15 60 100	6, 10, 15 15, 20, 25, 35, 45, 60 60, 80, 100
ПР-2 ПП17-39		200 350 600 1000 1000	100, 125, 160, 200 200, 225, 260, 300, 350 350, 430, 500, 600 600, 700, 850, 1000 500, 630, 800, 1000

Таблица 3. Токовые нагрузки на провода и шнуры с резиновой

                     и пластмассовой изоляцией

Сечение жилы s. мм2	Токовые нагрузки, А на проводах, проложенные
	открыто		в трубе
	с  медными жилами	с алюминиевыми жилами	с медными жилами		с алюминиевыми жилами
			два одножильных	три одножильных	два одножильных	три одножильных
0,5	11	-	-	-	-	-
0,75	15	-	-	-	-	-
1	17	-	16	15	-	-
1,5	23	-	19	17	-	-
2,5	30	24	27	25	20	19
4	41	32	38	35	28	28
6	50	39	46	42	36	32
10	80	55	70	60	50	47
16	100	80	80	75	60	60
25	140	105	115	100	85	80
35	170	130	135	125	100	95
50	215	165	185	170	140	130
70	270	210	225	210	175	165
95	330	255	275	255	215	200
120	385	295	315	290	246	220
150	440	340	360	330	275	255
185	510	390	-	-	-	-
240	605	465	-	-	-	-
300	695	535	-	-	-	-
400	830	645	-	-	-	-

ЛИТЕРАТУРА

1.      Дубовой А.А.; Электрооборудование и электродвижение речных судов. М. «Транспорт», 1978 -248 с.

2.      Вилесов Д.В.; Электрооборудование судов. Л. «Судостроение», 1982 -264 с.

3.      Чаплыгин И.В.; Электрооборудование и электродвижение речных судов. М. «Транспорт», 1979 – 352 с.

4.      Соломатин В.М.; Справочник электромеханика и электрика судна. М. «Речной транспорт», 1963 – 706 с.

5.      Китаенко Г.И.; Справочник судового электротехника. Т.2. «Судовое электрооборудование». Л. «Судостроение», 1980 – 358 с.

6.      Дьяков В.И.; Типовые расчеты по электрооборудованию. М. «Высшая школа», 1985 – 143 с.

7.      Сюбаев М.А.; Эксплуатация судового электрооборудования. ГМА им. Макарова, 2008 – 48 с.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение                                                                                                                                    3 - 5

Расчет электрических сетей                                                                                                       6       

Задание                                                                                                                                         6

Выполнение задания                                                                                                                7 - 8                    

Литература                                                                                                                                   9