Токовые распределительные устройства
Токовые распределительные устройства (ТРУ).
Назначение и классификация.
Судовыми ТРУ называются устройства, включающие в себя: коммутационную, защитную, регулирующую и сигнальную аппаратуру, которая монтируется на общей металлической шине, обеспечивающая защиту от проникновения с лицевой и боковой сторон.
Назначение:
Ø Коммутация электрической энергии как вручную, так и автоматически.
Ø Автоматическая защита цепи в аварийных режимах.
Ø Контроль за параметрами режимов и состоянием цепей.
Ø Регулирование параметров режимов.
Ø Сигнализация о состоянии электрических цепей и положении комутационой аппаратуры.
Классификация:
Рекомендуемые материалы
Ø По назначению в схеме распределения энергии.
Ø По конструктивному исполнению и степени защищенности от воздействия окружающей среды.
Ø По способу установки на судне.
Ø По роду тока.
1. По назначению.
ГЩ – генераторные щиты (могут отсутствовать, либо их функции передаются генераторной секции ГРЩ).
ГРЩ – главный распределительный щит – собирают ЭЭ от генераторов и распределяют в сеть.
РЩ – районные щиты – питают групповые щиты или щиты приемников определенного района судна.
ГрЩ – групповые щиты – для питания определенных потребителей (определенной группы), например щит вентиляции.
ЩП – щиты приемников – питают отдельные потребители и управляют им.
КЩ – контрольные щиты – устройства с сигнально-измерительной аппаратурой для дистанционного контроля за работой генераторов и сети.
2. По конструктивному исполнению, обусловленному видом защиты от воздействия окружающей среды:
Ø Открытые – аппаратура ни чем не защищена – в закрытых сухих помещениях.
Ø Защищенные – защищены от воздействия влаги – те же помещения.
Ø Брызгозащищенные – защищены от механических воздействий, влаги и капель
Ø Водозащищенные – защищены от проникновения влаги с расстояния 5 метров под давлением 2 атм (можно поливать).
Ø Герметичные – погружение в воду до 10 м.
3. По способу установки:
Ø Вертикального расположения, устанавливаемые на палубе.
Ø Подвесные, подвешиваемые к переборкам.
4. По роду тока
Ø Постоянного тока для двухпроводной изолированной системы.
Ø Однофазные переменного тока для двухпроводной изолированной с системы.
Ø Трехфазные переменного тока для трехпроводной изолированной системы.
Общие требования (требования регистра):
1) Исполнение должно обеспечивать защиту от проникновения к токоведущим частям.
2) Конструкция должна быть жесткой.
3) Изоляторы, кроме диэлектрических, должны иметь хорошие механические свойства и широкий температурный диапазон.
4) Материал токоведущих частей должен исключать коррозию и возникновение гальванических пар.
5) Маркировка шин:
Ø Постоянный ток: «+» – красный
«–» – синий
уравнительная – белый
заземляющая – черный
Ø Переменный ток: «А» – зеленый
«В» – желтый
«С» – оранжевый
«0» – серый
«Земля» – черный
6) Вся аппаратура должна быть с табличками с указанием назначения и положения, а предохранители с указанием тока плавких вставок.
7) Сигнальная аппаратура снабжается сигнальными лампами определенного цвета:
Ø Белый или желтый – «внимание» – наличие напряжения или готовность к действию.
Ø Зеленый – разрешающий – включенное положение.
Ø Красный – запрещающий – аварийный.
8) Кроме того возможны специальные требования, которые вытекают из назначения щита.
Особенности оборудования ГРЩ.
Вытекают из назначения (все 5 основных функций) ГРЩ включают:
Ø Генераторные секции – по количеству генераторов на судне, на них сосредоточены приборы коммутации, управления, защиты и контроля.
Ø Секция управления – выделяется отдельно, если число параллельно работающих генераторов больше двух.
Ø Распределительные секции – их число определяется количеством и мощностью коммутационной аппаратуры, для коммутации отходящих от ГРЩ фидеров.
Ø Секция питания с берега – выделяется отдельно при значительной мощности потребителей стояночного режима (100-200 КВт и больше) здесь устанавливается автомат питания с берега.
ГРЩ набираются из стандартных секций:
 |
1. – КИП
2. – коммутационно-защитная аппаратура.
3. – подключение.
 |
1 – напряжение 3 СГ – три генераторные секции.
2 – секция управления.
3 – секция питания с берега.
4 – распределительные секции.
Шины токовых распределительных устройств (ТРУ) выбор шин и их проверка.
Шины служат для сбора и распределения энергии. Это голые (неизолированные) проводники, как правило, из меди. Сечение шин выбирается по нагреву:
θ – температура нагрева.
При инженерных расчетах тепловые, трудоемкие расчеты, заменяют электрическими, то есть вместо (1) сечение выбирают по условию (2)
k – коэффициент, учитывающий все виды теплоотдачи
F – поверхность охлаждения шины (см2)
θд – длительно допустимая температура нагрева поверхности
θс – расчетная температура окружающей среды
θд=90˚ θс=40˚, для посеребренных шин θд=120˚
R – сопротивление шины (Ом).
Окраска шин повышает Iд ≈15%, так как 40% тепла отдается лучеиспусканием, постоянная которого в 1,5-2 раза выше для окрашенных шин
Форма сечения шины – определяется поверхностью охлаждения – используют прямоугольные шины.
Расположение шины: в случае (б) охлаждение ≈ на 5% лучше.
S=f(Iд) (3) – сечение шины выбирают по таблицам, при заданном θд и θс. Если фактическая температура θф выше 40˚С, то допустимый ток надо корректировать
Для θд=90˚С:
Расчетный (наибольший) ток нагрузки на шину определяется по фактическому максимальному току через сечение шины.
На этапе проектирования такое определение затруднено, поэтому ток выбирают по номинальному оку генератора.
Для одного СГ – k=1, для 2 СГ – k=1,8, и т.д.
После выбора сечения шины, ее проверяют по режиму КЗ на электродинамическую и термическую устойчивость.
Проверка на электродинамическую устойчивость (механическая прочность).
Шина рассматривается как многопролетная равномерно нагруженная балка.
Исходя из условия G≤Gд (1), где G – расчетное максимальное напряжение в шине, Gд – допустимое.
При КЗ максимальный изгибающий момент, действующий на шину:
Fn – электродинамическая сила (предельная) при максимуме тока КЗ.
l – расстояние между осями опор, к которым крепится шина.
а – расстояние между осями шин.
Кф – коэффициент формы шины, зависит от геометрии, размеров и расположения шин (справочные данные).
 |
iу – наибольшее значение тока (мгновенное) – ударный ток, в первый полупериод.
 |
Максимальное напряжение в материале шины:
W – момент сопротивления сечения шины, относительно оси перпендикулярной к направлению действия силы:
Если (1) не выполняется, то обычно увеличивают «а» - расстояние между осями (или «l» - расстояние между пролетами), так как «l» удлинить трудно (оно обычно равно ширине секции ГРЩ).
Проверка на термическую устойчивость.
Делается только для не типовых щитов, типовые заведомо устойчивы.
Проверка осуществляется по тепловому эквиваленту:
исходя из условия, где
ik – ток КЗ,
I2t – допустимое значение теплового эквивалента,
tз – время срабатывания ближайшего аппарата защиты со стороны источника. Для серии автоматов АМ равно 0,38; 0,63; 1 секунда с учетом задержки.
Проверка на резонанс.
Проверяют резонанс между гармонически меняющейся предельной энергией динамической силы F и собственными механическими колебаниями шины.
Резонансная частота для шины:
Рекомендуем посмотреть лекцию "Источники подземных вод".
k – коэффициент, зависящий от крепления шины,
l – длина пролета,
E – модуль упругости материала шины,
J – момент инерции площади сечения шины,
γ – плотность материала шины,
S – площадь сечения шины.
