Ответы на билеты СЭЭС 2013

31

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 1500-1800мм, автоматы и плавкие предохранители на высоте 200-1800мм 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.

32

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- 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;

33

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

pn

f = 60

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

34

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 показателям электроэнергии

36

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 ФТ и ФН складываются и образуют суммарный поток ФС ФТ ФН . Переменный ФС 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 ФТ и увеличится результирующий

поток Ф . Напряжение восстанавливается до номинального значения.

С

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.

Рисунок 15.2 – СВАРН с управлением по отклонению с корректором напряжения (а), комбинированная (б)

Через КН осуществляется отрицательная обратная связь по напряжению.

Через КН дополнительно осуществляется коррекция напряжения по температуре, частоте, также в КН включают контур для автоматического распределения реактивных нагрузок при параллельной работе генераторов.

Достоинства системы. Без ТК СВАРН более компактна, имеет меньшую массу и небольшое время регулирования.

Комбинированные системы

В схемах этих СВАРН имеется ТК и КН. Схема приведена на рисунке 2б.

Принцип действия. С помощью ТК регулирование выполняется с недостаточной точностью, однако, это компенсируется наличием КН. Комбинированные СВАРН обладают высокой точностью стабилизации напряжения. Сигнал с выхода КН воздействует на обмотку Wу управления ТК, либо на систему управления управляемого выпрямителя UZ. Так как корректор напряжения выполняет отрицательную обратную связь по напряжению, то при отключении КН напряжение на генераторе увеличивается приблизительно на 10% номинального. Ток обмотки Wу размагничивает ТК, уменьшая результирующий магнитный поток.

Вопрос 16

СВАРН типу МСС. Основні елементи схеми. Початкове збудження.

37

Основные элементы схемы и начальное возбуждение

Генераторы типа МСС отечественного производства. Схема их СВАРН проста и показала себя надежной в эксплуатации. СВАРН данного типа обеспечивает стабилизацию напряжения СГ

сотклонением ±2,5% номинального. Основные элементы, входящие в схему:

–синхронный генератор G;

–трансформатор компаундирования ТК;

–блок силовых выпрямителей UZ1;

–генератор начального возбуждения ГНВ с выпрямителем UZ2;

–управляемый дроссель с рабочей обмоткой Wp и обмоткой управления Wу;

–компенсатор реактивной мощности (TA, R3) с выключателем SA;

–резистор термокомпенсации RK;

–автоматический выключатель QF;

–выключатель гашения поля QS;

–дополнительные резисторы R1, R2, R3.

Генератор начального возбуждения ГНВ представляет собой однофазный генератор переменного тока, магнитный поток которого создается полюсами из постоянных магнитов, установленных на роторе. Обмотка статора ГНВ подключена к обмотке возбуждения генератора через выпрямитель UZ2. Статор ГНВ крепится к корпусу блока контактных колец СГ и представляет собой кольцеобразное ярмо с четырьмя выступающими полюсами. Ярмо набрано из листов электротехнической стали. На полюсах расположены четыре катушки обмотки статора, соединенных в две параллельные ветви. Максимальное напряжение ГНВ составляет ;40-50 В, в то время как номинальное напряжение на выходе выпрямителя UZ1 – около 80 В, поэтому после самовозбуждения выпрямитель UZ2 запирается

В режиме начального возбуждения генератор ГНВ через выпрямитель UZ2 обеспечивает устойчивое начальное возбуждение. В номинальном режиме напряжение на выходе UZ1 превышает напряжение генератора ГНВ и UZ2 запирается, а генератор ГНВ оказывается отключенным.

Рисунок 16.1 – Схема СВАРН генератора типа МСС и векторные диаграммы.

Вопрос 17

СВАРН типу МСС. Корекція напруги по струму, коефіцієнту потужності.

38

Рисунок 17.1 – Схема СВАРН генератора типа МСС и векторные диаграммы.

Амплитудно-фазовое компаундирование

При помощи трансформатора компаундирования ТК осуществляется регулирование по значению и характеру тока нагрузки генератора. ТК имеет две первичные обмотки – токовую Wт и напряжения Wн, две вторичные обмотки – суммирующую Wс и измерительную обмотку W. В качестве компаундирующего элемента применен магнитный шунт, который увеличивает индуктивное сопротивление обмотки Wн. Токи, протекающие по обмоткам Wт и Wн, создают магнитные потоки Фт и Фн, которые образуют суммарный магнитный поток Фс=Фт+Фн.

(Описание принципа действия ТК см. вопрос 15).

Суммарный магнитный поток определяет значение тока возбуждения генератора и его ЭДС, так как переменная ЭДС суммирующей обмотки Wс с помощью выпрямителя UZ1 преобразуется в постоянный ток возбуждения СГ.

Вопрос 18

СЗАРН типу МСС. Робота дроселя відбору потужності в режимах самотній та паралельній роботі генераторів

Через управляемый дроссель происходит регулирование ЭДС генератора по напряжению и изменению температуры, а также распределение реактивных нагрузок при параллельной работе СГ. Увеличение напряжения на генераторе приводит к увеличению напряжения на вторичной обмотке ТК W, что в свою очередь вызовет увеличение тока в обмотке управления Wу и подмагничивание сердечника дросселя отбора мощности, поэтому индуктивное сопротивление обмотки рабочей Wр уменьшается. В результате увеличивается ток рабочей обмотки (происходит больший отбор мощности), а ток обмотки ОВГ уменьшается и напряжение генератора уменьшается.

При нагреве сопротивление резистора Rк, встроенного в СГ, увеличивается, что приводит к уменьшению тока в обмотке Wу и соответственно увеличению индуктивного сопротивления обмотки Wр. Это приведет к увеличению тока возбуждения и напряжения СГ.

При любых неисправностях СВАРН нарушается режим возбуждения. Обрыв или повреждение ОВГ или выпрямителя UZ1 приводит к срыву возбуждения. Замкнутый в режиме пуска выключатель QS исключает процесс самовозбуждения. Обрыв в цепях обмоток Wн и Wт, а также выпрямителей UZ1, UZ2 приводит к понижению напряжения холостого хода генератора. Обрыв в цепи обмотки Wу приводит к повышению напряжения генератора.

39

Распределение реактивных нагрузок

При параллельной работе СГ выключатель SA разомкнут и ЭДС трансформатора ТА создает ток через резистор R3, на нем возникает падение напряжения UR3. На выпрямитель UZ3 поступает напряжение управления Uу=UCB + UR3.

При увеличении реактивного (индуктивного) тока генератора вектор полного тока фазы А (ІА) переместится в положение ІА1 и вектор падения напряжения на резисторе R3 тоже переместится в положение UR1. Напряжение управления Uу1=UCB + UR1 увеличится, что приведет к уменьшению ЭДС генератора, и часть индуктивной нагрузки автоматически перейдет на второй генератор. С помощью резистора R2 можно изменять уставку стабилизации напряжения, а с помощью резистора R1 – проводить настройку.

Рисунок 18.1 – Схема СВАРН генератора типа МСС и векторные диаграммы.

Вопрос 19

СЗАРН типу ГМС. Основні елементи схеми, початкове збудження. Амплітуднофазове компаундування. Робота коректора напруги.

Основные элементы схемы и начальное самовозбуждение

Генераторы типа ГМС отечественного производства мощностью 200-500 кВт, напряжением 230 и 400 В, частотой вращения 500 об/мин, с номинальным коэффициентом мощности 0,8.

В состав схемы СВАРН этих генераторов, работающей по методу комбинированного управления, входят следующие элементы:

–синхронный генератор G с обмоткой возбуждения;

–генератор начального возбуждения ГНВ с выпрямителем UZ2;

–трансформатор компаундирования ТК с магнитным шунтом;

–блок силовых выпрямителей UZ1 с тиристором VS;

–корректор напряжения КН;

–блок питания БП (может не входить в состав СВАРН);

–трансформатор тока ТА;

–рубильник гашения поля возбуждения QS.

Генератор начального возбуждения ГНВ представляет собой однофазный генератор переменного тока, магнитный поток которого создается полюсами из постоянных магнитов, установленных на роторе. Обмотка статора ГНВ подключена к обмотке возбуждения генератора

40

через выпрямитель UZ2. Статор ГНВ крепится к корпусу блока контактных колец СГ и представляет собой кольцеобразное ярмо с четырьмя выступающими полюсами. Ярмо набрано из листов электротехнической стали. На полюсах расположены четыре катушки обмотки статора, соединенных в две параллельные ветви. Максимальное напряжение ГНВ составляет ;40-50 В, в то время как номинальное напряжение на выходе выпрямителя UZ1 – около 80 В, поэтому после самовозбуждения выпрямитель UZ2 запирается.

Рисунок 19.1 – Схема СВАРН генератора типа ГМС

Вопрос 20

СЗАРН безщіткового генератора типу "Тhіrіраrt". Структура, забезпечення початкового збудження.

Система возбуждения предназначена для возбуждения и автоматического регулирования напряжения бесщеточных синхронных генераторов трехфазного переменного тока фирмы Hyundai (Хенде), изготовитель – республика Корея. Структурная схема системы возбуждения представлена на рисунке 20.

Рисунок 20.1 –Структурная схема возбуждения бесщеточного генератора

В схеме приняты следующие обозначения: G1 – основной генератор;

G2 – возбудитель;

LG1 – обмотка возбуждения основного генератора; LG2 – обмотка возбуждения возбудителя;

UZ – статический выпрямитель.

Система возбуждения генератора выполнена смешанной и предполагает отбор мощности в систему возбуждения и наличие возбудителя. Возбудитель находится в одном корпусе с главным