Судовые автоматизированные электроэнергетические системы

Курсовой проект

Современные речные суда как транспортные, так и в особенности технического флота характеризуется высокой степенью электрификации вспомогательных механизмов, а также наличием других крупных потребителей электроэнергии, в том числе бытовых (камбузные плиты, кондиционеры, осветительные приборы и т.п.).

Поэтому мощности судовых электростанций достигают сотен киловатт и в некоторых случаях составляют 20 — 30 % от мощности главной установки. В связи с этим правильный выбор типа, мощности и числа агрегатов судовой электростанции имеет большое практическое значение при проектировании и эксплуатации электрифицированных судов, так как в значительной степени определяет величину первоначальных затрат и эксплуатационных расходов и оказывает значительное влияние на экономические показатели всего судна. Помимо выше перечисленного также необходимо правильно выбрать схему и аппараты защиты системы от токов короткого замыкания.

1 . Задание на курсовой проект

Вариант №7. рейдовый буксирный теплоход, мощностью 800 л.с. Проект №Р131. Класс «О».

Назначение: буксировка судов.

Размеры, м: длина 34,7; ширина 8,3; высота (от ОЛ до верхней кромки несъёмных частей) 7,6.

Водоизмещение, т: 610 (порожнем).

Число мест для экипажа:7.

2. Расчет судовой электростанции

В настоящее время общепринятым является табличный метод расчета мощности судовых электростанций — он используется в практике всех проектных организаций, проектирующих вспомогательные механизмы и судовое электрооборудование речных судов.

Достоинством этого метода является большая надежность, возможность анализа работы любого отдельного механизма или приёмника электроэнергии во всех режимах работы судна, возможность определения некоторых дополнительных показателей (расчетных значений реактивной мощности, средневзвешенного cos f и др.)

Однако табличный метод имеет ряд существенных недостатков, главным из которых является его сравнительно невысокая точность, определяемая произвольным выбором некоторых коэффициентов, а так же трудоемкость

И грамотность выполняемых расчетов.

2.1 Определение мощности судовой электростанции

В основе табличного метода лежит составление таблицы в следующих основных режимах работы судна:

1 .Стоянка без грузовых операций.

В режиме стоянки без грузовых операций главные двигатели и их вспомогательные механизмы не работают, не работают палубные механизмы, а также устройства радиооборудования (кроме судовой трансляции) и электрорадионавигации.

6 стр., 2731 слов

Характеристика, виды и принцип работы электростанций

... большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечной электростанции мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт -- всего 50 га. Башенные ... сгорания топлива образуются вредные вещества, неблагоприятно влияющие на окружающую среду. Схема работы тепловой электростанции Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и «ТЭС, но используют для ...

В этом режиме работает судовое освещение, бытовое электрооборудование, отопительные котлы, некоторые механизмы судовых систем и устройств (например, санитарный насос, осушительный насос для сбора и перекачки подсланевых вод).

2. Маневрирование.

Термин «Маневрирование» включает в себя различные варианты работы судна: съёмка судна с якоря, шлюзование, подход к причалу, швартовка и т.д. Общим для всех этих случаев является интенсивность работы таких судовых палубных механизмов как брашпиль, шпиль, рулевого устройства, буксирной лебёдки. Одновременно с этим работают ещё и главные двигатели, а так же обслуживающие их механизмы судовых систем и устройств, в ночное время является задействовано наружное освещение.

Таким образом, этот режим является одним из наиболее тяжелых для судовой электростанции—как вследствие наибольшей суммарной мощности, потребляемой приёмниками электроэнергии, так и в смысле резких набросов и сбросов нагрузки при подключении или отключении крупных электродвигателей, таких например как электродвигатели брашпиля или пожарного насоса.

3. Ходовой режим

Для данного судна этот режим является наиболее продолжительным в случае «ход с составом». В этом режиме работают главные двигатели, а значит и вспомогательные механизмы, обслуживающие их (охлаждающие насосы, топливные насосы, масленые насосы и т.д.), а также механизмы судовых устройств.

Из палубных механизмов работает рулевого устройства. В этом режиме включается аппаратура автоматики и дистанционное управление главными двигателями, нагревательные устройства, радиооборудование, электронавигационное оборудование. Включается освещение и сигнално-осветительные огни, работают бытовые потребители, в том числе и камбузная плита.

Общая нагрузка на генератор судовой электростанции в этом режиме сравнительно невелика, в особенности в режиме.

4. Аварийный режим.

Под аварийным режимом понимается не авария судовой электростанций, а авария судна — то есть пожар, получение им пробоины или посадка на мель, а так же участие, а аварийно спасательных операциях.

В случае аварии судна судовладелец несёт значительные материальные потери, а иногда подвергаются опасности и люди — пассажиры или команда. Поэтому не приходится жалеть средств, для предотвращения и ликвидации подобных режимов. В то же время трудно представить заранее, какой характер будет иметь авария и какими отягчающими обстоятельствами она может сопровождаться. Поэтому приходиться рассчитывать на самый тяжелый случай, когда для ликвидации аварии потребляется работа многих механизмов, в том числе таких, которые обычно одновременно не включаются.

В первую очередь должны включаться пожарные и осушительные насосы,

При этом необходимо предусмотреть их одновременную работу. Хотя мало вероятно, что на судне будет пожар и одновременно оно получит пробоину, однако известны случаи, когда в результате тушения пожара судно получило столько воды, что потеряло свою плавучесть, то есть тонуло. Так же в этом режиме могут работать вспомогательные механизмы главных двигателей, многие палубные механизмы: шпиль, брашпиль, шлюпочная лебёдка.

В аварийном режиме многие потребители второстепенного значения могут отключаться, например бытовое оборудование. Однако нагрузка на генератор силовой электростанций в этом режиме остаётся одним из самых тяжелых по сравнению с другими режимами работы судна.

29 стр., 14140 слов

Электроснабжение энергетической системы и способы прокладки кабеля ...

... кабельных сетей. Электротехническая промышленность также осваивает выпуск новых судовых генераторов и статических тиристорных преобразователей для управления судовыми ... электротехническая промышленность выпускает современные электродвигатели серии 4А общего ... режима работы судна как по отдельности, так и в параллельном режиме ... теплоходы с электрифицированными механизмами и электростанцией постоянного ...

Порядок составления таблицы.

В первой графе таблицы перечисляются все без исключения потребители электроэнергии, имеющиеся на судне. При этом целесообразно разбить потребители на следующие группы :

1. Системы обслуживающие силовую установку.

2. Общесудовые системы.

3. Грузовое устройство.

4. Рулевое устройство.

5. Якорно-швартовое устройство.

6. Спасательное устройство.

7. Радионавигационное оборудование.

8. Прочее оборудование.

9. Аварийные потребители.

Такое распределение позволяет более наглядно представить работу отдельных механизмов и потребителей электроэнергии в их взаимосвязи.

В последующих графах указываются их все необходимые данные :

  • тип потребителя электроэнергии,
  • их количество,
  • расчетная мощность на валу механизма Р (кВт),
  • установленная номинальная мощность потребителя (двигателя) Р (кВт),
  • коэффициент использования двигателя Ки,

Ки характеризует несоответствие выбранной мощности электродвигателя, расчетному значению мощности механизма вследствие имеющихся ограничений номенклатуры на оборудование

Ки=Ру/Рр

  • номинальный КПД электродвигателя, гг;
  • номинальный коэффициент мощности потребителя, cos цн.

Далее рассматривают работу каждого потребителя во всех режимах работы судна.

Расчет судовой станции ведётся с учетом плавания судна в наиболее холодное время года, то есть осень, когда включаются приборы отопления и электрические грелки. В каждом режиме работы судна предусматриваются графы для следующих величин :

Кзм — коэффициент загрузки механизмов в данном режиме.

Кз — общий коэффициент загрузки электродвигателя.

Кз = Кзм * Ки

з- коэффициент полезного действия электродвигателя при данной загрузке Кз,

cos ц- коэффициент мощности электродвигателя при данной загрузке Кз.

Так как на некоторые типы электродвигателей значения КПД и cos цн при частичных нагрузках в каталогах не приводятся , как и в нашем случае, воспользуемся аналитическим определением КПД и cos при частичных нагрузках.

Коэффициент полезного действия, определяется следующим образом:

Йм = 1 / [1+(1/ -1) * (б+Kз2)/(Kз(б+1))

где : зн — номинальный КПД электродвигателя,

Кз — коэффициент загрузки,

б — коэффициент потерь для большинства электродвигателей можно считать б=1.

Считая, что реактивная мощность, необходима для возбуждения машины, не изменяется при различных нагрузках машины, можно получить следующее выражение :

Cos Йм = Kз / v ( Kз2 + tg2 )

где : tg цн — определяется по паспортному значению cos цн.

Р — активная мощность, потребляемая приёмником электроэнергии в данном режиме,

Р = (Ру * Кз * n)/ Йм

где : n — количество одновременно работающих механизмов (например при наличии двух вентиляторов М. О. может работать один или два вместе).

Q — реактивная мощность, потребляемая приёмником электроэнергии в данном режиме, и определяется по формуле:

Q = P * tg

где : tg цн — определяется по найденному ранее значению cos ц.

Необходимость введения в каждый режим таблицы дополнительного значения КПД и cos ц , определяется тем фактом , что в различных режимах работы они не остаются постоянными , вследствие изменения загрузки электродвигателей. Величины коэффициентов загрузки электродвигателей определяется произведением двух составляющих — коэффициента использования и коэффициента загрузки механизма.

Величина Кзм не может быть определена точно и даётся для различных механизмов и режимов работы эмпирически, исходя из опыта эксплуатации тех или иных судов. Он представлен в таблице 7.

Затем выбирается общий коэффициент одновременности работы потребителей для каждого из режимов работы судовой электростанции. Общий коэффициент одновременности учитывает не совпадения максимумов нагрузки приемников электроэнергии во времени и то обстоятельство, что ряд приемников работают не постоянно в продолжении данного режима.

В более напряженном режиме работы например в режиме маневрирования и аварийном значение коэффициента одновременности берётся большим, чем в менее напряженных режимах работы. Необходимо учитывать и общее количество работающих потребителей в каждом режиме , при большом их числе вероятность одновременной их работе и совпадении максимумов уменьшается, при небольшом увеличивается. Ориентировочные значения коэффициента одновременности для различных режимов основных типов судов сведены в таблице 5.

Далее для определения мощности, потребляемой от генераторов, суммарная мощность потребителей каждого режима умножается на коэффициент одновременности их работы , а также на коэффициент 1.05 , который учитывает наличие потерь энергии в кабелях и проводах распределительных сетей.

Таким образом, окончательное значение необходимой мощности определяется в каждом режиме по следующим формулам :

УРреж = УР*Ко*1.05 , — активная мощность, кВт

УQреж = УQ*Ко*1.05 , — реактивная мощность, кВАр

Для того, чтобы иметь представление о степени загрузки генератора реактивной мощностью, для каждого режима необходимо определить средне взвешенный коэффициент мощности, а также полную мощность по следующим формулам

cos цср.взв. = УРреж / УSреж

УSреж = (((УРреж2 + УQреж2)))

Вследствие того, что коэффициент загрузки генератора требуемый Регистром /литература 5/, должен быть находиться в пределах 0.6-0.8, отметим, что генераторный агрегат наиболее целесообразно использовать в ходовых режимах. В режиме стоянки предусмотрен щит питания с берега.

3. Выбор числа и мощности генераторов, преобразователей и аварийных источников электроэнергии

3.1 Выбор количества и типа генераторных агрегатов

Определение общей мощности, необходимой для питания потребителей в каждом из режимов работы судна является основной для выбора количества генераторных агрегатов, мощности и типа каждого из них.

Исходя из экономических соображений и расчёта (активная и реактивная мощности и коэффициент мощностей), а также правил Речного Регистра были выбраны следующие генераторные агрегаты. Также предусмотрена параллельная работа двух генераторов марки ГСС103-8М. ( При маневрах судна и в аварийном режиме.)

1. Ходовой, маневровый и аварийный генераторный агрегат

Дизель-генератор мощностью 50 кВт

тип ДГ -50м-9

мощность генератора 50 кВт

напряжение 230/400 В

частота 50 Гц

частота вращения 1500 об/мин

марка генератора мск83-4

назначение основной

2. Стояночный генераторный агрегат

Дизель-генератор мощностью 25 кВт

тип ДГР25М1/1500

мощность генератора 25 кВт

напряжение 230/400 В

частота 50 Гц

частота вращения 1500 об/мин

марка генератора МС82-4

3.2 Выбор количества и номинальной мощности трансформаторов

В моей СЭС переменного тока применяю преимущественно напряжение 380 В. Для питания части потребителей судна напряжением 220 В устанавливаем судовую трансформаторную подстанцию.

Выбор трансформаторов производится в основном по трем номинальным параметрам: количеству фаз, напряжению (на входе и выходе) и мощности.

Трансформаторы выбираются по полной мощности исходя из условия

где Si тр.ном — номинальная мощность трансформатора; n — число трансформаторов; Sобщ — общая потребляемая мощность.

Sобщ=10 + 1 = 11 кВт

В соответствии с ПРРР на судах, где сети освещения и ответственные устройства питаются через трансформаторы, должно быть предусмотрено не менее двух трансформаторов такой мощности, чтобы при неисправности самого большого из них остальные были в состоянии обеспечить полную потребность в электрической энергии во всех режимах работы судна. Выбираем ДВА трансформатора одинаковой марки.

Основные параметры трансформатора приведены в таблице № 1.

Табл.№1

Тип

Мощность, кВА

Напряжение, В

Напряжение к.з., %

Потери мощности при к.з., %

высокое

низкое

ТСЗ-16

16

220-380

133, 230

3,2

2,7

3.3 Выбор аварийного источника электроэнергии

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovoy/sudovyie-avtomatizirovannyie-energoustanovki/

Аварийным, называется источник электрической энергии, предназначенный для питания аварийных судовых потребителей при исчезновении напряжения на главном распределительном щите. Расчет мощности аварийного дизель-генератора производим путем составления таблицы (табл. 3), в которую включаются все аварийные потребители.

Табл.№3

Наименование потребителя

Кол-во

Расч. кВт

Тип потребителя

Руст, кВт

Кз

К.П.Д.н

tg yн

Потребляемая мощность

cosц

Р кВт

Q кВАр

Аварийные потребители

1

Аварийный рулевой привод

1

2,2

АОМ41-4

2,2

1

0,50

0,79

0,78

4,40

3,41

2

Сигнальные средства (24 В пер.)

0,16

0,16

1

1,00

1,00

0

0,16

0,00

3

Освещение (24 В пер.)

0,2

0,2

1

1,00

1,00

0

0,20

0,00

4

Средства управления, внутрисудовая связь и сигнализация (220В пер.)

0,8

0,8

1

1,00

0,85

0,62

0,80

0,50

ИТОГО

3,36

5,56

3,91

С учётом Ко и потерь в сети 5%

5,83

4,1

Полная мощность

1 ДГ ECC-61-4M-1 8 кВт

7,1

Средневзвешенный cos y

0,83

2. аварийный генераторный агрегат

Дизель-генератор мощностью 8 кВт

тип 1Е-8Р/1500

мощность генератора 8 кВт

напряжение 230/400 В

частота 50 Гц

частота вращения 1500 об/мин

марка генератора ECC-61-4M-1

Для питания сигнальных средств и освещения используется переменное напряжение 24 В для снижения напряжения используем понижающий одно-фазный трансформатор:

Табл. № 3

Тип

Мощность, кВА

Напряжение, В

Напряжение к.з., %

Потери мощности при к.з., %

высокое

низкое

ОСВ-0,63

0,63

127-220-380

133, 115,25

3,8

2,9

В качестве источников электроэнергии аварийной электростанции использоваться дизель-генератор . Мощность аварийного источника определяется суммарной мощностью, которую потребляют аварийные приемники электроэнергии.

Устанавливаем аккумуляторные батареи — для стартерного пуска вспомогательных двигателей. Нам необходимо также определить емкость для стартерного режима:

, Ачас

где Iст — пусковой ток стартера; tп — продолжительность каждого пуска (5 с); n — число последовательных пусков (не менее 10 последовательных пусков каждого главного двигателя и не менее 6 — вспомогательного ; k2 — коэффициент снижения емкости батареи вследствие пусковых токов (k2=0,85).

K1-коэффициент саморазряда батареи.

Qст = 9,2 Ачас.

Выбираем аккумулятор Табл. № 4

Тип

ёмкость, А.ч.

Напряжение, В

17нк13

13

21,25

4. ПРОВЕРКА ГЕНЕРАТОРОВ ПО ПРОВАЛУ НАПРЯЖЕНИЯ

Одним из требований, предъявляемым к СЭС, является требование по обеспечению необходимого качества электрической энергии.

Так, к системе регулирования напряжения генераторов переменного тока ПРРР предъявляется следующее требование: внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, работающего при номинальных частоте вращения и напряжении, не должно вызывать снижения номинального напряжения ниже 85 % и повышения выше 120 %. После этого напряжение генератора должно в течении не более 1,5 с восстанавливаться до номинального с отклонением не более 3 %.

Осуществляем проверку генераторов на провал напряжения с выполнением следующего условия:

Рд.ном0,25Рг.ном

где Рд.ном — номинальная активная мощность двигателя; Рг.ном — номинальная активная мощность генератора(ов).

17?0,25*100

17?25

Условие не выполняется, значит нет необходимости делать проверку генераторов по провал напряжения.

5. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СЭЭС И СЭС

Судовые электрические сети, входящие в САЭЭС подразделяются на силовую, аварийную и приёмников.

Силовая электрическая сеть предназначена для распределения электроэнергии от ГРЩ (главного распределительного щита) основной электростанции до преобразователей или непосредственно до приёмников электроэнергии.

Аварийная электрическая сеть используется для распределения электроэнергии от распределительного щита аварийной электростанции до аварийных приёмников электроэнергии.

Электрическая сеть приёмников предназначена для распределения электроэнергии от определённого распределительного щита или преобразователя электроэнергии до одноименных приёмников.

Фидеры — это линии электропередач, включенные между двумя любыми распределительными щитами или между распределительным щитом и приёмником или источником электроэнергии.

Магистраль — это линия электропередачи, параллельно к которой по её длине подключаются несколько распределительных щитов или отдельных приёмников.

Для обеспечения надёжности установки в любом режиме работы судна предусматривается: резервирование отдельных элементов, секционирование шин ГРЩ, упрощение установки путём включения в неё минимального числа необходимых аппаратов, автоматическое включение резерва, автоматическая разгрузка генераторов, применение селективно работающих защит и др.

Гибкость в работе установки может быть обеспечена её комплектацией и схемой обеспечивающими устранение повреждений и выполнение профилактических работ при снятом напряжении с ремонтируемого или осматриваемого элемента, причём снятие напряжения не нарушает работу судна.

Удобство эксплуатации установки обеспечивается выбором, возможно, более простой схемы, выбором комплектации станции, уменьшающий объём профилактических и ремонтных работ.

Экономичность эксплуатации установки достигается выбором рациональных границ автоматизации, применением по возможности однотипных элементов системы.

Автоматическое включение резерва, т.е. автоматического переключения приёмника с одной линии на другую при потере напряжения на питающей секции обеспечивает дополнительную надёжность в электроснабжении приёмников. На современных судах всех типов на время стоянки в порту предусматривается электроснабжение с берега.

Рис. 5.1 Схема электрическая структурная СЭЭС и распределительной сети

G2-G3 — генераторы основной электростанции; G1 — генератор аварийной электростанции; Д1-Д2-Д3- приводные двигатели (дизели); ЩПБ щит питания с берега; ГРЩ, АРЩ — главный и аварийный распределительные щиты. ТV1-TV2-понижающие трансформаторы

Таблица №6

Вид ЭС

№ РЩ

№ фидера

Наименование потребителя

Длинна участка

Основная электростанция

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Компрессор(2), Осушительный насос, Пожарный насос(2), вент. МО, Брашпиль, Буксирная лебёдка, насос Балластный

Рулевое устройство

1

11 12 13 14

Насос питьевой и фильтрованной воды, насос фикальный, Вентилятор жилых помещений, Циркуляционный насос

2

15 16 17 18 19 20 21 22

Вентилятор машинного и дизель-генераторного отделений, Кухонная машина, Вентилятор камбуза, Вентилятор прачечной и озонаторной Вентилятор санитарно-гигиенических помещений, Холодильник, Стиральная машина, Электрокипятильник,

3

23 24 25 26 27 28 29 30

Топливный насос, Масляный насос(2), Сепаратор топлива, насос системы искрогашения Насос забортной воды, Электроплита камбуза, Настольный сверлильный станок

4

31 32 33 34

Радиостанция, Радиотелефонные станции, Командно-вешательная установка, Радиолокатор.

5

35 36 37

Прожекторы(2), Осветительная нагрузка

Аварийный режим

38

Аварийный рулевой привод

6

39 40

Освещение, Сигнальные средства

7

41

Средства управления внутрисудовая связь и сигнализация

В соответствии с правилами РР от шин ГРЩ должны запитываться по отдельным фидерам следующие потребители:

1. Компрессоры.

2. Балластный насос.

3. осушительный насос.

4. Пожарный насос.

5. Приводной двигатель рулевого устройства.

6. Привод брашпиля.

7. Вентилятор МО.

8. Буксирная лебёдка

Если на судне предусмотрено не <2х тех средств одного и того же назначения, имеющих электрические приводы, перечисленные выше, то по меньшей мере один из этих Эл. Пр. должен получать питпние по отдельной линии от ГРЩ.

На остальные электроприводы и приемники электрической энергии допускается запитывать от специальных распределительных щитов.

На основе этого была разработана структурная схема СЭС.

При разработке схем электрических станций и подстанций исходят из того, что схема должна удовлетворять требования надежности, удобства эксплуатации и экономичности, а также предусматривать:

  • параллельную работу генераторов
  • раздельную работу отдельных генераторов, каждый из которых подключен к отдельной секции.
  • защиту генераторов и линий электропередач от ненормальных режимах работы.
  • передача электроэнергии к другим электростанциям СЭС (основной или аварийной).

  • возможность выполнение профилактических и ремонтных работ, ремонта ГРЩ при снятом наприжении.

А) Секционирование сборочных шин, каждая имеет свой источник питания. При секционировании для ремонта шин и выключателей одной секции, сохраняется работа других секций с подключением к ним генераторами и потребителями.

Б) секция шин потребителей, работающих при стоянке на моём судне предусматривается питание его стояночного генератора и питание с берега.

В) Секция шин трансформаторной подстанции судна.На судне предусмотрена тр-я подстанция U=220В.Сборные шины подстанции является изолированными секциями сборных шин ГРЩ. От этой секции питается освещение и прожекторы.

Г) связь основной и аварийной станции. На судне предусмотрена аварийная станция. Её сборные шины соединяют кабеля со сборными шинами ГРЩ судовой станции. В аварийном режиме от сборных шин АЭС получают питание аварийные потребители.

В нормальном режиме работы СЭС питание аварийных потребителей также осуществляется через шины АЭС от источников (основных) электроэнергии. При потере напряжения на кабеле, питающем АЭС от шин ГРЩ, автоматически запускаются аварийный Д-Г, и питание аварийных потребителей возобновляется , но теперь уже непосредственно от шин АЭС.

6. Расчет электрических сетей

После определения структуры электрических сетей, соединяющих распределительные щиты с приемниками электроэнергии, приступаем к их расчету.

Расчет судовых электрических сетей состоит из следующих этапов:

  • определение рабочих токов кабелей, входящих в данную электрическую сеть;
  • выбор сечения кабелей с необходимым количеством жил;
  • определения потери напряжения в сети, состоящей из выбранных кабелей.

Выбор площади поперечного сечения кабеля производится исходя из следующего условия:

IрасчIдоп,

где Iрасч — расчетное значение силы тока кабеля, А; Iдоп — допустимое значение тока для выбранной площади сечения жилы, А.

Расчетный ток кабеля, соединяющего генератор с ГРЩ, принимают равным номинальному току генератора:

Iг.ном ==90,21А

Выбираем кабель:

3-х жильный сечением 25 мм2 Iдоп=95 А

где Рг.ном — номинальная мощность генератора, Вт; Uг.ном — номинальное напряжение генератора, В; cosг — номинальный коэффициент мощности генератора (обычно равен 0,8).

Для стояночного генератора:

Iг.ном ==36,08А

Выбираем кабель:

3-х жильный сечением 6 мм2 Iдоп=40 А

Расчетный ток кабеля, питающего преобразователь, принимается равным номинальному току на входе преобразователя.

Для кабеля, питающего трехфазный трансформатор, значение расчетного тока определяется по формуле

, (7.2)

Выбираем кабель:

3-х жильный сечением 4 мм2 Iдоп=32 А

где Sтр.ном — номинальная мощность трансформатора (на выходе), ВА; U1ном — номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В; тр — к.п.д. трансформатора.

Значение расчетного тока кабеля, отходящего от трансформатора, определяется по формуле

Выбираем кабель:

3-х жильный сечением 6 мм2 Iдоп=40 А

где U2ном — номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В.

Расчетный ток кабеля, соединяющего электродвигатель с РЩ или ГРЩ, принимают равным номинальному:

при трехфазной системе переменного тока

Насос питьевой и фильтрованной воды

где Р2ном — номинальная мощность на валу двигателя, Вт; Uдв.ном — номинальное напряжение сети, В; cosдв — номинальный коэффициент мощности двигателя; дв — номинальный к.п.д. двигателя.

Результаты расчётов токов сводятся в таблицу №7

Таблица №7

механизм

Iдв А

тип кабеля

S сеч мм2.

Насос питьевой и фильтрованной воды

3,95

кнр

1

насос фекальный

11,5

кнр

1

циркуляционный насос

3,95

кнр

1

Вентилятор жилых помещений

3,08

кнр

1

Вентилятор машинного и дизель-генераторного отделений

5,51

кнр

1

Вентилятор камбуза и столовой

3,08

кнр

1

Вентилятор прачечной и озонаторной

1,33

кнр

1

Вентилятор санитарно-гигиенических помещений

1,45

кнр

1

насос топливный

4,99

кнр

1

масляный насос

4,99

кнр

1

насос системы искрогашения

3,95

кнр

1

Сепаратор топлива

8,31

кнр

1

Насос забортной воды

3,95

кнр

1

настольный сверлильный станок

1,32

кнр

1

Компрессор

23,97

кнр

2,5

насос Балластный

8,03

кнр

1

Осушительный насос

9,03

кнр

1

Пожарный насос

25,5

кнр

4

Вентилятор МО

16,4

кнр

1,5

рулевая машина

31,6

кнр

4

Брашпиль

10,8

кнр

1

Буксирная лебёдка

32,6

кнр

6

Аварийный рулевой привод-ручной

5,64

кнр

1

Расчетный ток кабеля или провода, питающего группу приемников (соединяющего ГРЩ и РЩ), определяется так:

Iрщ2=4А

Iрщ3=15А

Iрщ4=5,7А

Iрщ5=13,7А

Iрщ6=0,24А

Iрщ7=5,64А

где N — число подгрупп одинаковых приемников; kоi — коэффициент одновременности работы одинаковых приемников (табл. 2.1); ni — число одинаковых приемников в i-ой подгруппе; kс.р.i — коэффициент совместной работы i-ого потребителя (табл. 2.1); Ii — расчетный ток потребителя i-ой подгруппы, А; Ii а, Ii р — активная и реактивная составляющие расчетного тока потребителя в i-ой подгруппе, А.

Активная и реактивная составляющее расчетного тока определяются как

Сечение кабелей приведено в таблице № 8

Таблица № 8

КАБЕЛИ

Длина, м.

Число жил и сечение, мм2

Номинальный ток. А.

1

ГРЩ — генератор 1

10

3х25

90,21

2

ГРЩ — генератор 2

10

3х25

90,21

3

ГРЩ — генератор 3

5

3х6

36,08

4

Питающий трансформатор

30

3х6

42,2

5

от трансформатора

10

3х6

40

7

от ГРЩ к РЩ1

5

3х6

7,84

8

от ГРЩ к РЩ2

10

3х1

4

9

от ГРЩ к РЩ3

15

3х6

15

10

от ГРЩ к РЩ4

20

3х1

5,7

11

от ГРЩ к РЩ5

25

3х1

2,7

12

от ГРЩ к РЩ6

25

3х1

0,24

13

от ГРЩ к РЩ7

20

3х1

5,64

6.2 Проверка кабелей по допустимой потери напряжения

Для трехфазной сети

?U=

где Ia=Icos — активная составляющая тока потребителя (или группы потребителей).где I — расчетный ток потребителя (или группы потребителей), найденный в разделе 6.2, А; l — длина линии, м;

  • удельная проводимость меди (=48 м/Оммм2);
  • S — сечение кабеля, мм2;
  • Uном — номинальное напряжение сети, В.

Выбор кабеля и проверка по допустимой потери напряжения приведено в таблице №9

Таблица №9

№ РЩ

механизм

S сеч мм

I А

Iакт

Iреакт

u %

РЩ1

Насос питьевой и фильтрованной воды

1

3,95

3,165298

2,373973

0,178167

РЩ1

насос фекальный

1

11,5

9,116057

7,074831

0,518713

РЩ1

циркуляционный насос

1

3,95

3,165298

2,373973

0,178167

РЩ1

Вентилятор жилых помещений

1

3,08

2,681193

1,519502

0,194495

РЩ2

Вентилятор машинного и дизель-генераторного отделений

1

5,51

4,68933

2,906186

0,497062

РЩ2

Вентилятор камбуза и столовой

1

3,08

2,681193

1,519502

0,27785

РЩ2

Вентилятор прачечной и озонаторной

1

1,33

1,14471

0,679231

0,119981

РЩ2

Вентилятор санитарно-гигиенических помещений

1

1,45

1,248775

0,74098

0,196209

РЩ2

кухонная машина

1

0,63

0,474795

0,41873

0,085249

РЩ2

Холодильник (cos ц =0,8)

1

0,59

0,474795

0,356096

0,079837

РЩ2

Электрокипятильник

1

3,6

3,646423

0

0,487139

РЩ2

Стиральная машина

1

0,88

0,664712

0,586221

0,119078

РЩ3

электроплита

2,5

23,7

23,70175

0

1,346591

РЩ3

насос топливный

1

4,99

4,398098

2,373842

0,225076

РЩ3

маслянный насос

1

4,99

4,398098

2,373842

0,225076

РЩ3

насос системы искрогашения

1

3,95

3,165298

2,373973

0,178167

РЩ3

Сепаратор топлива

1

8,31

7,066711

4,379554

0,374827

РЩ3

Насос забортной воды

1

3,95

3,165298

2,373973

0,178167

РЩ3

настолдьный сверлильный станок

1

1,32

1,085245

0,757506

0,125

Ф1

Компрессор(2)

2,5

23,97

20

13

0,432471

Ф3

насос Балластный

1

8,03

7,1

3,7

0,362197

Ф4

Осушительный насос

1

9,03

8,04358

4,120848

0,407303

Ф4

Пожарный насос(2)

4

25,5

22,44484

12,11444

0,575095

Ф6

Вентилятор МО

1,5

16,4

14,46993

7,810042

0,986307

Ф7

рулевая машина

4

31,6

25,32238

18,99179

1,425333

Ф8

Брашпиль

1

10,8

7,411428

7,991396

1,948557

Ф9

Буксирная лебёдка

6

32,6

29,02115

14,86798

0,735219

Ф10

Аварийный рулевой привод-ручной

1

5,64

4,456739

3,458806

1,01758

РЩ4

Радиостанция (cos ц = 0,8) передатчик приёмник

1

4,468655

3,574924

2,681193

0,806244

РЩ4

радиотелефонные станции (cos ц = 0,8)

1

2,681193

2,144955

1,608716

0,483746

РЩ4

Командно-вещательная установка (cos ц = 0,8)

1

3,128059

2,502447

1,876835

0,56437

РЩ4

Радиолокатор(cos ц = 0,8)

1

3,128059

2,502447

1,876835

0,56437

РЩ5

Осветительная нагрузка

1,5

15,19343

15,19343

0

2,397953

РЩ5

Прожекторы

1

1,519343

1,519343

0

0,359693

РЩ6

Сигнальные средства (24В пост.)

0,243

0,243

0,243095

0

0,21102

РЩ6

Освещение (24В пост.)

0,303

0,303

0,303869

0

0,263775

7. Выбор аппаратов защиты электрических сетей

Для защиты сети от токов К.З. следует устанавливать предохранители или выключатели с расцепителями зоны К.З. во всех фазах.

При выборе любого аппарата, во избежание электрического пробоя изоляции, необходимо соблюдение следующего условия:

Uном ? Uраб Iном ? Iраб

где Uном — номинальное напряжение аппарата; Uраб — рабочее напряжение аппарата в данной схеме включения.

Выбор автоматических выключателей приведён в таблице №7

№ п.п.

Защищаемый участок

Iрасч А

Iуд.расч А

Itрасч А

А2с

Тип автомата

Iр.ном А

Iуд.доп А

Iдоп А

А2с

tср с

kуст

1

генератор

90,21

2904

1551

29*104

А3110Р

100

12000

6000

20*106

0,33

1

2

компрессор

23,97

2427

1228

44009

А3710

40

18000

6000

10*106

0,05

1

3

Циркуляционный насос

3,95

2020

938

44009

АС-25-3

4,5

3200

2000

1*106

0,05

1

Для пуска одного электродвигателя уставка определяется как:

  • где kуст — уставка по току срабатывания в зоне к.з. выключателя по техническим условиям, по отношению к номинальному току расцепителя;
  • kд коэффициент, учитывающий допуски на пусковой ток и ток срабатывания выключателя в зоне к.з. (kд=1,11,4);
  • ka — коэффициент, учитывающий значение апериодической составляющей пускового тока (ka=1,3);
  • kпуск — кратность пускового тока двигателя по техническим условиям;
  • минусовой допуск на ток срабатывания выключателя в зоне к.з. (для отечественных аппаратов =0,2).

kуст.генератор?=4,3

kуст. компрессор?1,1

kуст. циркуляционный насос. ?0,1

8. Расчет токов короткого замыкания

Основным видом короткого замыкания для СЭЭС переменного тока является трёхфазное.

Рис № 9.1 Схема для расчета токов к.з. СЭЭС переменного тока

Расчёт коротких замыканий СЭЭС сводится, главным образом, к определению максимальных значений тока при коротких замыканиях в различных точках сети.

Параметры генератора G1,G2: S1=50 Ква S2=50 кВА

x”d1=0,085 x”d2=0,085 ra1=0,85 Ом ra2=0,85 Ом

Сопротивление кабелей на участке от генератора G1,G2 до ГРЩ определяется по формуле

активное ,

реактивное

активное Ом;

  • реактивное Ом.

Сопротивление кабеля:

Zрез=Ом

Базисная мощность: Sб=S1+S2=62,5+62,5=125 кВА;

Тогда, приняв за базисное, напряжение на шинах ГРЩ, найдем базисный ток

А

Далее составляем схему замещения для расчета токов к.з. и определяем сопротивления ее участков, приведенные к базисным условиям.

Рис № 9.2 Схемы замещения для определения сопротивлений СЭЭС

Активное сопротивление обмотки статора генераторов G1,G2 в относительных единицах определяем по формуле

Реактивное сопротивление генераторов G1,G2

где и — индуктивное и активное сопротивления (генераторов, двигателей и трансформаторов), выраженное через собственные номинальные напряжения и мощности.

Сопротивления участков от генераторов G1-2 до шин ГРЩ:

активное ,

реактивное

Общие сопротивления генераторных цепей:

активные

реактивные

Для определения эквивалентного сопротивления двух параллельных генераторных цепей воспользуемся символьным методом (комплексной формой) их выражения:

Освободимся от комплексного числа в знаменателе (умножением на сопряженный комплекс)

Полученное сопротивление является результирующим при к.з. в точке К (на шинах ГРЩ).

Отношение , соответственно ударный коэффициент, равен 1,01. Полное сопротивление .

Соответственно этому: Куд=1,01

Io=10, I0.01=8, I?=5,2

?U=0

ток подпитки двигателя: Iдв=

Ударный ток К.З.в точке К при коротком замыкании равен:

Iуд==2904А

Действующее значение периодической составляющей тока к.з. в точке к равно:

I=180,42*(5,2+3,4)=1551А

При К.З. в точке К1: компрессор

Сопротивление кабеля от ГРЩ до точки К1

активное:rкаб=

реактивное:xкаб=Ом

сопротивление участка кабеля от ГРЩ до точки К1(компрессор)

активное:rкаб=

реактивное:xкаб=Ом

полное: Zкаб=

При К.З. в точке К1 (компрессор) результирующие сопротивления:

активное:rрез=0,0012+0,047=0,0482

реактивное: xрез=0,0007+0,00066=0,00136

отношение ударный коэффициент равен 1;

полное сопротивление Zрез=0,048

соответственно этому по расчётным кривым находим:

Io=10, I0.01=8, I?=5,2

?U=10*0.047=0,47

ток подпитки двигателя: Iдв=

Ударный ток К.З. в точке К1 (компрессор) равен:

Iуд==2427А

Действующее значение периодической составляющей тока К.З. в точке К1 (компрессор) равно:

I=180,42*(5,2+1,61)=12,28А

При К.З. в точке К2: циркуляционный насос

Сопротивление кабеля от ГРЩ до РЩ2

активное: rкаб=Ом

реактивное: xкаб=Ом

сопротивление участка кабеля от ГРЩ до РЩ

активное: rкаб=(0,108+0,001) Ом

реактивное: xкаб=(0,00059+0,0001) Ом

полное: Z=0085

результирующее сопротивление равно

rрез=0,0012+0,085=0,0862

хрез=0,0007+0,00054=0,00124

сопротивление кабеля от рщ до К2(циркуляционный насос)

активное:

реактивное:

сопротивление участка кабеля от РЩ до К2

активное:

реактивное:

полное: Z=0,051

результирующие сопротивления равно:

Zрез=0,0012+0,051=0,0522

Xрез=0,0007+0,00035=0,00105

Общее сопротивление кабеля:

r=0,0862+0,0522=0,138

х=0,000354+0,00105=0,0014

отношение ударный коэффициент равен:1

полное сопротивление: Z=0,138

соответственно этому по расчётным кривым находим:

Io=10, I0.01=8, I?=5,2

?U=10*(0,108+0,0648)=1,72

Ударный ток К.З. в точке К2(циркуляционный насос)при коротком замыкании равен:

Iуд==2020А

Действующее значение периодической составляющей тока К.З. в точке К2(циркуляционный насос) равно:

I=180,42(5,2+0)=938 А

Заключение

В данной курсовой работе была разработана судовая электростанция рейдового буксирного теплохода, мощностью 800 л.с. Проект №Р131. Класс «О».

Также мы произвели расчет электростанции СЭЭС табличным методом.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovoy/sudovyie-avtomatizirovannyie-energoustanovki/

Речной Регистр РФ. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. Часть III. Электрическое оборудование. «Транспорт», М., 2010.

Справочник судового электротехника. Т.2. Судовое электрооборудование Под ред. Г.И. Китаенко. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Судостроение, 2008. 624 с.

Справочник судового электротехника. Т.1. Судовые электроэнергетические системы и устройства / Под ред. Г.И. Китаенко. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Судостроение, 1980. — 528 с.

Кузьменков О.П. Расчет мощностей судовых электростанций: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. Новосибирск, 1978. -101 с.

Никифоровский Н.Н., Норневский Б.И. Судовые электрические станции. М.: «Транспорт», 2004. — 432 с.

Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. Учебник. — изд. 4-е, перераб. — Л.: Судостроение, 1998. — 288 с.

Соловьев Н.Н., Самулеев В.И. Судовые электроэнергетические системы: Учебник для вузов. — М.: Транспорт, 2001. — 248 с.

Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / Под ред. А.Э. Кравчик. — М.: Энергоиздат, 1982. — 504 с.