Расчет судовой электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru

Курсовой проект по дисциплине

«Судовые электроэнергетические системы»

Расчет судовой электростанции



Исходные данные

ПЛОТОВОД, U = 230 В
Потребители	Вариант 5
	Количество, n, шт	Р, кВт	cos
Рулевая машина	2	5,5	0,80	0,85
Брашпиль	1	10,5	0,83	0,81
Буксирная лебедка	1	11	0,86	0,86
Пожарный насос	1	7,5	0,88	0,88
Осушительный насос	1	5,5	0,91	0,87
Топливный насос	1	1,5	0,85	0,81
Котельный насос	1	1,5	0,85	0,81
Санитарный насос	1	1,5	0,85	0,81
Масляный насос	1	1,5	0,85	0,81
Вентиляторы	3	1,5	0,85	0,81
Компрессоры	2	4,0	0,89	0,86
Радио- и электронавигационные приборы	1	10	0,80	0,80
Приборы управления судами	1	3	0,80	0,80
Электрические камбуз и грелки	1	18	1,0	1,0
Освещение и сигнальные огни	1	12	0,80	0,80
Зарядный агрегат	1	4,2	0,80	0,80

генератор электростанция кабель напряжение



Введение

Электроэнергетическая система состоит из источников электроэнергии, распределительных устройств, преобразователей, электрических сетей и потребителей электроэнергии.

Наиболее ответственной частью электроэнергетической системы является электростанция, где производятся выработка электроэнергии, и её первичное распределение по судну. В соответствии с этим на электростанции сосредоточены источники электроэнергии, преобразователи тока и напряжения, распределительные устройства.

Источниками электроэнергии на судах являются генераторы постоянного или переменного тока и аккумуляторные батареи. На современных речных судах аккумуляторы применяются лишь в качестве аварийных источников электроэнергии, для стартерного пуска двигателей внутреннего сгорания, питания различных средств связи и сигнализации.

В качестве основных источников электроэнергии используются генераторы, приводимые в действие от первичных дизель - двигателей.

В речном флоте преобладают дизельные суда, поэтому и наиболее распространенным агрегатом судовых, электростанций являются дизель - генераторы.

Дизель-генераторные электростанции: имеют достаточно высокий к. п. д., отличаются автономностью работы и компактностью, так как не связаны ни с какими вспомогательными установками в виде котлов, паропроводов и т. д.; постоянно готовы к действию, причем пуск их возможен как вручную, так и автоматически

К недостаткам дизель-генераторных электростанций относится несколько ограниченный моторесурс дизелей.

Судовые электростанции обычно располагаются в машинном отделении судна, т. е. в одном помещении с главными двигателями.

Основные электростанции обеспечивают электроэнергией приводы палубных механизмов, насосов, вентиляторов, снабжают питанием средства судовождения, освещения, а также оборудование камбуза.

Резервные электростанции обеспечивают питание жизненно важных потребителей на судне в случае выхода из строя основной электростанции

Специальные (для питания технологического оборудования земснарядов, станции гребных электрических установок).

Большинство судов речного флота оборудовано электростанциями переменного тока. Применение переменного тока на крупных судах предпочтительнее из-за экономии средств на строительство и эксплуатацию электрооборудования. Мелкие суда, имеющие незначительное число электроприводов, учитывая использование аккумуляторов, целесообразнее оборудовать электростанцией постоянного тока.

Номинальное значение частоты переменного тока принимается равным 50 Гц.

Согласно существующим стандартам номинальные напряжения на выводах потребителей принимаются равными:

для переменного тока, 380, 220, 127, 36, 12 В;

для постоянного тока - 220, 110, 36; 24 В.

Количество и мощность источников основной электростанции выбираются с учетом следующих режимов работы судна: ходового, стояночного, снятия с якоря, шлюзования, аварийного. Мощность основных источников должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся могли обеспечить ходовой и аварийный режимы работы судна. При этом наличие аварийных источников электроэнергии не влияет на снижение требований к основным.

Резервную электростанцию устанавливают в отдельном отапливаемом помещении, где, кроме дизель-генератора, находятся аварийный распределительный щит (АРЩ), аккумуляторы для запуска дизеля и цистерна аварийного запаса топлива.



Расчет мощности, выбор числа и типов генераторов судовой электростанции

По Правилам Речного Регистра при определении количества и мощности источников основной судовой электростанции учитывают следующие режимы работы судна: ходовой, стояночный, снятие с якоря, специальный: (для судов технического флота и других судов специального назначения) и, аварийный (при пожаре или получении судном пробоины). От режима работы судна зависит значение потребляемой мощности, так как количество и мощность потребителей в разных режимах будут различными.

При выборе мощности генераторов необходимо стремиться к наиболее полной их загрузке во всех, режимах (в пределах 70-80% номинальной мощности), особенно в длительном ходовом режиме работы судна. При определении количества генераторов судовой электростанции необходимо добиваться минимального, числа типоразмеров генераторов, что позволяет лучше организовать их взаимозаменяемость, сократить количество запасных частей.

Судовая электростанция должна иметь не менее двух генераторов: один - основной, другой - резервный. Мощность резервного генератора должна быть достаточной для обеспечения ходового и аварийного режимов работы судна при выходе из строя одного из основных генераторов. Целесообразно мощность резервного генератора принимать равной мощности основного.

Существуют два метода расчета мощности судовой электростанции:

аналитический и табличный. Аналитический метод применяется для определения ориентировочных данных судовой электростанции в начальной стадии проектирования по основным показателям судна: мощности силовой установки и водоизмещению.

Табличный метод получил широкое распространение при определении нагрузок судовых электростанций для различных режимов работы судна. Он отличается наглядностью, простотой расчетов и может считаться универсальным, так как применим к судам любого типа и назначения.

При заполнении таблицы нагрузок судовой электростанции переменного тока.

В графу 1 заносятся все потребители электроэнергии, установленные на судне.

В графе 2 указывается соответственно количество однотипных потребителей.

В графах 3, 4, 5 их единичная мощность, к. п. д. и коэффициент мощности из паспортных данных на электродвигатели.

В графу 6 заносим потребляемую мощность, определённую по формуле:

При заполнении граф 7-11, 12-16, 17-21, 22-26 соответствующих режиму ходовому, стоянки судна, маневрам и аварийному режимам, необходимо определить потребители, которые работают в этих режимах, характер и длительность их загрузки.

В графах 7,12,17,22 заносятся коэффициент одновременности, в графах 8,13,18,23 коэффициент загрузки которые берем из справочника.

В графах 9,14,19,24 записывается коэффициент мощности потребителя в данных режимах.

Активная мощность потребителя высчитывается по формуле

Рд = Ко • Кз • Руст · n / з

и заносятся в графы 10,15,20,25.

Реактивная мощность потребителя высчитывается по формуле

Qд=Рд · tgц и заносятся в графы 11,16,21,26.

После определения состава потребителей и потребляемых ими мощностей по каждому режиму подсчитывают суммарную потребляемую мощность по режимам.

Полученную суммарную мощность по режимам умножают на общий коэффициент одновременности, учитывающий несовпадение по времени максимумов расчетных нагрузок отдельных рабочих механизмов к полученному результату добавляют 5% общей мощности, требуемой для покрытия потерь в сети.

При подведении итогов таблицы определяем полную мощность по каждому режиму и средневзвешенный коэффициент мощности по формулам:

S = PІ + Q

Если cosцср.взв > 0,8 то генератор выбираем по активной мощности, а при cosцср.взв < 0,8 по полной.

По данным, полученным в таблице нагрузок, выбираем генераторы серии:

МСК-83-4 Р=50кВт U=230В Iст=157А к.п.д. = 85,5 основной.

МСК-83-4 Р=50кВт U=230В Iст=157А к.п.д.= 85,5 резервный.

Расчет и выбор кабелей для генераторов, потребителей и щита питания с берега

Расчет судовых электросетей заключается в выборе марки кабеля в зависимости от места его прокладки и в определении необходимой площади поперечного сечения жилы. Расчет судовых электросетей начинается с составления схемы этих сетей и определения вида помещения, места и способы прокладки кабеля.

На судах внутреннего плавания применяются кабели с медными жилами. В местах, подверженных воздействию масла, нефтепродуктов, где возможны механические повреждения, следует применять кабели имеющие соответствующую оболочку.

Выбор площади поперечного сечения жилы по нагрузкам заключается в подборе такой площади поперечного сечения кабеля выбранной марки, при которой бы выполнялось следующее неравенство:

I_расч ?I_доп., где

I_расч - расчетное значение силы тока кабеля

I_доп. - допустимое значение силы тока для выбранной площади поперечного сечения жилы.

Для судовых кабелей и проводов такие таблицы даны в Правилах Речного Регистра РСФСР. Для каждой площади сечения токопроводящих жил определенной марки кабелей указана допустимая сила тока при продолжительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы. Расчет сводится к выбору кабеля из таблиц по допустимой токовой нагрузке.

1. Определяют нагрузку кабеля или провода по мощности потребителей, которых он питает с соблюдением следующих условий:

а) для открытой одиночной прокладки и в один ряд нагрузка равна расчетному току цепи;

б) для открытой прокладки в два ряда или в пучке нагрузку находят по формуле

I = К · Iр.ц,



где Iр.ц,- расчетный ток цепи, для которой выбирается кабель

К - коэффициент снижения нагрузки, принимаемый по таблице зависимости от продолжительности работы кабеля в течение суток

в) при прокладке кабеля в металлических трубах или желобах длиной 2 м и более токовую вычисленную нагрузку умножают на коэффициент 1,25;

г) при прокладке кабелей в трассе из двух или в пучке с последующим вводом в желоб или трубу допустимую нагрузку определяют по наибольшему расчетному току, полученному для этих видов прокладки.

2. В зависимости от ожидаемой температуры окружающей среды нагрузку корректируют делением ее на поправочный коэффициент, который выбирают по таблице

3. Выбирают марку кабеля и определяют режим его работы.

4. По значению рассчитанной нагрузки в таблице для данной марки кабеля, и соответствующего режима работы, находят большее ближайшее значение допустимого тока к расчетному.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации сети они не должны превышать:

на кабеле, соединяющем генератор с главным распределительным щитом или с аварийным распределительным шитом 1 %;

силовая сеть и нагревательные приборы - 7%

сеть освещения 110в и выше - 5%

сеть освещения 36в и ниже - 10%

телефонная сеть - 5%

Потери напряжения в сети переменного трёхфазного тока рассчитывается по формуле.

100 · v3 • I • l · cosц

?U = ------------------

г • U • S



где г - удельная проводимость меди при температуре нагрева проводов до 65єС принимаем равной 48 м/ом·ммІ.

Проверяем кабель на потерю напряжения соединяющий ГРЩ с электродвигателем брашпиля:

100 · v3 • 32 • 150 · 0,83

?U = ------------------ = 6,54 < 7%

48 • 220 • 10

Проверяем кабель на потерю напряжения соединяющий ГРЩ с генератором:

100 · v3 • 157 • 5 · 0,8

?U = ------------------ = 0,14 < 1%

48 • 230 • 70

Расчет и выбор шин ГРЩ

Распределение электроэнергии между потребителями осуществляется с помощью шин изготовленных из электротехнической меди.

Расчет шин заключается в определении наибольшего длительного тока нагрузки на шинах, выборе размеров шин исходя из допустимого тока и проверки выбранных шин на динамическую и термическую устойчивость, а так же на возможность появления механического резонанса.

P₁=50 кВт, I₁=157 А.

P₂=50 кВт, I₂=157 А.

Так как в данной электростанции не предусмотрена параллельная работа двух генераторов, то протекающий по шинам ток будет:

Выбираем шину шириной 6 мм и высотой 30 мм.

= 635 А

Так как на судах применяются быстродействующие автоматы, то проверка на электродинамическую устойчивость не требуется.

Расчет токоведущих шин показал, что для данной электростанции необходимо применить шины из электротехнической меди с допустимым протеканием тока по ним 635А.

Выбор коммутационной и защитной аппаратуры

Выбор автомата производится по расчетному току потребителя. Вначале выбирают номинальный ток автомата:

I_н.а.? I_расч.д.,U_н.в.?U_с.

Номинальный ток расцепителя автоматов, включенных в различные питающие линии, исходя из условия



I_н.р.? I_расч.д, где

I_н.р- номинальный ток расцепителя;

I_расч - расчетный ток

Выбор автоматов для генераторов МСК-83-4.

Автоматические выключатели для генераторов должны обеспечить защиту от токов короткого замыкания, от перегрузки.

Выбираем автомат серии А 3700 снабженный электромагнитным расцепителем типа А 3720.

Номинальный ток автомата I_н = 250А

Номинальный ток расцепителя I_н.р.=160А.

Выбираем автоматический выключатель для потребителя

Брашпиль:

Рулевая машина:

Буксирная лебедка:

Пожарный насос:

Осушительный насос:

Топливный, Котельный, Санитарный, Масляный насосы:

Вентиляторы:

Компрессоры:

Радио и электронавигационные приборы:

Приборы управления судами:

Электрические камбуз и грелки:

Освещение и сигнальные огни:

Зарядный агрегат:

№ п п	Наименование потребителя	Номинальная мощность, кВт	Рабочий ток потребителя, А	Номинальный ток автомата (предохранителя), А	Номинальный ток расцепителя автомата (плавкой вставки), А	Тип защиты	Примечание
	Генератор 1	50	157	250	160	А 3723
2	Генератор 2	75	157	250	160	А 3723
3	Рулевая машина	5,5	20,33	40	25	А3713
4	Брашпиль	10,5	39,2	80	50	А3713
5	Буксирная лебёдка	11	37,38	80	40	А3713
6	Пожарный насос	7,5	24,34	40	32	А3713
7	Осушительный насос	5,5	17,45	40	20	А3713
8	Топливный насос	1,5	5,47	50	6,0	АК-50-3МГ
9	Котельный насос	1,5	5,47	50	6,0	АК-50-3МГ
10	Санитарный насос	1,5	5,47	50	6,0	АК-50-3МГ
11	Масляный насос	1,5	5,47	50	6,0	АК-50-3МГ
12	Вентилятор	1,5	5,47	50	6,0	АК-50-3МГ
13	Компрессор	4	13,1	50	15	АК-50-3МГ
14	Радио и эл. Навигационные приборы	10	39,26	80	50	А 3713
15	Приборы управления судами	3	11,78	50	15	АК-50-3МГ
16	Камбуз и грелки	18	45,23	80	50	А 3713
17	Освещение и сигнальные огни	12	47,12	80	50	А 3713
18	Зарядный агрегат	4,2	16,49	40	20	А 3713
19	Питание с берега	41,3	123	160	125	А3713

Выбор электроизмерительных приборов

№	Прибор	Тип прибора	Рабочий ток потребителя, А	Ном. Напряжение потребителя, В	Номинальная частота, Гц	Система прибора	Диапазон измерения	Способ подключения	Класс точности	Количество
Генераторы №1, №2 МСК-83-4
1	Амперметр	Э1500	157	230	50	Электромагнитная	0ч5А	Через TA	1.5	2
2	Вольтметр	Э1500	157	230	50	Электромагнитная	0ч450	Непосредственно	1.5	2
3	Ваттметр	Д1503	157	230	50	Ферродинамическая	0ч20Вт	Через TAтоков.об обм.нап.непоср.	2.5	2
4	Частотомер	Д1506	157	230	50	Ферродинам.	45ч55Гц	Непоср.	2.5	2
5	Фазометр	Э1500	157	230	50	Электромагнитная	0,5ч1ч0,5	Через TA токовая обм.обм напр непоср.	2.5	2
6	Мегомметр	М1500	157	230	50	Магнитоэлектрическая	0ч5МОм	Через доп. устройство	2.5	1
Питание с берега
7	Вольтметр	Э1500	123	220	50	Электромагнитная	0ч450В	Непосредственно	1.5	1

Предохранители: ПП-2.

Переключатели: PА - КФ 8880; PV - УП 53/3.

ТА - многовитковый трансформатор тока 200/5 А.

Лампы: U=220В; P=25Вт.

Расчет материалов ГРЩ

Для постройки ГРЩ необходимо рассчитать вид и количество материала, требующегося для данной операции. Это связано с технико-экономическими показателями с одной стороны и условиями эксплуатации с другой.

1. Листовая сталь: Ст3,

Лист LЧHЧS:

1 лист 2000Ч2100Ч3;

2 листа 2000Ч600Ч3;

1 лист 2100Ч600Ч3;

2. Текстолит:

1 лист 2100Ч2000Ч20.

3. Уголок 30Ч30Ч3:

8 шт. - 2000мм;

8 шт. - 2100мм;

16шт. - 600мм;

Общая длина - 42400мм.

4. Медь для шин ГРЩ:

Три полосы по 2100Ч30Ч6.

Описание работы ССАРН

Начальное возбуждение осуществляется от остаточного напряжения. Надежность самовозбуждения обеспечивается включением конденсаторов С1.

Токовые обмотки ОТ компаундирующего трансформатора ТКШ включены последовательно с обмотками статора генератора. Обмотки напряжения ОН соединены в треугольник и подключены параллельно силовым обмоткам генератора и сборным шинам. Обмотка возбуждения генератора питается через полупроводниковый выпрямитель от вторичных обмоток ОСВ компаундирующего трансформатора, соединенных в треугольник. Обмотки питания корректора ОК подключены к корректору напряжения; обмотка питания отсасывающих дросселей ОДО подключена к дросселям.

Работа генератора при холостом ходе обеспечивается током , трансформируемым во вторичной обмотке ОСВ обмоткой напряжения ОН.

Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется с помощью фазовой схемы компаундирования с корректором напряжения.

Трансформатор с магнитным шунтом представляет собой совокупность элементов схемы фазового компаундирования. Потокосцепление обмотки ОСВ определяется суммарной магнитодвижущей силой (м.д.с.), создаваемой всеми обмотками трансформатора ТКШ. При этом м.д.с. обмоток ОН и ОТ суммируется под углом, близким к 90°, при активной нагрузке (вследствие наличия в магнитопроводе ТФК магнитного шунта) и являются намагничивающими. Магнитодвижущая сила обмоток питания отсасывающих дросселей ОДО и конденсатора, также складываются геометрически и являются размагничивающими; м.д.с. обмотки ОТ совпадает по фазе с током нагрузки и изменяется пропорционально значению последнего.

Сочетание фаз питания обмоток напряжения и тока подобрано таким образом, чтобы при прочих равных условиях ток обмотки возбуждения генератора увеличивался при уменьшении коэффициента мощности или уменьшался при увеличении его.

Требуемая точность поддержания напряжения ±1% обеспечивается совместной работой схемы фазового компаундирования и корректора напряжения, воздействующего на управление дросселем отсоса.

Изменение тока управления отсасывающего дросселя приводит к изменению размагничивающей м.д.с. обмотки ОДО, а следовательно, и к изменению тока возбуждения и к восстановлению напряжения генератора.

Для поддержания постоянного выходного напряжения генератора при изменении частоты, параметры компаундирующего трансформатора выбирают такими, что при постоянной частоте и изменении тока нагрузки от 0 до 100% напряжение генератора возрастает. Вследствие нагревания обмотки возбуждения генератора и изменения в связи с этим ее активного сопротивления несколько уменьшается ток выхода системы автоматического регулирования, что приводит к уменьшению напряжения на генераторе (тепловые отклонения уставки). Изменение уровня напряжения генератора (уставки напряжения) достигается изменением значения сопротивления резистора уставки R1, включенного в цепь управления реактора отсоса. При увеличении сопротивления резистора уставки ток управления реактора уменьшается, ток реактора отсоса так же уменьшается, ток в обмотке возбуждения генератора увеличивается, и выходное напряжение генератора возрастает. Резистор уставки позволяет регулировать выходное напряжение в пределах от +2 до -7%.



Список литературы

1. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Судовые электроэнергетические системы»;

2. Роджеро Н.И. Справочник судового электромеханика.- М.: Транспорт, 1986 - 319 с.;

3. Самодолов Т.Т. Электрооборудование и радиосвязь речных судов. Учебник для речных училищ и тхникумов.- М.: Транспорт, 1981г.-304с.

4. Чипурнов А. И., Константинов С. С., Чаплыгин С. И. Судовая электроавтоматика. Учебник для речных училищ и техникумов. - М.: Транспорт, 1984 - 240 с.;

5. Соловьев Н.Н. Судовые электроэнергетические системы. Учебник для речных училищ и техникумов. - М.: Транспорт, 1987. - 222 с..



Приложение

Внешний вид ГРЩ.

A,B,C АВ;ВС;СА	ABC AB,BC,CA
G1 вкл. Выкл. Гашение поля реостат возбуждения	G2 вкл. Выкл. Гашение поля реостат возбуждения	Питание с берега



Схема переключения вольтметра

Схема переключения амперметра



Размещено на Allbest.ru