Расчет судовой электростанции электрических сетей и систем потребителей

метки: Судовой, Система, Электростанция, Элемент, Электроэнергетический, Кабель, Мощность, Выбор

м определенной коррекции этот метод может быть применен для нахождения мощности СЭС судов различных типов.

основных режимов работы судов,

ходовой, стоянка без грузовых операций;

• стоянка с грузовыми операциями, маневренный;
• аварийный.

специальные режимы,

для промысловых — ходовой промысловый;

• для ледоколов — ход во льдах;
• для плавучих заводов — технологический режим;
• для буксиров и спасательных судов — ходовой буксировочный.

При расчете мощности судовой ЭС во всех режимах при наличии мощных потребителей следует вносить поправку. Кроме того надо учитывать потери мощности в электросетях судна, которые составляют 5%. В отдельных случаях целесообразно предусмотреть мощность на модернизацию судового оборудования.

Итоговые значения нагрузки ЭС в различных режимах служат основанием для выбора количества и мощности судовых генераторов. Суммарная расчетная мощность режима СЭС состоит из максимальной мощности стандартных ПЭЭ электроэнергии в соответствующем основном режиме и суммы добавочных мощностей, необходимых для обеспечения электроэнергией дополнительных потребителей в данном режиме судна.

2. Расчет нагрузки судовой электростанции аналитическим методом

При использовании аналитического метода средняя расчетная мощность в ходовом режиме Р _Х =18 +0,028

• N+ р* = 18+ 0,028
• 2800+99,1=195,5кВт, где N-мощность главного двигателя энергетической установки,

р*- наибольшее значение Рэп и Рбп ,

Рэпмощность эпизодических включенных потребителей,

Рбпмощность бытовых потребителей.

Примерная мощность эпизодических потребителей Рэп = Рбн +Рпн + Рон = 34+16+22=72кВт, где Рбнмощность электропривода балластного насоса,

Рпн — мощность электропривода пожарного насоса,

Рон — мощность электропривода осушительного насоса. Расчетная мощность бытовых потребителей Рб. п = Рк +Рв+Рс.к = 7+8,4+11,7=27,1кВт где Рк — мощность электрического камбуза.

Рвмощность бытовой вентиляции Рв = (0,40,8)

• ?Р _{В I} = 0,7

• 12=8,4кВт, где (0,4 0,8) — коэффициент одновременности, Р_ск — суммарная мощность установок кондиционирования воздуха Рс. к = 0,7

• ?Ркв1= 0,7
• 16=11,7 кВт где 0,7 — коэффициент одновременности.

Средняя расчетная мощность СЭС в стояночном режиме, без грузовых операций

Расчет судовой электростанции электрических сетей и судовых потребителей

... Расчет нагрузки судовой электростанции аналитическим методом. При использовании аналитического метода средняя расчетная мощность в ходовом режиме ... большом количестве ответственных потребителей и недетерминированном режиме их работы требует высокой ... судов, целесообразно обеспечение режима стоянки в порту с работой одного ДГА с высокой загрузкой. Это может повлечь дополнительное дробление мощности ...

Рст = 11+ 0,002

• Д+ Рэп = 11+0,002
• 8,0+72=99 кВт.

Стояночный режим с грузовыми операциями Рст. гр = Рст +Ргр.м = 99 5= 104кВт Мощность грузовых механизмов с зачетом одновременности их работы Ргр. м = ко

• ?Ргр.м1 = 0,5
• 10 = 5кВт где ко =(0,40,8) — коэффициент одновременности.

Средняя расчетная мощность СЭС в маневровом режиме Рм = [0,8

• (Рб.п+Ркп)+Рх]·1,05 = [0,8
• (27,1+7)+195,5]·1,05 =233,9 кВт, где Рб.

п — мощность брашпиля Ркп — мощность компрессов пускового воздуха.

Расчетная мощность СЭС при работе аварийном режиме, т. е. это мощность аварийной ЭС Ра .эс. = (0,30,35)

• Р_Х

• 1,05 = 0,30
• 195,5·1,05 = 61,6 кВт, Расчетная мощность в аварийном режиме при работе основной электростанции Рсэс = (1,3 — 1,5)
• Р_х

• 1,05 = 1,4
• 195,5
• 1,05 = 287,4 кВт.

При расчетах мощности СЭС необходимо учитывать потери мощности в электросетях судна, который составляет 5%. Целесообразно предусматривать мощности идущие на планируемую модернизацию энергетического оборудования.

Выбор количество и единичный мощности генераторных агрегатов производиться на основании расчетных данных полученных на всех эксплуатационных режимах судно с учетом требований Регистра.

3. Выбор количества и единичной мощности генераторных агрегатов СЭС

Состав генераторных агрегатов выбирают с учетом теории системотехники, исследующей взаимосвязи сложных систем, рассматривая СЭС как подсистему, входящую в состав систем СЭЭС, СЭУ и судна в целом. Принятый вариант оценивают по степени экономичности и надежности на уровне старшей системы. Основанием для выбора количества и мощности генераторных агрегатов служат расчетные значения нагрузки СЭС по режимам работы, определяемым по таблице нагрузок СЭС (см. табл.№ 1.1.).

Выбор количества и единичной мощности ГА производят, используя следующие рекомендации:

1.) По режиму минимальной нагрузки определяют единичную мощность ГА, по режиму максимальной расчетной нагрузки — общее количество, а по расчетной нагрузке остальных режимов ее разделяют по отдельным агрегатам в нескольких конкурирующих вариантах;

2.) Загрузка агрегатов в ходовых, промысловых и стояночных режимах работы судна должна составлять 70—90% номинальной с учетом резерва мощности для внедрения новых ПЭ в процессе эксплуатации судна. При работе в маневровом и аварийном режимах может снижаться:

до 50 — 60% — для дизель-генераторов, до 40 — 50% — для турбогенераторов, до любого уровня — для ВГ и утилизационных ТГ.

На каждом судне с ответственными ПЭЭ должно быть предусмотрено не менее двух генераторов и дополнительно ВГ.

ответственных

Ответственные ПЭЭ — потребители, обеспечивающие нормальные эксплуатационные условия движения и безопасность судна, а также минимально необходимые условия обитаемости на нем в ходовом, маневровом, аварийном режимах. Кроме того, оставшиеся ГА должны обеспечивать работу устройств и систем, необходимых для пуска ГД при нерабочем состоянии судна.

Суммарная мощность и мгновенная перегрузочная способность СЭС при выходе из строя любого из имеющихся ГА должны обеспечить пуск самого мощного электродвигателя с наиболее тяжелым пуском без нарушения устойчивости СЭС и других ПЭЭ.

Генераторные агрегаты должны допускать возможность работы с перегрузкой не менее 10% от номинальной мощности в течении не менее 1 часа. судовой электрический сеть генератор

7) Число типов ГА, отличающихся по конструкции и мощности, должно быть минимальным:

• в СЭС, состоящих только из ДГ или ДГ и ТГ, — не более двух;
• в СЭС, состоящих из ДГ и других типов ГА (ВГ, НГ, УТГ, ВДГ), — не более трех.

При компоновке СЭС состоящей из ДГА, целесообразен вариант их равной мощности. При использовании ТГА (в качестве ходовых) и ДГА (в качестве резервных) мощность первых больше мощности вторых, а при использовании ДГА и ВГ мощность первых меньше мощности вторых.

Один ДГА постоянно находится в резерве, а остальные агрегаты могут длительно эксплуатироваться под нагрузкой.

Ввиду высокой стоимости береговой электроэнергии в некоторых портах и отсутствия соответствующих береговых источников электроснабжения для большинства судов, целесообразно обеспечение режима стоянки в порту с работой одного ДГА с высокой загрузкой. Это может повлечь дополнительное дробление мощности СЭС, так как установка стояночного ДГА не целесообразна.

Конкурирующие варианты состава СЭС сравнивают по экономическим показателям:

• среднегодовая наработка ГА;
• среднегодовые значения приведенных и эксплуатационных затрат;
• себестоимость электроэнергии;
• срок окупаемости.

  Табл.№ 1.1.

Таблица нагрузок СЭЭС

Ходовой режим, кВт	Стояночн. режим без груз. операций. кВт	Стояночн. с груз. операц кВт	Маневр. режим кВт.	Авар. ЭС кВт	Авар. режим Основ. ЭС. кВт
195,5			233,9	61,6	287,4

После выбора генератора необходимо выбрать для нее первичные двигатели, чтобы они соответствовали основным параметрам генератора. Исходя из вышеизложенного по справочным данным выбираются генераторные агрегаты.

Выбор двигателей.

Табл.№ 1.2. Технические характеристики первичных двигателей

	Марка двигателя Марка Генератор	ММЗ Д-266.4	ММЗ Д-246.4
	Частота вращеня об/мин.
	Мощность, кВт.
	Размеры: мм.	2415×1060×1830	2600×1085×2175
	Количество, шт.

4. Расчет кабельной сети

4.1 Расчет Фидера от генератора до ГРЩ

Важнейшими критериями правильности выбора кабеля (его сечения) являются:

• температура его жил в режиме, принятом для данного кабеля за расчетный,
• величина потери напряжения в нем.

Различают следующие режимы работы кабеля:

• длительный,
• кратковременный, повторно-кратковременный, ступенчатый.

Нормы электрических нагрузок установлены для одиночно проложенного кабеля и следующих условий:

• температура окружающей среды — 45С;
• режим нагрузки длительный;
• род тока постоянный или переменный частотой 50 ГЦ;
• В зависимости от режима работы кабеля определяется значение допустимого тока с учетом поправочных коэффициентов (Kl;
• К2;
• КЗ;
• К4), значение которых указаны в (К1-табл.2.5.1.;
• К2-табл.2.5.2.;
• КЗ-табл.2.5.3.) «Справочника электротехника».

Значение коэффициента, учитывающего ухудшение условий охлаждения кабелей, заключенных в трубы или кожухи длиной более 2м:

• К4 = 0,80 — для трубы;
• К4 = 0,85 — для кожуха.

А — поправочный коэффициент, учитывающий отличие режима нагрузки кабеля от длительного табл. 2.5.4. «Справочника электротехника».

Сечение кабеля, необходимое для передачи заданного значения тока при одиночной прокладке кабеля, определяется сразу по таблицам допустимых токовых нагрузок, если режим нагрузки кабеля соответствует указанному режиму.

Расчетный ток для выбора сечения кабеля:

• для кабеля питающего двигатель переменного тока

I _расч =; I =

где Ко — коэффициент одновременности работы потребителей, питающихся от одного фидера;

• ?I сумма полных токов всех потребителей, питающихся от данного фидера;

I _зап ток запасных ответвлений.

Расчет фидеров генераторов (выбор сечения) будем вести по расчетному току, определенному по допустимому длительному

I _{расч .} =

где К1-коэффициент учитывающий число жил кабеля;

0,85-двухжильный;

0,7-трехжильный (24, «https:// «).

К2-коэффициент, учитывающий способ прокладки (при прокладке >6 кабелей в пучке равна 0,85; при прокладке <6 кабелей в пучке равна 1);

• КЗкоэффициент, учитывающий длительный режим работы;
• К4-коэффициент, учитывающий отличие температуры окружающей среды, при температуре 45 °C равна 1.

Выбор сечения кабеля производиться по таблице длительных допустимых токов нагрузки:

• Рассмотрим несколько вариантов выбора фидеров по количеству кабелей в пучке фидера. Выберем количество кабелей n = 4;
• 5;
• 6.

Рассчитаем ток в каждом кабеле в зависимости от количества кабелей в пучке По расчетному току выбираем соответствующее сечение жилы, в зависимости от количества кабелей в пучке и допустимую нагрузку

IДОП1=95(25хЗ)х4

I IДОП.2=70(16хЗ)х5

IДОП3=55(10хЗ)х6

Определим массу меди, требуемой для всех трех вариантов комплектации

m=V

• p·n, V= L
• s·n;
• где n-количество кабелей в фидере;

р=8960кг/м ³ удельная плотность меди;

• V-объем меди кабеля;

V ₁ =25

• 4·25·10^-6 =2,5

• 10^-3 м³ .

V ₂ =25

• 5·16·10^-6 =2·10^-3 m³

V ₃ =25

• 6·10·10^-6 =1,5·10^-3 m³

Где L=30m — длина фидера; s-сечение выбранного кабеля;

Масса жилы кабелей

m ₁ =8960

• 4·2,5·10^-3 =89,6 кг

m ₂ =8960

• 5·2·10^-3 =89,6 кг

m ₃ = 8960

• 6·1,5·10^-3 =80,64 кг

5. Расчет шин электрораспределительных устройств

Расчет шин ЭРУ заключается в определений наибольшего длительного тока нагрузки на шинах, выборе размеров шин исходя из допустимого тока и в проверки выбранных шин на динамическую и термическую стойкость, а также на возможность появления механического резонанса.

Наибольший ток определяют на оснований схемы фактического подключения приемников и генераторов к шинам ГРЩ (рис.1).

В этом случае учитывают коэффициенты загрузки приемников, коэффициенты одновременности их работы и выбирают наиболее тяжелый режим работы. Для электростанций малой мощности, имеющие короткие шины ГРЩ, их можно выбирать по номинальному току генератора.

Таблица 7.

Ширина большей стороны, мм	Ток, А, при ширине меньшей стороны шины, мм
							——;	——;

Шины можно подобрать и по таблице 7, в которой проведена допустимая нагрузка для неизолированных медных шин, составленная для температуры окружающая среда 40 ^о С. Предельно допустимая температура для шин установлена 90^о С. Поэтому при температуре окружающей среды 65^о С, отличной от 40^о С, допустимый ток:

Проверка шин на динамическую стойкость при КЗ сводится к проверке их механической прочности. При этом применяют следующие допущения: шина рассматривается как многопролетная балка (рис.3), равномерно нагруженная силами F1-F4, жестко закрепленная на одной, обычно средней, опоре (2 или 3) и свободно лежащей на других опорах (1 и 4).

Так как число опор равно 2, то n=4 наибольший изгибающий момент определяется по формуле:

Где

f=2720Н/м — удельная линейная плотность нагрузки от взаимодействия токов в шинах, Н/м;

• l=0.2м — длина пролета между опорами, м. Тогда При переменном токе (для шины фазы В):

Где к _ф =0.1 — коэффициент формы, учитывающий размеры шин;

• а=20мм=0.02м — расстояние между центрами шин;

i _укз =40кА=40 000А — ударный тока при трехфазном КЗ.

Расположение прямоугольных шин определяется по формуле:

Где щ _х — момент сопротивления шины относительно оси х;

• высота шины; b=4мм=0.004м — толщина шины.

Максимальное напряжение в материале шины:

Полученный расчет значений напряжения не должно превышать допускаемое, т. е. у_расч ?у_доп . Возьмем у_доп для меди 140 МПа. 83МПа?140МПа.

6. Расчет силовой и осветительной системы

Порядок расчета:

• Определим рабочий ток кабеля где з — КПД потребителя
• Определим расчетный ток кабеля с учетом поправочных коэффициентов

1) Расчет кабеля от РЩ № 3 до М1 (АО2−61−4ОМ2)

2) Расчет кабеля от РЩ № 3 до М2 (АО2−62−4ОМ2).

3) Расчет кабеля от РЩ № 3 до М3 (АО2−71−4ОМ2)

4) Расчет кабеля от РЩ № 3 до М4 (АО2−72−4ОМ2)

5) Расчет кабеля от РЩ № 3 до М5 (АО2−81−4ОМ2)

6) Расчет кабеля от РЩ № 3 до М6 (АО2−82−4ОМ2)

Рассчитаем кабели фидеров сети освещений. Для питания щита напряжением 230 В используются трансформатор ТСЗМ-40. (S= 40кВА)

1) Расчет кабеля от ГРЩ до ТСЗМ-40.

S = 40kBA з = 96,5% L = 15.

2) Расчет кабеля от EL1 до EL2 1=5м

3) Расчет кабеля от ЩО N13 до EL1: Р=2×500=1000кВт. 1=5.

4) Расчет кабеля от ГРЩО N3 до РЩ N3. 1=40м.

Iраб=(Iм2+Iм3+Iм4+Iм5+Iм6)

• Кодн=1 (108,25+54,13+39,7+54,13+27,06)=283,27А Кодн.=1
• коэффициент одновременности Все кабели выбранного сечения марки КНР.

Рассчитанные выше потери напряжения силовой и осветительной сети распределения удовлетворяют Правилам Регистра: для силовой сети ДU<6%, для сети освещения ДU<5%, значит выбор кабелей и расчет верен.

7. Устройств разгрузки генераторов (У Р Г)

Устройство осуществимей автоматическое отключение части потребителей электроэнергии при перегрузке генераторного агрегата, и рассчитано для работы по активному и полному току.

Подключения УРГ к генератору осуществляется через измерительный трансформатор напряжения, со вторичным U=127B, 50Гц и трансформатор тока, с током во вторичной обмотке I=5 А.

Установка срабатывания регулируется:

• по активному току 2,4 — 4А;
• по полному току 3 — 5 А;
• Схема устройства обеспечивает при последовательности ступени срабатывания с выдержкой времени от 4 до 8 с.

8. Выбор коммутационно-защитной аппаратуры и расчет установок

Аппараты защиты выбирают по номинальному напряжению и конструктивному исполнению.

По номинальному напряжению аппараты защиты выбирают исходя из условий

u _уст.н ап.н

Где u _уст.н — номинальное напряжение установки.

u _ап.н -номинальное напряжение аппарата.

По номинальному току аппарата выбирают исходя из условия

Iн.мах? Iaп. ном Iпмахмаксимальный ток нагрузки (длительный),

Iап.номноминальный ток аппарата.

По конструктивному исполнению аппарата выбирают так, чтобы они могли надежно работать в специфических условиях данной энергетической установки. Выбор аппаратов защиты АВ, для фрагмента СЭЭС производим по условию:

• Iн.р?I ф, Где Iн. р номинальный ток расцепителя;
• Iф — номинальный ток фидера потребителя.

8.1 В качестве генераторных автоматов выбираем автоматы типа АМ-БМ

1. В качестве QF1, QF2 выбираем автоматы типа: АМ8-М. Номинальный ток выключателя: I ав. ном ⁼ 400A.

Номинальный ток расцепителя: I _нр =800А.

Допустимый ударный ток к.з.: I=50 000А

Коэффициент установки: к _уст =2

Время срабатывания: t = 0,38с

2. В качестве QF3 выбираем автоматы АМ8П. Номинальный ток выключателя I _тми =60А. Номинальный ток расцепителя I_н ._р =300А Допустимый ударный ток к.з. I_уд =000A Коэффициент установки к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,38с

8.2 В качестве автоматов для потребителей выбираем АВ А3000

1. Автомат QF4, так как они номинирует ДПТ управляемый резисторным приводом, то пусковой ток примем равным номинальному Iном. м = 200А Установка по току срабатывания выключатель фидеров питания определяется из условия отстройки срабатываний в режиме пуска Выберем автомат типа A3120:

Номинальный ток выключателя: I _ном = 50А;

• Номинальный ток расцепителя: Iн. р=200А;
• Допустимый ударный ток к.з.: Iуд=18 000А;

Коэффициент установки: к _уст =2;

• Время срабатывания: t=015с.

2. Автомат QF5 типа A3110: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=100А. Номинальный ток расцепителя Iн.р.=100А; Допустимый ударный ток к.з.: Iуд =10 000А; Коэффициент установки: к _уст. =2; Время срабатывания: t = 0,15с

3. Автомат QF6 типа A3110:

• Номинальный ток выключателя Iав. ном=100А;
• Нормальный ток расцепителя: Iн.р.=100A;

• Допустимый ударный ток к.з. Iуд. =10 000А ;

Коэффициент установки: к _уст. =2;

• Время срабатывания: t= 0,15с.

4. Автомат QF7 типа А3110P:

• Номинальный ток выключателя Iав. ном=60А;

Номинальный ток расцепителя I _нр =60А;

• Допустимый ударный ток к.з.: I уд.= 11 000А;

Коэффициент установки: к _уст =2;

• Время срабатывания: t = 0.38

5. Автомат QF8 типа А3110: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=100А. Номинальный ток расцепителя: Iн. р=100А Допустимый ударный ток к.з.: I _уд = 10 000А Коэффициент установки: к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,15с

6. Автомат QF9 типа А3110: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=100А. Номинальный ток расцепителя: Iн. р=100А Допустимый ударный ток к.з.: I _уд = 10 000А Коэффициент установки: к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,15с

7. Автомат QF10 типа А3110: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=100А. Номинальный ток расцепителя: Iн. р=100А Допустимый ударный ток к.з.: I _уд = 10 000А Коэффициент установки: к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,15с

8. Автомат QF11 типа А3110P: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=60А. Номинальный ток расцепителя: Iн. р=60А Допустимый ударный ток к.з.: I _уд = 11 000А Коэффициент установки: к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,38с

9. Автомат QF12 типа А3110P: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=50А. Номинальный ток расцепителя: Iн. р=50А Допустимый ударный ток к.з.: I _уд = 10 000А Коэффициент установки: к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,38с

10.Автомат QF13 типа А3110P: Номинальный ток выключателя: Iав. ном=60А. Номинальный ток расцепителя: Iн. р=60А Допустимый ударный ток к.з.: I _уд = 11 000А Коэффициент установки: к_уст =2

Время срабатывания: t = 0,38с

9. Расчет провалов напряжения на клеммах АД

Правилами Регистра допускаемый провал напряжения на клеммах АД до 25% при его пуске. Падение напряжение на фидере составляет 6,5 Iн, поэтому падение напряжение в фидере составит ДU _ад =0,6

• 6,5 = 3,95В

Падение напряжение в фидере РЩ составляет 1,32 В в номинальном режиме.

При пуске оно составляет

UРЩ=6,5

• 1,32=8,58 В На обоих фидерах ДU _? =ДUад +ДUPЩ = 3,9+8,58 = 12,48 В, что составляет 3,12%.

На генераторе провал напряжения 4,5%.

Провал напряжения на клеммах АД

3,12%+4,5%=7,62%,

что соответствует Требованиям Регистра.

Заключение

В данном курсовом проекте мы ознакомились с требованиями Морского Регистра к САЭЭС. Выбрали количество и мощности генераторных агрегатов. Выполнили расчет фидеров от генераторов до ГРЩ. Сделали расчет шин ГРЩ. Рассчитали и выбрали кабели фидеров силовой и осветительной сети. Выбрали коммутационно-защитную аппаратуру и выполнили расчет установок. Рассчитали провал напряжения при пуске асинхронного двигателя. Произвели расчет провала напряжения на клеймах асинхронного двигателя. Выбрали устройство разгрузки генераторов.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/sudovaya-elektrostantsiya/

Правила Речного Регистра России (в 4-х томах) том З/Речной Регистр России. — Транспорт.2003

Генераторы трёхфазного переменного тока типа МСК. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ОБН.460.071 ТО.

Методика расчёта и выбора защиты судовых электроэнергетических систем переменного тока от коротких замыканий, перегрузок и других ненормальных режимов. PC — 674 — 66.

Правила техники безопасности и промышленной санитарии для судостроительных работ — М.: Транспорт, 1987, — 320 с.

Методика расчёта надёжности простых систем автоматики и электрооборудования простых судов. РТМ 50 — 62 — 71

В. А. Автоматизированные, В. Н. Системы, Г. И. Китаенко, Вагнерубов А. М., Н. И. Справочник

11. П. Дьяконов В., Круглое В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. — СПб; Питер, 2002. — 448 с

Минэнерго РФ, Белоруссов Н. И.