Проектирование судовой электрической станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование судовой электрической станции

1. Выбор рода тока, величин основного напряжения и частоты для заданного проекта судна

На судах речного флота РФ разрешается применять как постоянный, так и переменный ток, поэтому род тока в общем случае следует выбирать на основе технико-экономических сравнений различных вариантов. Решающим фактором для выбора рода тока являются требования, предъявляемые судовыми приемниками электроэнергии: электроприводами, электронагревательными приборами, электроосвещением, приборами управления и т.д.

Род тока СЭС определяется родом тока подавляющего большинства приемников. Немногие приемники другого рода тока в этом случае будут получать питание через преобразователи. Для электронагревателей и освещения с использованием ламп накаливания род тока не имеет значения. Для работы приборов управления судном - машинных и рулевых указателей, использующих сельсины - необходим переменный ток. Его также удобнее использовать для питания радиостанции и радионавигационных приборов. Электродвигатели постоянного тока с асинхронными электродвигателями при одном и том же токе развивают большой пусковой момент, и позволяет более простыми способами регулировать частоту вращения. Эти двигатели обычно используют для привода механизмов с частыми пусками при большом начальном сопротивлении. В этом случае основное число электродвигателей на судне составляют двигатели постоянного тока. Постоянный ток имеет не только положительные качества, но и свои недостатки. В условиях влажности постоянный ток снижает качество электроизоляции. В сетях, где протекает постоянный ток, появляются блуждающие токи и токи утечки, предвещающие коррозию.

При переменном токе полную характеристику рода тока определяют по его частоте, а иногда и по форме кривой напряжения. Помимо этого необходимо знать систему напряжения на выводах источников электроэнергии.

В настоящее время на судах речного флота используется в основном переменный ток, частотой 50 Гц, это позволяет унифицировать оборудование. На скоростных судах широко применяется постоянный ток, но использование переменного тока с частотой 400 Гц, весьма перспективно, т.к. позволяет уменьшить габаритные размеры и массу электрооборудования и стоит дешевле, а это важно для судов на подводных крыльях и воздушной подушке.

Что касается формы и кривой напряжения, то судовые источники электроэнергии обычно вырабатывают ее при синусоидальном напряжении. Однако на выводах некоторых тиристорных преобразователей напряжение может быть и другой формы, например прямоугольной.

Переменный ток на СЭЭС можно получить при однофазной и многофазной системах напряжения. Многофазная система по сравнению с однофазной имеет преимущество, что позволяет получить вращающееся магнитное поле, положенное в основу работы асинхронных электродвигателей. На речных судах, также как и в промышленности, применяются трехфазные симметричные системы синусоидальных напряжений.

Номинальное напряжение на выводах источников электроэнергии предназначено для питания судовой сети, не должно превышать следующие значения: 0,4 кВ (400В) - при трехфазной системе переменного тока; 0,23 кВ (230В) - при однофазной системе переменного тока; 230В - при постоянном токе. На некоторых специальных судах и судах технического флота для электроприводов большой мощности допускается применение трехфазной системы напряжения до 10 кВ.

Напряжение до 1000В практически не оказывает влияния на габаритные размеры: массу, стоимость и КПД источников и приемников электроэнергии. В этом легко убедиться на примере трансформаторов, у которых при переводе на другое напряжение магнитная система не меняется, изменяется число витков и площадь поперечного сечения проводников. При этом переходе на более высокое напряжение число витков нужно увеличить пропорционально росту напряжения, площадь поперечного сечения проводников, обмотку уменьшать (для сохранения плотности тока) в том же отношении. Это приведет к тому, что объем и масса материала проводника при изменении напряжения практически не меняется, также не изменится толщина изоляционных материалов. Большое влияние значение напряжения оказывает на судовую кабельную сеть, ее массу, стоимость. Масса и стоимость судовой кабельной сети находится в прямой зависимости от площади поперечного сечения их токопроводящих жил. А площадь поперечного сечения зависит от тока, который необходимо передать по кабелю. Эта зависимость нелинейная, т.к. площадь поперечного сечения растет быстрее, чем ток, из-за необходимости снижения плотности тока в жиле по условию охлаждения. Ток кабеля при измененной передаваемой мощности обратно пропорционален напряжению. При малой мощности СЭЭС существенную роль играют различного рода ограничения, например, максимально допустимая площадь поперечного сечения жилы кабеля по условию механической прочности, дискретность стандартных значений площадей и т.д. Габаритные размеры, масса и стоимость электрической аппаратуры также зависят от напряжения. Особенно это при уравнении аппаратуры, выпускаемой на напряжение 24В и свыше 24В до 400В. Аппаратура, рассчитанная на 24В, имеет меньшие габаритные размеры, из-за значительно меньших зазоров между контактами. Однако в ряде случаев при применении более высокого напряжения удается использовать аппаратуру, которая рассчитана на маленький ток. Таким образом, основным параметром выбора напряжения является масса кабельной сети, однако в некоторых случаях значения напряжения определяются и другими критериями, например, при постоянном питании с берега, напряжением береговых установок и т.д. Руководящий технический материал (РТМ) рекомендует для СЭЭС речных судов следующие значения напряжения. Для силовых приемников: 220 (230) В. Для основного освещения: переменного тока 12В, постоянного тока 24В. Для переменного освещения: РТМ требует сети освещения отделить от силовой сети трансформаторами.

В своем курсовом проекте я выбираю переменный ток из-за того, что СЭЭС дает возможность: преобразовать напряжение с помощью трансформаторов, разделять СЭЭС с помощью трансформаторов на отдельные электрические не связанные друг с другом части силовой и осветительной сети, получать электроэнергию от береговой сети без преобразователей, повысить уровень унификации судового электрооборудования с электрооборудованием общего применения.

2. Выбор количества, типов и параметров основных и стояночного генератора. Режимы работы основных генераторов. Проверка загруженности основных генераторов по режимам. Устройство и принцип действия выбранных генераторов

Для определения мощности и числа генераторов судовой электростанции необходимо рассчитать суммарные мощности, потребляемые потребителями электростанции в следующих режимах работы:

ходовом;

стоянке без грузовых операций, производимых судовыми средствами;

стоянка с выполнением грузовых операций;

маневренном;

аварийном.

Режимы необходимы для выбора количества и мощности генераторов судовой электростанции только с точки зрения безопасности мореплавания.

Исходными данными для табличного метода является перечень потребителей энергии судовой электростанции, подразделяемых на следующие основные группы:

палубные механизмы;

механизмы машинно-котельного отделения;

механизмы систем и устройств;

радиооборудование и навигационные приборы;

судовое освещение;

бытовые механизмы;

механизмы холодильной установки;

прочие потребители.

Нагрузка судовой электростанции зависит от мощности и числа одновременно включенных приемников электроэнергии, от степени их загрузки и режимов работы судна.

Существует два метода расчета мощности СЭЭС - аналитический и табличный. В моем курсовом проекте используется табличный метод. Строится таблица нагрузок, в которую вносятся все потребители, их номинальные данные и на основании этой таблицы выбирается число и мощность генераторов.

Для того чтобы рассчитать таблицу нагрузок берем потребители, по данным из справочника выбираем тип электродвигателя определенного потребителя, выписываем его данные - номинальную мощность (Р_н); КПД (з), cosц_н. далее,

Определяем коэффициент одновременности:

k_o = ;

Определяем коэффициент использования:

.

Обычно коэффициент использования меньше единицы, т.к. двигатель выбирают с некоторым запасом.

Определяем активную мощность электродвигателя:

Определяем реактивную мощность электродвигателя

Определяем коэффициент загрузки

Определяем мощность для каждого режима работы судна P_реж и Q_реж

Определяем суммарную мощность потребителей работающих постоянно, периодически и эпизодически ?Р_пост; ?Р_пер; ?Р_эл.; ?Q_пост; ?Q_пер; ?Q_эл

Определяем эти же суммарные мощности с учетом общего коэффициента одновременности

; ; ;

; ; ;

Находим общие мощности, потребляемые всеми приемниками электроэнергии в данном режиме работы судна

Находим мощность СЭЭС для данного режима работы судна

(кВт)

(кВар)

Коэффициент - 1,05 учитывает 5% потери мощности в судовой сети.

Определяем полную мощность:

И так для каждого режима работы судна.

По техническому условию у нас уже есть данные нагрузок при разных режимах работы судна (стоянка на якоре - 34,2 кВт, съемка с якоря - 84 кВт, ходовой режим - 33 кВт, аварийный ходовой - 80,5 кВт). Выбирая источники или преобразователи электроэнергии, необходимо иметь в виду, что если средневзвешенный коэффициент мощности, полученный в результате расчета, оказался меньше номинального коэффициента мощности генератора, то генераторы следует выбирать по полной мощности, т.е. если cosц_н>cosц_ср.взв., ?S_ном>S_об, если же cosц_ср.взв> cosц_н, то генераторы следует выбирать по активной мощности ?Р_н>Р_об.

При выборе числа и мощности генераторных агрегатов необходимо учитывать следующие рекомендации Регистра:

Генераторы должны быть однотипными;

Коэффициент загрузки генераторов для самого загруженного режима не должен превышать значения 0,85;

Увеличение количества генераторов за счет улучшенного их использования по мощности не желательно. Оптимальное количество три. Общее количество генераторных агрегатов установленных на судне должно быть равно n=n_мах+1 (один резервный).

Руководствуясь правилами речного регистра необходимо выполнить ряд требований, а именно, на каждом судне должно быть предусмотрено не менее двух основных источников питания электроэнергией.

Мощность основных источников должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся могли обеспечить нормальный ходовой и аварийный режимы работы судна.

Для данного судна я выбираю (Справочник судового электротехника Том 2 под редакцией Г.И. Китаенко стр. 18) три основных генератора типа МСС 83-4 и один МСС 83-4 на АДГ (предусмотрена параллельная работа основных генераторов).

Характеристики генератора МСС 83-4: Мощность - 50кВт, частота вращения - 1500 об/мин, КПД ?=88,5%, cosц=0,8

Проверим загруженность основных генераторов по режимам по формуле

Если К_з = (60 - 90)%, то загрузка генераторов будет нормальной, генераторы работают экономично. При К_з < 60% резко уменьшается КПД генератора и получиться значительный расход топлива.

Стоянка на якоре (работает 1 генератор)

К_з=34,2/50*100%=68,4%

Съемка с якоря (работает 2 генератора в параллели)

К_з=84/100*100%=84%

Ходовой режим (работает 1 генератор)

К_з=33/50*100%=66%

Аварийный ходовой (работает 2 генератора в параллели)

К_з=80,5/100*100%=80,5%

Из расчетов видно, что выбранные генераторы будут работать в нормальном, экономичном режиме.

Характеристики СГ. Основными характеристиками СГ принято считать внешние и регулировочные. Внешняя характеристика - это зависимость напряжения на выводах обмотки статора генератора от тока нагрузки при номинальной частоте вращения и постоянных значениях тока возбуждения и

коэффициента мощности, т.е. U(I) при п = n_ном = const, /_в = const, cos ф = const (рис. а). Наклон внешней характеристики, или статизм (%), определяется изменением напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальному:

где U_xx и U_ном - напряжения соответственно холостого хода и номинального. При активной нагрузке (см. рис. а, кривая 1) увеличение тока нагрузки от / = 0 до / = /_ном приводит к уменьшению напряжения, что объясняется увеличением падения напряжения в обмотке статора и усилением размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси. При активно-индуктивной нагрузке (см. рис. а, кривая 2) уменьшение напряжения при набросе нагрузки наблюдается в большей степени, так как с увеличением тока усиливается размагничивающее действие реакции якоря по продольной оси. В случае активно-емкостной нагрузки (см. рис. а, кривая 3) увеличение тока вызывает увеличение напряжения вследствие усиления подмагничивающего действия продольной составляющей реакции якоря.

Из сравнения проведенных внешних характеристик следует, что напряжение СГ зависит не только от значения, но и от характера тока нагрузки. Изменение напряжения U при переходе от режима холостого хода к номинальному положительно при активной и индуктивной нагрузках и отрицательно при емкостной.

Для равномерного распределения реактивной нагрузки при параллельной работе СГ необходимо иметь возможность изменять наклон характеристик и перемещать их параллельно самим себе. Наклон внешней характеристики устанавливается в процессе настройки АРН и при работе не изменяется. Параллельное перемещение характеристики обеспечивается установлением нового фиксированного значения тока возбуждения I_в при помощи реостата возбуждения при ручном регулировании или автоматического регулятора напряжения. При увеличении тока возбуждения внешняя характеристика перемещается вверх, при уменьшении - вниз.

стояночный автомат генератор контакт

3. Расчет и выбор генераторных автоматов и контакторов. Виды защит генераторов и устройства, выполняющие эти защиты

Требования, предъявляемые к защите.

· Селективность (избирательность) защиты.

Защита должна отключать только повреждённый участок сети или эл. машину, а всю остальную схему, оставить в рабочем состоянии. Тем самым обеспечивается надёжность эл. снабжения. Селективность защиты в сочетании с резервированием генераторов и других элементов схемы, в принципе, исключает повреждение эл. снабжения.

· Быстрота действия защиты.

Она повышает устойчивость СЭС. Сохраняет работоспособность приёмников эл. энергии при кратковременных понижениях напряжения. Уменьшаются повреждения при К.З. (деформация шин в ГРЩ, деформация обмоток в генераторе и т.д.)

· Надежность защиты.

Защита срабатывает редко, однако вероятность срабатывания должна быть близка к 100%. Для этого конструкция защиты должна быть максимально простой, а так же целесообразно резервирование некоторых участков.

Для надёжности срабатывания требуется периодический контроль её работоспособности.

· 4. Чувствительность защиты.

Она характеризуется коэффициентом чувствительности: К = Iк/Iсз, где Iсз-ток срабатывания защиты; Iк - первичный ток К.З. Этот коэффициент характеризует динамические качества защиты.

Устройства плавких вставок.

Плавкие вставки изготовляют из нержавеющих материалов, чтобы при коррозии их сечение, следовательно, и сопротивление, не изменялись.

Конструкция НПН и ПН-2 одинаковая, только у ПН-2 корпус не керамический, а стеклянный. Плавкая вставка специальной конструкции из очень тонких проводников; за счет этого время срабатывания уменьшается в 10-12 раз. Применяются ПНБ-2 для защиты преобразователей (VS, VD, VT). У быстродействующих плавких вставок с взрывным патроном tсраб.= 0,03 мс. Существуют также предохранители для защиты А.Д. с большими пусковыми токами. Для защиты А.Д. применяются так называемые инерционные предохранители (устанавливаются на щитке вблизи самого А.Д.).

Температура размягчения припоя 60-70 С задержка 15-20 сек., т.е. если не состоялся пуск и ток остаётся на уровне пускового (обрыв фазы, заклинивание механизма). Тепловая волна достигает место припоя, пружина отдёргивает неподвижный контакт и двигатель отключается от сети.

В случае К.З. фазы на корпус или междуфазного замыкания ток превышает пусковой (I = 8-10 Iн), при этом перегорает тонкая часть плавкой вставки. При перегрузке двигателя также перегорает плавкая вставка (через 15-20 мин). Преимуществом плавких вставок является простота обслуживания.

Недостатки:

1. Невозможность использования предохранителей в качестве коммутационных аппаратов.

2. Невозможность отключения сразу 3-х фаз при аварии.

3. Неудовлетворительная защита потребителей (двигателей) при малых перегрузках.

4. Зависимость температуры плавления вставки от окружающей среды.

Плавкие вставки применяются на судах, как правило только для защиты осветительных сетей.

Автоматические выключатели.

Для автоматического отключения одновременно 3-х фаз при превышении тока в любой фазе и нечастых коммутаций силовой сети. Следующие типы АВ применяются на судах: А - 3100; АК; А - 3300; АМ; А - 3700; АП; АС и др. Независимо от типа АВ, все они имеют:

1. контактную систему;

2. дугогасительное устройство;

3. механизм свободного расцепления;

4. автоматическое расцепляющее устройство.

Контактная система АВ состоит из следующих контактов.

1. Главные контакты - несут основную токовую нагрузку.

2. Предварительные контакты.

3. Дугогасительные контакты.

При замыкании контактов вначале срабатывают (2), которые принимают на себя бросок тока и дугу при включении. Затем замыкаются главные контакты (1). При отключении сначала размыкаются (1), ток переходит на (2), а затем на (3). Это сделано для защиты главных контактов от обгорания (эл. дуга). Дугогасительное устройство: индуктивность, находящаяся в цепи, возникает Е самоиндукции, которая в несколько раз превышает Uпит. Дуга, возникающая в АВ, гасится следующим образом в дугогасительной камере (ДК): ответное магнитное поле от токов Фуко втягивает её в ДК разрезая при этом её на части. У каждого АВ своя конструкция ДК.

Автоматическое расцепляющее устройство может срабатывать от различных факторов:

1. Превышение или снижение напряжения.

2. Токовая перегрузка.

3. Сверхтоки при КЗ (5-10,12?Iн)

4. Обратная мощность.

Автоматические включающие устройства.

Это различного рода реле. Каждый автоматический судовой выключатель имеет моторный привод.

4. Причины изменения напряжения генераторов при изменении нагрузки. Выбор АРН, его электрическая схема и принцип действия

Холостой ход. Э. д. с, индуцированная в каждой фазе обмотки якоря синхронного генератора, при холостом ходе

E₀ = c_EФ_вn

c_E - постоянная величина, зависящая от конструкции машины (числа витков обмотки якоря, числа полюсов и др.);

Ф_в - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
Регулирование напряжения и частоты. Из формулы следует, что регулировать э. д. с. (напряжение генератора) можно двумя способами: изменением частоты вращения n или изменением магнитного потока возбуждения Ф_в. Для изменения потока возбуждения в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат или автоматически действующий регулятор напряжения, которые позволяют изменить ток возбуждения, поступающий в эту обмотку, а следовательно, и создаваемый ею поток. Регуляторы напряжения широко применяют для регулирования возбуждения генераторов, работающих при переменной частоте вращения,

т.е. генераторов, приводимых во вращение от дизеля. При изменении частоты вращения n и нагрузки машины они автоматически изменяют ток возбуждения I_в, т.е. поток Ф_в, так, чтобы напряжение генератора было стабильным или изменялось по заданному закону. Регулирование частоты f₁ осуществляется изменением частоты вращения ротора.

Работа машины при нагрузке. При увеличении нагрузки синхронного генератора напряжение его изменяется. Это изменение происходит по двум причинам. При протекании тока нагрузки по обмотке якоря создается так же, как и в асинхронной машине, вращающееся магнитное поле, т.е. свой магнитный поток якоря Ф_я. Поток якоря Ф_я и поток возбуждения Ф_в вращаются с одинаковой частотой и создают, следовательно, некоторый результирующий поток Ф_рез = Ф_я+Ф_в. В результате э. д. с. машины Е = с_ЕФ_резn, т.е. будет отличаться от э. д. с. Е₀ при холостом ходе.

Воздействие потока якоря на результирующий поток синхронной машины называется реакцией якоря. Так как под действием реакции якоря изменяется результирующий поток в машине, то и напряжение генератора будет зависеть от тока, проходящего по обмотке якоря, и его сдвига фаз относительно напряжения.

Когда ток в обмотке якоря совпадает по фазе с э. д. с. холостого хода Е₀ (см. рис. а), поток Ф_я действует по поперечной оси машины q - q; он размагничивает одну половину каждого полюса и под-магничивает другую. Результирующий поток Ф_рез в этом случае из-за насыщения магнитной цепи машины несколько уменьшается по сравнению с Ф_в.

В случае когда ток в обмотке якоря отстает от Е₀ на 90° (см. рис. б), поток якоря Ф_я действует по продольной оси машины против Ф_в, т.е. уменьшает результирующий поток (размагничивает машину); если ток в обмотке якоря опережает Е₀ на 90° (см. рис. в), поток Ф_я совпадает по направлению с Ф_в, т.е. увеличивает поток Фрез (подмагничивает машину). Если ток якоря отстает или опережает э. д. с. Е₀ на угол, меньший 90°, то это можно рассматривать как сочетание рассмотренных случаев. В общем случае если ток якоря отстает от напряжения, то реакция якоря действует размагничивающим образом. Она уменьшает результирующий поток и напряжение генератора. Когда ток опережает напряжение, то реакция якоря увеличивает результирующий поток и напряжение генератора.

Второй причиной изменения напряжения генератора при его нагрузке являются внутренние падения напряжения в обмотке якоря - активное и реактивное. Эти падения напряжения возникают в синхронной машине по тем же причинам, что и в асинхронном двигателе и трансформаторе.

Отдаваемая генератором мощность при одних и тех же значениях тока зависит от коэффициента мощности cosц, при котором работает генератор, т.е. от характера его нагрузки. Однако проводники генератора рассчитываются на определенный ток, а его изоляция и магнитная система - на определенное напряжение и магнитный поток независимо от cosц нагрузки. По этой причине номинальной мощностью генератора считается его полная мощность S в киловольт-амперах (кВ*А), на которую рассчитана машина по условиям нагревания и длительной безаварийной работы. Регулировать активную мощность синхронного генератора при работе его на какую-либо нагрузку можно путем изменения сопротивления нагрузки или напряжения машины.

Так, как мы выбрали генераторы типа МСС, то для них уже существует схема СВАРН (система возбуждения и автоматического регулирования напряжения).

Система показала себя надежной в эксплуатации. Основные элементы, входящие в систему: синхронный генератор G; трансформатор компаундирования ТК; блок силовых выпрямителей UZ1 (включен на напряжение суммирующей обмотки w_c и подает питание на обмотку ОВГ); генератор начального возбуждения ГНВ с выпрямителем UZ2; управляемый дроссель с рабочими обмотками w_n и обмоткой управления w_y; компенсатор реактивной мощности (ТА, R3) с выключателем SA; резистор термокомпенсации RK; автоматический выключатель QF генератора; выключатель тока возбуждения QS; дополнительные резисторы Rl, R2, R3.

Вторичная обмотка iv трансформатора компаундирования и выпрямитель UZ3 образуют цепь питания обмотки управления дросселя насыщения. Все 3-фазные обмотки ТК расположены на 3-стержневом магнитопроводе. У стержня, на котором расположена обмотка wH, установлен магнитный шунт, который увеличивает индуктивное сопротивление этих обмоток. Векторы тока и магнитного потока Фн обмоток wH отстают от вектора напряжения на угол примерно 90°.

В режиме начального возбуждения генератора ГНВ через выпрямитель UZ2 обеспечивается устойчивое начальное возбуждение. В номинальном режиме работы СГ большее напряжение на выходе выпрямителя UZ1 запирает выпрямитель UZ2 и ГНВ оказывается отключенным. Часть энергии суммирующих обмоток w_c поступает в рабочие обмотгиwp управляемого дросселя. При увеличении тока в обмотке управления w сердечник дросселя подмагничивается, поэтому индуктивное (полное) сопротивление обмоток w_p уменьшается. Увеличивается ток в этих обмотках (ток отбора), а значение тока в ОВГ и напряжение генератора уменьшаются. Через управляемый дроссель происходит регулирование ЭДС генератора по напряжению и изменению температуры (температурная компенсация), а также распределение реактивных нагрузок при параллельной работе СГ. При уменьшении напряжения СГ уменьшается напряжение на обмотках w и выпрямителе UZ3. Уменьшению тока в обмотке w_y будет соответствовать размагничивание магнитопровода дросселя и уменьшение тока в обмотках w_Ј. Следовательно, ток выпрямителя UZ1 увеличится и напряжение СГ будет увеличено до стабилизируемого значения. При нагреве СГ падение напряжения на его обмотках увеличивается и при неизменной ЭДС генератора напряжение уменьшится. При нагреве сопротивление резистора RK, встроенного в корпус СГ, увеличится, ток в обмотках w_y уменьшится, индуктивное сопротивление обмоток w_p увеличится, что приведет к увеличению тока возбуждения и напряжения СГ. При одиночной работе генератора выключатель SA замкнут и ЭДС трансформатора тока ТА не влияет на работу регулятора. При параллельной работе СГ выключатель SA разомкнут и ЭДС трансформатора ТА создает ток через резистор R3, на нем возникает падение напряжения U_R3. На выпрямитель UZ3 поступает напряжение управления U_y = U_CB + U_R3.

5. Общие принципы параллельной работы СГ. Обоснование необходимости и последовательность выполнения точной синхронизации и распределения нагрузки

Под параллельной работой понимают работу двух или более генераторов на общую сеть. Необходимость в параллельной работе может возникнуть в следующих случаях:

· если мощность одного генератора недостаточна для обеспечения заданного эксплуатационного режима работы судна;

· при проходе узкостей, когда включение резервного генератора повышает живучесть СЭС и безопасность плавания;

· при переводе нагрузки с одного генератора на другой с целью остановки одного из генераторных агрегатов для ТО, ремонта и др.

В настоящее время параллельная работа генераторов является основным режимом работы СЭС.

Отметим основные особенности параллельной работы генераторов:

· обеспечивается бесперебойность в снабжении электроэнергией приемников путем включения резервного генератора взамен вышедшего из строя;

· достигается наиболее полная загрузка генераторов путем своевременного отключения одного или нескольких из них при уменьшении общей нагрузки СЭС;

· увеличиваются токи КЗ, в связи с чем повышаются требования к электродинамической и термической устойчивости коммутационно - защитной аппаратуры;

· усложняется система управления СЭС вследствие применения узлов синхронизации, распределения активных и реактивных нагрузок, защиты от перехода СГ в двигательный режим и др.

Регистр СССР предъявляет следующие требования к генераторам, предназначенным для параллельной работы:

· отношение номинальных мощностей генераторов не должно превышать 3:1 (в противном случае параллельная работа генераторов будет неустойчивой);

· степень неравномерности активных и реактивных нагрузок генераторов не должна превышать 10% номинальных активной и реактивной мощностей меньшего из параллельно работающих генераторов.

Пропорциональное распределение активной нагрузки параллельно работающих генераторов обеспечивается применением функционально специализированных устройств распределения мощности (например, типа УРМ в системе «Ижора») или регуляторами частоты вращения ПД, а реактивной нагрузки - системами самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения совместно с устройствами статизма и уравнительными связями.

Условия синхронизации.

Подготовка СГ к включению на параллельную работу и сам процесс включения называются синхронизацией. Перед включением СГ на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия синхронизации:

1. Равенство напряжения U сети и ЭДС Ј_г подключаемого генератора,

т.е. | Ј/J = |Ј_г|;

2. Совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений обоих генераторов, или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т.е. ф = 0°;

3. Одинаковый порядок чередования фаз 3-фазных генераторов, т.е. А_с-В_с-С_с и А_г-В_г-С_г.

Если все условия синхронизации выполнены (метод точной синхронизации), то включение генератора на шины ГРЩ будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода.

6. Выбор видов и количества секций ГРЩ. Расчет и выбор сборных шин. Выбор электроизмерительных приборов ГРЩ. Структурная схема ГРЩ

Судовые электрораспределительные щиты - это электроустановки для приема и распределения электроэнергии на судне. Их классифицируют на следующие типы: по уровням распределения электроэнергии и основным функциям - первичные, распределяющие электроэнергию источников по всему судну; вторичные, распределяющие принимаемую от первичных щитов электроэнергию между отдельными ПЭ или их группами, и специальные, имеющие индивидуальное назначение; по конструктивному исполнению - каркасные, собираемые на металлических каркасах, и блочные, располагаемые в универсальных ящиках для групповой компоновки; по способу установки - приставные, прислонные, утапливаемые, и навесные.

В качестве конструкционных материалов применяют сталь и алюминиевые сплавы. Корпуса и детали из стали фосфатируют, а из алюминиевых сплавов оксидируют, грунтуют и окрашивают в зеленовато-желтый цвет. Изоляционный материал для панелей - гетинакс, покрытый слоем лака (для климатических условий М), или стеклотекстолит, покрытый слоем лака в местах механической обработки (для условий ОМ). Крепежные изделия снабжают антикоррозийным покрытием.

Габаритные размеры щитов или их отдельных секций не должны превышать 2 м по высоте, 1,2 м по длине и 0,9 м по глубине. Щиты массой более 25 кг снабжают приспособлениями для подъема и перемещения. Силовые цепи выполняют медными шинами и проводами сечением до 16 мм²; цепи вторичной коммутации - проводами сечением 1,5 мм², а цепи сигнализации и связи - проводами сечением 1 и 0,75 мм². Шины лудят и маркируют отличительными цветами: красным и синим - положительный и отрицательный полюса; желтым, зеленым и фиолетовым - фазы А, В и С; голубым - нейтральные и зелено-желтым (поперечные полосы) - заземляющие провода. Взаимное расположение полюсов или фаз в пределах щита соблюдают одинаковым. Изоляторы для крепления шин выполняют из гетинакса или стеклотекстолита.

Пожаробезопасность электрораспределительных щитов обеспечивают применением негорючих, трудногорючих или нераспространяющих горение материалов; надежных контактных соединений и стопорных устройств в резьбовых соединениях, оптимальных электрических зазоров и проведением грамотной технической эксплуатации. Для электробезопасности щиты снабжают защитным заземлением, защитными оболочками и кранами, блокировками и т.п. Кроме того, заземляют все электротехнические изделия, доступные при оперативном обслуживании.

Дверцы щитов снабжают фиксацией в открытом положении. При наличии смонтированного электрооборудования их заземляют. На щитах, установленных в местах, доступных посторонним лицам, дверцы снабжают запорами, открывающимися одинаковым для всех щитов судна ключом.

Щиты крепят жестко или на амортизаторах, устанавливаемых в горизонтальном и вертикальном направлениях. В местах установки должна быть исключена возможность попадания внутрь щита масел, воды, пара, а также концентрация газов, водяных и кислотных испарений, пыли и т.п.

Щиты рассчитаны на непрерывную надежную работу без ТО периодами по 3000 ч, межремонтный период составляет не менее 12 лет, а срок службы - не менее 25 лет.

Первичные щиты управляют работой источников, принимают вырабатываемую ими электроэнергию и распределяют ее по судовой электрической сети.

Главный судовой электрораспределительный щит (ГРЩ) является частью СЭС и предназначен для присоединения основных и резервных источников электроэнергии и силовой судовой электрической сети и для управления работой этих источников. Он имеет каркасную конструкцию из отдельных секций шириной 600-1200 мм, глубиной 650 мм и высотой 2000 мм. Электроизмерительные приборы размещают на высоте 1500-1850 мм, АВ и плавкие предохранители - на высоте 200 - 1800 мм от уровня палубы (настила). Лицевые панели секций ' штампуют из листовой стали. Панели электроизмерительных приборов и их переключателей выполняют открывающимися, остальные - съемными. Доступ к плавким предохранителям предусматривают через открывающиеся дверцы с лицевой стороны ГРЩ, к предохранителям поддержки (всем предохранителям при постоянной вахте) - с задней стороны. На лицевой и задней сторонах ГРЩ устанавливают горизонтальные или вертикальные поручни из изоляционного материала (расстояние не более 1100 мм).

ГРЩ располагают в одной главной вертикальной противопожарной зоне с генераторами на открытой платформе или в специальной выгородке машинного помещения судна - центральном посту управления (ЦПУ), устанавливая перпендикулярно диаметральной плоскости или вдоль борта судна на амортизированной фундаментной раме с подводкой кабелей снизу. Для защиты от капежа с подволока помещения ГРЩ сверху накрывают стальным листом.

Спереди и сзади ГРЩ предусматривают проходы соответственно шириной не менее 800 и 600 мм - при длине щита до 3 м; не менее 1000 и 800 мм - при большей длине. Пространство позади ГРЩ открытой конструкции выгораживают и снабжают сдвигающейся или открывающейся наружу дверью, стопорящейся в открытом положении. При длине ГРЩ не менее 3 м устанавливают две и более удаленные друг от друга двери. ГРЩ закрытой конструкции сзади на секциях снабжают открывающимися панелями и устанавливают без выгородки.

По функциональному признаку в составе ГРЩ выделяют следующие секции: генераторную, питающую сборные шины, управляющую работой генератора и распределяющую электроэнергию между ответственными ПЭ; управления, обеспечивающую параллельную работу генераторов, секционирование сборных шин и соединение ГРЩ с АРЩ и ЩПБ; распределительную, управляющую распределением электроэнергии между ее приемниками; берегового электроснабжения, управляющую приемом электроэнергии с берега и ее распределением между ПЭ электроснабжением потребителей электроэнергии, подключаемых к судну; контроля, осуществляющую информационные функции. Число генераторных секций обычно соответствует числу генераторов. Секции управления (одну или две) предусматривают только в ГРЩ переменного тока. Число распределительных секций определяется числом и характером судовых ПЭ и принятой системой распределения электроэнергии. Секцию контроля применяют при отсутствии пульта управления. Функции берегового электроснабжения могут выполнять секция управления или распределительная секция. В средней части ГРЩ обычно размещают секции управления и контроля, к ним примыкают генераторные секции, крайними являются распределительные секции и секции берегового электроснабжения.

На генераторной секции (III и V) установлены электроизмерительные приборы генератора (РА, PV, PW и PF) и амперметр ответственного ПЭ, переключатели приборов измерительные трансформаторы ТА и TV, ГВ QF с сигнальными лампами HL, автоматический регулятор напряжения АРН, корректор напряжения КН с регулятором уставки и реактивным компенсатором, переключатели скорости дизеля НСД, устройства защиты генератора УЗ, устройство разгрузки генератора УРГ и устройство включения резерва УВР, сетевые АВ ответственных ПЭ; на секции управления (IV) - электроизмерительные приборы для управления синхронизацией (РV, PF и PS) и ламповый синхроноскоп SL с переключателями на различные генераторы, амперметр РА электроснабжения с берега, измерительные трансформаторы ТА и TV, селективные АВ QF (секционирующий и перемычек АРЩ и ЩПБ с сигнальными лампами HL, устройства типов УЗ и защиты от неполнофазного режима ЗОФН и устройство автоматической синхронизации УСГ.

Генераторный судовой щит (ГСЩ) - предназначен для передачи электроэнергии от генератора к ГРЩ и местного управления генератором в тех случаях, когда генераторы и ГРЩ переменного тока размещены в различных отсеках или помещениях судна.

Аварийный судовой электрораспределительный щит (АРЩ) - является частью аварийной СЭС и предназначен для присоединения аварийного источника электроэнергии к аварийной электрической сети и управления его работой.

В данном курсовом проекте я выбрал 3 ДГ, а значит мне нужно 3 секции для генераторов, 1 секция - панель управления, 1 секция - потребители (секция неответственных ПЭ), 1 секция - секция освещения, 1 секция - силовая секция.

Сборные шины выбираются по следующей методике при параллельной работе генераторов на общие шины:

по этому току выбираем из справочника Роджеро Н.И. (стр. 187) размеры (b и h) и сечение (S) шин, где Iдоп.ш. - допустимый ток шины.

Выбор шин произведем с учетом 20% запаса =400А, отсюда h=25 мм, b=4 мм.

По требованию Регистра для каждого генератора переменного тока должны устанавливаться на ГРЩ и АРЩ следующие приборы:

· амперметр с переключателем для измерения тока в каждой фазе I_{ном.ген.}+30% ;

· вольтметр с переключателем для измерения фазных или линейных напряжений U_ном+20% ;

· частотомер (допускается применение сдвоенного частотомера для параллельно работающих генераторов f_ном±10% );

· ваттметр Р_ном+30% - 15%

В цепях ответственных потребителей с током от 20А и более - рулевое устройство, брашпиль, шпиль, пожарный насос, трансформатор - ставят отдельные амперметры. Эти амперметры допускается устанавливать на ГРЩ или у постов управления. Для синхронизации генераторов на панели управления ГРЩ размещают синхроноскоп вместе с вольтметром, частотомером с переключателями.

Выбираем из «Справочника судового электрика» Китаенко Г.И. стр. 454:

1. Вольтметр Д1600 с пределом измерения 0 - 450 В, класс точ. 1,5

2. Амперметр Д1600 с пределом измерения 0 - 200 А, класс точ. 1,5

3. Частотомер Д1606 с пределом измерения 45 - 55 Гц, класс точ. 2,5

4. Ваттметр Д1603 с пределом измерения 0 - 80 кВт, класс точ. 2,5

5. Синхроноскоп Э1605, класс точ. ±3%

7. Принципы и структурная схема питания с берега

При электроснабжении судов в портах от береговых сетей следует руководствоваться действующими в данных портах инструкциями, Правилами техники безопасности, Правилами пожарной безопасности, а также Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Не допускается электроснабжение от береговых сетей судов всех типов во время проведения на них операций по приему или сливу нефтепродуктов. Снабжение судов электроэнергией в этом случае производится от судовых генераторов.

Прием электроэнергии от береговых сетей надлежит производить только через судовой распределительный щит питания с берега (ЩПБ). На судах с электроэнергетическими системами малой мощности при отсутствии на судне ЩПБ допускается принимать электроэнергию от береговых сетей непосредственно на ГРЩ.

Питание судов напряжением до 400 В от береговых сетей переменного тока должно производиться через установленные на причалах специальные электроколонки. Электроснабжение судна от береговой сети должно выполняться посредством штатного шлангового кабеля. В случае использования трехжильного кабеля заземление допускается осуществлять при помощи одножильного гибкого кабеля. Оба кабеля должны прокладываться в одном жгуте с механическим скреплением между собой.

Подготовка кабеля берегового питания к работе и его подключение на судне производится судовым электротехническим персоналом с участием других членов экипажа. Подключение кабеля к электроколонке должно осуществляться службой главного энергетика порта.

Кабель берегового питания, находящийся под напряжением, при электроснабжении от береговой сети запрещается держать намотанным на вьюшку. Судовые силовые сети постоянного тока допускается подключать к береговым сетям переменного тока только через соответствующие преобразователи электроэнергии. Судовые однофазные сети переменного тока допускается подключать к береговым сетям переменного тока только через трансформаторы с питанием первичной обмотки линейным или фазным напряжением береговой сети. При электроснабжении судна от сети трехфазного тока запрещается подключать отдельные приемники между фазами и заземляющей жилой кабеля. Запрещается электроснабжение от береговой сети судов, стоящих у причала далее второго корпуса (для малых и средних судов допускается не далее третьего корпуса).

Перед включением электроэнергии в судовую сеть необходимо проверить на ЩПБ или ГРЩ:

1. наличие напряжения на клеммах подключения кабеля от береговой сети с помощью штатного вольтметра или сигнальных ламп;

2. совпадение следования фаз береговой и судовой сети штатным фазоуказателем;

3. исправность устройства защиты от обрыва фаз и сигнализации о понижении напряжения (ЗОФН);

4. сопротивление изоляции сети и отключить устройство непрерывного контроля сопротивления изоляции на ГРЩ.

В период электроснабжения судна от береговой сети возле ЩПБ должны находиться необходимые диэлектрические защитные средства (перчатки, коврики, инструменты с изолированными ручками). В необходимых случаях надлежит пользоваться указателями напряжения, защитными очками и т.д. Для обеспечения пожаробезопасности судна необходимо проверить возможность запуска судового пожарного насоса от береговой сети с отключением, при необходимости, других приемников в целях уменьшения потребляемой мощности.

Схема подключения ФУ

Мвр=К*Iл*Iф*cos Шi

8. Расчет, выбор и проверка на потерю напряжения кабелей для двух потребителей П1 и П2 по заданному варианту. Расчет и выбор автоматов для заданных потребителей

Потребители:

П1 - брашпиль - Р=28кВт, ?=0,81, cosц=0,76, k_з=0,7

П2 - сепаратор - Р=1,3кВт, ?=0,84, cosц=0,81, k_з=0,9

Для того, чтобы рассчитать и выбрать кабель соединяющий эти потребители с ГРЩ, исходя из размерений судна L и B и места нахождения этих потребителей, рассчитывается длинна кабелей П1 и П2 и определяется тип кабеля.

Расчет и выбор кабелей произведем по следующей последовательности:

1. по мощности потребителей рассчитаем их рабочий ток с учетом коэффициента загрузки и коэффициента полезного действия для трехфазных потребителей:

По рассчитанным токам выбирается сечение жил кабелей по условию: Iр ? Iдоп, где Iдоп - допустимый ток для данного сечения, при котором кабель не будет нагреваться выше нормы, установленной для данного типа кабеля. Из «Справочника судового электрика» Китаенко Г.И. Том 1 стр. 181 выбираем сечение жил кабеля для П1 и П2:

SП1 = 35 мм²

S_П2 = 1 мм²

Выбранный кабель проверяем на потерю напряжения для того, чтобы к потребителям подавалось напряжение не ниже номинального. Для этого рассчитаем относительные потери напряжения в кабелях по формуле для трехфазных потребителей:

здесь используем всю длину т/х l = 110 м, т.к. брашпиль находиться на баке судна

здесь используем ширину т/х B = 13 м, т.к. сепаратор находиться в машинном отделении по левому или правому борту судна.

где = 48,1 m/(Om*mm²) - удельная проводимость меди при 65 ⁰С.

Согласно нормам Регистра для силовых кабелей Е_р% ? Е% ? 7%. Выбранный нами кабель удовлетворяет нормам Регистра.

Из «Справочника судового электромеханика» Роджеро Н.И. стр. 111 и стр. 113 выбираем автоматический выключатель по рабочим токам потребителей:

1. П1 - А3114Р с максимальным током расцепителя 100А;

2. П2 - АК50-3М с максимальным током расцепителя 5А.

9. Расчет, выбор и проверка на потерю напряжения кабелей, а также расчет и выбор предохранителей для сети основного освещения

Так, как потребители (светильники) рассредоточены, то рекомендуется определять суммарную мощность P_?=P2+P3+P4+P5+P6+P7 и общую длину L_?=L2+L3+L4+L5+L6 и по этим суммарным параметрам производят расчет и выбор S и проверяют на потерю напряжения:

P_?=P2+P3+P4+P5+P6=60+60+60+60+60=300 Вт

L_?=L2+L3+L4+L5+L6=6+7+8+5+7=33 м

Определим рабочий ток I_p для однофазных потребителей (освещение):

для сетей освещения принимают ?=1, cosц=1

Выбираем сечение кабеля S=1 мм². Проверим на потерю напряжения для однофазных потребителей (освещение):

Удовлетворяет нормам установленных Регистром для сетей основного освещения (220В) Е_р% ? Е% ? 5%.

Для первого участка I₁ = I2 + I7

I1 = I2 + I7=1,2+0,98=2,2 А

По условию I_р ? I_доп выбираем плавкую вставку и соответствующий тип предохранителя:

1. FV1, FV2 и FV3 - предохранители ПР2 с плавкой вставкой на I=6А.

10. Расчет, выбор и схема соединения аккумуляторной батареи для аварийного освещения. Устройство и виды зарядок щелочных аккумуляторов

Как известно, что расчет аккумуляторной батареи для сетей аварийного освещения производится по мощности потребителей и их номинальному напряжению. Общая мощность ламп P_?=1,2 кВт. Расчет и выбор произведем по следующим формулам:

1. Определим количество блоков, которые необходимо соединить последовательно, что бы получить 24В

2. Расcчитаем емкость батареи, которая необходима для работы сети освещения в течении заданного времени t=3 ч.

Выберем аккумулятор 10КН-100 у которого С_бл=100Ач

3. Определим количество параллельных ветвей, при котором батарея имеет емкость, не ниже расчетной:

Расcчитаем и выберем кабель для сети аварийного освещения:

Выбираем одножильный кабель с сечением жилы S=25 мм².

Для сетей постоянного тока:

Удовлетворяет нормам установленных Регистром для сетей аварийного освещения (24В) Е_р% ? Е% ? 10%.

11. Расчет, выбор и схема соединений блоков кислотных аккумуляторов для пуска основных ДГ

Расчет, выбор и соединения аккумуляторной батареи для пуска дизель-генераторов произведем в следующей последовательности:

1. Определим количество последовательно соединяемых блоков кислотных аккумуляторов для получения напряжения стартера (для выбранного нами генератора МСС 84-3 применяют дизель 6ч12/14 со стартерным пуском, стартер СТ-25 расчитанный под напряжение 24В)

2. Раcсчитаем емкость батареи, необходимая для обеспечения заданного количества пусков от одной зарядки батареи

Выберем аккумулятор 6СТК-180М у которого С_бл=43Ач

3. Определим количество параллельных ветвей, при котором батарея имеет емкость, не ниже расчетной:

.

Список литературы

1. Сухарев Е.М. «Судовые электрические станции, сети и их эксплуатация»

2. Сергиенко Л.И., Миронов В.В. «Судовые электроэнергетические системы морских судов»

3. Роджеро Н.И. «Справочник судового электромеханика и электрика»

4. Магаршак «Справочник по электроизмерительным приборам»

5. Китаенко Г.И. «Справочник судового электрика» Том 1,2.

Размещено на Allbest.ru