Определение мощности судовой электростанции

Камчатский Государственный Технический Университет

Заочный факультет

Кафедра: электротехники и электрооборудования судов

Курсовой проект

По дисциплине:

Судовые автоматизированные электроэнергетические системы

Вариант №03 - 631

Курсовой проект

выполнил :

Студент группы

Курсовой проект

проверил:

доцент кафедры Э и ЭОС

г. Петропавловск-Камчатский

2009 г.

Задание на курсовой проект:

 

1.  Определение мощности судовой электростанции табличным методом, выбор генераторных агрегатов и преобразователей электроэнергии.

2.  Разработка структурной однолинейной электрической схемы генерирования и распределение электроэнергии.

3.  Выбор САРН и САРЧ генераторных агрегатов

4.  Построение функциональной электрической схемы автоматизации судовой электростанции.

5.  Определение расчетных токов в фидере питания одного из потребителей, выбор кабелей коммутационной, защитной и распределительной аппаратуры на основании расчета, проверка кабелей на потерю напряжения

6.  Расчет шин ГРЩ, выбор шин

7.  Выбор аккумуляторов

8.  Расчет токов КЗ в СЭЭС, проверка элементов СЭЭС на динамическую и термическую устойчивость

9.  Определение изменения напряжения в СЭЭС при прямом пуске энергоёмкого потребителя.

10.  Расчет судовой сети освещения

11.  Основные положения по технике эксплуатации САЭЭС, охране окружающей среды, охране труда и технике безопасности

Графическая часть:

 

1.  Структурная однолинейная электрическая схема генерирования и распределения электроэнергии

2.  Функциональная электрическая схема автоматизации судовой электростанции

3.  Принципиальная электрическая схема одного из функциональных устройств автоматики.

4.  Конструктивный чертеж одной из секций ГРЩ

Оглавление

Краткая характеристика судна, его режимы работы

Расчетная часть

1.  Определение мощности судовой электростанции табличным методом, выбор генераторных агрегатов и преобразователей электроэнергии

2.  Разработка структурной однолинейной электрической схемы генерирования и распределение электроэнергии

3.  Выбор САРН и САРЧ генераторных агрегатов

4.  Построение функциональной электрической схемы автоматизации судовой электростанции

5.  Определение расчетных токов в фидере питания одного из потребителей, выбор кабелей коммутационной, защитной и распределительной аппаратуры на основании расчета, проверка кабелей на потерю напряжения

6.  Расчет шин ГРЩ, выбор шин

7.  Выбор аккумуляторов

8.  Расчет токов КЗ в СЭЭС, проверка элементов СЭЭС на динамическую и термическую устойчивость

9.  Определение изменения напряжения в СЭЭС при прямом пуске крупногабаритного АД с короткозамкнутым ротором и автономной работе генераторных агрегатов

10.  Расчет судовой сети освещения

11.  Основные положения по технике эксплуатации САЭЭС, охране окружающей среды, охране труда и технике безопасности

Список использованной литературы

Краткая характеристика судна, его основные режимы работы.

«Антиас» - специализированный среднетоннажный ярусник-морозильщик немецкой постройки.

Конструктивная специализация ярусоловов связана с особенностями орудий и районов промысла. В основном это суда длиной около 30 - 50 м, шириной 7 - 11 м, имеющие, как правило, два люка (в борту и в транце) для вымета и выборки яруса. В последнее время все шире начинают применяться суда с выборкой яруса через отверстие в днище судна (система “moon pool”), что позволяет увеличить улов на 10 - 20 % [21].

По обобщению технических характеристик судов ярусного лова 1970-2002 годов постройки: при длине 25 - 50 м мощность главного двигателя (ГД) типового судна – 500 - 1300 кВт, иногда суда оборудованы успокоителями качки и подруливающим устройством, экипаж 10-27 человек. Могут иметь ограниченный или неограниченный район плавания.

Тип судна: Рыболовное. Ярусный лов, рыбообработка, холодильная установка.

Класс судна: KM* Ice1 AUT2 fishing vessel

Порт приписки:

Петропавловск - Камчатский

Место и год постройки:

Германия, 07.09. 1993г.

Основные характеристики судна

 

-  дедвейт 808т

-  мощность ГД 1*1600кВт

-  количествово и мощность генераторов(кВт каждого) 1* 560 2* 291

-  Количествово и тип движителя 1-Винт регулируемого шага

-  водоизмещение 1827 т

-  осадка 5,06м

-  длина расчетная 104,5м

-  длина габаритная 52,5м

-  ширина габаритная 11,5м

-  ширина на миделе16м

-  высота борта до палубы переборок7,4м

-  осадка по КВЛ5,7м

-  высота борта 8,05м

-  скорость 12,3 узлов

Расчетная часть.

 

1. Определение мощности судовой электростанции табличным методом, выбор генераторных агрегатов и преобразователей электроэнергии

В практике проектирования для определения величины загрузки ГА производится расчет потребляемых мощностей в режимах работы судна табличным методом. Табличный метод основан на определении мощности СЭС по специальным расчетным таблицам нагрузок, составленных для наиболее важных режимов работы судна.

Первым шагом на пути определения мощности СЭЭС табличным методом является выбор электродвигателей для судовых механизмов по известным мощностям.

Условия выбора электродвигателей

1.  По роду тока

_2.  По величине напряжения (U_{н дв}= U_сети)

3.  По мощности (Р_мех<P_{н дв})

4.  По режиму работы (ПВ)

5.  По уровню вибрации и шума

6.  По конструктивно-монтажному исполнению, степени защиты и способу охлаждения.

7.  По частоте вращения

8.  По способу сочетания с валом механизма.

В соответствии с требованиями Правил Регистра, электрооборудование должно безотказно работать в условиях относительной влажности воздуха 75±3% при температуре окружающего воздуха 45±2^оС или влажности 80±3% температуре окружающего воздуха 40±2^оС, а также при относительной влажности воздуха 95±3% при температуре окружающей воздуха 25±2^оС

Также электрооборудование должно безотказно работать при длительном крене судна до 15^о и длительном дифференте до 5^о, а также бортовой качке до 22,5^о и килевой качке до 10^о от вертикали. Аварийное электрооборудование должно надежно работать при длительном крене до 22,5^о и дифференте 10^о. Электрооборудование должно безотказно работать при вибрациях от 5 до 30 Гц.

Все электродвигатели для данного типа судна рассчитаны на 3-х фазный переменный ток 50 Гц и напряжение 220 и 380 В. Для привода большинства судовых механизмов обычно используют АД с короткозамкнутым ротором.

В соответствии с ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70 судовые электродвигатели должны иметь конструктивно-климатические исполнение М - умеренно холодный морской климат и ОМ – для неограниченного района плавания. По степени защиты двигатели серии 4А, АМ и АОМ имеют брызгозащищенное исполнение, т. е. степень защиты не ниже IР 44 , а электродвигатели палубных механизмов серии МАП-IР 56. По уровню шума в соответствии с ГОСТ 16372-84Е, судовые асинхронные электродвигатели можно отнести к классу О (МАП) и к классу 1 (4А, АМ, АОМ).

От правильного выбора ЭД по мощности зависят надёжность его работы в электроприводе и электрические показатели в процессе эксплуатации.

По режиму работы судовые потребители электрической энергии делят на следующие группы:

1 - электроприводы и устройства, работающие непрерывно с практически постоянной и неизменяющейся нагрузкой (насосы охлаждающие, топливные, масляные, циркуляционные; вентиляторы)

 t=70-100% Tp t=17-24 час/сутки

2 - электроприводы и устройства, работающие в повторно-кратковременном режиме (санитарные насосы, компрессоры высокого давления, грузовые лебедки, краны, специальные потребители)

t=15-70% Tp t=3.5-17 час/сутки

3 - потребители электрической энергии, работающие кратковременно (балластные, осушительные, топливоперекачивающие насосы)

t£15% Tр t=3.5 час/сутки

Составление таблицы

В таблицу заносятся все потребители, работающие в данном режиме, их номинальные данные, данные для режима работы.

Расчеты производятся на основании нижеперечисленных соотношений:

Графа 1. Наименование групп потребителей.

Графа 2.Режим работы.

Графа 3. Количество однородных потребителей: n, шт.

Графа 4. Мощность на валу механизма: P_н.мех, кВт.

Графа 5. Мощность потребителя: P_н.эд, кВт.

Графа 6. Номинальный КПД электродвигателя: h_н.эд.

Графа 7. Номинальный коэффициент мощности потребителя: Cosj.

Графа 8. Коэффициент использования электродвигателя: k₁=P_н.мех./P_н.эд.

Графа 9. Установленная активная мощность однородных потребителей: P_уст.=(P_н.эд/h_н.эд)*n, кВт.

Графа 10. Установленная реактивная мощность однородных потребителей: Q_уст.=P_н.эд * tgj, кВАр.

Графа 11. Установленная полная мощность потребителей:
 

Графа 12. Коэффициент загрузки механизма в зависимости от режима работы: k₂.

Графа 13. Фактический коэффициент загрузки электродвигателей: k₃ =k₁*k₂.

Графа 14. КПД соответствующий фактической загрузке электродвигателя: h_потр.

Графа 15. Коэффициент мощности соответствующий фактической загрузке электродвигателя: Cos j_потр.

Графа 16. Коэффициент одновременности, определяющий отношение потребителей электрической энергии к общему их числу: k₀ =п_раб/п_уст.

Графа 17. Активная потребляемая мощность однородных потребителей:

Графа 18. Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей:

Примечание: Значения КПД и Cos j_потр электродвигателя зависят от его загрузки. По соответствующим графикам зависимости КПД и Cos j_потр загрузки двигателя можно сказать, что значение КПД электродвигателей сравнительно мало изменяется в пределах нагрузки от 50 до 100% поэтому КПД из графы 5 переносится в графу 13 (исключение составляет рулевое устройство, где k_з<0.5) Значения коэффициента мощности электродвигателя в значительной степени зависит от изменения загрузки электродвигателя - k_з, поэтому при определении потребляемой мощности необходимо вводить соответствующую поправку на изменение Cos j_потр, значение коэффициентов использования установленных электродвигателей загрузки механизмов, одновременности, мощности, КПД принимает на основании расчетов по техническому и рабочему проектам данного судна и судна прототипа, а также по данным эксплуатации аналогичных потребителей на других судах.

После заполнения таблицы определяем сумарные потребляемые мощности (активная, реактивная, полная) для режима без учета эпизодически работающих потребителей. После этого выбирают общий коэффициент одновременности работы потребителей для каждого режима. Тем самым учитывают несовпадение максимумов нагрузки потребителей во времени. Значение коэффициента одновременности берутся в зависимости от соотношения мощностей:

Тогда:

где k_c=1,05 коэффициент, учитывающий потери в судовой сети.

Суммарную активную и реактивную мощности судовой эл.станции в отдельных режимах находят из следующих соотношений:

 

Полная потребляемая мощность:

Определяем средневзвешенный Cos j_ср для режима по отношению суммарной активной мощности для режима к полной мощности для режима:

Значение средневзвешенного Cos j_ср (больше 0,8 ) указывает, что мощность генераторов выбираем по суммарной активной мощности для режима.

 

Выбор количества и мощности генераторных агрегатов

Условия выбора генераторных агрегатов:

1.  Мощность выбираемых генераторов и их число должны обеспечивать номинальную среднегодовую себестоимость электроэнергии, т. е. генераторы должны быть выбраны так, чтобы в каждом из режимов работающие генераторы загружались как можно полнее. Если К=А+k P, то себестоимость 1 кВт×ч электроэнергии определяется так:

S=K/P=(A/P)+k, где k – коэффициент определяемый из нагрузочной характеристики генераторного агрегата.

K=a+b- эксплуатационные расходы на выработку электроэнергии за 1 час при нагрузке в Р кВт.

Р- нагрузка в кВт.

а- эксплуатационные расходы не зависящие от нагузки генераторов

(затраты на амортизацию основных фондов).

b=k*P - эксплуатационные расходы не зависящие от нагузки генераторов (затраты на ГСМ). Для обеспечения низкой себестоимости электроэнергии необходимо обеспечить загрузку генераторов близкой к номинальным значениям (75-80% от Р_ном).

2.  При выборе мощности генераторов исходить из расчетной мощности на станцию Р_р и выбрать по справочным данным такое количество генераторов n, равной мощности Р_{г ном} , чтобы выполнялось неравенство:

Р_р- расчетная мощность судовой ЭС для режима.

n_r –количество генераторных агрегатов.

Р_г- номинальная мощность генератора.

0,8 - коэффициент, предусматривающий запас мощности в связи с возможной неравномерностью распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами и запас на расширение электрификации судна в процессе его эксплуатации

3.  Согласно требованиям Регистра на случай выхода из строя любого из основных генераторов должны предусматриваться один или несколько резервных генераторов. При этом общая мощность СЭЭС должна быть достаточной для обеспечения ответственных потребителей электроэнергией в ходовом и аварийном режимах, т.е. не меньше мощности генератора работающего на основных режимах.

4.  При выборе типа и мощности генераторов необходимо стремиться к установке агрегатов равных по мощности и одинаковых по конструкции, что облегчает эксплуатацию ГА, позволяет выровнять выработку моторесурса каждым из агрегатов и унифицировать потребность в ЗИПе и повышает устойчивость параллельной работы генераторов.

Коэффициент загрузки генераторов может быть повышен путем установки большого количества генераторов относительно небольшой мощности с применением их параллельной работы. Однако минимальное количество ГА ограниченно требованиями Регистра (не менее 2-х), а максимальное – возможностью размещения на судне.

Во время наименее нагруженного режима судна генераторы могут быть недогружены. Для уменьшения себестоимости вырабатываемой электроэнергии и существенного улучшения работы дизелей, для которых длительная работа с малыми нагрузками вредна, следует устанавливать стояночные дизель-генераторы. Однако опыт показывает, что установка стояночного дизель-генератора меньшей мощности по сравнению с другими ДГ нецелесообразна, поскольку в промысловом режиме его не используют. А при отказе такого ДГ его приходиться заменять генератором большей мощности, и наоборот, что существенно изменяет значения коэффициентов загрузки.

По требованиям расчетной мощности СЭЭС принимаем к установке три генераторных агрегата (один - резервный) типа МСК 114-4, имеющие следующие параметры:

-  частота напряжения: f = 50 Гц,

-  полная мощность: S = 500 кВА,

-  активная мощность: P = 400кВт,

-  напряжение: U = 400 В,

-  ток статора: Iст. = 722 А,

-  номинальный КПД h_ном=92.5%

-  частота вращения: n =1500 об/мин.

Выбор аварийного дизель-генератора.

Выбираем генератор:

·  тип: МСК 91-4

·  частота тока: f = 50 Гц,

·  полная мощность: S = 94 кВА,

·  активная мощность: P = 75 кВт,

·  напряжение: U = 400 В,

·  ток статора: I_ст. = 135,5 А,

·  номинальный КПД h_ном=88,7%

·  частота вращения: n =1500 об/мин.

Выбор преобразователей электроэнергии.

Условия выбора трансформаторов:

1.  По количеству фаз.

2.  По напряжению.

3.  По мощности.

По требованиям Регистра трансформаторная подстанция должна обеспечить питание всех приёмников в случае отказа самого мощного. Наиболее часто на судах устанавливают два или три трансформатора равной мощности, подключая их к разным секциям ГРЩ. Выбор мощности трансформаторов для сети освещения производят по режиму наибольшей нагрузки, принято в таблице нагрузок генераторов.

Для расчёта используем следующее соотношение :

, где

n - число трансформаторов;

S_н.т. - номинальная мощность трансформатора;

k_о - коэф. одновременности;

k_З – коэф. загрузки трансформатора;

SP_i - суммарная мощность потребителей.

SP_i=Р_камб+Р_осв+Р_прож+Р_нагр+Р_ро+Р_эл.нав.=46+38+1,5+27+7,1+5,2=124,8 кВт

Для питания сети освещения и других потребителей рассчитанных на напряжение 220 В, принимаем к установке два трехфазных силовых трансформатор типа ТСЗМ-160 (трехфазный, сухой, защищенный, морской) мощностью 160 кВА, напряжением 380/230 В.

Для запитки радиооборудования и электрорадионавигационных приборов и аварийного освещения от АРЩ принимаем к установке трехфазный силовой трансформатор типа ТСЗМ-40 (трехфазный, сухой, защищенный, морской) мощностью 40 кВА, напряжением 380/220 В.