Проект 1741 Толкач-буксир 630л.с., кл. «Р», L= 33м, B= 8,2м.
Энергетическая установка:
Компрессор Р = 4кВт; насос топливный Р = 1,5кВт; насосмасляный Р = 1,5кВт
Палубные механизмы:
Рулевая машина Р = 2,2кВт; брашпиль Р = 2,2кВт; лебедкабуксирная Р = 7,5кВт.
Общесудовые механизмы:
Насос осушительный Р = 4кВт, насос пожарный Р = 10кВт, насоссанитарный Р = 4кВт, вентилятор МО Р = 6кВт, вентилятор жилых помещений – 2шт.Р = 0,1кВт.
Прочее оборудование:
Р/станция «Линда-М», Р = 0,5кВт; УКВ Р/станция, Р = 0,5кВт;НВУ, Р = 0,2кВт; Р/локатор «Донец», Р =0,4кВт; эхолот, Р = 0,3кВт; плита камбузная, Р = 7кВт; Эл.кипятильник, Р =2,5кВт; освещение и бытовые приемники, Р =3,5кВт.
Введение
Судовая электроэнергетическая системапредставляет собой совокупность судовых электротехнических устройств,объединенных процессом производства, преобразования и распределенияэлектроэнергии и предназначенных для питания судовых приемников электрическойэнергии. Судовая электроэнергетическая система включает в себя судовуюэлектрическую станцию, судовые электрические сети и распределительные устройства,является основной частью оборудования судов.
Условия работы судовойэлектроэнергетической системы значительно отличаются от условий работы береговыхустановок и предъявляют к ней повышенные требования в отношении надежности иремонтопригодности.
Судовые электростанции (СЭС)предназначены для производства, приема, преобразования всех судовых приемников.Для выполнения данных функций СЭС необходимы: источники, преобразователи инакопители электроэнергии, распределительное устройство и линии электросвязи.
По роду энергии преобразуемой вэлектрическую, СЭЭС делятся на тепловые и ядерные. На судах речного флотаРоссии применяются только тепловые СЭЭС. По параметрам электроэнергии СЭЭСделятся на постоянный и переменный ток.
СЭЭС постоянного тока оборудуютсятолько небольшие речные суда и озерные. Главным образом на подводных крыльях ина воздушных подушках.
По назначению СЭЭС могут быть: общегоназначения, служащие для снабжения электрической энергией всех судовыхприемников при нормальных условиях эксплуатации; специальные, для питанияприемников специального назначения, например гребной электроустановки;аварийные питающие щиты электроэнергии, наибольшее количество особоответственных преемников при отказе СЭЭС общего назначения.
Размещение СЭЭС может быть различным.При относительно наибольших мощностях источники преобразования и распределителиэлектроэнергии находятся в машинном отделении. Но наиболее удачным являетсяразмещение источников электроэнергии в одном помещении, а распределительныеустройства в специальном выделенном помещении – центральном посту управлениясудовой энергетической установкой.
Род тока и параметрыСЭС
На судах речного флота РФ разрешаетсяприменять как постоянный, так и переменный ток, поэтому род тока в общем случаеследует выбирать на основе технико-экономических сравнений различных вариантов.Решающим фактором для выбора рода тока являются требования, предъявляемые судовымиприемниками электроэнергии: электроприводами, электронагревательными приборами,электроосвещением, приборами управления и т.д.
Род тока СЭС определяется родом токаподавляющего большинства приемников. Немногие приемники другого рода тока вэтом случае будут получать питание через преобразователи. Дляэлектронагревателей и освещения с использованием ламп накаливания род тока неимеет значения. Для работы приборов управления судном – машинных и рулевыхуказателей, использующих сельсины – необходим переменный ток. Его также удобнееиспользовать для питания радиостанции и радионавигационных приборов.Электродвигатели постоянного тока с асинхронными электродвигателями при одном итом же токе развивают большой пусковой момент, и позволяет более простыми способамирегулировать частоту вращения. Эти двигатели обычно используют для приводамеханизмов с частыми пусками при большом начальном сопротивлении. В этом случаеосновное число электродвигателей на судне составляют двигатели постоянноготока. Постоянный ток имеет не только положительные качества, но и своинедостатки. В условиях влажности постоянный ток снижает качествоэлектроизоляции. В сетях, где протекает постоянный ток, появляются блуждающиетоки и токи утечки, предвещающие коррозию.
При переменном токе полнуюхарактеристику рода тока определяют по его частоте, а иногда и по форме кривойнапряжения. Помимо этого необходимо знать систему напряжения на выводахисточников электроэнергии.
В настоящее время на судах речногофлота используется в основном переменный ток, частотой 50Гц, это позволяетунифицировать оборудование. На скоростных судах широко применяется постоянныйток, но использование переменного тока с частотой 400Гц, весьма перспективно,т.к. позволяет уменьшить габаритные размеры и массу электрооборудования и стоитдешевле, а это важно для судов на подводных крыльях и воздушной подушке.
Что касается формы и кривойнапряжения, то судовые источники электроэнергии обычно вырабатывают ее присинусоидальном напряжении. Однако на выводах некоторых тиристорныхпреобразователей напряжение может быть и другой формы, например прямоугольной.
Переменный ток на СЭЭС можно получитьпри одно- и многофазной системах напряжения по сравнению с однофазной имеетпреимущество, что позволяет получить вращающееся магнитное поле, положенное воснову работы асинхронных электродвигателей. На речных судах, также как и впромышленности, применяются трехфазные симметричные системы синусоидальныхнапряжений.
Номинальное напряжение на выводахисточников электроэнергии предназначено для питания судовой сети, не должнопревышать следующие значения: 0,4кВ (400В) – при трехфазной системе переменноготока; 0,23кВ (230В) – при однофазной системе переменного тока; 230В – припостоянном токе. На некоторых специальных судах и судах технического флота дляэлектроприводов большой мощности допускается применение трехфазной системынапряжения до 10кВ.
Напряжение до 1000В практически неоказывает влияния на габаритные размеры: массу, стоимость и КПД источников иприемников электроэнергии. в этом легко убедиться на примере трансформаторов, укоторых при переводе на другое напряжение магнитная система не меняется,изменяется число витков и площадь поперечного сечения проводников. При этомпереходе на более высокое напряжение число витков нужно увеличитьпропорционально росту напряжения, площадь поперечного сечения проводников,обмотку уменьшать(для сохранения плотности тока) в том же отношении. Этоприведет к тому, что объем и масса материала проводника при изменениинапряжения практически не меняется. также не изменится толщина изоляционныхматериалов. Большое влияние значение напряжения оказывает на судовую кабельнуюсеть, ее массу, стоимость. Масса и стоимость судовой кабельной сети находится впрямой зависимости от площади поперечного сечения их токопроводящих жил. Аплощадь поперечного сечения зависит от тока, который необходимо передать покабелю. Эта зависимость нелинейная, т.к. площадь поперечного сечения растетбыстрее, чем ток, из-за необходимости снижения плотности тока в жиле по условиюохлаждения. Ток кабеля при измененной передаваемой мощности обратнопропорционален напряжению. При малой мощности СЭЭС существенную роль играютразличного рода ограничения, например, максимально допустимая площадьпоперечного сечения жилы кабеля по условию механической прочности, дискретностьстандартных значений площадей и т.д. Габаритные размеры, масса и стоимостьэлектрической аппаратуры также зависят от напряжения. Особенно это приуравнении аппаратуры, выпускаемой на напряжение 24В и свыше 24В до 400В. Аппаратура,рассчитанная на 24В, имеет меньшие габаритные размеры, из-за значительноменьших зазоров между контактами. Однако в ряде случаев при применении болеевысокого напряжения удается использовать аппаратуру, которая рассчитана намаленький ток. Таким образом, основным параметром выбора напряжения являетсямасса кабельной сети, однако в некоторых случаях значения напряженияопределяются и другими критериями, например, при постоянном питании с берега,напряжением береговых установок и т.д. Руководящий технический материал (РТМ) рекомендует для СЭЭС речных судовследующие значения напряжения. Для силовых приемников: 220 (230)В. Дляосновного освещения: переменного тока 12В, постоянного тока 24В. Дляпеременного освещения: РТМ требует сети освещения отделить от силовой сетитрансформаторами.
В своем курсовом проекте я выбираюпеременный ток из-за того, что СЭЭС дает возможность: преобразовать напряжениес помощью трансформаторов; разделять СЭЭС с помощью трансформаторов наотдельные электрические не связанные друг с другом части силовой иосветительной сети; получать электроэнергию от береговой сети безпреобразователей; повысить уровень унификации судового электрооборудования сэлектрооборудованием общего применения.
Расчет мощности СЭЭС
Нагрузка судовой электростанциизависит от мощности и числа одновременно включенных приемников электроэнергии,от степени их загрузки и режимов работы судна.
Существует два метода расчетамощности СЭЭС – аналитический и табличный. В моем курсовом проекте используетсятабличный метод. Строится таблица нагрузок, в которую вносятся все потребители,их номинальные данные и на основании этой таблицы выбирается число и мощностьгенераторов.
Для того, чтобы рассчитать таблицунагрузок берем потребители, по данным из справочника выбираем типэлектродвигателя определенного потребителя, выписываем его данные – номинальнуюмощность (Рн); КПД (η), cosφн. далее, определяемкоэффициент одновременности: ko=
Определяем коэффициент использования:
Обычно коэффициент использованияменьше единицы, т.к. двигатель выбирают с некоторым запасом.
Определяем активную мощностьэлектродвигателя:
Определяем реактивную мощностьэлектродвигателя
Определяем коэффициент загрузки
Определяем мощность для каждогорежима работы судна Pреж и Qреж
Определяем суммарную мощностьпотребителей работающих постоянно, периодически и эпизодически ∑Рпост; ∑Рпер; ∑Рэл.; ∑Qпост; ∑Qпер; ∑Qэл
Определяем эти же суммарные мощностис учетом общего коэффициента одновременности
Находим общие мощности, потребляемыевсеми приемниками электроэнергии в данном режиме работы судна
Находим мощность СЭЭС для данногорежима работы судна
(кВт)
(кВар)
Коэффициент – 1,05 учитывает 5%потери мощности в судовой сети.
Определяем полную мощность:
Расчет мощности масляного насоса
cosφ=0,83
Определяем коэффициентодновременности:
Определяем коэффициент использования:
Определяем активную мощность
Определяем реактивную мощность
Определяем коэффициент загрузки
Определяем мощности для каждогорежима работы судна.
Например:
Ходовой режим:
И так для каждого режима работысудна.
Выбор типа и количества генераторов
Выбирая источники или преобразователиэлектроэнергии, необходимо иметь в виду, что если средневзвешенный коэффициентмощности, полученный в результате расчета, оказался меньше номинальногокоэффициента мощности генератора, то генераторы следует выбирать по полноймощности, т.е. если cosφн>cosφср.взв., ∑Sном>Sоб, если же cosφср.взв> cosφн, то генераторы следует выбирать по активной мощности∑Рн>Роб.
Трансформатор выбирают по полноймощности. При необходимости использования нескольких генераторов илитрансформаторов выбирают их преимущественно однотипными с общим числом повозможности не более трех.
Руководствуясь правилами речногорегистра необходимо выполнить ряд требований, а именно, на каждом судне должнобыть предусмотрено не менее двух основных источников питания электроэнергией.
Мощность основных источников должна бытьтакой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся могли обеспечитьнормальный ходовой и аварийный режимы работы судна.
Для данного судна я выбираю двагенератора типа МСС-82-4.
Во всех режимах работы судна работаеттолько один генератор, другой является запасным, т.к. по требованиям речногоРегистра при выходе из строя одного источника питания оставшиеся должныобеспечить нормальную работу судна в ходовом и аварийном режимах работы.
Параллельная работа генераторов непредусмотрена.
тип
Мощность
напряжение
Ток
Частота
Вращения
КПД
Коэф-т
мощности
кВа
кВт
В
А
Об/мин
%
cosφ
МСС-82-4
37,5
30
230
54,2
1500
85
0,8
H
Соед. Фаз
Данные ротора
Гц
Напряжение
В
Ток
А
50
38
26
Выбор ГЭРЩ
Главный электрораспределительный щитсостоит из отдельных панелей (секции), объединенных единым каркасом и системойшин. В зависимости от назначения, панели ГЭРЩ подразделяются на генераторные,распределительные и панели управления.
Для управления и контроля за работойкаждого генератора предусматриваются отдельные генераторные панели, которыекомплектируются в зависимости от рода тока, необходимой аппаратурой управления,защиты, регулирования, контроля и измерения основных параметров генератора.
На генераторной панели ГЭРЩпеременного тока должны устанавливаться: автоматический выключатель, …направления мощности, регулятор ручного регулирования напряжения,автоматический регулятор напряжения, амперметр с переключателем для измерениятока в каждой фазе, вольтметр с переключателем для измерения фазных и линейныхнапряжений, частотометр, ваттметр.
Распределительные панелипредназначены для управления, защиты и контроля за работой потребителей,получающих питание от ГЭРЩ. На распределительной панели устанавливаютавтоматические выключатели и амперметры. Распределительные панелинеответственных потребителей могут комплектоваться пакетными выключателямиплавкими предохранителями. Панели управления служат для установки на нихприборов и аппаратов включения генераторов на параллельную работу, измерениясопротивления изоляции судовой сети, разъединения шин, при раздельной работегенераторов, подключения фидера питания судна с берега.
ГЭРЩ компонируют из панелей такимобразом, чтобы генераторные панели и панели управления располагались в центрещита, а распределительные – по краям.
Количество генераторных панелей ипанелей управления определяют числом генераторных агрегатов судовойэлектростанции, а распределительных – числом и мощностью отходящих от ГЭРЩфидеров. Применение на судах типовых ГЭРЩ, состоящих из секций сунифицированными схемными узлами и конструктивными элементами, позволяетналадить предварительное их изготовление на любое количество генераторов ипотребителей. Лицевые панели щита изготавливаются штамповочными из листовойстали с отверстиями для приборов и рукояток для управления аппаратами.
Каркасы секций ГЭРЩ изготавливают изугловой стали. Секции между собой соединяются болтами. Электроизмерительныеприборы располагают на верхних открывающихся панелях секций. Все остальныепанели секций делают съемными для доступа к аппаратам, расположенным внутриГЭРЩ.
Вся аппаратура и токосборные щитымонтируются с задней стороны щита, а на лицевую сторону выводятся толькорукоятки управления аппаратами и шкалы контрольно-измерительных приборов и сигнальные лампы снабжаются табличками снадписями об их назначении. Проход за щит ограждается сетчатыми дверями сзамками-защелками, открывающимися изнутри без ключа, с наружной стороны лишь спомощью ключа. Двери должны иметь устройство, позволяющее закрепить их в открытомположении. Проходы за щитом и перед ним должны быть покрыты ковриками изгофрированной маслостойкой диэлектрической прочной резины. Освещение панелиГЭРЩ и АЭРЩ должно производиться светильниками. Лампы, которые присоединены ктокосборным щитам и не иметь в их цепях выключателей. Освещение лицевой стороныпанели ГЭРЩ выполняется таким образом, чтобы они не мешали наблюдению запоказаниями контрольно-измерительной аппаратуры и не оказывали слепящегодействия.
Мой ГЭРЩ состоит из типовых секций:одна генераторная секция, одна распределительная и одна секция управления.
Питание с берега осуществляется черезтрансформатор. Понижает напряжение с 380В до 220В. С помощью переключенияавтоматического выключателя QF3, подключаются потребители.
SHAPE * MERGEFORMAT
QF3
ЭЩПБ
потребители
G1
G2
QF1
QF2
QS1
QS2
QS3
220В
потребители
Выбор системы распределенияэлектроэнергии на судне
Судовые системы распределенияэлектроэнергии распределяют на: фидерные, магистральные имагистрально-фидерные.
При фидерной (радиально-групповой)системе наиболее ответственные и мощные потребители получают питание от ГРЩ поотдельным фидерам, а все остальные потребители получают питание от Эр, каждыйиз которых также получает питание от ГРЩ по отдельному фидеру. Примагистральной системе все потребители электроэнергии получают питание от ГРЩ поодной или нескольким магистралям коробки.
Магистрально-фидерная системараспределения электроэнергии характеризуется тем, что одна часть питается пофидерной, а другая по магистральной системе. На судах речного флота основнойсистемой распределения электроэнергии является радиально-групповая, онаобеспечивает большую надежность питания и возможность включения потребителей. Всоответствии с правилами речного Регистра РФ непосредственно от ГРЩ поотдельным фидерам должны получать питание: электроприводы механизмовответственного назначения; распределительные щиты; радиостанции;электрорадионавигационные приборы; коммуникатор сигнальных огней; станцияавтоматического обнаружения пожара; пульт управления судном.
В своем курсовом проекте я выбралфидерную систему распределения электроэнергии на судне. Так как главныепотребители получают питание по отдельным независимым фидерам непосредственноот ГРЩ, а остальные электроприемники получают питание от промежуточных ЭРЩ, нотакже по отдельным независимым фидерам.
По правилам речного Регистра, поотдельным фидерам, непосредственно от шин ГРЩ, должны получать питаниеследующие потребители: электроприводы рулевого устройства; пожарные иосушительные насосы; якорно-швартовые устройства; щиты основного освещения и щитрадиостанции.
Недостатки этой системы это преждевсего повышенный расход кабеля и увеличение монтажных работ.
Преимущества: высокая надежность,независимость приемников друг от друга, что обеспечивает бесперебойную работудругих электроприемников, если какой-нибудь выйдет из строя. Также фидернаясистема обеспечивает большуюбезопасность и надежность питания. По сравнению с магистральной имагистрально-фидерной системами, они не дают такой надежности как фидернаясистема распределения электроэнергии на судне.
SHAPE * MERGEFORMAT
Gggg
G1
G2
Г
Э
Р
Щ
Э
Р
Щ
Потребители
Фидерная система распределения
Контрольно-измерительная и сигнальнаяаппаратура
Электроизмерительный приборклассифицируется по ряду признаков:
1. повиду измеряющей величины: амперметры, вольтметры, ваттметры, частотометры и др.
2. попринципу действия измерительного механизма прибора: магнитоэлектрический,электромагнитный, электродинамический
3. породу тока: постоянный, переменный с определенной частотой
4. поклассу точности, т.е. по максимально возможной для прибора приведеннойпогрешности
5. потипу отсчетного устройства, т.е. по виду шкалы, в каких единицах онапроградуирована, по виду указателя
6. поисполнению в зависимости от условий эксплуатации
7. поустойчивости и механическим воздействиям: обыкновенные, с повышенной прочностью(ОП), не чувствительные и вибрации
8. постепени защиты от внешних воздействий электромагнитных полей приборы делятся надве категории Iи II
Правила Речного Регистра требуютприменения электроизмерительных приборов с пределом шкал не менее следующих:
Вольтметр – 120% Uном
Амперметр – 130% Iном
Ваттметр – 130% Pном
Частотометр – 10% fном
Вольтметр – Э378, предел измерения0÷300В
Класс точности 1,0
Амперметр – Э377, предел измерения0÷300А
Класс точности 1,5
Ваттметр – И1604, предел измерения0÷75кВт
Класс точности ±2,5
Частотометр – Д1506, предел измерения45÷65Гц
Кроме коммутационной, защитной иконтрольно-измерительной аппаратуры на ГЭРЩ устанавливается сигнальнаяаппаратура.
Акустическая аппаратура сигнализациивоздействует на органы слуха (звонки, ревуны). Оптическая аппаратура сигнализациивоздействует на органы зрения (лампы, табло).
В качестве сигнальных лампприменяются лампы накаливания или газоразрядные.
Правила Речного Регистра РФрекомендуют для световой сигнализации применять цвета: красный – аварийноесостояние, опасность; зеленый, белый – осведомление о безопасности нормальнойработы; желтый – предупреждение о приближении опасности, аварии.
Коммутационная аппаратура
Выбор автомата производится порасчетному току потребителя. В начале выбирают номинальный ток автомата: Iн.а.≥ Iрасч.д.,Uн.в.≥Uс.
Номинальный ток расцепителяавтоматов, включенных в различные питающие линии, исходя из условия Iн.р.≥ Iрасч.д, где
Iн.р– номинальный ток расцепителя;
Iрасч– расчетный ток
Выбор автоматов для генераторовМСС-91-4
Автоматические выключатели длягенераторов должны обеспечить защиту от токов короткого замыкания, отперегрузки.
Выбираем автомат серии А 3700снабженный электромагнитным расцепителем типа А 3730.
Номинальный ток автомата Iн= 400А
Номинальный ток расцепителя Iн.р.=250А.
Выбираем автоматический выключательдля потребителя
Брашпиль:
Выбираем автоматический выключательтипа АП-50.
Номинальный ток автомата Iн.а.= 16А
Номинальный ток расцепителя Iн.р.=8,6А
Приемники
Эл.эн.
Номинальные данные потребителя
Тип автомата
Номинальные данные автомата
U, В
A, А
I ,A
I ,A
компрессор
220
18,5
АП-50
25,0
18,5
насос топлив
220
9,8
АП-50
10,0
9,8
Насос масл
220
9,8
АП-50
10,0
9,8
Насос осуш
220
17,0
АП-50
25,0
17,0
Насос пожар
220
47,0
АП-50
50,0
47,0
Насос санит.
220
7,5
АП-50
10,0
7,5
ВентиляторМО
220
9,8
АП-50
10,0
9,8
Вент.жилых помещений
220
5,1
АП-50
6,0
5,1
Рулевая машина
220
9,8
АП-50
10,0
9,8
Брашпиль
220
8,6
АП-50
16,0
8,6
Буксирн.лебед.
220
58
АП2043
63
58
Р/станция
220
2,2
АП-50
2,5
2,2
УКВ р/станция
220
2,2
АП-50
2,5
2,2
КВУ
220
1,9
АП-50
2,5
1,9
Р/локатор
220
5,1
АП-50
6,0
5,1
Эхолот
220
1,8
АП-50
2,5
1,8
Плита камб
220
13,8
АП-50
1,6
13,8
Эл.кипятильник
220