151573 (Разработка схемы судовой электростанции)

_{Оглавление}

1. Расчет мощности электростанции. Выбор источников электроэнергии и трансформаторов

1.1 Выбор трансформаторов

1.2 Расчёт мощности электростанции

1.3 Выбор источников электроэнергии судовой электростанции

1.4 Расчет мощности и выбор аварийного генератора

2. Разработка схемы судовой электростанции и выбор электрооборудования

2.1 Разработка схемы судовой электростанции

2.2 Выбор шин ГРЩ

2.3 Выбор кабеля

2.4 Выбор коммутационных аппаратов

2.5 Выбор электроизмерительных приборов

2.6 Выбор измерительных трансформаторов

3. Проверка оборудования электроэнергетической установки на работоспособность в условиях короткого замыкания

3.1 Расчет токов короткого замыкания

3.1.1 Расчёт токов К.З. для точки К1 на фидере генератора

3.1.2 Расчёт токов К.З. для точки К2 на шинах ГРЩ

3.1.3 Расчёт токов К.З. для точки К3 на фидере РЩ₆

3.2 Проверка коммутационно - защитной аппаратуры

3.3 Проверка шин ГРЩ

3.4 Проверка измерительных трансформаторов тока

4. Определение изменения напряжения при пуске двигателя

4.1 Графический метод расчета

4.2 Аналитический метод расчета

5. Выбор средств автоматизации электростанции

6. Конструктивная разработка ГРЩ электростанции

Список литературы

1. Расчет мощности электростанции. Выбор источников электроэнергии и трансформаторов

1.1 Выбор трансформаторов

По данным таблицы нагрузок 1.2 для приёмников 220В выбираем трансформатор.

Условие выбора: где

- число трансформаторов;

- номинальная мощность трансформатора;

-коэффициент одновременности;

кВт; кВАр; кВА

Для АРЩ:

кВт; кВАр; кВА

Выбираем четыре трансформатора ТС3М и их технические данные сведём в таблицу 1.1

Технические данные трансформаторов Таблица 1.1

Мощность, кВА	Количество	Напряжение		Потери К. З., кВт	Напряжение К. З.,%	КПД,%
		первичное	вторичное
250	2	380	230	4100	5,1	98
63	2	380	230	1475	4,75	97,5

Один трансформатор постоянно находятся в работе. Второй, в соответствии с правилами Регистра обеспечивает питание приемников взамен отказавшего. Трансформаторы подключаются к различным секциям ГРЩ.

1.2 Расчёт мощности электростанции

В соответствии с требованиями Регистра произведем расчет нагрузки СЭС в ходовом режиме. Воспользуемся табличным методом расчета.

При заполнении таблицы нагрузок в графы 2-4 вносят данные задания, в графы 5-8 - параметры двигателей, выбранных по условию , где - мощность в графе 4.

Рассмотрим заполнение таблицы нагрузок:

Графа9. Коэффициент загрузки выбирается с учетом рекомендаций табл.2.3

[2, стр.8]. Максимальное значение его не должно превышать отношение

Графа10. Коэффициент полезного действия принимают равным номинальному, если К_з>0,6. Если К_з<0,4 то КПД определяют по выражению:

,

где

Графа11. Коэффициент мощности приемника определяют в зависимости от загрузки ЭД К_{з (}[4], рис.3.2)

Графа12. Коэффициент одновременности К_о работы приемников выбираем с учетом наличия резервных механизмов и условий плавания судна.

Графа13. Потребляемая активная мощность в ходовом режиме

Графа14. Потребляемая реактивная мощность в ходовом режиме

Результаты расчета сводим в таблицу 1.2

Для расчёта нагрузки СЭС других режимов работы воспользуемся пересчетными коэффициентами.

Маневренный: К=1,1

Аварийный: К=0,86

Стоянка без погрузки: К=0,58

Стоянка с погрузкой: К=1,05

Результаты пересчёта сводим в таблицу 1.3

Мощность СЭС в различных режимах Таблица 1.3

Мощность	Ходовой	Маневренный	Аварийный	Стоянка без погрузки	Стоянка с погрузкой
Р, кВт	803,2	884,2	691,44	466,32	844,2
S, кВА	872,39	959,62	750,25	505,98	916,01

1.3 Выбор источников электроэнергии судовой электростанции

При выборе комплектации СЭС учитываем тип энергетической установки, требования Правил Регистра. Рассчитываемое судно имеет турбинную энергоустановку. По данным таблицы 1.2 и 1.3 выбираем 3 турбогенератора [2, табл 2.6], а их технические данные сводим в таблицу 1.4

В соответствии с Регистром в составе СЭС должен быть резервный генераторный агрегат, мощность которого позволяла бы заменить любой из агрегатов СЭС при его отказе.

В качестве резервного ГА на нашем судне будет использоваться ДГ (см. табл.1.4).

Технические данные Т-Г и Д-Г Таблица 1.4

Тип	Pд, кВт	Pг, кВт	Напряжение, В	n, об/мин	G, г/кВт*ч	T, тыс. ч	Количество генераторов
ГМС-14-41-12	588	500	400	500	218	60	1
ТГУ-500	-	500	400	-	-	-	3

Коэффициент загрузки генераторов определяется по формуле:

,

где - потребляемая приемниками мощность в данном режиме; - суммарная мощность работающих в данном режиме генераторов.

Расчёты сведём в таблицу 1.5

Загрузка генераторов в различных режимах Таблица 1.5
Мощность		Ходовой	Манёвренный	Аварийный	Стоянка без погрузки	Стоянка с погрузкой
Рген.		1000	1000	1000	500	1000
Рнагр.		803,2	884,4	691,44	466,32	844,2
Nген.		2	2	2	1	2
Кз		0,8	0,88	0,69	0,93	0,84

Примечание: таким образом мы видим, что генераторы во всех режимах работают с оптимальным коэффициентом загрузки (аварийный режим является кратковременным)

1.4 Расчет мощности и выбор аварийного генератора

Аварийный генератор должен обеспечивать питание приемников, обеспечивающих безопасность людей и судна. На основании этого составляем таблицу 1.6

Таблица 1.6. Нагрузки АДГ.

№ п/п	Наименование приёмников	Кол-во приём ников		Аварийный режим
				Мощность механизма, кВт	Мощность электро двигателя кВт	Коэф. загрузки электро двигателя	КПД приём ника с учётом загрузки	Коэф. одновре мённости		Общая потребляемая мощность
										Pi, кВт
1	Рулевое устройство		1		40	45	0,8	92	1		39
2	Насосы пожарные		1		42	45	1	87,5	1		51,4
3	Насосы баластно-осушительные		2		18	19	0,8	91	0,6		10
4	Аварийное освещение				14		1				14
5	Прожекторы		3		0,5				0,5		0,75
6	Радиооборудование				10		0,8				8
7	Электронавигационные приборы				10		0,8				8
8	Сигнально-отличительные огни				1						1
9	Системы управления СЭС и ГЭД				3						3
Суммарная мощность приёмников электрической энергии получающих питание в аварийном режиме										135,15

По данным таблицы 1.6 выбираем АДГ мощностью 200 кВт.

2. Разработка схемы судовой электростанции и выбор электрооборудования

2.1 Разработка схемы судовой электростанции

При разработке СЭС учитываем число и тип генераторных агрегатов, трансформаторов, предусматриваем возможность параллельной и раздельной работы генераторов, питание ответственных приемников от основных и аварийных генераторов, питание от береговой сети при стоянке в порту.

При проектировании схемы предусматриваем параллельную работу генераторов на одну систему сборных шин, секционированных с помощью автоматических выключателей. Деление ГРЩ на секции позволяет поочередно проводить обслуживание секций при снятом напряжении. На фидеры, отходящие от ГРЩ, ставим автоматические выключатели.

При распределении приемников по схемам ГРЩ руководствуемся требованиями Регистра. Такие приемники, как рулевой электропривод, шпиль, брашпиль, пожарные насосы, балластно-осушительные насосы, компрессоры, радиооборудование, навигационное оборудование и др. получают питание по отдельным фидерам. Обеспечено подключение основных и резервных приемников одного назначения к разным секциям. Один из фидеров рулевого электропривода получает питание от аварийного распределительного щита.

Неответственные потребители, допускающие отключение при перегрузке генератора, группируем. Для уменьшения нагрева ГРЩ наиболее мощные источники подключаем ближе к источникам. На схеме показываем связь ГРЩ со ЩПБ, щитом аварийного генератора и подстанцией 220 В. При разработке схемы ГРЩ предварительно определяем число панелей ГРЩ.

На рисунке 2.1 приведена функциональная однолинейная схема СЭЭС.

С секции шин ГРЩ Ш1 получают питание следующие приемники 380 В:

1. Рулевое устройство

2. Насосы охлаждающей воды

3. Насосы масляные

4. Насосы циркуляционные

5. РЩ6-Компрессоров (главный и подкачивающий)

6. РЩ4-Насосов МО

7. РЩ8-Кондиционирования воздуха

8. РЩ2-Вентиляторов МО

9. РЩ9-Вентиляторов трюмов

10. РЩ5-Рефрижераторный

С секции шин ГРЩ Ш2 получают питание следующие приемники 380 В:

1. Подруливающее устройство

2. Брашпиль

3. Шпиль

4. Краны грузовые

5. Пожарный насос

6. Компрессор - главный

С секции шин ГРЩ Ш3 получают питание следующие приемники 380 В:

1. Лифт камбузный

2. Лифт грузовой

3. Лифт пассажирский

4. РЩ7-Камбузного оборудования

5. РЩ1-Котельного оборудования

6. РЩ3-Топливных насосов

С секции шин ГРЩ Ш4 получают питание следующие приемники 220 В:

1. Мастерская

2. РЩ12-освещения МО

3. РЩ13-освещения главной палубы

4. РЩ14-освещения шлюпочной палубы

С секции шин АРЩ Ш5 получают питание следующие приемники 380 В:

Пожарный насос

Балластно-осушительные насосы

Шлюпочные лебёдки

Рулевое устройство

С секций шин АРЩ Ш6 получают питание следующие приемники 220 В: РЩ10-радиооборудования, РЩ11-электронавигационного оборудования,

Аварийное освещение, РЩ16-сигнальноотличительных огней, Автоматическая сигнализация обнаружения пожара, РЩ15-освещения рулевой рубки и прожекторы.

2.2 Выбор шин ГРЩ

Т. к. распределение фидеров по длине шин ГРЩ производилось таким образом, что нагрузки слева и справа от турбогенераторов примерно равны, то ток, по которому будет производиться выбор шин ГРЩ (с учетом 20% неравномерности распределения нагрузки), можно определить по формуле: , где - сумма номинальных токов всех генераторов, кроме резервного, А.

А

А

Выбираем шины ГРЩ [2, табл.3.1] из условия I < I доп, при этом желательно выполнение условия h>4b

h=80 мм - высота шины;

b=8 мм -ширина шины;

L=1000 мм - расстояние между опорами;

Произведем проверку шин на возможность динамического резонанса. Для этого определим частоту собственных колебаний:

Гц.

Полученное частота не лежит в пределах от 40 до 60 и от 90 до 110 Гц, следовательно, механического резонанса не будет.

2.3 Выбор кабеля

Выбор кабеля включает в себя выбор марки, сечение кабеля, проверку выбранного кабеля на потерю напряжения. Сечение кабеля выбирается по расчетному току. Условие выбора: Кабель генератора и трансформатора выбирают по номинальному току:

.

Рабочие токи кабелей, соединяющих отдельные потребители с ГРЩ:

.

Рабочий ток фидера, питающего несколько приемников, определяется с учетом одновременности их работы по формуле:

Выбор кабелей оформлен в виде таблицы 2.1 Коэффициенты К1 и К2 учитывают температуру окружающей среды и условия прокладки кабеля.

Для генератора, трансформатора и механизмов МО Т⁰=50 ⁰С К₁=0,87

Для камбузных моторов и плит Т⁰=45 ⁰С К₁=1

Для остальных приемников Т⁰=40 ⁰С К₁=1,06

Коэффициент К₂ выбираем 0,85-для двухжильных кабелей 0,7-для трех - и четырехжильных кабелей.

Проверку линии на потерю напряжения производим путем сравнения потери напряжения в ней с допускаемой Регистром величиной: .

Потеря напряжения в линии генератор - шины не должна превышать 1%.

Потерю напряжения в линии без учета падения напряжения в разделке и наконечниках определяем по формуле:

,

где - длина кабеля (указывается в задании), м;

- число параллельных кабелей в линии;

, - активное и индуктивное сопротивление линии на единицу длины [2, табл.3.7], Ом/м.

Полученное значение меньше допускаемого Регистром.

Выбор кабеля Таблица 2.3

Наименование фидера	Номинальные данные	Данные рабочего режима		Поправрчные коэффициенты		Расчетный ток, А			Кабель
	Мощность, кВТ		Режим работы		cos۴	К3		Iраб, А		К1		К2				Марка		Сечение n*S, мм		Iдоп, А
Генератор №1	500	длит		0,85		1			849,04		0,87		0,7		975,9		КНР		6 (3*120)		189
Рулевое устройство	45	длит		0,9		0,6			49,276		1		0,85		49,28		КНРП		3*10		53,5
Трансф 1 стор	250	длит		0,87		1			414,76		0,87		0,85		476,7		КНР		4 (3*120)		133
Трансф 2 стор	250	длит		0,87		1			414,76		0,87		0,7		822,2		КНР		6 (3*95)		161
Брашпиль	55	крат		0,79		0,7			79,617		1		0,85		79,62		КНРП		3*25		85
Шпиль	55	крат		0,9		0,7			69,886		1		0,85		69,89		КНРП		3*16		71,4
Кран грузовой	55	крат		0,89		0,6			60,575		1		0,85		60,58		КНРП		3*16		64,6
Пож. Насос	45	крат		0,9		0,3			25,044		1,1		0,85		22,77		КНР		3*4		27,2
Лифт грузовой	5,5	крат		0,85		0,5			5,783		0,9		0,85		6,426		КНРП		3*1,5		10,2
Насос циркуляц.	30	длит		0,89		0,8			45,023		0,9		0,85		50,03		КНР		3*10		53,5
Насос маслян.	11	длит		0,87		0,8			17,464		0,9		0,85		19,4		КНР		3*2,5		22,1
Насос охл. Воды	55	длит		0,9		0,8			83,46		0,9		0,85		92,73		КНР		3*35		102
РЩ1 котельн. Оборудования	67	крат		0,87		0,8			104,01		0,89		0,85		116,9		КНР		3*50		140,25
РЩ2 вентил. МО	34,5	длит		0,87		0,9			60,25		1		0,85		60,25		КНР		3*16		64,6
РЩ3 Топл. Насосов	16,5	крат		0,88		0,5			15,826		0,87		0,85		18, 19		КНР		3*2,5		20,4
РЩ4 Насосов МО	76	крат		0,89		0,7			100,91		0,89		0,85		113,4		КНР		3*70		114,8
РЩ5 рефрижерат	8,5	длит		0,9		0,6			9,5662		1		0,85		9,566		КНР		3*1,5		10,2
РЩ7 Камбузн. Обор.	21,7	длит		1		0,8			29,306		0,89		0,85		32,93		КНР		3*10		34

2.4 Выбор коммутационных аппаратов

При выборе коммутационных аппаратов номинальный ток выключателя I_нв определяется номинальным током расцепителя I_нр, который выбирают по рабочему току I_раб приемника из условия: .