Расчет судовой электростанции электрических сетей и судовых потребителей

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

 

КАСПИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И

ИНЖИНИРИНГА ИМ. Ш. ЕСЕНОВА

 

ИНСТИТУТ МОРСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

КАФЕДРА «МОРСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»

 

 

 

Курс 3

Шифр специальности 050715

Группа

МТТ-09-2

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

 на тему: «Расчет судовой электростанции электрических сетей и судовых потребителей».

 

По дисциплине: «Электроэнергетические комплексы морской техники»

 

 

 

 

               Выполнил: ст.Сарыкулова. А

Проверил: ст.преп. Анферов. В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Актау - 2012

 

 

 

 

                            ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

 

СЭЭС – судовая электроэнергетическая  станция

МТ – морская техника

ГРЩ – главный распределительный  щит

АРЩ – аварийный распределительный  щит

АВ – автоматический выключатель

ПН – пожарный насос

ОН – осушительный насос

БН – балластный насос

ГМ – грузовой механизм

БР – брашпиль (якорно – швартовый механизм)

В – вентиляция

К – камбуз (судовое  помещение для приготовления  пищи)

ГА – генераторный агрегат

АД – асинхронный  двигатель

ПД – первичный  двигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                       

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

1. Расчет нагрузки СЭС.
2. Расчет СЭС аналитическим методом.
3. Выбор количества и единичной мощности ГА.
4. Расчет  фидера от генератора до ГА СЭС.
5. Расчет шин электрораспределительных устройств.
6. Расчет силовой и осветительной сети.
7. Выбор коммутационной аппаратуры.
8. Заключение.
9. Список используемых источников.

                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           ВВЕДЕНИЕ

 

Наиболее важным техническим средством судна является судовая энергетическая система - (СЭЭС).

Cудовые электроэнергетические станции предназначены для питания различных потребителей, эксплуатируемых в судовых условиях. В частности это грузовые механизмы, брашпиль, различные насосы, вентиляция и кондиционирование, радионавигационное оборудование и различные бытовые потребители. В предлагаемом курсовом проекте рассматриваются электрические станции  для судов различного типа и водоизмещения. Необходимо рассчитать потребляемую нагрузкой судна мощность, составить таблицу нагрузок и выбрать первичные двигатели и генераторы для данного типа судна

Судовая электроэнергетическая станция является многофункциональной системой, поскольку выполняет несколько функций:

• выработку,
• распределение,
• передачу и потребление электроэнергии.

Проектирование СЭЭС отличается рядом особенностей и требует специального подхода, который необходим для формулировки общих условий, обеспечивающих успешную работу ряда независимых частей при объединении их в единое целое.

СЭЭС - состоит из ряда подсистем, объединенных общей целью функционирования. Процесс функционирования СЭЭС в значительной степени имеет вероятностный характер. Это связано в основном со случайным характером процесса потребления электроэнергии, а также с влиянием окружающей среды и отказами элементов СЭЭС. Обеспечение высоких показателей качества электроэнергии при большом количестве ответственных потребителей и недетерминированном режиме их работы требует высокой степени автоматизация СЭЭС.

Успешное проектирование СЭЭС возможно лишь на основе СИСТЕМНОГО ПОДХОДА. Основной тезис системного подхода - максимальный учет взаимосвязей разрабатываемой системы с другими системами, и отдельными подсистемами между собой. Системный подход требует исследования возможно большего числа вариантов решения задач проектирования и выбор оптимального варианта системы, который позволит снизить стоимость проектирования и изготовления системы, обеспечить ее эффективную эксплуатацию.

 

 

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет нагрузки судовой электростанции аналитическим методом.

 

При использовании аналитического метода средняя расчетная мощность в ходовом режиме

 

     Р_Х =18 +0,028·N+ р* = 18+ 0,028*6000+161=347Вт,

где N-мощность главного двигателя энергетической установки,

р*- наибольшее значение Рэп и Рбп,

 

Рэп- мощность эпизодических включенных потребителей,

Рбп- мощность бытовых потребителей.

 

Примерная мощность эпизодических потребителей

 

Рэп = Рбн +Рпн + Рон = 56+45+60 = 161кВт,

где Рбн -мощность электропривода балластного насоса,

 

Рпн - мощность электропривода пожарного насоса,

Рон - мощность электропривода осушительного насоса. Расчетная мощность бытовых потребителей

Рб.п = Рк +Рв+Рс.к = 20+11,2+ 12,25 = 43,45кВт

где Рк - мощность электрического камбуза.

Рв -мощность бытовой вентиляции

Рв = (0,4ч0,8)·∑РВI = 0,8·14=11,2кВт,

где (0,4 ч 0,8) - коэффициент одновременности,

Р_ск - суммарная мощность установок кондиционирования воздуха

 

Рс.к = 0,7·∑Ркв1= 0,7·17,5=12,25кВт

 

где 0,7 - коэффициент одновременности.

 

Средняя расчетная мощность СЭС в стояночном режиме, без грузовых операций

Рст = 11+ 0,002·Д+ Рэп = 11+0,002·28000 + 347 = 414кВт.

Стояночный режим с грузовыми операциями

Рст.гр = Рст +Ргр.м = 414+17,6 = 432 кВт

Мощность грузовых механизмов с зачетом одновременности их работы

Ргр.м = ко·∑Ргр.м1 = 0,8·22 = 17,6кВт

где ко =(0,4ч0,8)- коэффициент одновременности.

Средняя расчетная мощность СЭС в маневровом режиме

Рм = [0,8·(Рб.п+Ркп)+Рх]·1,05 = [0,8·(43,45+10)+347]·1,05 = 409кВт,

 

     где Рб.п - мощность брашпиля

 

 

 

 

Ркп - мощность компрессов пускового воздуха.

Расчетная мощность СЭС при работе аварийном режиме, т.е.  это мощность аварийной ЭС

Ра.эс. = (0,3ч0,35)·Р_Х ·1,05 = 1,05·0,35·347 = 127,5кВт,

Расчетная мощность в аварийном режиме при работе основной электростанции

 

Рсэс = 1,05 · (1,3 - 1,5) · Р_х = 1,05 · 1,3 ·347 = 474кВт.

 

При расчетах мощности СЭС необходимо учитывать потери     

мощности в электросетях судна, который составляет 5%.

Целесообразно предусматривать мощности идущие на планируемую   

модернизацию энергетического оборудования.

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

 

 

 

 

2. Выбор количества и единичной мощности генераторных

агрегатов СЭС.

 

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

 

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

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

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

до 50 — 60 % — для дизель-генераторов,

до 40 — 50 % — для турбогенераторов,

до любого уровня — для ВГ и утилизационных ТГ.

 

 

 

 

 

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

Мощность основных ГА должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них -оставшиеся обеспечивали питание ответственных ПЭЭ.

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

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

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

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

в СЭС, состоящих только из ДГ или ДГ и ТГ, - не более двух;

в СЭС, состоящих из ДГ и других типов ГА (ВГ, НГ, УТГ, ВДГ), - не более трех.

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

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

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

Конкурирующие варианты состава СЭС сравнивают по экономическим показателям:

среднегодовая наработка ГА;

среднегодовые значения приведенных и эксплуатационных затрат;

себестоимость электроэнергии;

срок окупаемости.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица нагрузок СЭЭС

 

 

Табл.№1.1.

 

Ходовой режим,   кВт	Стояночн. режим без груз. операций. кВт	Стояночн. с груз, операц   кВт	Маневр, режим     кВт.	Авар. ЭС     кВт	Авар. режим Основ. ЭС. кВт
347	414	432	409	127,5	474

                                

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

 

Технические характеристики судовых генераторов

 

Табл.№1.2

 

1	Генератор	ДГАС- 270	ДГАС - 300
2	Мощность, кВт	270	300
3	Частота вращения, Гц	50	50
4	Напряжение, В	400	400
5	Род тока	3-фазный	3-фазный
6	Удельный расход топлива, г/кВт*ч	240+/-12	255+/-12
7	Масса, кг	3900	5300
8	Назначенный номинальный ресурс, ч	22500	8000
9	Размеры, мм	3600х1077х1777	4200х1300х1980
10	Количество	2	1