Департамент образования и науки Тюменской области
Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
Тюменской области«Тюменский колледж водного транспорта»
Отделение Судовождения и эксплуатации флота
Курсовая работа
по МДК.01.01 Эксплуатация и ремонт судовых электрических машин, электроэнергетических систем и электроприводов, электрических систем автоматики и контроля.
Специальность 26.02.06 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики (базовая подготовка)
ИСПОЛНИТЕЛЬ: (ФИО) _______________________________________________
группа СЭМ 13 – 1
подпись ______________________
РУКОВОДИТЕЛЬ: (ФИО) Царев Алексей Сергеевич
Дата защиты проекта __________________________
Оценка, подпись __________________________
Тюмень, 2016
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Раздел 1. Теоретическая часть
1.1. Технико-эксплуатационная характеристика судна
Раздел 2. Практическая часть
2.1. Расчет мощности СЭЭС
2.2. Выбор генераторов
2.3. Выбор трансформаторов
2.4. Выбор системы распределения электроэнергии на судне
2.5. Расчет и выбор коммутационной аппаратуры
2.6. Выбор защитной аппаратуры
2.7. Выбор марки и сечения кабелей и проверка их на потерю напряжения
Заключение
Список используемых источников информации
Приложение
 | |||
| |||
ВВЕДЕНИЕ
Судовая электроэнергетическая система представляет собой совокупность судовых электротехнических устройств, объединенных процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии и предназначенных для питания судовых приемников электрической энергии. Судовая электроэнергетическая система включает в себя судовую электрическую станцию, судовые электрические сети и распределительные устройства, является основной частью оборудования судов.
Условия работы судовой электроэнергетической системы значительно отличаются от условий работы береговых установок и предъявляют к ней повышенные требования в отношении надежности и ремонтопригодности.
Судовые электростанции (СЭС) предназначены для производства, приема, преобразования всех судовых приемников. Для выполнения данных функций СЭС необходимы: источники, преобразователи и накопители электроэнергии, распределительное устройство и линии электросвязи.
По роду энергии преобразуемой в электрическую, СЭЭС делятся на тепловые и ядерные. На судах речного флота России применяются только тепловые СЭЭС. По параметрам электроэнергии СЭЭС делятся на постоянный и переменный ток.
СЭЭС постоянного тока оборудуются только небольшие речные суда и озерные. Главным образом на подводных крыльях и на воздушных подушках.
По назначению СЭЭС могут быть: общего назначения, служащие для снабжения электрической энергией всех судовых приемников при нормальных условиях эксплуатации; специальные, для питания приемников специального назначения, например гребной электроустановки; аварийные питающие щиты электроэнергии, наибольшее количество особо ответственных преемников при отказе СЭЭС общего назначения.
Размещение СЭЭС может быть различным. При относительно наибольших мощностях источники преобразования и распределители электроэнергии находятся в машинном отделении. Но наиболее удачным является размещение источников электроэнергии в одном помещении, а распределительные устройства в специальном выделенном помещении – центральном посту управления судовой энергетической установкой.
Целью данной курсовой работы является расчёт мощности судовой электроэнергетической системы т/х__________________.
Задачи подлежащие рассмотрению по ходу работы:
1. Дать общую характеристику теплохода _______ проекта ________.
2. Расчет мощности СЭЭС.
3. Выбор генераторов.
4. Выбор трансформаторов.
5. Выбор системы распределения электроэнергии на судне.
6. Расчет и выбор коммутационной аппаратуры.
7. Выбор защитной аппаратуры.
8. Выбор марки и сечения кабелей и проверка их на потерю напряжения.
9. Представить принципиальную электрическую схему ГРЩ теплохода _______________ проекта ____________.
Раздел 1. Теоретическая часть
1.1. Технико-эксплуатационная характеристика судна.
Однопалубный винтовой сухогрузный теплоход с люковыми закрытиями, полуутопленной надстройкой на носу и двухярусной надстройкой в кормовой части. Предназначенные для перевозки генеральных грузов (леса, контейнеров и т. д.).
На основе первоначально проекта 276 построена серия судов проекта 2760 с различными модификациями. На основе судов проекта 2760 были созданы суда-плавмагазины типа ПМ проекта 2766.
Суда поставлялись в Северо-Западное, Волжское, Камское, Сухонское, Северное, Иртышское, Обь-Иртышское и Енисейское пароходства. К 2000-м годам большая часть судов была списана, часть судов работает по первоначальному назначению, а некоторые суда были переоборудованы в пассажирские прогулочные теплоходы-кафе, танкеры и бункеровочные базы.
Судостроительное предприятие:
VEB SchiffswertEdgarAndre (Германия, Магдебург)
Класс речного регистра: О
Проект 2760
Длина, м: 67,3
Ширина, м: 8,16
Высота габаритная, м: 8,48
Высота борта, м: 2,6
Высота надводного борта, м: 0,43
Водоизмещение судна с полными запасами, т: 1000
Осадка средняя при водоизмещении 1000 т, м: 2,14
Водоизмещение порожнем, т: 300
Осадка средняя при водоизмещении 300 т, м: 0,63 средняя, 2,0 кормой
Грузоподъемность, т: 700
Скорость с грузом, км/ч: 16,5
Мест для экипажа, чел.: 14 (изначально)
Автономность, сут.: 7,5-10
Марга ГД: 8NVD36
Мощность ГД, э.л.с.: 2x300
Раздел 2. Практическая часть
2.1. Расчет мощности СЭЭС.
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.
Расчет таблицы нагрузок начинается с единичной потребляемой мощности. Определяется по формуле
| Pп.ед.= Pн / ηн (кВт); Компрессор - Pп.ед.=7,8/0,84=9,2кВт | (1) |
Определяется общая потребляемая мощность
| Pп.общ.= Pп.ед. * n (кВт); Компрессор - Pп.общ.=9,2×2=18,4кВт | (2) |
Далее рассчитываем потребители для ходового и маневрового режима судна.
Ходовой режим.
В ходовом режиме не работают: якорно-швартовные устройства (брашпиль, шпиль, автоматические швартовные лебедки), грузовые устройства (лебедки и грузовые краны), шлюпочные лебедки, главный компрессор, валоповоротное устройство и др.
В работе постоянно находятся: рулевое устройство, насосы, обслуживающие главные и вспомогательные двигатели (топливные, охлаждающие пресной и забортной воды, масляные), вентиляторы машинного отделения, трюмов и общесудовые, насосы питательной воды и циркуляционные котельной установки, система кондиционирования, камбуз (в течение рабочего дня), рефрижераторная установка, освещение (кроме палубного), радиооборудование, электрорадионавигационные приборы и др.
Периодически (эпизодически) включаются: вспомогательный компрессор (для восполнения утечек воздуха в системе пуска главного двигателя), пожарный насос (для скатки палубы), осушительный (для удаления предварительно очищенной при помощи сепараторов воды, образовавшейся вследствие утечек на деки в машинном отделении и трюмах), насосы общесудовых систем пресной и забортной воды (при понижении давления воды в этих системах) и др.
| Приемники электроэнергии | Режимы работы судна | ||||
| Ходовой | Маневров | Стоянка без грузовых операций | Стоянка с грузовыми операциями | Аварийный с работой основнойЭС | |
| Рулевое устройство | 0,3...0,4 | 0,5...0,8 | - | - | 0,4...0,7 |
| Брашпиль | - | 0,7...0,9 | - | - | - |
| Краны, лебедки | - | - | - | 0,5...0,8 | - |
| Насосы главного двигателя: | |||||
| - топливные, | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 0,8...0,9 |
| - масляные, | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 0,8...0,9 |
| - охлаждения. | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 0,8...0,9 |
| Насосы вспомогатель- ных двигателей: | |||||
| - топливные, | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 0,8...0,9 |
| - масляные, | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 0,8...0,9 |
| - охлаждения. | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 0,8...0,9 |
| Сепараторы | 0,6…0,8 | - | 0,4…0,6 | 0,4…0,6 | - |
| Насосы котельной установки: | |||||
| конденсатный | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 |
| циркуляционный | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 |
| питательной воды | 0,5...0,7 | 0,5...0,7 | 0,5...0,7 | 0,5...0,7 | 0,5...0,7 |
| Насос пожарный | 0,8...0,9 | 0,8...0,9 | - | - | 1,0 |
| Насос балластно-осушительный | 0,7...0,9 | 0,7...0,9 | 0,7...0,9 | 0,7...0,9 | 0,8...0,9 |
| Компрессор главный | - | 0,8...0,9 | - | - | - |
| Компрессор подкачивающий | 0,7...0,9 | - | 0,7...0,9 | 0,7...0,9 | 0,7...0,9 |
| Вентиляторы | 0,8…1,0 | 0,8…1,0 | 0,8…1,0 | 0,8…1,0 | 0,6...0,8 |
| Кондиционеры | 0,7…0,8 | 0,7…0,8 | 0,7…0,8 | 0,7…0,8 | 0,7…0,8 |
| Плиты камбуза | 0,5...0,9 | 0,5...0,9 | 0,5...0,9 | 0,5...0,9 | - |
| Мастерская | 0,3…0,4 | 0,3…0,4 | 0,3…0,4 | 0,3…0,4 | 0,3…0,4 |
| Навигационное оборудование | 0,4...0,6 | 0,5...0,7 | - | - | 0,5...0,7 |
| Зарядный агрегат | 0,7...0,9 | - | 0,7...0,9 | 0,7...0,9 | - |
| Сеть освещения | 0,6...0,8 | 0,7...0,8 | 0,6...0,8 | 0,6...0,8 | 0,8...1,0 |
| Радиооборудование | 0,5…0,6 | 0,5…0,6 | 0,2...0,3 | 0,2...0,3 | 0,7...0,8 |
| Маслоперекачиваю- щий насос | 0,7…0,8 | 0,7…0,8 | - | - | 0,7…0,8 |
| Топливоперекачи- вающий насос | 0,7…0,8 | 0,7…0,8 | - | - | 0,7…0,8 |
| Шлюпочная лебедка | - | - | - | - | 1,0 |
| Траповая лебедка | - | - | 0,8…0,9 | 0,8…0,9 | - |
| Гидрофоры | 0,8…0,9 | 0,8…0,9 | 0,8…0,9 | 0,8…0,9 | 0,8…0,9 |
| Валоповоротное устройство | - | - | 1,0 | 1,0 | - |
Коэффициент загрузки
Активная потребляемая мощность
| Pa = Pп.общ * Ko * Kз, (кВт); | (3) |
Реактивная потребляемая мощность
| Qр=Pа * tgφ (квар); | (4) |
Рис. 4.1. Зависимость коэффициента полезного действия η (кривые 1) и коэффициента мощности cosφ (кривые 2) асинхронных двигателей от коэффициента его загрузки КЗ (мощности Р 
, выраженной в относительных единицах о.е.): а) для двигателей мощностью до 10 кВт; б) для двигателей мощностью 10…75 кВт
Режим маневров.
В режиме маневров, например, при съемке с якоря (работает главный двигатель), к перечисленням выше постоянно и эпизодическиработающим приемникам добавляются якорно-швартовные устройства, вместо подкачивающего компрессора пускового воздуха работает более мощный компрессор (из-за повышенного расхода воздуха вследствие частых пусков-остановок главного двигателя).
Одновременно повышается нагрузка на рулевую машину вследствие увеличения углов кладки пера руля. Работает пожарный насос для смыва грунта с якоря и якорь-цепи.
В зависимости от конкретных условий съемки, может быть включено палубное освещение, необходимое при укладке стрел лебедок и кранов по-походному, зачехлению палубных механизмов, и при очистке палубы после окончания грузовых операций.
Активная потребляемая мощность
Реактивная потребляемая мощность
Определяем суммарные активные и реактивные потребляемые мощности для режимов работы:
∑Paход= кВт
∑Qрход= квар
∑Paманев= кВт
∑Qрманев= квар
Определяем суммарные активные и реактивные потребляемые мощности приемников энергии, но с учетом общего коэффициента одновременности по режиму.Общий коэффициент одновременности (КОР) для ходового режима составляет 0,8, а для режима маневрирования 0,75.
∑Paход(Кор) = ∑Paходˑ0,8 = кВт
∑Qрход(Кор)= ∑Qрходˑ0,8 = квар
∑Paманев(Кор)= ∑Paманевˑ0,75 = кВт
∑Qрманев(Кор)= ∑Qрманевˑ0,75 = квар
Определяем суммарную потребляемую мощность с учётом коэффициента одновременности по режиму и с учётом 5% потерь мощности в сети.
∑Paход5% = ∑Paход(Кор)ˑ1,05 = кВт
∑Qрход5% = ∑Qрход(Кор)ˑ1,05 = квар
∑Paманев5% = ∑Paманев(Кор)ˑ1,05 кВт
∑Qрманев5% = ∑Qрманев(Кор)ˑ1,05квар
Определяем полную мощность
 (кВА)
| (5) |
Sход=
Sманев=
Определяем средневзвешенный коэффициент мощности (сosφср) по каждому режиму. Определяется по формуле
| (6) |
=
=
2.2 Выбор генераторов.
Эта задача решается после полного оформления таблицы нагрузок. Обращается внимание на средневзешенный коэффициент мощности cosjср. Если он окажется больше 0,8, то выбор генератора производят по активной мощности Р, если меньше – по полной S.
При выборе количества генераторов и комплектовании судовой электростанции (СЭС) надо учитывать следующие обстоятельства:
1) неравномерность распределения нагрузок при параллельной работе генераторов достигает 10 %;
2) за время срока службы судна возможно увеличение потребителей и нагрузки на электростанцию до 10 %.
3) по требованиям речного Регистра при выходе из строя одного источника питания оставшиеся должны обеспечить нормальную работу судна в ходовом и аварийном режимах работы.
Поэтому полное количество генераторов вычисляют по следующим формулам:
 ;
| (7) |
 .
| (8) |
где Pi – нагрузка СЭС в I-ом режиме, кВт;
Рнг – номинальная мощность генератора, кВт;
nг.СЭС – полное количество генераторов СЭС.
Количество вычисленных по формуле генераторов nг округляют до ближайшего большего числа.
=
=
=
=
2.3. Выбор трансформаторов.
Выбор производится по трем параметрам: количеству фаз, напряжению (на входе и на выходе) и мощности. Мощность трансформатора Sн (кВА) определяется через мощность потребителей Р2 (кВт).
 (кВА)
| (9) |
где b - коэффициент нагрузки - для максимального КПД b=0,5…0,7;
cosj2=0,9…1,0.
По найденной мощности Sн выбираем трансформатор, мощность которого близка Sн.
Трансформатор ___________________________________
|
2.4. Выбор системы распределения электроэнергии на судне.
Судовые системы распределения электроэнергии распределяют на: фидерные, магистральные и магистрально-фидерные.
При фидерной (радиально-групповой) системе наиболее ответственные и мощные потребители получают питание от ГРЩ по отдельным фидерам, а все остальные потребители получают питание от распределительных щитов, каждый из которых также получает питание от ГРЩ по отдельному фидеру. При магистральной системе все потребители электроэнергии получают питание от ГРЩ по одной или нескольким магистралям коробки.
Магистрально-фидерная система распределения электроэнергии характеризуется тем, что одна часть питается по фидерной, а другая по магистральной системе. На судах речного флота основной системой распределения электроэнергии является радиально-групповая. В соответствии с правилами речного Регистра РФ непосредственно от ГРЩ по отдельным фидерам должны получать питание: электроприводы механизмов ответственного назначения; распределительные щиты; радиостанции; электрорадионавигационные приборы; коммуникатор сигнальных огней; станция автоматического обнаружения пожара; пульт управления судном.
В своем курсовом проекте я выбрал фидерную систему распределения электроэнергии, так как она обеспечивает большую надежность питания и возможность включения потребителей.
2.5. Расчет и выбор коммутационной аппаратуры.
Автоматический выключатель (АВ) выбирают по номинальному току Iн.вык выключателя и номинальному току Iн.расц расцепителя.
| Iрасц=Iдл/Кт, | (10) |
где Iдл=Iн.дв – длительный ток в линии,
Iн.дв – номинальный ток двигателя,
К т – тепловой коэффициент, учитывающий условия установки АВ(Кт=0,85 – для установки в закрытых шкафах).
| Iдл=Iн= Рн/(Uн·√3·ηн·cosφ), | (11) |
где Рн - мощность двигателя, кВт;
Uн – номинальное напряжение электродвигателя, кВ;
ηн – КПД двигателя (без процентов),
cosφ – коэффициент мощности двигателя.
Компрессор Iн=
Iрасц=
Выбираем автоматический выключатель типа ВА 51-25. Номинальный ток автомата Iн.а.= А. Номинальный ток расцепителяIн.р.=А.
Результаты выбора заносим в таблицу 1.
Таблица 1
| Потребители электроэнергии | Номинальные данные потребителя | Тип автомата | Номинальные данные автомата | |||
| РН, кВт | ηн, % | cosφ | Iна,A | Iра,A | ||
Технические данные автоматических выключателей серии ВА
| Тип | Номинальный ток, А | Кратность уставки | Iоткл,кА | ||
| Iн.а | Iн.расц | Ку(тр) | Ку(эмр) | ||
| ВА 51-25 | 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6 | 1,2 | |||
| 2,0; 2,5; 3,15; 4;5 | 1,5 | ||||
| BA 51-25 | 6,3; 8 | 7, 10 | |||
| 10; 12,5 | 2,5 | ||||
| 16; 20; 25 | 3,0 | ||||
| BA 51-31-1 BA 51Г-31 | 6,3; 8; 10; 12 | 3, 7, 10 | |||
| 2,5 | |||||
| 20; 25 | 3,5 | ||||
| 31,5; 40; 50; 63 | |||||
| 80; 100 | О | ||||
| BA 51-31 BA 51Г-31 | 6,3; 8 | ||||
| 10; 12,5 | 2,5 | ||||
| 3,8 | |||||
| 31,5; 40; 50; 63 | |||||
| 80; 100 | 1,25 | ||||
| BA 51-33 BA 51Г-33 | 80; 100; 125; 160 | 12,5 | |||
| ВА 51-35 | 80; 100; 125; 160; 200; 250 | ||||
| ВА 51-37 | 250; 320; 400 | ||||
| ВА 51-39 | 400; 500; 630 | ||||
| ВА 52-31 ВА52Г -31 | 16; 20; 25; | 1,35 | 3, 7, 10 | ||
| 31,5; 40 | |||||
| 50; 63 | |||||
| 80; 100 | 1,25 | ||||
| ВА 52-33 ВА 52Г-33 | 80; 100 | ||||
| 125; 160 | |||||
| ВА 52-35 | 80; 100; 125; 160; 200; 250 | ||||
| ВА 52-37 | 250; 320; 400 | ||||
| ВА 52-39 | 250; 320; 400; 500; 630 | ||||
| ВА 53-37 ВА 55-37 | 160 250 400 | Регулируется степенями 0,63 – 0,8 – 1,0 от Iн.э | 1,25 | 2; 3; 5; 7; 10 | |
| ВА 53-39 ВА 55-39 | 250 400 630 | ||||
| ВА 53-41 ВА 55-41 | 2; 3; 5; 7 | ||||
| ВА 53-43 ВА 55-43 | |||||
| ВА 53-45 ВА 55-45 ВА 75-45 | 2; 3; 5 | ||||
| 2; 3; 5; 7 | |||||
| ВА 75-47 | 2; 3; 5 |
2.6. Выбор защитной аппаратуры.
Для защиты сетей питающих электродвигатели номинальный ток плавной вставки выбирается наибольшим из следующего условия:
| Iп.в. ≥ Iпуск/α, | (12) |
| (13) |
где Iпуск – пусковой ток электродвигателя;
α – для двигателей с нормальными условиями работы α=2,5.
Рулевое устройство
,
По условию выбираем плавную вставку на 25А, патрон на 60А, тип предохранителя ПР-2.
Результаты выбора заносим в таблицу 2.
Таблица 2
| Потребители электроэнергии | Номинальные данные потребителя | Тип предохранителя | Номинальные данные предохранителя | |||
| РН, кВт | ηн, % | cosφ | Iпв,A | Iпатрон,A | ||
 |
2.7. Выбор марки и сечения кабелей и проверка их на потерю напряжения.
Расчет судовых электросетей заключается в выборе марки кабеля и в определении необходимой площади поперечного сечения жилы. На судах внутреннего плавания допускается применение кабелей с медными жилами. В местах, подверженных воздействию масла, нефтепродуктов, где возможны механические повреждения, следует применять кабеля имеющие соответствующую оболочку.
Расчетный ток кабеля соединяющего отдельные приемники с распределительным устройством
 ,
| (14) |
где kз – коэффициент загрузки;
Pном – номинальная мощность потребителя;
Uс – напряжение сети;
ηном – номинальный КПД потребителя;
cosφ – коэффициент мощности потребителя.
Потеря напряжения в кабеле
 ,
| (15) |
где ρ – удельное сопротивление материала жилы кабеля - 0,17;
l – длина кабеля;
g – площадь поперечного сечения жилы.
Пожарный насос
,
.
Выбираем кабель КНР – трехжильный негорючий, в резиновой оболочке с сечением жил 4мм2.
Результаты выбора заносим в таблицу 3.
Таблица 3
| Наименование потребителей электроэнергии | Расчетный ток кабеля I,А | Тип кабеля | Сечение кабеля,мм | Потеря напряжения кабеля в % | Длина кабеля,м |
| КНР | |||||
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной работы я привел расчет мощности судовой электроэнергетической системы теплохода ______ проекта _______.
В ходе работы были рассмотрены и решены следующие задачи - приведена общая характеристика теплохода _______,приведен табличный расчет мощности СЭЭС, выбраны генераторы и трансформаторы для судовой электростанции, выбрана система распределения электроэнергии на судне, приведен расчет и выбор коммутационной и защитной аппаратуры и выбор марки и сечения кабелей и проверка их на потерю напряжения. Также представленапринципиальная электрическая схемаГРЩ теплохода _______________ проекта ____________.
Задание на курсовую работу выполнено в полном объеме и рассчитанная СЭЭС соответствует требованиям Российского Речного Регистра.
Список используемых источников информации
1. Сергиенко Л. И., Миронов В. В. Электроэнергетические системы морских судов. Учебник для мореходных училищ. - М.: Транспорт, 1991.
2. Лейкин B.C. Судовые электрические станции и сети. - М.: Транспорт, 1982.
3. Яковлев В.С. Судовые электроэнергетические системы.- Л.: Судпромгиз, 1961.
4. Лосев И.А. Электрооборудование и автоматика судов технического флота. - Л.: Судостроение, 1972.
5. Справочник судового электротехника, том 1. - Л.: Судостроение, 1961.
6. Роджеро Н.И. Справочник судового электромеханика и электрика, - М.: Транспорт, 1989.
7. Соловьев Н.И. Судовые электроэнергетические системы, - М.: Транспорт, 1989.
8. Сомодолов Т.Т. Электрооборудование и радиосвязь речных судов, - М.: Транспорт, 1989.
9. Исупов Г.А. Краткий справочник судового электромеханика, - М.: Транспорт, 1989.
 |