Расчет и выбор генераторов СЭС.
Построение таблицы нагрузок.
Для определения необходимой мощности генераторов судовой электростанции составляется таблица электрических нагрузок при различных режимах работы судна в зависимости от его типа.
Для правильного составления таблицы необходимо четко представлять назначение электрифицированного устройства, его режим работы и в каких режимах работы судна он участвует.
Порядок составления таблицы нагрузок:
В графу 1 заносим все потребители электроэнергии, установленные на судне.
В графу 2 проставляем количество данных потребителей(n).
В графу 3 заносим единичная установленная мощность потребителя(Рн)на основании его технического паспорта.
В графу 4 заносим значение коэффициента мощности, соответствующего номинальной загрузке двигателя (cosφН).
В графу 5 проставляем КПД потребителя для номинального режима (ηН).
В графу 6 заносим потребляемая мощность всеми одноименными потреб-ми (PП):
PП= РНn/ ηН
В графы 7, 8, 9, 12, 13, 14, 17, 18, 19, 22, 23, 24 для всех режимов судна определяются и проставляются следующие коэффициенты:
§ Коэффициент одновременной работы (КО) одноименных потребителей, равный отношению числа одновременно работающих механизмов в одном режиме к общему их числу;
§ Коэффициент загрузки (КЗ), равный отношению фактической мощности, потребляемой механизмом, к установленной мощности потребителя;
§ Коэффициент мощности, соответствующий действительной загрузке потребителя (cosφД). Он определяется
по кривым cosφ=f(P)
В графы 10, 15, 20 и 25 заносим значение активной мощности, потребляемой одноименными потребителями в каждом режиме (РП.А), которая определяется по формуле:
РП.А=РП×КО×КЗ
В графы 11, 16, 21 и 26 проставляем значение реактивной мощности (Q) для каждого режима:
Q=РП.А×tg φ Д
где φД – угол сдвига между током и напряжением потребителя при соответствующем коэффициенте загрузки (КЗ).
Если потребитель в данном режиме не работает, то в соответствующих графах ставим прочерки.
Определяем суммарные активную и реактивную мощности для всех режимов, путем сложения мощностей отдельных потребителей.
Так же, для каждого режима работы определяем суммарные активную и реактивную мощности с учетом потерь в сети – 5% и энергетического коэффициента одновременности
РХ=∑РП.А× КО’×1.05×1.3
QХ=∑Q× КО’×1.05×1.3
Определяем средневзвешенный коэффициент мощности для каждого режима по формуле:
cosφСРВ= ∑РП.А/∑S
где ∑S – полная мощность, определяемая по формуле:
∑S=√(∑ РП.А^2+ ∑ Q^2)
Наименование потребителей электроэнергии | n | РН, кВт | ηН | сosφН | РП, кВт | Ходовой режим | |||||||
КО | КЗ | сosφД | Потребл. мощность | ||||||||||
РП.А, кВт | Q, квар | ||||||||||||
Рулевая машина | 3,2 | 0,84 | 0,84 | 7,6 | 0,5 | 0,8 | 0,85 | 3,04 | 1,88 | ||||
Брашпиль | 1,1 | 0,90 | 0,33 | 3,3 | - | - | - | - | - | ||||
Грузовая лебедка | 0,75 | 0,86 | 6,9 | - | - | - | - | - | |||||
Пожарный насос | 0,88 | 0,87 | 8,05 | 0,8 | 0,85 | 6,4 | 3,97 | ||||||
Осушительный насос | 2,8 | 0,83 | 0,82 | 3,4 | - | - | - | - | - | ||||
Топливный насос | 1,2 | 0,89 | 0,86 | 1,4 | - | - | - | - | - | ||||
Котельный насос | 1,2 | 0,89 | 0,86 | 1,4 | 0,8 | 0,85 | 1,12 | 0,69 | |||||
Санитарный насос | 1,2 | 0,89 | 0,86 | 1,4 | 0,8 | 0,86 | 1,12 | 0,66 | |||||
Масляный насос | 1,2 | 0,89 | 0,86 | 1,4 | - | - | - | - | - | ||||
Вентиляторы | 0,8 | 0,87 | 0,77 | 1,04 | 0,8 | 0,87 | 0,83 | 0,47 | |||||
Компрессоры | 1,8 | 0,87 | 0,83 | 2,17 | 0,66 | 0,8 | 0,86 | 1,15 | 0,68 | ||||
Радио- и электронавигационные приборы | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,83 | 5,38 | ||||||||
Приборы управления судами | 0,8 | 0,8 | 3,75 | 0,8 | 0,86 | 1,78 | |||||||
Электрически камбуз и грелки | 0,8 | ||||||||||||
Освещен и сигнальные огни | 0,95 | 8,4 | 0,8 | 0,86 | 6,72 | ||||||||
Зарядный агрегат | 2,8 | 0,8 | 0,8 | 3,5 | - | - | - | - | - | ||||
С учётом коэффициента одновременности | Коэ=0,8 | 31,5 | 15,61 | ||||||||||
С учётом потерь 5% | 33,08 | 16,4 | |||||||||||
С учётом развития электрооборудования 30% | 21.3 | ||||||||||||
∑S | 47.99 | ||||||||||||
Средневзвешенный cosφ | 0,9 | ||||||||||||
Стоянка | Манёвры | Аварийный режим | |||||||||||||
КО | КЗ | сosφД | Потребл. мощность | КО | КЗ | сosφД | Потребл. мощность | КО | КЗ | сosφД | Потребл. мощность | ||||
РПА, кВт | Q, квар | РПА, кВт | Q, квар | РПА, кВт | Q, квар | ||||||||||
- | - | - | - | - | 0,5 | 0,8 | 0,86 | 3,04 | 1,88 | 0.5 | 0,8 | 0,86 | 3,04 | 1,88 | |
- | - | - | - | - | 0,8 | 0,86 | 2,64 | 1,57 | - | - | - | - | - | ||
0,8 | 0,87 | 5,52 | 3,13 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
- | - | - | - | - | 0,8 | 0,85 | 6,4 | 3,97 | 0,8 | 0,85 | 6,4 | 3,97 | |||
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,8 | 0,87 | 2,72 | 1,54 | ||
0,8 | 0,87 | 1,12 | 0,63 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
0,8 | 0,85 | 1,12 | 0,69 | 0,8 | 0,85 | 1,12 | 0,69 | - | - | - | - | - | |||
0,8 | 0,86 | 1,12 | 0,66 | 0,8 | 0,86 | 1,12 | 0,66 | - | - | - | - | - | |||
0,8 | 0,86 | 1,12 | 0,66 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
0,33 | 0,8 | 0,87 | 0,27 | 0,15 | 0,66 | 0,8 | 0,87 | 0,55 | 0,31 | 0,8 | 0,87 | 0,83 | 0,47 | ||
0,33 | 0,8 | 0,87 | 0,58 | 0,33 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
0,8 | 0,83 | 5,38 | 0,8 | 0,83 | 5,38 | 0,8 | 0,83 | 5,38 | |||||||
- | - | - | - | - | 0,8 | 0,86 | 1,78 | 0,8 | 0,86 | 1,78 | |||||
0,8 | 0,8 | 0,8 | |||||||||||||
0,8 | 0,86 | 6,72 | 0,8 | 0,86 | 6,72 | 0,8 | 0,86 | 6,72 | |||||||
0,8 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
Коэ=0,8 | 29,1 | 13,9 | Коэ=0,8 | 32,5 | 16,79 | Коэ=0,8 | 29,36 | 15,22 | |||||||
30,55 | 14,59 | 34,1 | 30,83 | ||||||||||||
39,72 | 18,97 | 44,34 | 22,1 | 20,77 | |||||||||||
44,02 | 49,54 | 45,14 | |||||||||||||
0,9 | |||||||||||||||
На основании полученных мощностей выбираем необходимые генераторы.
Всего 2 генератора. | |||||||||||
Тип | Мощность | U, B | Ток статора, А | В относительных еденицах | r при t=75 | Τd’, с | m, кг | ||||
кВА | кВт | Xs | Xd | Xd’ | Xd’’ | ||||||
МСК-91-4 | 93,7,5 | 0,0813 | 2,0813 | 0,21 | 0,143 | 0,0322 | 0,148 |
Расчет и выбор кабелей для генераторов, потребителей,
Щита питания с берега.
Для всех источников и потребителей электроэнергии, кроме щита питания с берега выбираются кабели марки КНР, соответственно для ЩПБ марки НРШМ.
Рабочие токи определяем по формуле:
При этом напряжение U, для генераторов берется 380 В, а для потребителей 220 В
Потери напряжения определяем по формуле:
- Генератор:
КНР 3х70
- Щит питания с берега:
НРШМ 3х95
- Рулевая машина:
КНР 3х1
- Брашпиль:
КНР 3х1 (16А)
- Грузовая лебедка:
КНР 3х2,5 (24А)
- Пожарный насос:
КНР 3х2,5 (24А)
- Осушительный насос
КНР 3х1 (14А)
8. Топливный насос
КНР 3х1 (18А)
- Котельный насос
КНР 3х1 (14А)
- Санитарный насос
КНР 3х1 (18А)
- Масляный насос
КНР 3х1 (18А)
- Вентиляторы
КНР 3х1 (14А)
12. Компрессоры
КНР 3х1 (18А)
- Радио- и электронавигационное оборудование
КНР 3х4 (32А)
- Приборы управления судами
КНР 3х1 (18А)
- Электрический камбуз и грелки
КНР 3х2,5 (25А)
- Освещение и сигнальные огни
КНР 3х1,5 (18А)
- Зарядный агрегат
КНР 3х1 (14А)
Выбранные кабели с необходимым кол-вом жил и сечением.
Наименование, предназначен для | Ток рабочий, Ip, А | Ток допустимый, Iд, А | Марка |
Генератор | КНР 3х70 | ||
Щит питания с берега | НРШМ 3х95 | ||
Рулевая машина | 6,72 | КНР 3х1 | |
Брашпиль | 7,78 | КНР 3х1 | |
Грузовая лебедка | 19,53 | КНР 3х2,5 | |
Пожарный насос | 19,2 | КНР 3х2,5 | |
Осушительный насос | 8,64 | КНР 3х1 | |
Топливный насос | 3,29 | КНР 3х1 | |
Котельный насос | 3,29 | КНР 3х1 | |
Санитарный насос | 3,29 | КНР 3х1 | |
Масляный насос | 3,29 | КНР 3х1 | |
Вентиляторы | 2,51 | КНР 3х1 | |
Компрессоры | 5,23 | КНР 3х1 | |
Радио- и электронавигационное оборудование | 26,24 | КНР 3х4 | |
Приборы управления судами | 9,84 | КНР 3х1 | |
Электрический камбуз и грелки | КНР 3х2,5 | ||
Освещение и сигнальные огни | 17,68 | КНР 3х1,5 | |
Зарядный агрегат | 9,19 | КНР 3х1 |
Расчет и выбор шин ГРЩ.
Распределение электроэнергии между потребителями осуществляется с помощью шин изготовленных из электротехнической меди.
Расчет шин заключается в определении наибольшего длительного тока нагрузки на шинах, выборе размеров шин исходя из допустимого тока и проверки выбранных шин на динамическую и термическую устойчивость, а так же на возможность появления механического резонанса.
В данном случае ток, протекающий по шине, будет равен току генератора.
Iш=157 А
Выбираем шину длиной 20 и шириной 5 мм с допустимым током 395 А
Так как на судах применяются быстродействующие автоматы, то проверка на электродинамическую устойчивость не требуется.
Вывод: расчет токоведущих шин показал, что для данной электростанции необходимо применить шины из электротехнической меди с допустимым протеканием тока по ним 395А.
Выбор аппаратов защиты.
В процессе эксплуатации электрических систем возможно нарушение нормальных условий и возникновение аварийных режимов работы.
К наиболее характерным нарушениям условий работы относятся режимы короткого замыкания и перегрузок. Для предупреждения недопустимой работы эл. установок применяются различные средства защиты – универсальные и установочные автоматические воздушные выключатели и предохранители. К электрической защите предъявляются требования быстродействия и чувствительности.
Защита от перегрузок в основном необходима на участке генератор – ГРЩ. Она обычно осуществляется одновременно с защитой от к. з. универсальным автоматом избирательного действия.
При выборе аппаратов защиты, устанавливаемых в распределительных устройствах, должны соблюдаться такие условия:
где:
- рабочее напряжение сети
- номинальное напряжение аппарата
- рабочий ток который протекает по аппарату
- номинальный ток на который рассчитан аппарат
Выбор автоматов:
Предназначен для | Тип | Ток номинальный, Iн, А | Ток расцепителя, А |
Генератор | АМ-8 | ||
Щит питания с берега | АМ-8 | ||
Рулевая машина | АС-25-3 | ||
Брашпиль | АС-25-3 | ||
Грузовая лебедка | АС-25-3 | ||
Пожарный насос | АС-25-3 | ||
Осушительный насос | АС-25-3 | ||
Топливный насос | АС-25-2 | 4,5 | |
Котельный насос | АС-25-2 | 4,5 | |
Санитарный насос | АС-25-2 | 4,5 | |
Масляный насос | АС-25-2 | 4,5 | |
Вентиляторы | АС-25-2 | 3,2 | |
Компрессоры | АС-25-3 | 6,3 | |
Радио- и электронавигационное оборудование | АК-50-2МГ | ||
Приборы управления судами | АС-25-3 | 12,5 | |
Электрический камбуз и грелки | АС-25-3 | ||
Освещение и сигнальные огни | АС-25-3 | ||
Зарядный агрегат | АС-25-3 | 12,5 |
Выбор электроизмерительных приборов.
№ | Прибор | Тип прибора | Размеры прибора | Система прибора | Диапазон измерения | Способ подключения | Кол-во | Класс точности |
Вольтметр | Э140/1 | 85х85х92 | Электромагнитная | 0-250 | Непосредственное | 2.5 | ||
Амперметр | Э140 | 85х85х92 | Электромагнитная | 0-300 | Через ТрТ со вторичной обмоткой на 5А | 2.5 | ||
Ваттметр | Д142 | 85х85х92 | Электродинамическая | 0-80 | Через ТТ токовая обмотка. Обмотка напряжения непоср. | 2.5 | ||
Частотомер | Д146 | 85х85х92 | Ферродинамическая | 45-55 | Непосредственное | 2.5 | ||
Фазометр | Э144 | 85х85х120 | Электромагнитная | 0-1-0 | Трт тока токовая | 2.5 | ||
Фазоуказатель | Д145 | 85х85х92 | Ферродинамическая | - | Непосредственное | 2.5 | ||
Мегаомметр | М147/1 | 85х85х92 | Магнитоэлектрическая | 0-5 | Через доп. устр. | - |
Расчет материалов ГРЩ.
Для постройки ГРЩ необходимо рассчитать вид и количество материала, требующегося для данной операции. Это связано с технико-экономическими показателями с одной стороны и условиями эксплуатации с другой.
Вся аппаратура и токосборные шины монтируются с задней стороны щита; на его лицевую сторону выводятся только рукоятки, ручки и штурвалы регулирующей и коммутационной аппаратуры, а также шкалы контрольно-измерительных приборов. Все коммутационные, регулирующие, защитные, сигнальные и контрольно-измерительные приборы должны иметь на фасаде щита таблички из антикоррозионного материала или пластмассы с надписями о назначении приборов.
Высота щита не должна быть более 2000 мм. Ширина панелей щита 600-700 мм. Расстояние от настила до осей электроизмерительных приборов должно быть не более 1800 мм, а до рукояток приводов или органов управления - не более 1700 мм. Высоту от настила до маховиков регуляторов возбуждения рекомендуется принимать не менее 700 мм. Перед щитом и за ним должны быть свободные проходы шириной 600 мм.
1. Листовая сталь
СТ3 S=3мм
Лист L×H×S
2 листа 2000×750×3 мм
1. Текстолит
1 лист 3000×1700×20
2. Уголок 30×30×3
6 шт. – 3000мм
8 шт. – 2000мм 14шт. – 700мм общая длина = 43800 мм
3. Медь для шин ГРЩ
Три полосы по: 3000×20×5
Описание работы ССАРН.
Система возбуждения синхронных генераторов МСК выполнена как система управляемого фазового компаундирования. Основным элементом схемы возбуждения является суммирующий трансформатор с магнитным шунтом. Суммирующий трансформатор имеет три основные и две вспомогательные обмотки. Обмотка напряжения ОН соединена в треугольник и подключена на линейное напряжение генератора. Токовая обмотка ОТ расположена только на крайних стержнях.
Такое исполнение вызвано конструктивными трудностями размещения обмоток на среднем стержне. В связи с этим число витков обмотки тока увеличено в раз по сравнению с симметричной обмоткой тока, так как в этом и другом случаях обмотка должна обеспечить одно и то же значение компаундирующей составляющей тока возбуждения. Выходная суммирующая обмотка ОС соединена в треугольник, и на ее выводы включен силовой выпрямитель ВС1, питающий обмотку возбуждения.
Вспомогательные обмотки служат для коррекции напряжения: обмотка ОМ питает измерительный элемент; на обмотку ОК включен дроссель отбора ДрО — исполнительный элемент коррекции. Дроссель отбора представляет МУ, работающий при переменном по величине напряжении на его выводах. Особенностью дросселя отбора, примененного в схеме, является то, что обмотки переменного тока выполняют также роль обмоток управления.
Управление дросселем отбора осуществляет промежуточный МУ. Кроме того, предусмотрена отрицательная обратная связь по напряжению возбуждения через регулировочный резистор R6 и вентиль В6.
С целью компенсации тока холостого хода дросселя отбора и уменьшения его влияния на величину тока КЗ генератора параллельно дросселю включен блок конденсаторов С.
Промежуточный МУ выполнен как усилитель с внутренней обратной связью. Усилитель имеет четыре обмотки управления. Обмотки управления ОУ10, ОУ20 служат для введения отрицательной обратной связи по току выхода магнитного усилителя с регулировочными потенциометрами R4 и R5, что обеспечивает устойчивую работу системы возбуждения. Обмотки управления У10 и У20 включены на выход измерительного органа через резистор R3.
В состав измерительного органа входят линейный и нелинейный элементы, а также дроссель частотной коррекции ДЧК.
Цепь линейного элемента состоит из трансформатора ТЛ1 с выходной обмоткой, включенной на выпрямитель ВС5 регулировочных резисторов R1 и резистора уставки напряжения.
Цепь нелинейного элемента включает линейный ТЛ2 с настроенными потенциометрами Rl, R2 и нелинейный ТН трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены последовательно и питают через дроссель частотной коррекции ДЧК, трехфазный выпрямитель ВС4, резисторы R8 и R9. Совместная настройка линейного и нелинейного элементов осуществляется резистором R3.
В состав блока коррекции входит также блок параллельной работы, с помощью которого осуществляется равномерное или пропорциональное распределение реактивных нагрузок между параллельно работающими генераторами. Он состоит из трансформатора тока ТП, резисторов R1 и R2 и трансформатора напряжения.
Параметры системы прямого фазового компаундирования рассчитаны таким образом, что при отключенном блоке коррекции система обеспечивает перевозбуждение во всем диапазоне эксплуатационных нагрузок, т.е. напряжение генератора в этих режимах превышает номинальное значение.
При подключении блока коррекции вследствие повышенного напряжения на входе на выход МУ подается сигнал, увеличивающий ток выхода усилителя, являющийся током управления дросселя отбора. Увеличение подмагничивания дросселя отбора уменьшает его реактивное сопротивление, что приводит к увеличению тока отбора и к соответствующему уменьшению тока возбуждения, т.е. к понижению напряжения генератора.
При повышении или понижении частоты дроссель частотной коррекции увеличивает или уменьшает сопротивление, а это вызывает увеличение или уменьшение управляющего сигнала на входе МУ, увеличение или уменьшение тока отбора и соответствующее понижение или повышение напряжения генератора.
Точность поддержания напряжения составляет ± 1 % во всем диапазоне эксплуатационных режимов нагрузок при изменении коэффициента мощности в пределах 0,6—1 и отклонении частоты вращения не более чем на ± 2%. Распределение реактивных нагрузок между параллельно работающими генераторами осуществляется с точностью ± 10 %. Самовозбуждение генератора происходит от генератора начального возбуждения, встроенного в вал генератора. В схеме системы возбуждения предусмотрено гашение поля, которое осуществляется рубильником РГП.
Список литературы
1. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Судовые электроэнергетические системы»
2. Роджеро И. И. Справочник судового электромеханика и электрика. «Транспорт» 1986г.
3. Семенов Ю.А. электрооборудование и автоматизация земснарядов. «Транспорт» 1984г.
4. Чаплыгин И. В. Электрооборудование и электродвижение речных судов. «Транспорт» 1979г.