СЭС задание на контрольную работу

МИНИСТУРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное агентство морского и речного транспорта

Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

(в г. Омске)

П. П. Селиванов

Судовые электроэнергетические системы.

Методические указания и задания к выполнению контрольной работы.

г.Омск 2008

УДК629.02.006 ББК 38.56

С 89

Селиванов П. П. Судовые электроэнергетические системы [текст] Методические указания и задания к выполнению контрольной работы / П. П. Селиванов. – Омск: Иртышский филиал НГАВТ, 2008 – 41 с.

Методические указания и задания по выполнению контрольной работы по предмету «Судовые электроэнергетические системы» составленные на основании учебного плана Селивановым П. П. и предназначены для студентов – заочников V курса специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Методические указания и задания обсуждены и одобрены на заседании кафедры электротехники и электрооборудования.

© Иртышский филиал, НГАВТ 2008

2

1. РАСЧЁТ МОЩНОСТИ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Расчёт мощности судовой электростанции в инженерной практике может быть выполнен тремя методами: аналитическим, табличным и вероятностным.

Так как нагрузка генераторов судовой электростанции (СЭС) определяется в любой момент времени количеством и мощностью работающих потребителей электроэнергии, а это зависит от особенностей эксплуатации судна в различных навигационных условиях (район плавания, погоды, время суток, вида груза, скорости хода и т.п.), отсюда вытекает, что характер изменения потребления электроэнергии носит случайный характер, т.е. относится к категории случайных процессов, описать которые можно только с использованием теории вероятности, но вероятностный метод ещё не достаточно разработан для инженерной практики.

Табличный метод имеет самое широкое распространение, но требует полного списка потребителей электроэнергии, поэтому применяется при расчётах в техническом проектировании.

При эскизном проектировании, когда ещё все потребители не определились, а необходимо сделать предварительный выбор генераторных агрегатов, применяют аналитический метод, который основан на большом количестве статистического материала работающих судов. В контрольной работе предлагается использовать этот метод.

Этот метод основан на предположении зависимости мощности СЭС от мощности главных двигателей в ходовом режиме судна, а на стоянке – от дедвейта судна и грузовых операций.

Ходовой режим,

Px =18 +0,028 N + ∆Px

где N – мощность главных двигателей, кВт

∆Рх – мощность наибольшего потребителя электрической нагрузки (обычно мощность пожарного насоса), кВт

3

На судах с высокой степенью электрификации (суда большого водоизмещения, пассажирские и туристические суда и т.п.)

∆Px = Pk + Pв + Pкл

где Рк – мощность камбузного оборудования, кВт Рв – мощность вентиляции, кВт Ркл – мощность климатической установки, кВт

Рх = 6 + 0,0242 N + ∆Рх – для сухогрузных речных судов.

Стоянка без грузовых операций.

Рст. =11+0,002D +∆Рх

где D – дедвейт, т.

где n – количество лебёдок

Рл – суммарная мощность лебёдок, приведённая к ПВ = 40%.

Маневровый режим.

Рм = Рх +0,8(Рбр + Ркп)

где Рбр – мощность брашпиля (носовых шпилей), кВт Ркп – мощность компрессора для судов с воздушным пуском.

4

Аварийный режим.

Ра = (1,3...1,35)Рх

Данные для расчёта необходимо взять в табл.1 задания.

После расчёта нагрузок следует приступить к выбору генераторов, при этом необходимо руководствоваться следующими положениями:

1.1.Генераторы следует выбрать из ряда бесконтактных (бесщёточных) типа БГ и 2СН, при крайней необходимости можно применять генераторы МСК, МСС или ГСС (см. приложение 1);

1.2.Загрузка генераторов должна составлять (70…80)% Рном, и только при кратковременных режимах коэффициент может быть снижен до (30…40)% Рном. Например у буксировщиков, у которых ходовое время составляет (80…90)% на стоянке генератор может иметь низкий коэффициент загрузки.

1.3.Желательно чтобы все генераторы были однотипные, и их количество не превышало четырёх единиц.

1.4.Регистр рекомендует применять параллельную работу генераторов даже тогда, когда все режимы работы СЭС обеспечиваются работой одного генератора. Параллельная работа в этом случае нужна для бесперебойного обеспечения потребителей в момент перехода с одного генератора на другой.

1.5.Правила Российского речного регистра и Российского морского регистра судоходства требует наличие резервного генератора, который обеспечивал бы судно электроэнергией в ходовом и аварийном режимах при выходе из строя одного основного генератора.

1.6.Так как в процессе длительной эксплуатации судна обычно устанавливают дополнительные потребители, то генераторы должны выбираться с запасом по мощности.

1.7.При выборе генераторов обычно намечают несколько вариантов и отбирают тот, который более экономически целесообразен, т.е. сравнивают капитальные и эксплуатационные расходы, того и другого вариантов.

5

2.РАСЧЁТ СУДОВОЙ КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ (см. задание 2)

При нагрузке кабеля или провода электрическим током он нагревается, а так же в нём теряется мощность и напряжение. При выборе сечения кабеля (провода) проектант сталкивается с двумя противоположностями. С одной стороны желательно снизить массы, габариты и стоимость кабелей, а с другой – снизить температуру нагрева, потери мощности (энергии) и напряжения. Поэтому при выборе сечения приходиться принимать компромиссное решение, которое обеспечило бы большой срок службы кабелей и допустимые размеры, и массу, а также потери в сети.

При выборе кабелей следует учитывать допустимый ток (нагрев кабеля), жильность кабеля, режим работы потребителя (длительный, кратковременный или повторно-кратковременный), температуру окружающей среды, способ прокладки кабеля, место прокладки кабелей.

В настоящее время выбор марки и сечения кабелей производят по специальным таблицам, приведённых в правилах морского и речного регистров, (см. приложение 3, таблицы 1 и 2).

Сначала определяют марку кабеля (провода) в зависимости от места его прокладки и стоимости, а так же допустимого напряжения. Так, например, при прокладке в сырых неотапливаемых помещениях (МКО, палубы, бытовые помещения, грузовые трюма и т.п.) допускается электрические сети выполнять кабелем, а в сухих отапливаемых помещениях можно применять провода. В тех местах, где возможны лёгкие механические воздействия на кабеле, должна быть плетёнка из стальных оцинкованных проволок (панцирь). Тогда кабель в своей марке имеет букву «П». Например, подводы к двигателям и другому оборудованию, если она находится на высоте от настила (палубы) менее чем 750мм. Можно не применять панцирь, если кабель будет заключён в трубу, метало - или пластиковый рукав.

Кабель, проходящий по открытой палубе (надстройкам, мачтам и т.п.), а так же в радиорубке и ходовой рубке, должен иметь экран из луженых медных проволок (в марке кабеля будет буква «Э»). Кроме того, надо стараться применять ка-

6

бели (провода) допускающие более высокую температуру нагрева и их оболочка должна быть стойкой к воздействию нефтяных масел и не распространять пламя (стойкость к возгоранию).

Часто на практике путают понятия многожильный кабель, и многопроволочный отождествляя их. Многожильный кабель – это когда в оболочке кабеля заложено несколько изолированных токопроводящих жил, а каждая жила может выполнятся или из нескольких проволок, или состоять из одной проволоки (береговые кабели обычно делают с однопроволочной жилой). Затем по таблицам (см. приложение 3) в зависимости от величины тока, жильности кабеля, режима работы потребителя с учетом прокладки выбирают сечение кабеля. При больших мощностях потребителя иногда вместо одного кабеля прокладывают два параллельно, или вместо одного трёхжильного – три одножильных. Для выбора сечения, как видно из предыдущего, нужно знать силу тока, которая определяется по следующим формулам:

а) для генераторов постоянного тока

Iг.ном = РUг.ном103 г.ном

б) для генератора трёхфазного переменного тока

где Рг.ном – номинальная мощность генератора, кВт Uг.ном – номинальное напряжение генератора, В сosφном – номинальный коэффициент мощности

в) для двигателя постоянного тока

г) для двигателя трёхфазного переменного тока

где Рд.ном – номинальная мощность двигателя, кВт

7

Uном – номинальное напряжения двигателя, В сosφном – номинальный коэффициент мощности ηном – номинальный к.п.д. двигателя Кз – коэффициент загрузки

Коэффициент загрузки в разных режимах электростанции (судна) может быть разным. Так например для рулевого привода при ходе по курсу (ходовой режим) может быть Кз = (0,3…0,5), а на манёврах и в аварийном режиме его принимают Кз = (0,8…0,9), а иногда 1. Ток нужно определять для самого высокого Кз.

е) для освещения, нагревательных приборов и т.п. постоянного и однофазного переменного тока.

I расч = Рп.номU Кз103

ном

ж) для трехфазных статических приборов

где Рп.ном – номинальная мощность потребителя, кВт Uном – номинальное напряжение потребителя, В

Если потребитель обладает индуктивным сопротивлением (люминесцентные светильники, трансформаторы, дроссели и т.п.), то в знаменателе формулы должен быть cosφ потребителя.

з) для кабеля группового щита

– постоянного тока

I расч = К0 ∑n Ii

i =1

– переменного тока

где Ii – ток отдельного i-го потребителя, А Iai – активный ток i-го потребителя, А Ipi – реактивный ток i-го потребителя, А

8

K0 – коэффициент одновременности работы потребителей n – число потребителей

Если температура окружающей среды θокр выше 400С, то в величину расчётного тока вносят поправку в соответствии со следующей формулой:

I = I 40 θθдоп −−θокр

доп 40

где I40 – табличный ток, А

θдоп – допустимая температура кабеля (кабели марок КНР, КНРЭ, КНРП, КНРТ и т.д. допускают температуру 650С)

θокр – температура окружающей среды, 0С 40 – нормируемая температура окружающей среды, 0С.

Выбранный кабель по допустимой нагрузке (плотности тока) проверяют на потерю напряжения.

Для сетей постоянного тока потеря напряжения определяется по следующим формулам:

где I – ток нагрузки, А

R – сопротивление одного провода, Ом

Uном – номинальное напряжение сети, В l – длина кабеля, м

S – сечение токопроводящей жилы, мм2

γ = 48 м/(Ом.мм2) – удельная проводимость медной жилы кабеля при температуре 650С

Если допустимая температура кабеля выше 650С, то удельную проводимость можно пересчитать пользуясь формулой:

γt = γ65 [1 +α(t −65)]

где γt – удельная проводимость жилы при допустимой температуре кабеля, м/(Ом.мм2)

γ65 – удельная проводимость жилы при t = 650С

9