Расчет количества и мощности генераторов судовой электростанции

Судовая электроэнергетическая система (СЭЭС), предназначенная для выработки, распределения и потребления электрической энергии, относится к наиболее важным техническим средствам судна. СЭЭС представляет собой единый комплекс, состоящий из электрических станций, подстанций и потребителей электрической энергии, связанных между собой линиями электрических передач. Этот комплекс объединен общим процессом выработки, распределения и потребления электрической энергии.

Электроэнергетическая система обычно имеет в своем составе также различные преобразователи тока, напряжения и частоты (трансформаторы, выпрямители, инверторы и т.п.).

СЭЭС является многофункциональной системой, поскольку она выполняет несколько функций – выработку, распределение, передачу и потребление электроэнергии. Этим обусловлена ее ярко выраженная иерархическая структура. В общем случае она состоит из трех основных подсистем, а именно: подсистема генерирования и преобразования электроэнергии, подсистема канализации и распределения электроэнергии, а также подсистемы потребления.

В состав электрической станции входят источники электрической энергии (машинные генераторные агрегаты постоянного или переменного тока и аккумуляторные батареи) и устройства, осуществляющие распределение электроэнергии, контроль и управление работой электроустановок.

Судовые электрические станции классифицируются по различным признакам.

По виду преобразуемой энергии: тепловые, атомные.

По роду тока: постоянного, переменного.

По частоте: промышленной, повышенной.

По типу первичных двигателей: дизельные, паровые и газотурбинные, утилизационные турбогенераторы, валогенераторы.

По назначению:

- основные СЭС – станции, обеспечивающие электроэнергией собственные нужды и технологические процессы;

- аварийные станции (АС) – обеспечивают питанием жизненно-важную часть приемников на судне в случае выхода из строя основной станции; их устанавливают на всех пассажирских и грузовых судах, а также на ледоколах и самоходных наливных судах специальных типов.

По способу управления: автоматизированные, автоматические.

Основные требования, предъявляемые к СЭС, следующие:

а) живучесть и высокая надежность всех звеньев системы;

б) бесперебойное снабжение энерго-потребителей во всех режимах;

в) относительная простота эксплуатации СЭС;

г) безотказность обслуживания, а также унификация систем, устройств.

 

 

Основные направления развития и совершенствования судовой электроэнергетики следующие.

1. Расширение применения комплексной автоматизации судовых электрических станций и систем, применение такой автоматизации на базе ЭВМ, при которой различные (оптимальные) режимы работы обеспечиваются автоматически.

2. Для повышения экономичности необходимо расширять использование главного двигателя как единого источника энергии, т.е. применять валогенераторы и утилизационые генераторы.

3. Повышение качества электроэнергии, т.е. стабилизирование параметров режима, для чего необходимо улучшать системы автоматической стабилизации напряжения и частоты и системы автоматического распределения активной мощности между параллельно работающими генераторами, а также все виды противоаварийных защит.

Перспективно, также, применение схем автоматики с самоконтролем, различных автоматических устройств поиска неисправностей и самодиагностики.

Основные параметры СЭЭС

В общем случае можно говорить о применении в судовых электроэнергетических системах постоянного или трехфазного переменного тока. Решающим фактором в этом вопросе являются требования потребителей электроэнергии. Если на данном судне устанавливаются в подавляющем количестве и по суммарной мощности потребители переменного тока, то основной род тока СЭС также должен быть переменным. При этом потребители постоянного тока будут получать питание посредством преобразователей. На переменном токе используются главным образом асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и очень редко - двигатели с фазным ротором и синхронные.

Выбор напряжения.

Величина номинального напряжения электроэнергетических систем находится в прямой зависимости от их мощности, а также расстояний, на которые необходимо подавать электроэнергию от источника к потребителям.

Правилами Регистра по электрооборудованию судов в настоящее время допускается применение напряжений, приведенных в таблице 1.

 

Таблица 1.

Применяемые допустимые напряжения

Место применения	Шкала напряжений при постоянном токе	Шкала напряжений при переменном токе
В силовых установках (в электроэнергетической системе)	24, 110, 220	127, 220,380
В электроустановках освещения	12, 24, 110, 220	12, 24, 127, 220

Основным критерием выбора величины напряжения СЭС является вес кабельной сети, который пропорционален площади поперечного сечения токопроводящих жил (пропорционален току нагрузки, который необходимо передать по кабелю для переменного трехфазного тока).

 

,

 

где P - мощность, передаваемая по кабелю, Вт;

U - напряжение сети, Вольт;

 

При данной мощности ток обратно пропорционален напряжению сети (линии передачи). Поэтому, чем выше напряжение, тем меньше масса кабельной сети. В связи с этим, следует стремиться к применению более высоких значений напряжений. Однако, ввиду отсутствия прямой пропорциональности между током нагрузки и массой кабелей увеличение напряжения дает существенное снижение массы только при значительной величине мощности СЭС.

На судах небольшого водоизмещения целесообразно применять СЭС напряжением 220 В, а на крупных и средних судах - напряжением 380 В.

 

Выбор напряжения

Электроэнергия распределяется при следующих величинах напряжения:

- 380 вольт трехфазного тока для силовых потребителей;

- 220 вольт трехфазного и однофазного тока для основного и аварийного освещения, сигнально-отличительных огней, камбузного и бытового оборудования, нагревательных и отопительных электроприборов, средств радиосвязи и навигации;

- 127 вольт однофазного тока для приборов управления судном;

- 24 вольта однофазного тока для переносных инструментов, сигнализации, освещения: дегазированных танков, под настилом МКО, мест посадки и шлюпки;

- 12 вольт однофазного тока для подключения переносного низковольтного освещения.

 

 

Выбор частоты.

В судовых электроэнергетических системах переменного тока, так же, как и в береговых электросистемах, номинальную частоту тока принимают равной 50 Гц. Повышение номинальной частоты до 400 Гц ради снижения массогабаритных показателей не целесообразно. Некоторые судовые потребители электроэнергии, количество которых непрерывно увеличивается (например, радиолокационное и навигационное оборудование), рассчитаны на работу при частоте, отличающейся от 50 Гц.

Питание этих потребителей осуществляется через специальные преобразователи частоты. Несмотря на преимущества повышенной частоты, выбираем промышленную частоту 50 Гц.

При расчете мощности судовой электростанции (СЭС) основной задачей является определение числа и мощности генераторных агрегатов (ГА), которые должны обеспечивать во всех режимах работы судна бесперебойное снабжение качественной электроэнергией потребителей с учетом максимальной загрузки ГА.

Мощность СЭС зависит от типа судна, мощности энергетической установки водоизмещения, района плавания, от числа и мощности потребителей электроэнергии.

Согласно Правил классификации и постройки судов внутреннего плавания том 4 часть 9 «Электрическое оборудование», раздел 2. 2. (Правил Речного Регистра):

Количество и мощность источников основной судовой электростанции должны выбираться с учетом следующих режимов работы судна:

1. ходового;

2. стояночного;

3. снятия с якоря (шлюзования);

4. специальных режимов для судов технического флота, промысловых и др. судов в соответствии с их назначением;

5. аварийного - при работе основных источников электрической энергии (при пожаре или получении судном пробоины).

Для расчета мощности судовых электростанций используется табличный метод, на основании которого рассчитывают потребляемые мощности в различных режимах работы судна.

Форма и содержание таблицы одинаковы для всех судов и могут различаться только режимами в зависимости от назначения судна и рода тока.

Итоговые значения нагрузки электростанции в различных режимах работы служат основанием для выбора количества и мощности генераторов, устанавливаемых на судовой электростанции. При этом намечают несколько возможных вариантов электростанции по составу генераторов исходя из наличия поставляемых промышленностью дизель - генераторов.

Затем производят анализ данных вариантов по ряду показателей. Вариант с ми­нимальным количеством типоразмеров генераторов является наиболее приемлемым.

Загрузка генераторов, работающих в различных режимах, должна быть наибольшей. Однако при этом лучшем следует считать такой вариант, в котором все генераторы (основные и резервные) по типу и мощности одинаковы. Загрузка генераторов составляет 70 – 80 % номинальной мощности.

Необходимо, чтобы в длительных режимах работы (ходовой, промысловый и т.п.) загрузка генераторов составляла 80%.

В относительно кратковременных режимах (съемка с якоря, аварийный режим и т.п.) загрузка может быть 70% и несколько меньше.

Длительно стоянки судов может быть близка к длительности хода, поэтому генераторы, работающие в режиме стоянки, также должны иметь максимальную нагрузку.

Обеспечить наиболее высокую загрузку генераторов можно всегда, если стремиться к разукрупнению мощностей и увеличению количества генераторов, используя параллельную работу.

Минимальное количество генераторов электростанции равно двум. При этом один из генераторов является основным, а другой резервным.

Однако лучше, когда электростанция имеет три – четыре генератора. В таком случае в работе могут находится два – три генератора; один – на профилактике; и один или два – в готовом для работы резерве.

Известно следующее общее положение: мощность энергетических систем всегда должна учитывать рост мощностей потребителей электроэнергии.

Опыт показывает, что в течение десятков лет эксплуатации на судах устанавливаются новые дополнительные потребители электроэнергии.

В тоже время электростанция по мощности сохраняется в первоначальном виде.

В связи с этим, судовые электростанции должны иметь резерв мощности, который на 20-30% превышает, требуемый по регистру.

 

Пример расчета таблицы нагрузок.

 

Наименование потребителя – Вентилятор

Количество однородных потребителей n = 2

Мощность на валу механизма Рм = 2,2

Тип электродвигателя 4A90L4OM2

Номинальная мощность электродвигателя: Рн = 2,785

Номинальный КПД электродвигателя: ηн = 79

Номинальный коэффициент мощности электродвигателя: COS φн = 0,83

 

РЕЖИМ СТОЯНКИ.

Фактический коэффициент загрузки: К3 = К2 * (Рм / Рн) =1*0,79=0,79

Коэффициент загрузки в режиме: К2 =1

Активная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Рп = Рн / ηн = 2,2/0,79=2,78

 

Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Qп = Рп * tgφ = 2,228*0,67=1,497

 

 

РЕЖИМ МАНЕВРИРОВАНИЯ.

Фактический коэффициент загрузки: К3 = К2 * (Рм / Рн) =1*0,79=0,79

Коэффициент загрузки в режиме: К2 =1

Активная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Рп = Рн / ηн = 2,2/0,79=2,78

 

Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Qп = Рп * tgφ = 2,228*0,67=1,497

 

РЕЖИМ ХОДОВОЙ.

Фактический коэффициент загрузки: К3 = К2 * (Рм / Рн) =1*0,79=0,79

Коэффициент загрузки в режиме: К2 =1

Активная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Рп = Рн / ηн = 2,2/0,79=2,78

 

Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей:

Qп = Рп * tgφ = 2,228*0,67=1,497

 

РЕЖИМ АВАРИЙНЫЙ.

Фактический коэффициент загрузки: К3 = К2 * (Рм / Рн) =1*0,79=0,79

Коэффициент загрузки в режиме: К2 =1

Активная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Рп = Рн / ηн = 2,2/0,79=2,78

 

Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей:

 

Qп = Рп * tgφ = 2,228*0,67=1,497

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: