Расчет мощности судовой электрической станции.

Введение

К основным параметрам СЭЭС относят род тока, частоту и напряжение. Род тока оказывает значительное влияние на особенность и свойства СЭЭС. На современных судах морского и речного флота применяют 3- фазный переменный ток и только в отдельных случаях для питания специальных приемников используют постоянный ток. Это объясняется тем, что электрооборудование переменного тока лучше обеспечивает выполнения основных требований предъявляемых к судовым электроустановкам.

Основными приемниками электроэнергии на судах являются электродвигатели, которые составляют 80% от всей СЭЭС. Асинхронные 3-фазные электродвигатели по сравнению с двигателями постоянного тока имеют меньшую массу, габаритные размеры и стоимость, более надежны, требуют меньших эксплуатационных расходов.

Распределительные устройства постоянного и переменного тока по массе, размерам и стоимости примерно одинаковы. Линии электропередачи переменного тока несколько больше по суммарной массе, объему и стоимости, чем постоянного тока.

Внедряемая на судах аппаратура автоматического управления электродвигателями с бестоковой и бесконтактной коммутацией на базе полупроводниковых приборов проще, надежней по сравнению с аппаратурой на постоянном токе и требует минимальных затрат на уход и обслуживание.

В настоящее время на судах морского и речного флота используется в основном переменный ток с частотой 50 Гц, это позволяет унифицировать оборудование.

Правила Регистра РФ устанавливают номинальное напряжение на выходах источников электроэнергии предназначено для питания судовых сетей, не должно превышать следующие значения: 0,4 кВт(400Вт) - при трехфазной системе переменного тока, 0,23 кВт(230 Вт) - при однофазной системе переменного тока.

В своем курсовом проекте я выбираю переменный ток.

Раздел I

Расчет судовой электростанции

На судах речного флота допускается применение постоянного и переменного тока.

Рассмотрим преимущества и недостатки переменного и постоянного тока для электродвигателей.

Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением обеспечивают большее постоянство напряжения, саморегулирование при колебаниях нагрузки и более устойчивы при параллельной работе.

Двигатели постоянного тока с параллельным и смешанным возбуждением:

-обеспечивают экономичное, плавное и в широких пределах измерения скорости вращения;

-имеют пусковой момент, значительно превышающий номинальный;

-допускают значительные перегрузки и кратковременное полное затормаживание под током.

В то же время машины постоянного тока значительно менее надежны в работе и сложнее в эксплуатации ввиду наличия коллектора и щеточного механизма, имеют больший вес, габариты и более высокую стоимость, чем машины переменного тока.

Недостатками машин переменного тока являются следующие:

-синхронные генераторы менее устойчивы при параллельной работе, их труднее вводить в синхронизм и они требуют более сложной системы автоматического регулирования напряжения;

-синхронные двигатели имеют значительно более ограниченные возможности регулирования скорости их вращения, сравнительно небольшой начальный пусковой момент и чувствительны к изменениям подводимого напряжения (М=U²).

Анализ технологических требований, предъявляемых к судовым электрическим приводам, показывает, что 70-80% силовых потребителей на судне работают с постоянной скоростью вращения, не требуют ее регулирования и испытывают значительных нагрузок.

Коротко суммируя преимущества использования переменного тока по сравнению с постоянным, можно отметить следующее:

-электрические машины переменного тока имеют габариты на 25-30% меньше, чем машины постоянного тока, вес синхронных генераторов на 12-25% меньше, чем генераторов постоянного тока асинхронных двигателей и на 30-50% меньше, чем двигатели постоянного тока;

-стоимость асинхронных двигателей приблизительно вдвое меньше стоимости двигателей постоянного тока;

-асинхронные двигатели переменного тока имеют более высокий КПД и более надежны в эксплуатации;

-обслуживание электрических машин переменного тока значительно проще, чем машин постоянного тока;

-при переменном токе упрощается преобразование тока одного напряжения в ток другого напряжения, что обеспечивает задачу получения различных напряжений;

-возможно разделение с помощью осветительных сетей, благодаря чему повышается надежность их работы.

Активные и реактивные нагрузки синхронных генераторов должны распределяться пропорционально их номинальным мощностям. Коэффициенты мощности работающих генераторов должны быть одинаковыми.

Распределение нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами производится регулированием возбуждения и вращающего момента, развиваемого первичным двигателем.

От величины тока возбуждения зависит ЭДС генератора. Если ЭДС параллельно работающих генераторов неодинаковы, то возникает уравнительный ток I_y, сдвинутый относительно разностей ЭДС на угол 90­⁰.

Уравнительные токи являются чисто реактивными, первичные двигатели они не нагружают и на активную мощность, развиваемую генераторами, не влияют. Регулирование токов возбуждения можно распределять только реактивные мощности.

Для равномерного распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими синхронными генераторами необходимо, чтобы их внешние характеристики имели определенный статистизм.

Распределение активной нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами производится регулированием подачи топлива к первичному двигателю генератора.

Расчет мощности судовой электрической станции.

Потребляемую электрическую мощность приемника вычисляют по формуле:

Р_{потр.ед.­}=Р_уст./η, кВт,

где Р_уст. – установленная единичная мощность, кВт

η – номинальное значение КПД.

Для рулевого устройства:

Р_{потр.ед.1}=Р_уст.1/η₁=2,2/0,83 =2,7 кВт.

Соответственно также определяем потребляемую мощность для остальных приемников.

Мощность потребляемой группой приемников находим по формуле:

Р_{потр.общ.}=Р_{потр.ед}*n_уст., кВт,

где n_уст. – количество одноименных приемников.

Для рулевого устройства:

Р_{­потр.общ.1}=2,7*2=5,4 кВт.

Соответственно также определяем потребляемую мощность для остальных приемников.

Коэффициент одновременной работы одноименных приемников определяется по формуле:

К_одн.= n_раб./n_уст.,

где n_раб – количество работающих одноименных приемников в данном режиме

n_уст. – количество установленных на судне одноименных приемников.

Коэффициент одновременной работы определяем для каждого режима в отдельности.

В данном проекте рассчитывается три режима работы:

1. Ходовой режим

2. Стояночный режим

3. Аварийный режим.

Для рулевого устройства в стояночном режиме не используется поэтому:

К_одн.ст.= 0 / 2 = 0

Для рулевого устройства на ходу:

К_одн.х= 1 / 2= 0,5

Для рулевого устройства в аварийном режиме:

К_одн.а= 2 / 2 =1

Соответственно также определяем коэффициент одновременности для остальных приемников.

Коэффициент загрузки определяется по формуле:

К_загр.=Р_факт./Р_ном.

где Р_факт. – фактическая мощность приемника в конкретном эксплуатационном режиме,

Р_ном. – номинальная мощность приемника.

Значение Р_факт. и К_загр. определяется на основании анализа режимов работы приемников электрической энергии, а также методикой их выбора.

Выбор коэффициента загрузки следует производить исходя из ожидаемой нагрузки механизма или устройства в рассматриваемом режиме работы судна.

При выборе К_загр. следует считаться с фактической загрузкой приемников на уже настроенных судах того же типа, что и проектируемое судно.

Как правило К_загр.˂1,0 и диапазон его значений достаточно широк. Коэффициент загрузки большинства приемников механизмов и устройств судовой силовой установки и судовых систем изменяется в пределах 0,8÷0,9:

-коэффициент загрузки палубных механизмов в пределах 0,3÷0,9;

-бытовых приемников электрической энергии в пределах 0,5÷0,9;

-электродвигателя шпиля в режиме снятия с якоря в пределах 0,6÷0,8;

-пожарных, балластных и осушительных насосов 0,3÷0,7;

-компрессоров пускового воздуха в пределах 0,7÷0,9.

Для рулевого устройства:

К_загр.1=2,2/2,7=0,81

Соответственно также определяем коэффициент загрузки для остальных приемников.

Значение коэффициента мощности определяют по графику приведенному ниже:

Значение активной мощности группы приемников в различных эксплуатационных режимах находят по формуле:

Р=Р_{потр.общ.}*К_одн.*К_загр., кВт.

где Р – активная потребляемая мощность группы приемников

Для рулевого устройства на стоянке:

Р₁=5,4*0*0,81 = 0 кВт;

Для рулевого устройства на ходу:

Р₁=5,4*0,5*0,81 =2,2 кВт;

Для рулевого устройства в аварийном:

Р₁=5,4*0,9*0,81 = 4,4 кВт.

Соответственно также определяем активную потребляемую мощность для остальных приемников.

Значение реактивной мощности группы приемников в режимах находят по формуле:

Q = Р*tgφ_реж., кВар;

Значение tgφ_реж. Определяется по коэффициенту мощности cosφ_реж. В данном режиме работы:

Q₁ = Р₁ * tgφ_реж.

Для рулевого устройства на ходу:

Q₁ = 2,2 * 0,7 = 1,5 кВар.

Для рулевого устройства в аварийном режиме:

Q₁ = 4,4 * 0,7 = 3,1 кВар.

Соответственно также определяем реактивную потребляемую мощность для остальных приемников.

Расчетную активную, реактивную и полную мощности определяют в соответствии с формулами:

Р_расч.=К_n*∑Р*К_в.с.р., где:

Р_расч. – расчетная активная мощность,

К_n – коэффициент, учитывающий потери в сети (для малых судов К_n=1,02, для средних судов – 1,03, для крупных судов – 1,04),

∑P - суммарная активная мощность без учета эпизодической нагрузки.

К_с.в.р. – коэффициент вероятности совместной работы;

Коэффициент, характеризующий вероятность совместной работы K_в.с.р. выбирается по следующему принципу:

-для стоянки без грузовых операций в пределах 0,7÷0,75;

-для стоянки с грузовыми операциями и съемки с якоря 0,75÷0,8;

-для ходового режима 0,8÷0,9;

-для аварийного режима 0,9÷1,0.

Наибольшие значения коэффициента обычно соответствуют режимам в которых работает наименьшее количество приемников электрической энергии или режимам, которые характеризуются особой стабильностью работы приемников.

Примем для работы следующие коэффициенты вероятности совместной работы:

Для стояночного режима – 0,7

Для ходового режима – 0,8

Для аварийного режима – 0,9

Тогда: в стояночном режиме:

Р_расч.= 1,03*271,03*0,7 = 195,41кВт;

в ходовом режиме:

Р_расч.= 1,03*373,3*0,8 = 326,8 кВт;

в аварийном режиме:

Р_расч.= 1,03*254,5*0,9 = 235,92 кВт;

Находим реактивную мощность:

Q_расч.= ∑Q * K_в.с.р., кВар; где:

Q_расч. – расчетная реактивная мощность,

∑Q – суммарная реактивная мощность без учета эпизодической нагрузки в данном режиме работы.

Тогда: в стояночном режиме:

Q_расч.= 162,6*0,7 = 113,82 квар;

в ходовом режиме:

Q_расч.= 218,5*0,8 = 185,73 квар;

в аварийном режиме:

Q_расч.= 107,1*0,9 = 96,39 квар.

Находим расчетную полную мощность:

S_расч.=√(Р_расч.)²+(Q_расч.)², где:

S_расч. – расчетная полная мощность.

Тогда: в стояночном режиме:

S_расч.= = 226,1 кВА;

в ходовом режиме:

S_расч.= кВА;

в аварийном режиме:

S_расч.= = 254,8 кВА.

Средневзвешенный коэффициент мощности определяется по формуле:

сosφ_ср.взв.=Р_расч./S_расч.

в стояночном режиме:

сosφ_ср.взв.= 195,41/226,1 = 0,86

в ходовом режиме:

сosφ_ср.взв.= 326,8/375,9 = 0,87

в аварийном режиме:

сosφ_ср.взв.= 235,92/254,8 = 0,93.

Все приемники электрической энергии можно разделить на три группы:

1) Непрерывно работающие (н.р.)

2) Периодически работающие (п.р.)

3) Эпизодически работающие (э.р.)

- Непрерывно работающие являются одно- или многократно подключаемые приемники, общее время работы которых от 17 до 24 часов в сутки (70-100%)

- Периодически работающие приемники – это многократно подключаемые приемники, общее время работы от 3,5 до 17 часов в сутки (15-70%)

- Эпизодически работающие приемники – это одно или многократно включаемые приемники, общее время работы которых менее 3,5 часов в сутки (менее 15%)

Дата добавления: 2015-10-28