Судовые электрические станции и сети
Содержание
Перечень потребителей электроэнергии СЭЭС …………………………………………...…… 2
Введение ……………………………………………………………………………………………4
Раздел 1. Расчет мощности и выбор числа и типов генераторных агрегатов (ГА) …………....5
Раздел 2. Электрические принципиальные схемы СЭЭС……………………………………...18
2.1. Однолинейная электрическая принципиальная схема СЭЭС…………………….…18
2.2. Принципиальная однолинейная электрическая схема ГРЩ…………………………20
2.3. Принципиальная электрическая схема генераторной панели ГРЩ……………...….22
Раздел 3. Расчет и выбор защитных коммутационных аппаратов и электроизмерительных
приборов………………………………………………………………………………………..……24
3.1. Расчет и выбор аппаратов защиты……………………………………………...……..24
3.2. Выбор электроизмерительных приборов…………………………………………..…28
3.3. Выбор коммутационной аппаратуры…………………………………………………28
Список использованной литературы………………………………………………………………30
Перечень потребителей электроэнергии СЭЭС
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Наименование
потребителя
Рулевая
машина
Шлюпочная
лебедка
Пожарный
насос
Балластный насос
Масляный насос
Топливо
подкачивающий
насос
Сепаратор
топлива
Компрессор
Санитарный
насос забортной
воды
Насос
осушительный
Вентилятор
МКО
Шпиль
Брашпиль
Камбузная
плита
Зарядное
устройство
Радиооборудование
Преобразователь
Санитарный
насос питьевой
Масло
подкачивающий
насос
Грузовой
насос
Насос гидрофор
Циркуляционный
насос
Фекальный насос
Освещение
Прожектор
Тип электродвигателя
или потребителя
Р-14
МАП-211-4
АМ-71
АМ-82-4
АОМ-41
АО-901-4М
АОМ-42-4
ТАМ-62-4
АОМ-41
АОМ-302-4
АМ-51-4
МАГ1-5П-4
МА1Ш1-4
ПКД-51
ВАКЗ-2-40-2И
АПО 1-50
АОМ-41
АО 2-51-6
А101-4С
АОМ-41
LK-27/2
АМ-51-4
Количество штук
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Мощность
Рн(кВт)
11
4
20
30
3
3
3
12
3
2
5
18
14
30
2
1,5
1
3
6
125
3
4
5
1,5
2
Коэффициент мощности COS φн
0,73
0,75
0,8
0,87
0,84
0,8
0,85
0,89
0,84
0,72
0,8
0,78
0,79
0,70
0,89
0,89
0,82
0,84
0,81
0,91
0,84
0,72
0.8
0,76
0,89
Число
оборотов
в минуту
1190
1450
2920
1440
1420
1410
1410
1440
1420
1430
935
1220
1350
3000
1420
970
1470
1420
2800
935
КПД
(%)
83
69
86
88,5
75
86
80
88,5
75
70
82
69
74
80
90
90
90
75
85,5
91,7
75
70
82
89
92
Введение
Электростанция – это совокупность устройств по выработке и первичному распределению электрической энергии.
В состав электростанции входят первичные двигатели, электрические генераторы, аппаратура по контролю и регулированию её параметров, аппаратура по распределению электроэнергии к потребителям.
По назначению судовые электростанции (ЭС) подразделяются на основные, аварийные и специальные. Основные обеспечивают электроэнергией приводы палубных механизмов, насосов, вентиляторов, снабжают питанием средства судовождения, освещения, оборудование камбуза. Аварийные обеспечивают питание жизненно важных потребителей на судне в случае выхода из строя основной электростанции.
Судовые ЭС бывают постоянного (мелкие суда) и переменного (крупные суда) тока.
Номинальное значение частоты переменного тока – 50Гц. Согласно существующим стандартам номинальные напряжения на выводах потребителей равны: для переменного тока – 380, 220, 127, 36, 12В; для постоянного тока – 220, 110, 36, 24В.
На каждом самоходном судне предусматриваются не менее двух основных источников электроэнергии.
Количество и мощность источников основной электростанции выбираются с учётом следующих режимов работы судна: ходового, стояночного, снятия с якоря, шлюзования, аварийного.
Мощность основных источников должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшиеся могли обеспечить ходовой и аварийный режимы судна. Суммарная мощность и мгновенная перегрузочная способность всех генераторов переменного тока, питающих судовую сеть, должны быть достаточными для пуска самого мощного электродвигателя с наибольшим пусковым током и наиболее трудным пуском в случае выхода из строя любого из имеющихся генераторов.
Раздел 1. Расчет мощности и выбор числа и типов генераторных агрегатов (ГА)
Табличный метод расчета мощности ГА
Расчет таблицы нагрузок рассмотрим на примере компрессора.
1. Номер по порядку в таблице нагрузок:
2. Наименование потребителя:
3. Количество однородных потребителей:
4. Мощность на валу механизма:
5. Тип электродвигателя:
6. Номинальная мощность электродвигателя:
7. Номинальный КПД электродвигателя:
8. Номинальный коэффициент мощности электродвигателя:
8.
компрессор.
n=1
P=12 кВт
ТАМ-62-4.
Рн=12кВт.
=88,5
COS =0,89
9. Коэффициент использования электродвигателя:
===1
10. Активная потребляемая мощность однородных потребителей:
Рп =
= = 13,56 кВт
11. Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей:
Qп = Рп · tg = 13,56*0,5113=6,93кВАр
Перечень расчетных данных судовой электростанции в режиме СТОЯНКИ судна
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Наименование
потребителя
Рулевая
машина
Шлюпочная
лебедка
Пожарный
насос
Балластный насос
Масляный насос
Топливо
подкачивающий
насос
Сепаратор
топлива
Компрессор
Санитарный
насос забортной
воды
Насос
осушительный
Вентилятор
МКО
Шпиль
Брашпиль
Камбузная
плита
Зарядное
устройство
Радиооборудование
Преобразователь
Санитарный
насос питьевой
Масло
перекачивающий насос
Грузовой
насос
Насос гидрофор
Циркуляционный
насос
Фекальный насос
Освещение
Прожектор
Количество штук
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
COS φ1
0
0
0,75
0
0
0
0,87
0,8
0,89
0,89
0
0
0
0,7
0,89
0,89
0,89
0,89
0,87
0,82
0,89
0
0,89
0,77
0
Потр.мощн.
КПД
0
0
0,83
0
0
0
0,91
0,83
0,92
0,92
0
0
0
0,8
0,92
0,92
0,92
0,92
0,91
0,83
0,92
0
0,92
0,90
0
0
0
0,7
0
0
0
0,8
0,8
1,0
1,0
0
0
0
0,5
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
1,0
1,0
0
1,0
0,5
0
0
0
0,7
0
0
0
0,8
0,8
1,0
1,0
0
0
0
0,5
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
1,0
1,0
0
1,0
0,5
0
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
кВт
0
0
16,87
0
0
0
2,64
11,57
3,26
2,17
0
0
0
18,75
2,17
1,63
1,09
3,26
5,27
150,60
3,26
0
5,43
0,83
0
кВАр
0
0
14,87
0
0
0
1,49
8,70
1,67
1,11
0
0
0
19,16
1,11
0,83
0,56
1,67
2,98
105,00
1,67
0
2,78
0,69
0
12. Коэффициент загрузки в режиме:
13. Фактический коэффициент загрузки:
14. КПД в зависимости от загрузки:
15. Коэффициент мощности в зависимости от загрузки:
= 0,8
= · =0,8*1= 0,8
=0,83
COS =0,8
16. Коэффициент одновременности работы однородных потребителей:
= = = 1
17. Активная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Рp =
= = 11,57 кВт
18. Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Qp = Рp · tg = 11,57 *0,7517=8,70 кВАр
19. Суммарная мощность продолжительно работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 0,9 и коэффициента потерь в сети = 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ =0,9*1,05*(3,26+2,17+2,17+1,63+1,09+3,26+150,6+3,26+5,43) = =163,36кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑ =0,9*1,05*(1,67+1,11+1,11+0,83+0,56+1,67+105,0+1,67+2,78) = =109,998кВАр
20. Суммарная мощность кратковременно (периодически) работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 0,45 и коэффициента потерь в сети
= 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ =0,45*1,05*(16,87+2,64+11,57+18,75+5,27+0,83) = 26,43 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑ =0,45*1,05*(14,87+1,49+8,70+19,16+2,98+0,69) = 22,63 кВАр
21. Суммарная мощность в режиме:
АКТИВНАЯ
= + = 163,36+26,43 = 189,79 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= + = 109,998+ 22,63 = 132,628 кВАр
22. Полная мощность в режиме:
= = 231,54 кВАр
23. Средневзвешенный коэффициент мощности:
COS
= = = 0,82
Перечень расчетных данных судовой электростанции в ШВАРТОВНОМ режиме работы
судна
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Наименование
потребителя
Рулевая
машина
Шлюпочная
лебедка
Пожарный
насос
Балластный насос
Масляный насос
Топливо
подкачивающий
насос
Сепаратор
топлива
Компрессор
Санитарный
насос забортной
воды
Насос
осушительный
Вентилятор
МКО
Шпиль
Брашпиль
Камбузная
плита
Зарядное
устройство
Радиооборудование
Преобразователь
Санитарный
насос питьевой
Масло
перекачивающий насос
Грузовой
насос
Насос гидрофор
Циркуляционный
насос
Фекальный насос
Освещение
Прожектор
Количество штук
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
COS φ1
0,62
0
0,7
0,82
0,89
0,89
0,87
0,82
0,89
0,89
0,89
0,8
0,8
0,7
0
0,89
0,89
0,89
0
0
0,89
0
0
0,76
0,89
Потр.мощн.
КПД
0,75
0
0,8
0,83
0,92
0,92
0,91
0,83
0,92
0,92
0,92
0,83
0,83
0,8
0
0,92
0,92
0,92
0
0
0,92
0
0
0,89
0,92
0,4
0
0,5
1,0
1,0
1,0
0,8
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
0,8
0,5
0
1,0
1,0
1,0
0
0
1,0
0
0
0,4
1,0
0,4
0
0,5
1,0
1,0
1,0
0,8
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
0,8
0,5
0
1,0
1,0
1,0
0
0
1,0
0
0
0,4
1,0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
кВт
11,73
0
12,5
36,14
3,26
3,26
2,64
14,46
3,26
2,17
5,43
17,35
13,49
18,75
0
1,63
1,09
3,26
0
0
3,26
0
0
0,67
4,35
кВАр
14,86
0
12,75
25,20
1,67
1,67
1,49
10,08
1,67
1,11
2,78
13,04
10,14
19,16
0
0,83
0,56
1,67
0
0
1,67
0
0
0,57
2,22
12. Коэффициент загрузки в режиме:
13. Фактический коэффициент загрузки:
14. КПД в зависимости от загрузки:
15. Коэффициент мощности в зависимости от загрузки:
= 1,0
= · =1,0*1= 0,8
=0,83
COS =0,82
16. Коэффициент одновременности работы однородных потребителей:
= = = 1
17. Активная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Рp =
= = 14,46 кВт
18. Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Qp = Рp · tg = 14,46 *0,6972=10,08 кВАр
19. Суммарная мощность продолжительно работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 0,7 и коэффициента потерь в сети = 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ = =0,7*1,05*(36,14+3,26+3,26+14,46+3,26+2,17+5,43+1,63+1,09+3,26+3,26+4,35) = 59,95 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑=0,7*1,05*(25,20+1,67+1,67+10,08+1,67+1,11+2,78+0,83+0,56+1,67+2,22) = 36,35кВАр
20. Суммарная мощность кратковременно (периодически) работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности =0,45 и коэффициента потерь в сети
= 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ = 0,45*1,05*(11,73+12,5+2,64+17,35+13,49+18,75+0,67) = 36,44кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑ = 0,45*1,05*(14,86+12,75+1,49+13,04+10,14+19,16+1,67+0,57) = =34,81кВАр
21. Суммарная мощность в режиме:
АКТИВНАЯ
= + =96,39 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= + =71,16 кВАр
22. Полная мощность в режиме:
= = 119,81кВАр
23. Средневзвешенный коэффициент мощности:
COS
= = =0,8
Перечень расчетных данных судовой электростанции в ХОДОВОМ режиме работы судна
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Наименование
потребителя
Рулевая
машина
Шлюпочная
лебедка
Пожарный
насос
Балластный насос
Масляный насос
Топливо
подкачивающий
насос
Сепаратор
топлива
Компрессор
Санитарный
насос забортной
воды
Насос
осушительный
Вентилятор
МКО
Шпиль
Брашпиль
Камбузная
плита
Зарядное
устройство
Радиооборудование
Преобразователь
Санитарный
насос питьевой
Масло
перекачивающий насос
Грузовой
насос
Насос гидрофор
Циркуляционный
насос
Фекальный насос
Освещение
Прожектор
Количество штук
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
COS φ1
0,62
0
0
0,82
0,89
0,89
0,89
0,8
0,89
0
0,89
0
0
0,7
0,89
0,89
0,89
0,89
0
0
0,89
0,89
0
0,76
0,89
Потр.мощн.
КПД
0,75
0
0
0,83
0,92
0,92
0,92
0,83
0,92
0
0,92
0
0
0,8
0,92
0,92
0,92
0,92
0
0
0,92
0,92
0
0,89
0,92
0,4
0
0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
1,0
0
1,0
0
0
0,5
1,0
1,0
1,0
1,0
0
0
1,0
1,0
0
0,4
1,0
0,4
0
0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
1,0
0
1,0
0
0
0,5
1,0
1,0
1,0
1,0
0
0
1,0
1,0
0
0,4
1,0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
кВт
11,73
0
0
36,14
3,26
3,26
3,26
11,57
3,26
0
5,43
0
0
18,75
2,17
1,63
1,09
3,26
0
0
3,26
4,35
0
0,67
4,35
кВАр
14,86
0
0
25,20
1,67
1,67
1,67
8,70
1,67
0
2,78
0
0
19,16
1,11
0,83
0,56
1,67
0
0
1,67
2,22
0
0,57
2,22
12. Коэффициент загрузки в режиме:
13. Фактический коэффициент загрузки:
14. КПД в зависимости от загрузки:
15. Коэффициент мощности в зависимости от загрузки:
= 0,8
= · =0,8*1= 0,8
=0,83
COS =0,8
16. Коэффициент одновременности работы однородных потребителей:
= = = 1
17. Активная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Рp =
= = 11,57 кВт
18. Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Qp = Рp · tg = 11,57 *0,7517=8,70 кВАр
19. Суммарная мощность продолжительно работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 0,7 и коэффициента потерь в сети = 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ = =0,7*1,05*(36,14+3,26+3,26+3,26+3,26+5,43+2,17+1,63+1,09+3,26+4,35+4,35) =52,52 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑= =0,7*1,05*(25,20+1,67+1,67+1,67+1,67+2,78+1,11+0,83+0,56+1,67+1,67+2,22+2,22) = =33,03кВАр
20. Суммарная мощность кратковременно (периодически) работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 0,45 и коэффициента потерь в сети
= 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ = 0,45*1,05*(1,73+11,57+18,75+0,67) =20,18 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑ = 0,45*1,05*(14,86+8,70+19,16+0,57) =20,45 кВАр
21. Суммарная мощность в режиме:
АКТИВНАЯ
= + =52,52 + 20,18 = 72,7 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= + =33,03 + 20,45 = 53,48 кВАр
22. Полная мощность в режиме:
= = 90,25 кВАр
23. Средневзвешенный коэффициент мощности:
COS
= = = 0,81
Перечень расчетных данных судовой электростанции в АВАРИЙНОМ режиме работы судна
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Наименование
потребителя
Рулевая
машина
Шлюпочная
лебедка
Пожарный
насос
Балластный насос
Масляный насос
Топливо
подкачивающий
насос
Сепаратор
топлива
Компрессор
Санитарный
насос забортной
воды
Насос
осушительный
Вентилятор
МКО
Шпиль
Брашпиль
Камбузная
плита
Зарядное
устройство
Радиооборудование
Преобразователь
Санитарный
насос питьевой
Масло
перекачивающий насос
Грузовой
насос
Насос гидрофор
Циркуляционный
насос
Фекальный насос
Освещение
Прожектор
Количество штук
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
COS φ1
0,7
0,87
0,82
0
0
0
0,87
0,8
0
0,89
0,89
0
0
0
0
0,89
0,89
0
0
0
0,89
0
0
0,8
0,89
Потр.мощн.
КПД
0,8
0,91
0,83
0
0
0
0,91
0,83
0
0,92
0,92
0
0
0
0
0,92
0,92
0
0
0
0,92
0
0
0,9
0,92
0,5
0,8
1,0
0
0
0
0,8
0,8
0
1,0
1,0
0
0
0
0
1,0
1,0
0
0
0
1,0
0
0
0,6
1,0
0,5
0,8
1,0
0
0
0
0,8
0,8
0
1,0
1,0
0
0
0
0
1,0
1,0
0
0
0
1,0
0
0
0,6
1,0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
кВт
13,75
7,03
24,10
0
0
0
2,64
11,57
0
2,17
5,43
0
0
0
0
1,63
1,09
0
0
0
3,26
0
0
1,00
4,35
кВАр
14,05
3,97
16,80
0
0
0
1,49
8,70
0
1,11
2,78
0
0
0
0
0,83
0,56
0
0
0
1,67
0
0
0,75
2,22
12. Коэффициент загрузки в режиме:
13. Фактический коэффициент загрузки:
14. КПД в зависимости от загрузки:
15. Коэффициент мощности в зависимости от загрузки:
= 0,8
= · =0,8*1= 0,8
=0,83
COS =0,8
16. Коэффициент одновременности работы однородных потребителей:
= = = 1
17. Активная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Рp =
= = 11,57 кВт
18. Реактивная потребляемая мощность однородных потребителей в режиме:
Qp = Рp · tg = 11,57 *0,7517=8,70 кВАр
19. Суммарная мощность продолжительно работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 1,0 и коэффициента потерь в сети = 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ = 1,0*1,05*(24,10+2,17+5,43+1,63+1,09+3,26+4,35) = 44,13 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑ = 1,0*1,05*(16,08+1,11+2,78+0,83+0,56+1,67+2,22 = 27,27 кВАр
20. Суммарная мощность кратковременно (периодически) работающих потребителей в режиме с учетом общего коэффициента одновременности = 0,45 и коэффициента потерь в сети
= 1,05:
АКТИВНАЯ
= · ∑ =0,45*1,05*(13,75+7,03+2,64+11,57+1,0) = 17,01 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= · ∑ = 0,45*1,05*(14,05+3,97+1,49+8,7+0,75) = 13,68 кВАр
21. Суммарная мощность в режиме:
АКТИВНАЯ
= + =44,13+17,01 = 61,14 кВт
РЕАКТИВНАЯ
= + = 27,27 + 13,68 = 40,95 кВАр
22. Полная мощность в режиме:
= = 73,59 кВАр
23. Средневзвешенный коэффициент мощности:
COS
= = = 0,83
Определение количества и мощности генератора
Итоговые значения нагрузки электростанции в различных режимах работы служат основанием для выбора количества и мощности генераторов, устанавливаемых на судовой электростанции.
Также необходимо учитывать следующие требования:
- Загрузка генераторов, работающих в различных режимах, должна быть наибольшей. Однако при этом лучшим 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 длительном режиме работе – ходовом – загрузка генератора составляла 80%.
- В относительно кратковременном режиме (аварийный) загрузка может быть 70% и несколько меньше.
- Длительность стоянки судов может быть близка к длительности хода, поэтому генераторы, работающие в режиме стоянки, также должны иметь наибольшую нагрузку.
- Обеспечить наиболее высокую загрузку генераторов можно всегда, если стремиться к разукрупнению мощностей и увеличению количества генераторов, используя параллельную работу.
- Кроме выше перечисленных требований необходимо учитывать и требования Речного Регистра, основным из которых является запас мощности 20-30% от номинальной.
Учитывая все эти требования, на основании таблицы нагрузок, для своей электростанции я выбираю 2 генератора серии МСК 113-4 мощностью по 300 кВт, один главный, один аварийный.
Раздел 2. Электрические принципиальные схемы СЭЭС
2.1. Однолинейная электрическая принципиальная схема СЭЭС
При построении электрической схемы судовой электростанции я следую ряду требований, выполнение которых обеспечивает:
- параллельную или раздельную работу генераторов, установленных на электростанции;
- передачу электроэнергии от генераторов к потребителям (непосредственно или через распределительные щиты);
- прием электроэнергии от береговой энергосистемы (или других судов);
- параллельную или раздельную работу генераторов электростанции с береговой энергосистемой;
- передачу электроэнергии к другим электростанциям СЭЭС (основной или аварийной);
- возможность выполнения профилактических осмотров и ремонтов при отсутствии
Также при проектировании электрической схемы электростанции я соблюдаю требования Правил Речного Регистра в отношении питания ответственных устройств, согласно которым, от шин главного распределительного щита (ГРЩ) должны получать питание по отдельным фидерам следующие потребители:
1. Электрические приводы рулевого устройства.
2. Электрические приводы якорного устройства.
3. Электрические приводы пожарных насосов.
4. Электрические приводы осушительных насосов.
5. Электрические приводы компрессоров и насосов спринклерной системы.
6. Гирокомпас.
7. Щит холодильной установки грузовых трюмов.
8. Электрические приводы возбудителей гребной электрической установки.
9. Щит основного освещения.
10. Щит радиостанции.
11. Щит навигационных приборов.
12. Щит сигнально-отличительных огней.
13. Секционные щиты и распределительные устройства питания других потребителей ответственного назначения, объединенных по принципу однородности выполняемых функций.
14. Распределительные устройства, в объединенные пульты приборов управления судном.
15. Щит станции автоматической сигнализации обнаружения пожара.
16. Электрические приводы механизмов, обеспечивающих работу главной силовой установки.
17. Щиты электрических приводов грузовых, швартовных, шлюпочных и других устройств; вентиляции и нагревательных приборов.
18. Устройства управления винтом регулируемого шага.
19. Зарядное устройство стартерных аккумуляторных батарей.
2.2. Принципиальная однолинейная электрическая схема ГРЩ
Главные распределительные щиты судовых электростанций имеют длину, как правило, несколько метров. В целях сокращения сроков и стоимости проектирования, транспортировки и монтажа на судне (включая возможность погрузки через люки ограниченных размеров) ГРЩ выполняются из ряда отдельных конструктивно законченных секций, а именно:
- генераторных, предназначенных для контроля, защиты и управления работой генераторов, а также для передачи электроэнергии от генераторов на сборные шины ГРЩ.
- управления, предназначенных для контроля и управления работой электростанции в целом;
- распределительных, управляющих распределением электроэнергии между ее приемниками;
- питания с берега, управляющих приемом электроэнергии с берега и ее распределением между приемниками электроэнергии.
Секция управления всегда находится в середине ГРЩ. Число генераторных секций всегда соответствует числу генераторов. Распределительные секции находятся справа и слева от генераторных, число их определяется числом и характером судовых потребителей электроэнергии и принятой системой распределения электроэнергии. Секция питания с берега обычно занимает крайнее место в ГРЩ.
При проектировании принципиальной электрической схемы ГРЩ я следовал ряду требований Правил Речного Регистра в отношении установки электроизмерительных приборов:
1. Для каждого генератора постоянного тока должны устанавливаться на ГРЩ по одному амперметру и вольтметру.
2. Для каждого генератора переменного тока должны устанавливаться на ГРЩ следующие приборы:
- амперметр с переключателем для измерения тока в каждой фазе;
- вольтметр с переключателем для измерения линейных и фазных напряжений;
- частотомер;
- ваттметр (для одиночно работающих генераторов ваттметр допускается не устанавливать);
- другие необходимые приборы.
3. В цепях ответственных потребителей рекомендуется на ГРЩ устанавливать амперметры с переключателями, но не более чем на 6 потребителей.
4. На ГРЩ должно быть установлено отдельно устройство измерения сопротивления изоляции.
5. В фидере питания от внешнего источника электрической энергии на ГРЩ должны устанавливаться следующие приборы и устройства:
- коммутационные и защитные устройства;
- вольтметр или сигнальная лампа, показывающая напряжение на выводах кабеля;
- указатель чередования фаз и двухфазный переключатель.
2.3. Принципиальная электрическая схема генераторной панели ГРЩ
Назначение принципиальных (полных) не только облегчить понимание принципа действия устройства во всех подробностях, но и дать исходный материал для составления схем соединений, спецификаций и заявок на основное оборудование, приборы и аппараты, а также для разработки конструктивных чертежей распределительных устройств и щитов.
На принципиальной схеме изображаются все электрические элементы, необходимые для нормальной работы установки (все аппараты включения и выключения, измерительные трансформаторы тока и напряжения и т.п.) и все электрические связи между ними, а также электрические элементы (разъемы, зажимы и т.п.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи.
Раздел 3. Расчет и выбор защитных коммутационных аппаратов и электроизмерительных приборов
Надежная работа судовой электростанции полностью зависит от правильного выбора примененных в ней электрических аппаратов. Выбор аппаратуры электрораспределительных устройств заключается в подборе электроизмерительных приборов, выборе аппаратуры управления и сигнализации, определении номинальных токов плавких вставок и установок автоматических выключателей и подборе на основании этого аппаратов защиты.
Выбор аппаратов защиты производится по следующим соображениям:
-чтобы аппарат удовлетворял требованиям: регистра, температуры, ударопрочности, вибростойкости, влажности.
-соответствовал параметрам: 1) роду тока; 2) напряжению; 3) току нагрузки; 4) частоте и др.
При выборе аппарата я соблюдал следующие условия: Uном>Uраб и Iном>Iраб
Где Uном , Iном – соответственно номинальные напряжение и ток аппарата.
Uраб , Iраб - рабочие напряжение и ток аппарата в данной схеме включения.
Рабочее напряжение и рабочие токи аппаратов я определял в соответствии с электрической схемой, в которой они устанавливаются. Номинальное напряжение и номинальные токи аппаратов принимал исходя из данных справочника (Китаенко том 2).
3.1. Расчет и выбор аппаратов защиты.
3.1.1. Выбор автоматических выключателей:
а) для генераторов выбираем серию автоматического выключателя, которая удовлетворяет требованиям Правил Речного Регистра, предъявленным к защите генераторов.
Автоматические выключатели генераторов должны обеспечивать защиту от перегрузок, токов короткого замыкания, минимального напряжения, обратного тока или обратной мощности.
Автоматический выключатель для генераторов по номинальному току генератора и по номинальному напряжению должен удовлетворять требованию: Iавт.ном.> Iген. ном.
После этого выбираю уставки расцепителей в соответствии с требованиями Правил Речного Регистра. При перегрузке 110-150% Iген. ном. ,следует выключить генератор с выдержкой времени соответствующей теплостойкости генератора. Для защиты генератора при перегрузках током 150% номинального рекомендуется, чтобы выдержка времени не превышала 2 мин. Для генератора переменного тока.
Исходя из вышеуказанных требований, номинальный ток расцепители автоматов равен:
Iр.ном. > (1,11,5) Iген. ном.
Где Iр.ном. – номинальный ток расцепителя автомата;
Iген. ном. – номинальный ток генератора, определенный по формулам:
на постоянном токе, А
на переменном 3-х фазном токе, А
Где: Рr-номинальная мощность генератора, кВт; Ur-номинальное напряжение генератора, В; cosφ-номинальный коэффициент мощности генератора.
б) для фидеров приемников.
На фидерах, питающих электродвигатели мощностью >0,5 кВт, для защиты от токов короткого замыкания и перегрузки, устанавливают автоматические выключатели с комбинированными расцепителями. Вначале вибираю номинальный ток максимальных расцепителей, а затем номинальный ток автомата.
Номинальный ток электротепловых расцепителей автоматов (Iном.р.) при защите от перегрузок, включенных в различные питающие линии, выбираю по расчетным токам этих линий, исходя из условий:
а) для электрических двигателей: Iном.р.≥(1,05-1,25) Iном.дв.
Iном.дв.=(Рн×103):(√3×Uн.дв.×cosφ×nн) на переменном 3-х фазном токе, А
Номинальный ток электромагнитного расцепителя в зоне коротких замыканий должен быть больше тока фидера при пуске электродвигателя Iуст.кз.>1,2·Iпуск.дв.
б) для потребителей не имеющих пусковых токов (трансформаторов, нагревательных, отопительных приборов, освещения и др.): Iном.р.>Iном.дв.
Iном.тр.=(Sн×103):(√3×Uн.×nн), А
Для электрических приборов: Iном.потр.=(Рн×103):(√3×Uн.), А
Для освещения: I∑осв.=(Р∑осв.×103):Uн., А
Номинальный ток автоматического выключателя Iном.авт. определяю по расчетному току фидера, исходя из условия: Iном.авт.> Iфид., где: Iном.р.-номинальный ток расцепителя в зоне перегрузок, А;
Iном.дв.-номинальный ток электродвигателя, А; Iпуск.дв.-пусковой ток электродвигателя, А;
Iк.з.-номинальный ток расцепителя в зоне коротких замыканий, А; Iном.пот.-номинальный ток потребителя, А; Iном.авт.-номинальный ток автомата, А; Iфид.-расчетный ток фидера,А.
Номинальный ток электротепловых расцепителей автоматов при защите от перегрузок, включенных в фидер питания распределительных щитов, выбираю исходя из условий: Iном.р.≥К0(∑К3·Iном.+Iрез.), А;
Где: К0-коэффициент одновременности работы потребителей РЩ; К3-коэффициент загрузки 1-го потребителя; Iном.-номинальный ток 1-го потребителя, А; Iрез.-ток резерва РЩ, А.
Пример расчета аппаратов защиты
1. Номер по порядку потребителя в таблице нагрузок: 7.
2. Наименование потребителя: Сепаратор топлива.
3. Номинальная мощность электродвигателя: Рн = 3 кВт.
4. Номинальный КПД: = 0,80
5. Номинальный коэффициент мощности: COS = 0,85
6. Номинальный ток электродвигателя:
= = = 5,37 А
7. Расчетный ток максимального расцепителя автомата:
≥ 1,1 = 1,1· 5,37 = 5,9 А
Выбираем тип автомата: АК 50-3 МГ с = 6 А, = 50 А, = 60 А.
3.1.2. Выбор предохранителей
При выборе предохранителей вначале производится выбор номинального тока плавкой вставки, а затем номинального тока предохранителя (патрона).
Плавкая вставка предназначена для защиты сетей освещения, нагревательных, отопительных приборов, цепей управления, трансформаторов и т.п.
Плавкую вставку выбирают по условию:
>
После выбора плавкой вставки, выбирают соответствующий ей патрон предохранителя, исходя из условия:
Все расчеты по выбору защитной аппаратуры сводим в таблицу (спецификация).
Перечень элементов (спецификация)
Обоз наче ние АВ по схеме
QF1
QF2
QF4
QF5
QF6
QF7
QF8
QF9
QF10
QF11
QF12
QF13
QF14
QF15
QF16
QF17
QF18
QF19
QF20
QF21
QF22
QF25
QF26
QF27
QF28
QF29
QF30
QF31
QF32
Наименование
потребителя
Генератор 1
Генератор 2
Пожарный
насос
Компрессор
Балластный насос
Шлюпочная
лебедка
Санитарный
насос забортной
воды
Масляный насос
Насос
осушительный
Рулевая
машина
Брашпиль
Грузовой
насос
Сепаратор
топлива
Топливо
подкачивающий
насос
Циркуляционный
насос
Фекальный насос
Шпиль
Вентилятор
МКО
Масло
подкачивающий
насос
Санитарный
насос питьевой
Насос гидрофор
Преобразователь
Радиооборудование
Зарядное
устройство
Камбузная
плита
ЩО
Освещение
Прожектор 1
Прожектор 2
Ном. мощность потреб.
Ном. ток потреб.
Расчёт. ток расцепит.
Тип АВ
АМ8-М
АМ8-М
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
А 3114Р
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 63 ТМ-3МГ
А 3144 Р
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АК 63 ТМ-3МГ
АК 50-3МГ
АК 50-3МГ
АС 25-3
АС 25-3
АС 25-3
АС 25-3
АС 25-3
А 3514 Р
АК 50-3МГ
АС 25-3
АС 25-3
АС 25-3
Ном. ток АВ
Ном. ток расц.
Примечание
2 шт.
2 шт.
, кВт
300
300
20
12
30
4
3
3
2
11
14
125
3
3
4
5
18
5
6
3
3
1
1,5
2
30
5,5
1,5
2
2
, А
556,5
556,5
38,0
20,5
52,5
8,1
5,4
5,4
4,2
23,0
27,0
209,0
5,4
5,7
8,5
9,5
35,1
9,5
11,3
5,4
5,4
3,2
4,4
5,9
112,6
17,4
3,0
5,9
5,9
, А
612,2
612,2
41,8
22,6
57,7
8,9
6,0
6,0
4,6
25,2
29,7
229,8
5,9
6,3
9,3
10,5
38,6
10,5
12,4
6,0
6,0
3,5
4,9
6,5
123,9
19,1
3,3
6,5
6,5
, А
800
800
50
50
100
50
50
50
50
50
50
600
50
50
50
50
50
50
50
25
25
25
25
25
160
50
25
25
25
, А
625
625
50
25
60
10
8
8
6
32
32
250
8
8
12
12
45
12
15
8
8
5
6
8
160
12,5
5
8
8
3.2. Выбор электроизмерительных приборов.
Следует определить тип, систему и число измерительных приборов, подобрать верхние пределы измерения их шкал, а также устройства для расширения пределов измерения.
Правила Речного Регистра требуют применять электроизмерительные приборы с пределом шкал не менее следующих:
-вольтметры-120% номинального значения на 400В типа 1730 переменного тока со шкалой 0-450В;
-амперметры для генераторов, работающих параллельно: шкала тока и нагрузки-130% номинального, шкала обратного тока-15% номинальной, амперметр на 400 А типа Ц1730 ≈ тока со шкалой 0-400 А;
-ваттметры для генераторов работающих параллельно для мощности нагрузки -130% номинальной, для обратной мощности -15% номинальной; ваттметр на 150 кВт; ваттметр типа Д-142 ≈ тока со шкалой 0-150 кВт;
-частотомеры- ±10% номинальной частоты. Частотомер на 45-55 Гц, типа Ц1736.
Исходя из этого, я выбираю следующие электроизмерительные приборы:
- вольтметр серии М-180 (пределы измерения от 0 до 500 В; сопротивление 200 000 Ом).
- амперметр серии Д1500 (пределы измерений от 0 до 200 А). По требованию Речного Регистра амперметр проектируемой мной электростанции должен иметь обратную шкалу, но, пользуясь технической литературой, подходящего под эти требования прибора я не нашел, поэтому выбрал прибор указанной серии.
- ваттметр серии Д1503 (пределы измерений от 0 до 200 кВт). Так же, как и амперметр, данный прибор не имеет обратной шкалы, так как в используемой мною технической литературе нужный прибор не был найден.
- частотомер серии Д1506, рассчитанный на непосредственное включение в сеть с напряжением 127, 220 и 380 В. Пределы измерения прибора от 45 до 55 Герц, что удовлетворяет требованию Речного Регистра.
- мегомметр серии М1503 с непрерывным замером сопротивления изоляции (пределы измерения от 0 до 5 Мом).
3.3. Выбор коммутационной аппаратуры.
3.3.1. Выбор пакетных, универсальных и других выключателей и переключателей:
Выключатели и переключатели выбирают по числу полюсов и возможности обеспечения необходимых переключений. Кроме того их подбирают по току и напряжению той цепи, в которую их устанавливают. Эти значения не должны быть больше номинального тока и номинального напряжения выключателя.
Исходя из этого для коммутации измерительных приборов тока и напряжения, выбираем соответственно переключатели:
УП 5406 6 секций U=380В I=20A Iдоп=75А IУ=250А исполнительное 45-0-45
УП 5408 8 секций U=440В I=20A Iдоп=75А IУ=250А исполнительное 90-45-0-45
УП 5410 10 секций U=500В I=20A Iдоп=75А IУ=250А исполнительное 90-0-90
3.3.2. Выбор реле:
Реле выбирают по допустимому напряжению и току. Кроме того учитывают наличие необходимого числа замыкающих и размыкающих контактов. Если у реле нет необходимого числа контактов или они не проходят по току, дополнительно ставят промежуточные реле. При подборе реле следует иметь ввиду, что возможно прямое включение реле в электрическую цепь или через измерительные трансформаторы напряжения.
3.3.3. Выбор контакторов:
Контакторы выбирают по роду тока, значению тока и напряжения, количеству главных контактов, по роду тока и значению напряжения втягивающих катушек, по количеству и виду вспомогательных контактов.
Список использованной литературы
1. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. Том 4, часть 9. М.:«Транспорт», 1985.
2. В.С.Лейкин. Судовые электрические станции и сети. М.: «Транспорт», 1982.
3. Г.И. Китаенко. Справочник судового электротехника. Том 2.
4. Электротехнический справочник. Том 3. М.: «Энергия», 1976.
5. Б.В. Гетлинг. Чтение схем чертежей электроустановок. М.: В.Ш. 1980.
6. Л.И. Сергиенко, В.В. Миронов. Электроэнергетические системы морских судов. М.: «Транспорт», 1991.
7. В.И.Иванов. Электрические средства автоматизации речных судов М.: «Транспорт» 1990.