Расчет судовой электростанции и сетей для судна класса лесовоз

          В соответствии с Правилами  РМРС на каждом самоходном  судне должен быть установлен  автономный аварийный источник  питания (АИП), рассчитанный на время работы 18 ч.

1. Расчет мощности выбор АДГ.
1. Выбор типа выбора аварийного генератора.

          Номинальные параметра аварийного  генератора должны соответствовать  номинальным параметрам генераторов  ОЭС, за исключением частоты  вращения. В связи с тем, что  АДГ включается в работу эпизодически и непродолжительно, то его ресурс не имеет значения. Выбор осуществляется на основании того, что АДГ располагается в маленьком помещении и на верхней палубе, а следовательно он и сам должен быть как можно меньше. Поэтому частота вращения для АДГ выбирается самой максимальной 1500 .

           Выбор АДГ произвожу по полной  мощности рассчитанной методом  нагрузочных таблиц, при условии

, где 

 кВт

по Приложению 2 [4;42], выбираю АДГ Р150Е с кВт.

2. Выбор первичного двигателя аварийного генератора.

          Первичный двигатель выбирают из условия, что , где расчетное значение мощности ПД нахожу исходя из номинальных значений мощности и КПД выбранного СГ по формуле:

 кВт, где  мощность возбуждения СГ в номинальном режиме работы, принимаю ее равной 5% от номинальной мощности аварийного синхронного генератора. В Приложении 2 [4;42] приведена модель дизеля соответствующая данному СГ.

 

2. Расчет емкости и выбор аккумуляторных батарей и их зарядных устройств.

          По назначению  и исполнению АБ делятся на  три основных типа: стационарные, стартерные и тяговые.

1. Стационарные АБ применяются для работы с приемниками типа ООП, исключением является стартерный электродвигатель ДГ и двигатель моторных лодок. Стационарное исполнение имеют щелочные АБ.
2. Стартерные АБ применяются для запуска механических двигателей шлюпок, автоматического пуска первичных двигателей аварийных генераторов аварийной электростанции, а иногда и резервных дизель-генераторов основной электростанции. Стартерное исполнение имеют свинцово-кислотные АБ.
3. Тяговые АБ применяются в приводе электропогрузчика. Тяговое исполнение имеют щелочные АБ.

          Выбор АБ любого назначения  производится по типу, расчетной  емкости и напряжению согласно следующих условий:

 

 

где соответственно расчетное и номинальное значение аккумулятора или АБ,

       рабочее напряжение электроприемников,

       номинальное значение напряжения аккумулятора или АБ.

Расчет  емкости и выбор стартерных аккумуляторных батарей.

          Суммарная продолжительность работы  стартерной АБ составляет 90с.  В процессе работы АДГ стартерная АБ подзаряжается от навешенного на двигатель зарядного генератора. После остановки АДГ заряд должен быть продолжен от штатного зарядного устройства. С учетом изложенного формула для расчета емкости стартерной АБ является:

 

 коэффициент снижения емкости  при саморазряде,

 коэффициент снижения емкости  при поляризации, вызываемой набросом пусковых токов,

 число повторяемых циклов запуска,

 число попыток запуска двигателя  в одном полном цикле,

 количество электродвигателей,  обеспечивающих запуск дизельного  агрегата

          Определяю мощность стартера  АДГ:

 кВт

          Мощность одной свечи накала  стартера:

 Вт

          Мощность топливного насоса:

 

          Маслопрокачивающий насос:

 

          Система автоматики АДГ:

 

          Произвожу расчет токов оборудования:

1. рабочий ток, потребляемый стартерным электордвигателя

             номинальное напряжение стартера

              пусковой ток стартера

2. рабочий ток, потребляемый топливным насосом

              номинальное напряжение топливного насоса

              пусковой ток топливного насоса

3. рабочий ток, потребляемый маслопрокачивающого насосом

              номинальное напряжение маслопрокачивающого насоса

              пусковой ток маслопрокачивающого насоса

4. рабочий ток, потребляемый системы автоматики

              номинальное напряжение системы автоматики

5. рабочий ток, потребляемый свечами накала

              номинальное напряжение свечей накала,

              количество свечей накала

 

          По приложению 2[6,100] выбираю стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи типа 6СТ-75П;

 емкость АБ

 номинальное напряжение АБ;

Для получения необходимой емкости  и напряжения соединяю 2 АБ последовательно, тогда  и два таких комплекта соединены параллельно . Следовательно условие  

 

удовлетворяется.

          Для обеспечения резервирования, устанавливаю еще один такой  же комплект АБ, соединенный аналогично. В каждом комплекте содержится по 2 АБ.

Расчет емкости  и выбор резервных аккумуляторов  для аварийного электропитания ООП.

          Исходными данными при расчете  групповых АБ для резервного  электропитания ООП являются  перечень последних, их количество  и номинальные характеристики: мощность (ток) и напряжение. Перечень ООП  для групповых (промежуточных)  АБ оговорен в Правилах РМРС. Расчетное значение емкости АБ со спокойной нагрузкой находят из выражения:

, где

 мощность потребителя, Вт,

 время работы потребителя,  час,

 коэффициент снижения емкости  при саморазряде,

 номинальное напряжение АБ.

          Потребители, получающие питание  от резервных аккумуляторов:

1. Малое аварийное освещение:

• коридоры, трапы, выход из служебных помещений

              , где - мощность одной лампы, - количество ламп.

• машинное помещение, помещение ГА

                            ,

• помещение ГРЩ и АРЩ

              ,

• рулевая рубка

              ,

• штурманская и радио рубка

              ,

• места хранения аварийного имущества, пожарного инвентаря

              ,

• помещение рулевого привода

              ,

• пожарный и осушительный насосы

              ,

2. Сигнальные и отличительные огни:

              ,

    .

3. Звуковая сигнализация (авральная, предупредительная и т.д.):

             

          Расчет  мощности:

1. Малое аварийное освещение:

       ,

              время работы МАО

2. Освещение мест посадки в шлюпки:

      

             

3. Авральная сигнализация:

 

 - мощность одной лампы

  - количество ламп.

             

4. Пожарная сигнализация:

 

 - мощность одной лампы

  - количество ламп.

             

5. Привод клинкетных дверей:

       мощность электропривода клинкетных дверей.

          Нахожу расчетное значение емкости  АБ:

 

          По приложению 4[6,102] выбираю никель-кадмиевые аккумуляторные батареи типа 10НК-125;

 емкость АБ

 номинальное напряжение АБ;

Для получения  необходимой емкости и напряжения соединяю 2 АБ последовательно, тогда  и два таких комплекта соединены параллельно . В итоге получаем 2 батареи 10НК-60.

          С учетом необходимости постановки  на техническое обслуживание, устанавливаю  еще один комплект батарей.

Расчет  емкости и выбор зарядного  устройства.

          Как правило, стартерные и резервные батареи АБ аварийного питания на судне поставляются каждая в комплекте со своим зарядным устройством (ЗУ), учитывающим конкретные требования соответствующей АБ. При этом учитывают возможность резервирования одного типа ЗУ другим на случай, если произойдет отказ какого-то из зарядных агрегатов в процессе их эксплуатации. С учетом этих требований на судах устанавливают два одинаковых универсальных ЗУ, резервируемых по питанию: один зарядный агрегат подключают к шинам ГРЩ, а другой – к шинам АРЩ. Зарядные агрегаты относят к ООП с третьей группой приоритетности. Эта группа приемников получает питание по отдельным фидерам.

          На судах современной постройки  в качестве ЗУ используются  диодно-тиристорные либо транзисторные зарядные статические полупроводниковые выпрямители. Схема ЗУ показана на Рис.1.

 

6. Проектирование схемы главного тока электросистемы судна.

6.1. Выбор и обоснование нейтрали.

          Нейтраль электрической системы любого назначения может быть изолирована от корпуса судна либо электрически связана. В судовых электрических системах могут быть различные режимы работы нейтрали, при этом будут различные условия электробезопасности человека, экономичности системы, надежности электроснабжения потребителей и пожаробезопасности на судне.

          Рассмотрим условия безопасности  в системе с изолированной нейтралью.

          Прикасаясь к оголенному проводу одной из фаз 3-х-фазной системы с изолированной нейтралью, человек оказывается подключенным в цепь, представление о которой дает Рис.3.

          Можно показать, что в системе с изолированной нейтралью при фазном напряжении () ток через тело человека ( определяется выражением:

,

где проводимость изоляции каждой из фаз по отношению к корпусу судна ( принимается, что );

 проводимость тела человека;

 емкость каждой из фаз  системы по отношению к корпусу  (принимается, что ).

          Из этого выражения следует,  что ток через тело человека с проводимостью в системе с изолированной нейтралью определяется . При прочих равных условиях наименьшее значение тока будет при . С ростом ток также будет возрастать, следовательно опасность поражения возрастает.

Рис.2. Схема замещения 3-х фазных электрических  установок с изолированной нейтралью.

          Если емкость сети больше некоторого предельного значения, значение которого можно назвать критическим (при ), то  при любом уровне изоляции, измеряемом на постоянном токе, ток оказывается больше безопасного. Этот вывод подкрепляется Рис.3., на котором графически представлена зависимость , при значениях для современных типов судов. Из Рис.3. следует, что при повышение уровня сопротивления изоляции электрической системы с изолированной нейтралью не может быть средством, обеспечивающим безопасность человека. Чем больше , тем ближе ток к току через тело человека в системе с глухим заземлением нейтрали. Начиная с  ток в системах с изолированной и глухозаземленной нейтралью практически одинаков. Однако при емкости каждой из фаз , что можно наблюдать на малотоннажных судах , судовая система с изолированной нейтралью обеспечивает лучшие условия безопасности, и эти условия тем лучше, чем выше сопротивление изоляции каждой из фаз.

          Так как в данном курсовом  проекте электроэнергетическая  система рассчитывается для относительно  малого судна, водоизмещением 8750 т, целесообразней применить изолированную нейтраль.

 Рис.3. Зависимость I от сопротивления изоляции.

 

6.2. Схема главного тока.

          Основным фактором, которым руководствуются  при выборе функциональных схем, являются количество установленных  генераторов, состав и мощность  крупных потребителей, возможность  пуска мощных электродвигателей  при соблюдении условий провала  напряжения и длительности переходного  процесса.