Введение

Электроэнергетические системы, являются одними из наиболее сложных комплексов судовых средств, которые должны обеспечивать бесперебойное производство и распределение электроэнергии. Судовые специалисты, которые занимаются эксплуатацией этих систем, обязаны принимать решения при быстрой смене окружающей обстановке и режимов работы агрегатов и механизмов. От их правильных действий во многом зависит живучесть судна.

Важным направлением совершенствования морского транспорта является обновление флота, пополнение его высокопроизводительными экономическими специализированными судами. Современные морские суда насыщены большим количеством технических средств, обеспечивающих безопасность плавания, оптимальные режимы работы оборудования и нормальные бытовые условия экипажа.

Одна из основных тенденций развития судовой электроэнергетики – постоянный рост мощностей СЭС и электрооборудования. По мере роста мощностей СЭС усложнилась их структура, а также структура электрических сетей, совершенствовались системы автоматического регулирования, управления, защиты и контроля. В связи с этим сформировались понятия о СЭЭС, обеспечивающей производство и распределение электрической энергии.

Более совершенные системы СЭЭС, в которых используются ЭВМ, позволяют дополнительно автоматизировать программирование работы СЭЭС в соответствии с режимом работы судна, а также диагностирование и прогнозирования состояния элементов судовой электроэнергетической системы. Такие системы управления обеспечивают практически бесперебойное снабжение судна электроэнергией, что является важнейшим условием безопасности плавания.

Разработка и внедрение надежных систем управление СЭЭС в значительной степени будут способствовать решению важной задачи – созданию комплексных систем управления судовыми техническими средствами (СТС), которые свяжут в единое целое основные группы судовых технологических процессов.

В зависимости от объема автоматизации СТС, Правила Регистра устанавливают 2 класса автоматизации судна – А1 и А2. Знак А1 имеет автоматизирование судна с без вахтенным обслуживанием машинного отделения в ходовом режиме и во время стоянки, знак А2 - суда с обслуживанием машинного отделения постоянной вахтой в центральном посту управления на ходу и с без вахтенным обслуживанием во время стоянки. Комплексная автоматизация позволяет существенно повысить экономичность СЭУ, сократить численность экипажей и эксплуатационные расходы, и снижение себестоимости перевозок в условиях безопасного плавания.

Любую СЭЭС условно можно считать состоящей из трех частей, в первую из которых входят судовые электростанции (основные и аварийные), во вторую – силовая электрическая сеть, в третью – сети одноименных потребителей. Судовой электростанцией принято называть совокупность источников электроэнергии с главным распределительным щитом (ГРЩ), к которому они подключены.

1. Расчет мощности СЭС

1. Требования Регистра к составу и мощности основных источников электроэнергии.

При выборе состава и мощности основных источников электроэнергии необходимо учитывать требования Правил Регистра:

• на каждом судне должно быть не менее двух основных источников

• мощность генераторов должна быть такой, чтобы при выходе из строя любого из них оставшийся обеспечивал питание ответственных приемников электроэнергией в режимах ходовом, аварийном и маневров;

• суммарная мощность всех генераторов переменного тока должна быть достаточной для пуска самого мощного асинхронного двигателя в случае выхода их строя любого генератора;

• нагрузка выбранных генераторов при работе в продолжительных режимах (ходовой, стоянка) должна составлять 70 – 90% номинальной, а при работе в кратковременных режимах (маневров, аварийный) нагрузка дизель - генератора может быть снижена до 50 – 60%, турбогенератора – до 40 – 50%, валогенератора – до любого уровня;

• количество генераторов СЭС в большинстве случаев составляет 2 – 4, при этом 2 или 3 генератора продолжительно работают параллельно, а один находится в резерве. Целесообразно выбирать генераторы одного типа, что обеспечивает взаимозаменяемость деталей и узлов генераторов, а также облегчает их техническое обслуживание;

• установка стояночного дизель – генератора меньшей мощности по сравнению с основным в большинстве случаев нецелесообразна;

• увеличение количества генераторов посредством уменьшения единичной мощности позволяет повысить их загрузку, но усложняет схему СЭС и затрудняет обслуживание электростанции.

Судовые электростанции во всех режимах должны работать надежно и экономично, причем приоритет отдается надежности. Повысить экономичность СЭС можно разными способами. На стадии проектирования этого добиваются тщательной проработкой вариантов комплектации СЭС с целью обеспечения в каждом режиме загрузки генераторов по верхним пределам допускаемых нагрузок.

Требования Регистра к источникам электроэнергии:

• коэффициенте мощности соsφ_ном= 0,8 не должно превышать ±2,5% ( для аварийных генераторов ±3,5%);

• кратковременное отклонение напряжения синхронных генераторов при внезапном изменении симметричной нагрузки не должно превышать при набросе нагрузки -15%, при сбросе нагрузки +20%;

• длительное отклонение частоты вращения приводного двигателя не должно превышать ±5%;

• кратковременное отклонение частоты вращения приводного двигателя при набросе (сбросе) нагрузки не должно превышать ±10%.

2. Расчет мощности основной и аварийной электростанции.

Расчет мощности основной и аварийной электростанции выполняем при помощи табличного метода определения мощности СЭС. Название метода объясняется тем, что расчет нагрузки СЭС во всех режимах работы судна оформляют в виде таблицы (Приложение 1).

Необходимые для расчета исходные данные вносят в графы 1- 7. В графе 1 перечисляют все приемники электроэнергии, для удобства, разделенные на группы по назначению. В графе 2 указывают тип приемника электроэнергии. В графе 3 указывают количество п однородных приемников одинаковой мощности. В графе 4 приводят значения установленной мощности Р_н.у механизма. В графы 5 и 6 вносят номинальные значения коэффициента мощности cos φ_ном, коэффициента полезного действия η_ном единичного приемника электроэнергии.

В графе 7 приводят суммарную активную мощность (кВт) приемников, потребляемую из сети:

Р_п= (1)

Для каждого приемника приводят расчет нагрузки во всех принятых режимах работы судна: стоянка, стоянка с погрузкой, ходовой, маневры, аварийный ходовой, аварийный с работой АДГ. Для примера рассчитаем нагрузку для режима стоянка, во всех остальных режимах расчет будет одинаковый.

При расчете нагрузки для режима стоянка используем графы 8 – 13. В графе 8 указываем график работы приемников. В графе 9 приводится фактическая загрузка электродвигателя в режиме, которая определяется коэффициентом загрузки К_з = К₁К₂. В графе 10 указываем значение коэффициента мощности приемника, которое определяется по рабочим характеристикам двигателей данной серии (приводятся в каталогах или справочной литературе). В графу 11 вносится значение количества работающих приемников в данном режиме.

В графу 12 вносят суммарную активную потребляемую мощность, Р (кВт):

(2)

где - номинальная мощность приемника, кВт;

К_з – коэффициент загрузки электродвигателя;

n – число однородных приемников ;

К_о – коэффициент одновременности в данном режиме;

– КПД приемника в режиме.

В графу 13 вносят суммарную реактивную потребляемую в режиме мощность:

Q=P∙ (3)

где значение находят по известному соs φ.

Расчет нагрузки приемников СЭС. Поочередно во всех режимах работы судна проводят расчет нагрузки СЭС. При этом для каждого режима путем сложения находят суммарную активную ∑Р и реактивную ∑Q потребляемые мощности всех приемников и вносят найденные значения в нижнюю часть таблицы. Если в данном режиме приемник работает эпизодически или не работает, то в соответствующих строчках таблицы делают прочерк.

Далее выбирают коэффициент одновременности режима К_о.р, который характеризует вероятность одновременной работы всех приемников в данном режиме: К_о.р = 0,8-0,9 для ходового режима; 0,75-0,8 – для маневров и стоянки с погрузкой; 0,7-0,75 – для стоянки; 0,9-1,0 – для аварийного режима. Значение этого коэффициента вносят в нижнюю часть таблицы отдельно для каждого режима.

Кроме этого учитывают потери мощности в сети введением коэффициента потерь К_п = 1,03-1,05.

Тогда расчетные потребляемые мощности в режиме определяются так:

Р_расч.= К_о.р К_п ∑Р и Q_расч.= К_о.р К_п ∑ (4)

где Р_расч. и Q_расч. - суммарные соответственно активна (кВт) и реактивная (квар) потребляемые мощности в режиме. Найденные значения вносят в нижнюю часть таблицы.

Полная потребляемая в режиме мощность, (кВА) :

Затем определяют средневзвешенный соs φ:

(5)

Для большей части серии генераторов отечественной постройки соs φ_ном = 0,8.

Основную часть нагрузки СЭС составляют непрерывно и периодически работающие приемники электроэнергии. Нагрузка, создаваемая эпизодически работающими приемниками, обычно не учитывается при определении мощности СЭС, так как она покрывается резервом мощности включенных генераторов. Следует также учесть, что судовые генераторы обладают определенной перегрузочной способностью.