з) NKK Nippon Kaiji Kyokai (НКК Ниппон Кайджи Киокай (Япония));

Регистр Судоходства).

Надзорная деятельность Российского Морского Регистра Судоходства осуществляется на основании НД 2-020101-072 Правила классификации и постройки морских судов [52] (Правила Регистра).

При курсовом и дипломном проектировании следует придерживаться, прежде всего, требований СОЛАС-74 и Правил Регистра. Далее по тексту приводятся ссылки и цитирования правил указанных документов.

При выполнении курсового проекта предлагается использовать исходные данные, приведенные в таблицах А.4 А.5 приложения А.

2.2.2 Определение нагрузки генераторов судовой электроэнергетической системы

2.2.2.1 Методы расчета нагрузки СЭЭС

Задача расчета нагрузки СЭЭС сводится к определению числа и мощности генераторных агрегатов, которые должны обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией надлежащего качества, с учетом рекомендуемой загрузкой генераторных агрегатов.

К основным методам определения мощности СЭС относятся вероятностные, статического моделирования, аналитический и табличный.

Вероятностные методы в свою очередь подразделяют на следующие: статистических испытаний, массового обслуживания и числовых характеристик.

Метод статистических испытаний позволяет получить наибольшее и вероятные промежуточные значения мощности СЭС непосредственно в виде чисел. Для этого составляют вероятностную модель задачи, решение которой с изменяемыми по случайному закону исходными данными многократно повторяют на ЭВМ. При этом заранее ограничиваются небольшим числом и диапазоном изменения параметров, которые оказывают наибольшее влияние на мощность СЭС.

Метод массового обслуживания применяют при расчете относительно несложных по построению СЭС с ограниченным числом приемников, нагрузка которых в основном изменяется ступенчато.

Метод числовых характеристик более универсален, его используют для расчета СЭС с большим числом приемников и произвольным характером изменения нагрузки.

Метод статического моделирования основан на применении вычислительной техники для построения статической модели, воспроизводящей схему замещения СЭС. Каждый элемент такой модели соответствует элементу реальной СЭС: источнику ЭДС, трансформаторам, активным, индуктивным и емкостным сопротивлениям и др. Элементы модели могут соединяться по разным схемам, а их параметры - регулироваться в широких пределах. Соответствующие электро-

141

измерительные приборы позволяют определять значения токов, напряжений, мощностей в различных точках схемы замещения. Статические модели применяют, в основном, для расчета установившихся режимов работы СЭС.

Аналитический метод расчета нагрузки разработан на основе обобщения статистических материалов по эксплуатации электростанций ряда серий построенных судов.

В инженерной практике до настоящего времени широко применяют табличный (детерминированный) метод расчета нагрузки, при котором нагрузка СЭС определяется отдельно в каждом характерном режиме работы судна.

Конечным результатом использования любого метода является определение числа и единичной мощности источников электроэнергии (генераторов). Правильный выбор состава генераторов позволяет обеспечить безаварийную и экономичную работу СЭС.

Общие требования к структуре и характеристикам судовых ЭТК и их элементов изложены в Части D [40] и Части XI [52].

2.2.2.2 Табличный метод расчета нагрузки

Табличный метод предполагает следующую последовательность действий и расчетов:

производится выбор рода тока СЭЭС и значения напряжения в судовой сети;

на основании заданного типа судна составляется спецификация всех электроприемников с их разделением по назначению и ответственности;

намечается структурная схема СЭЭС с распределением групп электроприемников по секциям ГРЩ, АРЩ и РЩ;

определяются расчетные режимы работы судна;

по каталогам и справочникам подбираются двигатели электроприводов, устанавливаются их параметры и характеристики;

определяются режимы работы электроприемников по продолжительности

иодновременности (в случае наличия нескольких одинаковых) в зависимости от режима работы судна;

для каждого режима работы судна определяется суммарная потребляемая мощность;

определяется число и единичная мощность генераторных агрегатов.

Табличный метод расчета предполагает использование табличной модели в

виде таблицы 2.25.

Выбор рода тока СЭЭС и значения напряжения в судовой сети. Решение по данному вопросу необходимо принимать с учетом требований Правила Регистра (раздел 4.2, [52]).

С учетом необходимости обеспечения совместимости параметров судовой электрической сети и производимого промышленного оборудования рекомендуется к выбору частота судовой сети – 50 Гц, напряжение на зажимах источников электроэнергии для силовых систем – 400 В, для систем освещения, обогрева и штепсельных розеток 250 В.

142

При наличии на судне отдельных потребителей большой мощности (гребные электродвигатели, электродвигатели подруливающих устройств и прочее) рекомендуется рассмотреть и обосновать возможность применения в СЭЭС иных уровней напряжения, в том числе и выше 1000 В.

Составление спецификации электроприемников производится на основа-

нии данных полученных при изучении характеристик судна, в том числе при прохождении производственной практики. При курсовом проектировании допускается использование перечня электроприемников, приведенного в таблицах А.4 и А.5 приложения А, в соответствии с вариантом задания.

В соответствии с определениями, приведѐнными в разделе 1.2 [52] все судовые электроприемники разбиваются на следующие группы:

ответственные устройства, в том числе ответственные устройства первой категории и ответственные устройства второй категории;

неответственные устройства.

Разбиение электроприемников на группы следует производить в соответствии

сперечнями, приведенными в разделах 1.3.2.1 – 1.3.2.4 [52].

Врезультате составления спецификации заполняются столбцы 1-4 таблицы

2.25.

Структурная схема СЭЭС формируется исходя из результатов разбиения электроприемников на группы. При разработке структурной схемы СЭЭС следует учитывать требования к обеспечению электроэнергией различных групп потребителей, которые определены в правилах 41-42 [40] и разделах 4.3, 5.5.2, 9.3, 9.4 [52].

Структурная схема должна иллюстрировать:

количество основных электростанций (одна, две);

наличие аварийной электростанции;

наличие установок отбора мощности;

наличие щита питания с берега;

разделение шин ГРЩ по уровням напряжения;

разделение шин ГРЩ по секциям;

распределение групп потребителей по шинам ГРЩ, АРЩ, РЩ

дублирование питания электропотребителей (для которых требуется).

На данном этапе формирования структуры СЭЭС допускается указывать источники электроэнергии в виде одного генератора.

Пример структурной схемы СЭЭС приведен на рисунке 2.13.

В пояснительной записке необходимо привести описание элементов структурной схемы с характеристикой всех элементов.

Определение расчетных режимов работы судна обеспечивает правильный выбор мощности и количества генераторных агрегатов судовой электростанции, позволяет обеспечить бесперебойное и экономичное снабжение приемников электроэнергией заданного качества. Нагрузка СЭЭС, создаваемая приемниками, не является постоянной, а зависит, в основном, от режима работы судна. Поскольку работу электроприемников в каждом режиме работы судна обеспечивает СЭЭС, названия режимов работы судна и работы СЭЭС одинаковы.

144

энергии)

Аварийная электростанция

Рисунок 2.13 – Схема электрическая структурная СЭЭС

G1-G3 – генераторы основной электростанции; G4 – генератор аварийной электростанции; Д1-Д4 – приводные двигатели (дизели); ЩПБ – щит питания с берега; ГРЩ, АРЩ – главный и аварийный распределительные щиты; КМ – шиносоединительный контактор.

В соответствии с требованиями раздела 3.1 [52], определение состава и мощности источника электрической энергии должно производиться с учетом следующих режимов работы судна:

ходового режима;

маневров;

аварийный - во время пожара, пробоины корпуса или других влияющих на без опасность плавания судна условий при работе основных источников электроэнергии;

другие режимы в соответствии с назначением судна.

Такими режимами являются:

для транспортных судов - стоянка без грузовых операций и стоянка с грузовыми операциями;

пассажирских судов - стоянка без пассажиров и стоянка с пассажирами;

145

судов технического флота - стоянка без работы технологического оборудования и стоянка с его работой;

ледоколов - стоянка и ход во льдах;

буксиров - стоянка и ход с буксировкой;

промысловых судов – режимы работы связанные с добычей рыбы и ра-

ботой холодильного и технологического оборудования. Рекомендуется использовать при проектировании не менее пяти режимов.

Наименования режимов заносятся в соответствующую ячейку таблицы__. Наименование столбцов 10-17 для всех режимов одинаковые.

Подбор электродвигателей для приводов судовых механизмов осуществ-

ляется по заданной мощности механизма (частота вращения вала механизма не учитывается). При выборе электродвигателей в проекте следует ориентироваться на отечественные асинхронные двигатели серий 4А, АОМ, МАП. Мощность двигателя должна быть не меньше мощности механизма и не должна превышать ее более чем на 20%. Для выбора электродвигателей рекомендуется использовать данные таблиц 2.5 и 2.12.

При выборе электродвигателей следует учитывать особенности работы механизмов, а именно:

необходимость применения многоскоростных электродвигателей:

необходимость наличия у двигателя встроенного тормоза;

степень защиты двигателя.

Врезультате выбора заполняются столбцы 5-8 таблицы 2.25.

Всвязи с тем, что из-за ограниченной номенклатуры электродвигателей не всегда представляется возможным найти такой двигатель, у которого номиналь-

ная мощность РN соответствовала бы номинальной мощности механизма Рмех, и вводится коэффициент использования электродвигателя К1, который определяется отношением К1=Рмех/PN и записывается в столбец 9.

Определение режимов работы электроприемников по продолжительности

иодновременности (в случае наличия нескольких одинаковых) осуществляется в зависимости от режима работы судна

Непрерывно (длительно) работающими (обозначается буквами НР) являются однократно подключаемые приемники, время работы которых соответствует продолжительности рассматриваемого эксплуатационного режима.

Периодически работающими (ПР) являются многократно подключаемые приемники, суммарное время работы которых более 10, но менее 100% от продолжительности режима (в суточном режиме более 2,5, но менее 24 часов).

Эпизодически работающими (ЭР) являются однократно или многократно подключаемые приемники, суммарное время работы которых менее 10% от продолжительности режима (в суточном режиме 2,5 ч и меньше).

Врезультате определения режимов работы электроприемников заполняется столбец 10 (для каждого режима).

Определение активной и реактивной составляющих мощности в каждом режиме осуществляется с учетом загрузки механизма и одновременной работы приводов при наличии нескольких одинаковых механизмов.

146

Коэффициент загрузки механизма определяется как

где Pфмех - фактическая мощность механизма в конкретном режиме работы судна.

Информация о действительных значениях Рфмех в различных режимах работы судна может быть получена только на основании статистических данных, то в проектной практике удобнее пользоваться значениями не Рфмех, а коэффициента загрузки механизма К2.

Коэффициент К2 зависит от режима работы судна, района плавания, времени года и суток, а также его назначения. Как правило, К2 всегда меньше 1,0. Так как обычно механизмы рассчитывают на полную мощность при наиболее тяжелом режиме работы, в нормальных же режимах их нагрузка меньше. Например, брашпиль рассчитывают на подъем якоря с максимальной глубины стоянки, обычно же эта глубина значительно меньше; пожарный насос работает на полную мощность в аварийном режиме, а в других режимах может использоваться для приборки на палубе, обмывки якорей, т.е. имеет нагрузку значительно меньшую номинальной и т.д.

Ориентировочные значения коэффициентов загрузки судовых механизмов транспортных судов приведены в таблице 2.26.

Коэффициент загрузки механизма в эксплуатационном режиме заносится в столбец 11 таблицы 2.25.

Коэффициент загрузки электродвигателя в эксплуатационном режиме К3

его значение заносится в столбец 12 таблицы 2.25.

Коэффициент одновременности учитывает работу приемников электроэнергии в различных режимах. Коэффициент одновременности Ко для группы однородных приемников электроэнергии определяется отношением количества работающих электродвигателей nраб в данном режиме к числу установленных n

Значение Ко заносится в столбец 13 таблицы 2.25.

Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности сos приемников электроэнергии в значительной степени зависят от их загрузки в режимах работы судна. Для определения значений и сos электродвигателя по загрузке в конкретном режиме (столбцы 14 и 15) рекомендуется пользоваться кривыми зависимости КПД от нагрузки асинхронного двигателя и зависимости коэффициента мощности от нагрузки асинхронного двигателя [6] либо корреляционными зависимостями:

147

Таблица 2.26 – Значения коэффициентов загрузки судовых механизмов

* Прочерк в графе означает, что механизм или потребитель электроэнергии в этом режиме не работает.

148

Активная мощность Р (кВт), потребляемая приемником (или группой однотипных приемников) электроэнергии в расчетном режиме:

Реактивная мощность Q (кВАр), потребляемая приемником (или группой однотипных приемников) в расчетном режиме:

Для определения общей мощности СЭЭС в каждом расчетном режиме суммарная мощность потребителей умножается на коэффициент 1,05, который учитывает потери энергии в электрической сети.

Таким образом, суммарное значение мощности, потребляемой всеми приемниками в расчетном режиме, определяется как:

Для каждого режима судна определяем суммарное значение потребляемой активной и реактивной мощности сначала в отдельности для непрерывно ( Рнр и

Qнр ), периодически ( Рпр и Qпр ) и эпизодически ( Рэр и Qэр ) работающих приемников.

При определении активной и реактивной мощности в конкретном режиме можно пренебречь мощностью потребляемой эпизодически работающими приѐм-

Для того, чтобы иметь представление о степени загруженности генераторов реактивной мощностью, в каждом режиме необходимо определить средневзвешенный коэффициент мощности:

Если средневзвешенный коэффициент мощности больше, чем номинальный коэффициент мощности генераторов, предполагаемых к установке (номинальный cos генераторов обычно равен 0,8), то выбор генераторов производится по их активной мощности Рр. В противном случае выбор генераторов должен производиться по их полной мощности Sр.

Выбор числа и единичной мощности основных генераторов регламентируется Правилом 41 [40] и разделом 3 [52]. При выборе следует придерживаться следующих рекомендаций:

число и мощность выбираемых генераторов должны обеспечивать их возможно более полную загрузку в каждом режиме работы судна. Она должна составлять 70-90% номинальной;

149