МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРС ОНО! О UVOI К i Л

Целью проектирования судовой электростанции является:

а) технико-экономическое обоснование;

б) эксплуатационное обоснование выбора числа и мощности генераторных огремиии (I Л), которые во всех режимах работы судна обеспечивали бы бесперебойное снабжение электроэнергией всех приемников с учетом максимальной загрузки ГА.

Мощность судовой электростанции для всех основных режимов работы судим определяется суммированием мощностей всех приемников электроэнергии.

От правильного определения потребляемых мощностей приемниками электроэнергии но режимам зависит правильный выбор числа и хмощности ГА, коммутационной и защитной аппаратуры ГЩ, сечение кабелей участков судовой сети.

1. ВВЕДЕНИЕ

■I* Важным направлением совершенствования морского транспорта является обновление флота, пополнение его высокопроизводительными экономичными специализированными судами. Современные морские суда насыщены большим количеством технических средств, обеспечивающих безопасность плавания, оптимальные режимы работы оборудования и нормальные бытовые условия экипажа Для управления СТС применяют системы управления, которые в совокупности образуют комплексы систем управления судовыми техническими средствам nJ

IJB 1970-1976 гг. для судов отечественной постройки были созданы 4 базовых комплекса СУ СТС первого поколения; "Чалив" для теплоходов, "Пролив" для пароТурбоходов, "Тропик" - для гаютурбоходоп, "Север" - для атомоходов. J

С 1981 г. на судах устанавливают более совершенные комплексы СУ СТС второго поколения типа "Залив-М". В состав комплекса "Залив-М" входят СУ со следующими СТС (рис.1): вспомогательными механизмами, обслуживающими ГД ("Прибой"); электроэнергетической системой ("Илсора-М"); общесудовыми системами ("Нарочь-М"); грузовыми операциями на танкерах ("Илъмень-М"); системой инертных газов на танкерах ("Виктория-М"). Кроме того, предусмотрены прием и обработка информации от большого количества датчиков (давления, температуры, уровня и др.) при помощи СЦК типа "Шипка-М". Централизованное электроснабжение перечисленных систем данного комплекса обеспечивает система "Тангенс". Системы комплекса связаны не только между собой, но и с локальными СУ, такими, как ДАУ ГДДАУДГидр.

_r_L_| Г _

„flputivit" „шора-м" »нарочь-м* мъмт-м" „Вишория-А „Тзнгт"

iisiiz:ni— \

Мпишьм СУ СТС

Рис. 1.1. Структурная схема комплекса систем управления судовыми техническими средствами типа "Залив-М".

С начала 90-х годов на суда начали поступать комплексы СУ СТС iрепам и поколении, в которых предусмотрено широкое использование микропроцессорных epem ih н« |» (пюогки, хранения и передачи информации.

ДОдна из основных тенденций развития судовой meKipowepi etllKlt not тинный рост мощностей СЭС и установленного электрооборудования Гак. средним мощное п. ОС морских судов удваивается каждые 20 лет и в настоящее время Достипич леенпиж гыся

чкиловатт. По мере роста мощностей СЭС усложнялась их структура, а также структура электрических сетей, совершенствовались системы автоматического регулирования, управления, защиты и контроля. В связи с этим сформировалось понятие о СЭЭС, обеспечивающей производство и распределение электрической энергии^

(Управление работой СЭЭС осуществляют с помощью СУ. В настоящее время на транспортных судах исиользуют множество СУ СЭЭС, отличающихся структурой, элементной базой и другими признаками. На судах отечественной постройки устанавливают СУ СЭЭС типа "Ижора-М", связанную с локальной системой ДАУ ДГ типа "Poca-M".J

Применение этих двух систем позволило автоматизировать операции пуска, остановки, контроля и защиты приводных двигателей ГА ("Роса-М"), синхронизацию, распределение нагрузки и защиту генераторов ("Ижора-М"). Тем самым обеспечена комплексная автоматизация СЭС.

£Более совершенные СУ СЭЭС, в которых используются ЭВМ, позволяют дополнительно автоматизировать программирование работы СЭЭС в соответствии с режимом работы судна, а также диагностирование и прогнозирование состояния элементов СЭЭ£У Такие СУ обеспечивают практически бесперебойное, снабжение судна электроэнергией, что является важнейшим условием безопасности плавания.

Разработка и внедрение надежных СУ СЭЭС в значительной степени будут способствовать решению важной задачи - созданию комплексных систем управления СТС, которые свяжут в единое целое основные группы судовых технологических процессов: судовождение, эксплуатацию СЭУ, грузовые, швартовные операции и др. Такие СУ СТС уже в настоящее время создаются на базе широкого использования ЭВМ и телевизионной техники.

L В зависимости от объема автоматизации СТС, Правила Регистра устанавливают 3 знака автоматизации в символе класса судна - Al, А2 или A3:

1. А1 - судно, за исключением пассажирского, объем автоматизации механической установки которого позволяет эксплуатацию без вахты в машинных помещениях и в центральном посту управления;

2. А2 - судно, объем автоматизации механической установки которого позволяет эксплуатацию без вахты в машинных помещениях, но с вахтой в центральном посту управления;

3. A3 - судно с мощностью главных механизмов до 2250 кВт, объем автоматизации механической установки которого сокращен, но позволяет эксплуатацию без вахты в машинных отделениях^

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО СУДНА И ЕГО РЕЖИМОВ РАБОТЫ

1. Дать краткое описание проектируемого судна, его назначение, район плавания, водоизмещение, степень автоматизации.

2. Режимы работы судна судовой электростанции.

В данном курсовом проекте следует рассчитать нагрузку судовой электростанции для пяти режимов работы судна (электростанции):

1. Стоянка без грузовых операций;

2. Стоянка с грузовыми операциями;

3. Ходовой режим;

4. Маневрирование;

Аварийный с сохранением работоспособности основной электростанции.Рассмотрим некоторые особенности каждого из режимом применительно к транспортному судну. Эти же особенности характерны и для остальных типом судом

В ходовом режиме не работают: якорно-швартовные устройства (бреннпиш* ишмпь, автоматические швартовные лебедки), грузовые устройства (лебедки и грушиые краны), шлюпочные лебедки, главный компрессор, валоповоротное устройство и др JJ

В работе постоянно находятся: рулевое устройство, насосы, обслуживающие главные и вспомогательные двигатели (топливные, охлаждающие пресной и забортной воды, масляные), вентиляторы машинного отделения, трюмов и общесудовые, насосы питательной воды и циркуляционные котельной установки, система кондиционирования, камбуз (в течение рабочего дня), рефрижераторная установка, освещение (кроме палубного), радиооборудование, электрорадионавигационные приборы и др.

|Нагрузка рулевого устройства невелика (25...30%) вследствие малых кладок пера руля при работе авторулевого.^

Периодически (эпизодически) включаются: вспомогательный компрессор (для восполнения утечек воздуха в системе пуска главного двигателя), пожарный насос (для скатки палубы), осушительный (для удаления предварительно очищенной при помощи сепараторов воды, образовавшейся вследствие утечек на деки в машинном отделении и трюмах), насосы общесудовых систем пресной и забортной воды (при понижении давления воды в этих системах) и др.

При необходимости работает электрооборудование мастерских.

£в режиме маневров, например, при съемке с якоря (работаем главный двигатель), к перечисленным выше постоянно и эпизодически работающим приемникам добавляются якорно-швартовные устройства, вместо подкачивающего компрессора пускового воздуха работает более мощный компрессо]Л(из-за повышенного расхода воздуха вследствие частых пусков-остановок главного двигателя).

Одновременно повышается нагрузка на рулевую машину вследствие увеличения углов кладки пера руляЛРаботает пожарный насос для смыва грунта с якоря и якорь-цепи.

В зависимости от конкретных условий съемки, может быть включено палубное освещение, необходимое при укладки стрел лебедок и кранов по-походному, зачехлению палубных механизмов, и при очистке палубы после окончания грузовых операций.

|В аварийном режиме (пожар или пробоина, или иные обстоятельства, влияющие на безопасность мореплавания) судовая электростанция наиболее нагружена при пожаре на судне. J

С, В этом случае следует принять, что борьба с пожаром происходит на ходу судна (в штормовых условиях остановка главного двигателя всегда приводит к тому, что неуправляемое судно разворачивается лагом к волне и опрокидывается). Поэтому работают все приемники электроэнергии ходового режима, и дополнительно включаются пожарные насосы, а также насосы осушительной и балластной систем. J

L, Пожарные насосы необходимы для борьбы с пожаром, а осушительные насосы - для удаления забортной воды^гюступающей в судовые помещения вследствие тушения пожара, насосы балластной системы - для создания безопасного для судна крена и дифферента, т.е. для сохранения остойчивости судна.

В зависимости от расположения очага пожара, должны выключаться механизмы, продолжение работы которых способствует распространению пожара. Например, при пожаре в машинном отделении должны быть выключены вентиляторы МО.

£При пожаре в трюмах должны выключаться трюмные вентиляторы, при пожаре в жилых и служебных помещениях - вентиляторы этих помещений или установка кондиционирования воздуха, подающая воздух в эти помещения и т.д.J При необходимости оставления судна используются шлюпочные лебедки. В данном курсовом проекте следует принять, что пожар случился в одном из трюмов и борьба с пожаром происходит на ходу судна (работают приемники ходовою режима) в темное время суток (включено палубное освещение).

I В режиме стоянки с грузовыми операциями не работают: рулевое и якорно- швартовное устройства, насосы, обеспечивающие работу главного двигателя (топливный, охлаждающие пресной и забортной воды, масляный), радиооборудование, электрорадионавигационные приборы, главный компрессор, j

В работе находятся: грузовые устройства, палубное освещение, подкачивающий компрессор, насосы, обеспечивающие работу вспомогательных двигателей (топливный, охлаждающие пресной и забортной воды, масляный), уменьшенное количество вентиляторов машинного отделения, трюмные и общесудовые вентиляторы, насосы питательной воды и циркуляционные котельной установки, система кондиционирования, камбуз (в течение рабочего дня), рефрижераторная установка.

I При необходимости может включаться валоповоротное устройство и электрооборудование мастерской. J

jLB режиме стоянки без грузовых операций не работают грузовые устройства, а все остальные приемники электроэнергии, перечисленные для режима стоянки с грузовыми операциями, остаются в работе. |

Дополнительные сведения оо особенностях работы отдельных приемников можно найти в приводимых примерах «Таблиц нагрузок судовой электростанции» из справочной и методической литературы (JT.2. стр. 44-47, JI.8. стр. 97-104).

3. Технико-экономическое обоснование выбора рода тока, напряжения и частоты

При описании данного раздела необходимо привести сравнительные характеристики приемников энергии постоянного и переменного тока в отношении регулировочных характеристик, веса и стоимости, эксплуатации и обслуживания и т.п. и на основании вышеизложенного выбрать для своего конкретного судна соответствующий род тока.

L При выборе величины напряжения определить основные причины и критерии, определяющие этот выбор, а также привести требования Правил Регистра в отношении допускаемой величины напряжения для судового электрооборудования.

Основные параметры СЭЭС:

1. Род тока {постоянный либо переменный).

2. Частота (50,60 Гц, либо высокой частоты 400 Гц и выше).

3. Напряжение (220,380,440 В низковольтные и от 1.2 - 6 до 11 кВ высоковольтные).^,

3.1. Род тока (постоянный либо переменный).

ЦРод тока оказывает значительное влияние на особенности и свойства СЭЭС^ На современных судах, как правило, 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 выполнение основных требований, предъявляемых к судовым электроустановкам.

Основными приемниками электроэнергии на судах являются электродвигатели, потребляющие до 80 % вырабатываемой электроэнергии J Асинхронные 3-фазные электродвигатели по сравнению с двигателями постоянного тока имеют меньшие массу (на 30-40 %), габаритные размеры (на 20-30 %) и стоимость (в 2-4 раза), более надежны, требуют меньших эксплуатационных расходов. ^Двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, однако на большинстве судов 70- 80 % механизмов не требуют плавного регулирования частоты вращения!: В ЭП, где необходимо регулирование частоты вращения (грузовые лебедки, краны, якорно-швартовные устройства), применяют 2- и 3-скоростные АД с короткозамкнутым, реже - с фазным роторами. ^Внедрение на судах тиристорных преобразователей частоты позволит обеспечить плавное и экономичное регулирование частоты вращения ЭП переменного тока, j

2. Частота тока (50, 60 Гц, либо высокой частоты 400 Гц и выше).

(Частота переменного тока на большинстве судов составляет 50 Гц, а на некоторых судах иностранной постройки - 60 Гщ|Переход на повышенную частоту позволяет снизить массу и размеры СЭО. Так, при частоте 400 Гц суммарная масса и размеры всех элементов С " >')(' вместе с приемниками электроэнергии в 2-3 раза меньше, чем при частоте 50 Гц. Поэтому СЭЭС повышенной частоты (400 Гц) используют на судах, где массогабаритные показа тели являются решающими, - это суда на подводных крыльях и воздушной подушке.

^Повышение частоты СЭЭС транспортных судов проблематично по ряду причин. Электрические машины, трансформаторы и электромагнитные аппараты при часто те 400 I ц по сравнению с частотой 50 Гц создают более высокий уровень шума и радиопомех, имеют большую стоимость и меньшую надежность|Опыт эксплуатации АД при частоте 400 Гц и с частотами вращения 6000 и 8000 об/мин показал, что упомянутые АД не могут быть использованы для большой группы судовых электроприводов с частыми пусками (грузовых лебедок, кранов и др.). Это объясняется увеличением времени разгона до номинальной частоты вращения и высокими температурными напряжениями в АД при разгоне.

2. Напряжение (220, 380, 440 В низковольтные, от 1,2 до 11 кВ - высоковоль тные).

^Напряжение СЭЭС большинства транспортных судов составляет 380В (501ц) либо 440В (бОГц)^Увеличение напряжения существенно уменьшает массу кабелей и кабельных трасс вследствие уменьшения площади поперечного сечения, так как с ростом напряжения уменьшается ток, передаваемый по кабелю .^Вместо с тем с увеличением напряжения увеличиваются токи КЗ, растут масса и размеры PYJ (распределительных устройств), повышается опасность поражения обслуживающего переопала электрическим током. Поэтому окончательному выбору значения напряжения должно предшествовать сравнение технико-экономических показателей нескольких вариантов СЭЭС с разными напряжениями.

В отдельных случаях Регистр допускает применение напряжения переменного тока до 11 кВ и постоянного тока - до 1,2 кВ.

Высоковольтные линии применяются в основном на судах с гребными электрическими установками.

I 3.4. Качество электроэнергии.

^Электрическая энергия является продукцией, которая вырабатывается и распределяется СЭЭС по приемникам

связи с этим качество электрической энергии определяется совокупностью свойств, обусловливающих пригодность ее для использования приемникамиJ Данные свойства считаются идеальными при следующих условиях: на зажимах приемников электроэнергии напряжение и частота равны номинальным значениям; форма кривой напряжения переменного тока представляет собой синусоиду, период которой соответствует номинальной частоте; напряжение постоянного тока является неизменным во времени; напряжения трехфазного переменного тока симметричны^!

В действительности этого никогда не бывает по ряду причин. Напряжение и частота источников электрической энергии зависят от их нагрузки, напряжение на зажимах приемника всегда меньше напряжения источника на величину потери напряжения в сети, напряжение и частота источников электроэнергии резко уменьшаются при иабросах нагрузки, напряжение генераторов электроэнергии обычно имеет трапецеидальную форму, форма кривой напряжения очень искажается в системах с управляемыми полупроводниковыми вентилями и т. д. В связи с этим практически качес тво электроэнергии характеризуется следующими реальными показателями (отклонениями от идеальных свойств):

® длительньш (в установившемся режиме) отклонением напряжения по отношению к номинальному;

• длительным отклонением частоты тока по отношению к номинальному;

• кратковременным (в переходном режиме) отклонением напряжения от номинального; jкратковременным отклонением частоты от номинальной;

• коэффициентом несимметрии напряжений в трехфазной системе;

• коэффициентом искажения синусоидальности формы кривой напряжения.

4 Снижение напряжения на зажимах электродвигателей постоянного и переменного тока вызывает уменьшение вращающегося момента, частоты вращения и номинальной мощности, увеличение потребляемого тока| При этом возможна перегрузка и остановка двигателя. При снижении напряжения резко⁰" уменьшается светоотдача ламп накаливания, а при его увеличении снижается срок их службы.

Снижение частоты на зажимах асинхронных двигателей связано с уменьшением частоты вращения и производительности механизмов, с которыми они сочлененыJ (n=60*f7p , где n-частота вращения ЭД, f- частота тока в сети, р - число пар полюсов).

Несинусоидальность 'формы кривой напряжения связана с наличием в СЭЭС гармонических составляющих частотой выше 50 Гц, под действием которых увеличиваются потери мощности и нагревание электрических машин, кабелей, аппаратов, двигателей и генераторов.

1> При повышении напряжения относительно номинального в сетях освещения, отопления и других повышается ток, что влечет „перекал" ламп и нагревательных элементов и резко сокращает срок их службы. J|

L При повышении напряжения и частоты тока на зажимах электродвигателей увеличивается значение потребляемого тока и частоты вращения, что приводит к чрезмерному их перегреву и быстрому „старению" изоляции токоведущих частей^ Чрезмерное, даже кратковременное, повышение напряжения может вызвать пробой изоляционных материалов электрооборудования и режим короткого замыкания. В большинстве подобных случаев должна сработать соответствующая защита. Однако не исключено возникновение пожаров.

/ Согласно Правилам Регистра:

® Длительное отклонение напряжения на зажимах приборов освещения должно быть не более ± 5 %, на зажимах электродвигателей и других приемников электроэнергии ± 10%.

® Кратковременное снижение напряжения должно быть не более 30 %.

® Длительное снижение частоты не более 5 %, кратковременное не более 10 %.

® Несимметрия напряжений зависит от неравномерности распределения нагрузки по отдельным фазам трехфазной системы. Эта неравномерность должна быть в пределах ±15%.

• Коэффициент искажения формы кривой напряжения должен быть не более 10 % (это определяется как отношение суммы амплитуд высших гармоник к амплитуде первой - основной гармоники в процентах)^

Требования Регистра по показателям качества электроэнергии учитываются при создании всех видов судового электрооборудования (машин, приборов, устройств, аппаратов), а также при проектировании СЭЭС (расчеты потерь и провалов напряжения, устойчивости систем, выбора аппаратов и др.). В некоторых случаях для обеспечения надлежащих показателей приходится устанавливать отдельные источники или преобразователи электрической энергии, индуктивно-емкостные фильтры, стабилизаторы, компенсаторы и др. Дизель- генераторы и турбогенераторы изготовляют с автоматическими регуляторами частоты вращения и напряжения.

В курсовом проекте курсант должен кратко описать вышеизложенный раздел и выбрать для своего судна соответствующие род тока, напряжение и частоту.

4. СОСТАВЛЕНИЕ И РАСЧЕТ ТАБЛИЦЫ НАГРУЗОК СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПО РЕЖИМАМ РАБОТЫ СУДНА

Судовые приемники электроэнергии в соответствии с назначением разделяются но вертикали таблицы на следующие группы:

1. Средства судовождения и связи (радиостанция, РЛС).

2. Палубные механизмы (шпиль, брашпиль, швартовные лебедки, краны, грузовые лебедки, траповые лебедки).

   3. . Механизмы энергетической установки.

   4. . Механизмы и устройства судовых систем.

   5. . Бытовые механизмы и устройства (камбуз, кипятильники, подогреватели воды), б. Прочие потребители.

В зависимости от специфики работы судна, приемники электроэнергии могут быть разбиты на группы, имеющие другое наименование.