Задание на курсовую работу

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Котласское речное училище филиал ФГОУ ВПО

Санкт-Петербургский государственный университет

Водных коммуникации

«К ЗАЩИТЕ»

Руководитель курсовой работы

Бормотова Н. И.

(подпись) (Ф.И.О)

___________________

(дата)

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема Расчет судовой электростанции ___________________________________

___________________________________________________

Студент_______________ Захаров А.А

( дата) (подпись) (Ф.И.О)

Дата защиты:________________

Оценка:_____________________

2011 г.

Содержание

1. Задание на курсовую работу

2. Введение

3. Построение таблицы нагрузок. Расчет числа, мощности и выбор генераторов СЭС

4. Выбор кабелей и проверка их на потерю напряжения

5. Расчет токов короткого замыкания

6. Структурная схема СЭЭС

7. Расчет и выбор шин ГРЩ

8. Выбор аппаратов защиты

9. Выбор электроизмерительных приборов

10. Расчет материалов ГРЩ

11. Внешний вид ГРЩ. Компоновка аппаратов и электроизмерительных приборов

12. Описание работы схемы ССАРН

13. Принципиальная схема самовозбуждения генератора серии МСС

14. Принципиальная схема СЭЭС

15. Распределительная секция ГРЩ

16. Список литературы

Задание на курсовую работу

Тема: Расчет судовой электростанции

Для заданного типа судна рассчитать и спроектировать основную электростанцию. Курсовая работа содержит в себе следующие вопросы:

1. Введение

2. Таблица нагрузок СЭС

3. Выбор числа и мощности генераторов СЭС

4. Выбор кабелей и проверка их на потерю напряжения

5. Структурная схема СЭЭС и ГРЩ

6. Расчет и выбор шин ГРЩ

7. Выбор аппаратов и электроизмерительных приборов для ГРЩ

8. Конструкция ГРЩ

9. Компоновка аппаратов и приборов на лицевой панели ГРЩ

10. Принципиальная электрическая схема ГРЩ

11. Описание работы схемы ССАРН

12. Использованная литература

№ варианта: 9 Типовой проект: пр1743 Сухогруз грузоподъемностью 2100т

Номинальное напряжение: 230В

Введение

Электроэнергетическая система состоит из источников электроэнергии, распределительных устройств, преобразователей, электрических сетей и потребителей электроэнергии.

Наиболее ответственной частью электроэнергетической системы является электростанция, где производятся выработка электроэнергии, ее преобразование и первичное распределение по судну. В соответствии с этим на электростанции сосредоточены источники электроэнергии, преобразователи тока и напряжения, распределительные устройства.

Источниками электроэнергии на судах являются генераторы постоянного или переменного тока и аккумуляторные батареи. На современных речных судах аккумуляторы применяются лишь в качестве аварийных источников электроэнергии, для стартерного пуска двигателей внутреннего сгорания, питания различных средств связи и сигнализации.

В качестве основных источников электроэнергии используются генераторы, приводимые во вращение от первичных двигателей-дизелей, паровых или газовых турбин, паровых машин и т. д.

В большинстве случаев тип первичного двигателя предопределяется типом главных двигателей. Если в качестве главного двигателя на судах установлен дизель, то и первичными двигателями генераторов судовой электростанции являются дизели.

В речном флоте преобладают дизельные суда, поэтому и наиболее распространенным агрегатом судовых, электростанций являются дизель- генераторы.

Дизель-генераторные электростанции:

имеют достаточно высокий к. п. д., отличаются автономностью работы и компактностью, так как не связаны ни с какими вспомогательными установками в виде котлов, паропроводов и т. д.;

постоянно готовы к действию, причем пуск их возможен как вручную, так и автоматически.

К недостаткам дизель-генераторных электростанций относится несколько ограниченный моторесурс дизелей.

На речных судах в ходовом режиме используется также привад судовых генераторов от валопровода гребного винта или вала отбора мощности. Такие генераторы называются валогенераторами. Судовые электростанции обычно располагаются в машинном отделении судна, т. е. в одном помещении с главными двигателями и подразделяются по следующим признакам: по роду тока (постоянного и переменного тока);

по типу первичного двигателя (паровые, первичным двигателем которых является паровая турбина или паровая машина; тепловые, первичным двигателем которых служит двигатель внутреннего сгорания

или газовая турбина);

по назначению (основные, аварийные, специального назначения).

Основные электростанции обеспечивают электроэнергией приводы палубных механизмов, насосов, вентиляторов, снабжают питанием средства судовождения, освещения, а также оборудование камбуза.

Аварийные электростанции обеспечивают питание жизненно важных потребителей на судне в случае выхода из строя основной электростанции

Специальные (для питания технологического оборудования земснарядов, станции гребных электрических установок).

Большинство судов речного флота оборудовано электростанциями пе­ременного тока. Применение переменного тока на крупных судах предпочтительнее из-за экономии средств на строительство и эксплуатацию электрооборудования мелкие суда, имеющие незначительное число электроприводов, учитывая использование аккумуляторов, целесообразнее оборудовать электростанцией постоянного тока.

Номинальное значение частоты переменного тока принимается равным 50 Гц.

Согласно существующим стандартам номинальные напряжения на выводах потребителей принимаются равными: для переменного тока, 380, 220, 127, 36, 12 В; для постоянного тока - 220, 110, 36; 24 В.

На каждом самоходном судне предусматривается не менее двух основных источников электрической энергии. Ими могут быть дизель- генераторы, турбогенераторы, аккумуляторные батареи и валогенераторы. Если основными источниками являются генераторы, то хотя бы один из них должен иметь собственный независимый привод.

Количество и мощность источников основной электростанции вы­бираются с учетом следующих режимов работы судна: ходового, стоя ночного, 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. При этом наличие аварийных источников электроэнергии не влияет на снижение требований к основным.

Аварийную электростанцию устанавливают в отдельном отапливаемом помещении, где, кроме дизель-генератора, находятся аварийный распределительный щит (АРЩ), аккумуляторы для запуска дизеля и цистерна аварийного запаса топлива. К аварийным источникам подключают электрический и электрогидравлический приводы руля, приборы управления судном, сигнальные и отличительные огни, освещение коридоров, трапов, ходовой рубки, аварийную и пожарную сигнализации и другие ответственные потребители.

Построение таблицы нагрузок. Расчет числа, мощности и выбор генераторов СЭС

Для определения необходимой мощности генераторов судовой электростанции составляется таблица электрических нагрузок при различных режимах работы судна в зависимости от его типа.

Для правильного составления таблицы необходимо четко представлять назначение электрифицированного устройства, его режим работы и в каких режимах работы судна он участвует.

Порядок составления таблицы нагрузок:

В графу 1 заносим все потребители электроэнергии, установленные на судне.

В графу 2 проставляем количество данных потребителей(n).

В графу 3 заносим единичная установленная мощность потребителя(Р_н)на основании его технического паспорта.

В графу 4 проставляем КПД потребителя для номинального режима (η_Н).

В графу 5 заносим значение коэффициента мощности, соответствующего номинальной загрузке двигателя (cosφ_Н).

В графу 6 заносим потребляемая мощность всеми одноименными потреб-ми (P_П):

P_П= Р_Нn/ η_Н

В графы 7, 8, 9, 12, 13, 14, 17, 18, 19, 22, 23, 24 для всех режимов судна определяются и проставляются следующие коэффициенты:

§ Коэффициент одновременной работы (К_О) одноименных потребителей, равный отношению числа одновременно работающих механизмов в одном режиме к общему их числу;

§ Коэффициент загрузки (К_З), равный отношению фактической мощности, потребляемой механизмом, к установленной мощности потребителя;

§ Коэффициент мощности, соответствующий действительной загрузке потребителя (cosφ_Д). Он определяется

по кривым cosφ=f(P)

В графы 10, 15, 20 и 25 заносим значение активной мощности, потребляемой одноименными потребителями в каждом режиме (Р_П.А), которая определяется по формуле:

Р_П.А=Р_П×К_О×К_З

В графы 11, 16, 21 и 26 проставляем значение реактивной мощности (Q) для каждого режима:

Q=Р_П.А×tg φ _Д

где φ_Д – угол сдвига между током и напряжением потребителя при соответствующем коэффициенте загрузки (К_З).

Если потребитель в данном режиме не работает, то в соответствующих графах ставим прочерки.

Определяем суммарные активную и реактивную мощности для всех режимов, путем сложения мощностей отдельных потребителей.

Так же, для каждого режима работы определяем суммарные активную и реактивную мощности с учетом потерь в сети – 5% и энергетического коэффициента одновременности

Р_Х=∑Р_П.А× К_О’×1.05×1.1

Q_Х=∑Q× К_О’×1.05×1.1

Определяем средневзвешенный коэффициент мощности для каждого режима по формуле:

cosφ_СРВ= Р_П.А/∑S

где ∑S – полная мощность, определяемая по формуле:

∑S=

На основании полученных мощностей выбираем необходимые генераторы.

По данным, полученным в таблице нагрузок выбираем генераторы серии

Марки генераторов:

МСC-83-4 мощность 50кВт; напряжение 230 В.

МСС-83-4 мощность 50кВт; напряжение 230 В.

МСС-83-4 мощность 50кВт; напряжение 230 В.

МСC-83-4 мощность 50кВт; напряжение 230 В.

Выбор кабелей и проверка их на потерю напряжения

Для всех источников и потребителей электроэнергии, кроме щита питания с берега выбираются кабели марки КНР, соответственно для ЩПБ марки НРШМ.

Рабочие токи определяем по формуле:

При этом напряжение U, для генераторов берется 400 В, а для потребителей 380 В

Потери напряжения определяем по формуле:

От генераторов:

МСС-83-4 мощность 50 кВт

Потери напряжения:

Для трёх одножильных кабелей

МСС-91-4 мощность 75 кВт

Потери напряжения:

От щита питания с берега:

Для шпиля:

Потери напряжения:

Для баластно-осушительного насоса:

Для насоса осушительного:

Для насоса осушительного МО:

Для пожарного насоса:

Для санитарного насоса:

Для фекального насоса:

Для гидронасоса:

Для шпиля:

Для лебедки:

Для освещения:

Для управления:

Для камбуза:

Выбранные кабели с необходимым количеством жил с сечением

Расчет токов короткого замыкания.

В судовой электрической сети при к.з. возникают большие токи (несколько десятков тысяч ампер), обусловленные параметрами и мощностью источников электроэнергии и параметрами сети. Токи к.з. могут вызвать повреждение электрооборудования и кабельных сетей. Одновременно резко снижается напряжение судовой сети, что вызывает затормаживание асинхронных двигателей или их отключение вследствие срабатывания нулевой защиты пусковой аппаратуры. В связи с этим на судах при к.з. может быть нарушен режим работы ответственных механизмов и устройств.

Для быстрейшей локализации аварийного состояния еэс необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок судовой сети.

При расчете токов к.з. проверяют коммутационную и защитную аппаратуру на ударный ток (электродинамическую устойчивость) и на тепловую устойчивость ее контактов за время к.з. (термическую устойчивость).

В судовых электрических сетях постоянного тока к.з. сопровождается увеличением тока до 6 - 15­ кратного значения (в зависимости от параметров и характеристик генераторов и кабельной сети).

Для выбора автоматов защиты двигателя брашпиля определяем ударный расчётный ток.

Составляем схему замещения

ZG1

Zэд

1.На основании опыта принимают наибольшую силу тока короткого замыкания генератора равную десятикратному номинальному току.

Imax.г = 10Iн = 10∙239,76=2397,6A

2.Определяем фиктивное со­противление (в Ом) генератора при коротком замыкании:

Uн Uн 230

Rф.г = ——— = —— = —— — — = 0,095

Imax..г 10Iн 2397,6

3. На основании опыта принимают наибольшие токи короткого замыкания, создаваемые электродвигателями этой цепи, в зависи­мости от их мощности:

а) для электродвигателей мощностью более 100 кВт - равные вось­микратному номинальному току Imax.д = 8 Iн.д;

б) для электродвигателей мощностью от 100 до 10 кВт - равные

шестикратному номинальному току Imax.д = 6 Iн.д;

в) для электродвигателей мощностью менее 10 кВт - равные четырехкрaтному номинальному току Imax.д = 4 Iн.д

Если цепь, в которой произошло короткое замыкание, одновре­менно питает несколько различных электродвигателей, то общий ток определяют как сумму наибольших токов всех электродвигателей или принимают равным шестикратной сумме номинальных токов всех электродвигателей:

Imax.д = 6∙(35+24,5+24,5+35+71+43+98+49,2)=2281,2 А

4.Определяем фиктивное сопротивление (в Ом) всех электродви­гателей при коротком замыкании:

Uн.д 220

Rф.д = —— = —— —= 0,096 Ом

Imax.д 2281,2

5.Определяем сопротивление кабеля Rк1 от генератора до главно­го распределительного щита в зависимости от его размеров.

11 5

Rк1 = ρ — =0.0175—— = 0.0035

S1 25

ρ – удельное сопротивление меди = 0,0175 Ом∙мм/м

11- длина кабеля от генератора до ГРЩ

S1- площадь поперечного сечения кабеля

6.Находим суммарное сопротивление участка генератор – ГРЩ (в Ом)

R1=Rф.д + Rк1 = 0,096 +0.0035=0.0995

7.Вычисляем общее сопротивление параллельной цепи относитель­но места короткого замыкания:

(Rф.г+Rк1)Rф.д (0,095+0,0035) 0,096

R2 = ———————— = ————————— ——= 0,0486 Ом

Rф.г+Rк1+Rф.д 0,095+0,0035+0,096

8.Определяем сопротивление кабеля Rк2 от ГРЩ до места корот­кого замыкания в зависимости от его размеров.

12 10

Rк2 = ρ — = 0,0175 —— = 0,007

S2 25

9.Находим расчетное сопротивление цепи короткого замыкания:

(Rф.г+Rк1)Rф.д

Rрас. = ———————— + Rк2 = 0,0556

Rф.г+Rк1+Rф.д

10.Ударный расчетный ток короткого замыкания (в А) определяется по формуле

1,08Uг√2 ρ 1,08∙230∙√2∙1,5

Iу = ————— = —————— = 1386,2

√3 Zк.з √3∙ 0,196

Uг – напряжение генератора

Zк.з.- полное расч. сопротивление цепи до места к.з.

р – ударный коэффициент р=Iу /Iк.з

Для судовых систем ударный коэффициент обычно имеет значения в пределах ρ =1,1÷1,6 По ударному расчетному току короткого замыкания выбираем автомат с большим значением ударного тока.

Выбор аппаратов защиты

В процессе эксплуатации электрических систем возможно нарушение нормальных условий и возникновение аварийных режимов работы.

К наиболее характерным нарушениям условий работы относятся режимы короткого замыкания и перегрузок. Для предупреждения недопустимой работы эл. установок применяются различные средства защиты – универсальные и установочные автоматические воздушные выключатели и предохранители. К электрической защите предъявляются требования быстродействия и чувствительности.

Защита от перегрузок в основном необходима на участке генератор – ГРЩ. Она обычно осуществляется одновременно с защитой от к. з. универсальным автоматом избирательного действия.

При выборе аппаратов защиты, устанавливаемых в распределительных устройствах, должны соблюдаться такие условия:

где:

- рабочее напряжение сети

- номинальное напряжение аппарата

- рабочий ток который протекает по аппарату

- номинальный ток на который рассчитан аппарат

Вывод: правильный подбор автоматов к каждому потребителю исключает возможность выхода их из строя при коротких замыканиях цепи или в случае возникновения любой другой неисправности.

Расчет и выбор шин ГРЩ.

Распределение электроэнергии между потребителями осуществляется с помощью шин изготовленных из электротехнической меди.

Расчет шин заключается в определении наибольшего длительного тока нагрузки на шинах, выборе размеров шин исходя из допустимого тока и проверки выбранных шин на динамическую и термическую устойчивость, а так же на возможность появления механического резонанса.

P₁=30 кВт I₁=92,5 А

P₂=75 кВт I₂= А

Так как в данной электростанции предусмотрена параллельная работа двух генераторов, то протекающий по шинам ток будет складываться из суммы токов этих генераторов:

Выбираем шину шириной 5 мм и высотой 50 мм.

I_ДОП=203,75 А

Так как на судах применяются быстродействующие автоматы, то проверка на электродинамическую устойчивость не требуется.

Вывод: расчет токоведущих шин показал, что для данной электростанции необходимо применить шины из электротехнической меди с допустимым протеканием тока по ним 925А.

Выбор электроизмерительных приборов

№	Прибор	Тип прибора	Рабочий ток потребителя, А	Ном. напряжение потребителя, В	Номинальная частота, Гц	Система прибора	Диапазон измерения	Способ подключения	Класс точности	Количество
Генераторы №1 и №2,3 МСК -113-4
	Амперметр	Д1500	540,3			Ферродинамч.	0-600А	Через ТТ	1.5
	Амперметр	Д1500				Ферродинамч.	0-75А	Через ТТ	1,5
	Вольтметр	Д1500	540,3			Ферродинамч.	0-450В	Непоср.	1.5
	Ваттметр	Д1503	540,3			Ферродинамч.	0-400кВТ	Через ТТ токовая обмотка. Обмотка напряжения непоср.	2.5
	Частотомер	Д1506	540,3			Ферродинамч.	45-55Гц	Непоср.	2.5
	Фазометр	Э1500	540,3			Электромагн.	0,5е-1-0,5и	Через ТТ токовая обмотка. Обмотка напряжения непоср.	2.5
	Мегомметр	М1503	540,3			Магнитоэл.	0-5МОм	Через доп. устр.	2.5
	Синхроноскоп	Э1505	540,3			Электромагн.	0-180	Через доб. Сопр.
Генератор №4,5 МСК-102-4
	Амперметр	Д1500	270,6			Ферродинамч.	0-300А	Через ТТ	1.5
	Амперметр	Д1500				Ферродинамч.	0-30	Непоср.	1,5
	Вольтметр	Д1500	270,6			Ферродинамч.	0-450В	Непоср.	1.5
	Ваттметр	Д1503	270,6			Ферродинамч.	0-200кВТ	Через ТТ токовая обмотка. Обмотка напряжения непоср	2.5
	Частотомер	Д1506	270,6			Ферродинамч.	45-55Гц	Непоср.	2.5
	Фазометр	Э1500	270,6			Электромагн.	0.5е-1-0.5и	Через ТТ токовая обмотка. Обмотка напряжения непоср.	2.5
Питание с берега
	Вольтметр	Д1500				Ферродинамч.	0-450В	Непоср.	1.5
	Амперметр	Д1500				Ферродинамч.	0-400А	Через ТТ	1,5
	Фазоуказатель					Ферродинамч.	0-900	Непоср.	-

Т.к. в СЭЭС предусмотрена параллельная работа генераторов, то так же необходима и реле обратной мощности.

Предохранители: Пр2

Переключатели: рА – КФ 8880; рV – УП 53/3

Т.Т. – многовитковый трансформатор тока 200/5 А

Т.С.Л. – 0.66-1-200

Лампы: U=220В; P=25кВт

Расчет материалов ГРЩ

Для постройки ГРЩ необходимо рассчитать вид и количество материала, требующегося для данной операции. Это связано с технико-экономическими показателями с одной стороны и условиями эксплуатации с другой.

1. Листовая сталь

СТ3 S=3мм

Лист L×H×S

2 листа 2000×700×3

1 лист 3000×2000×3

1 лист 3000×700×3

2. Текстолит

2 листа 3000×1700×20

3. Уголок 30×30×3

8 шт. – 3000мм

10шт. – 2000мм

14шт. – 700мм

общая длинна=53800мм

4. Медь для шин ГРЩ

Три полосы по:

3000×20×6

Описание работы схемы ССАРН

Для обеспечения безотказного начального возбуждения генератора, на валу ротора устанавливают однофазный генератор с постоянными магнитами, включенный через селеновый выпрямитель ВпНП на обмотку ротора.

Для гашения поля генератора в цепи установлен рубильник гашения поля РГП.

Напряжение генератора регулируется совместной работой элементов трансформатора с магнитным шунтом. Ток возбуждения генератора пропорционален напряжению обмотки О2 трансформатора ТрФК. потокосцепление обмотки О2 определяется суммарной намагничивающей силой, создаваемой всеми обмотками трансформатора. При этом намагничивающие силы последовательной и параллельной обмоток складываются геометрически. Намагничивающая сила обмотки О2, питающая силовой выпрямитель и реактор отсоса, является размагничивающей.

При холостом ходе генератора действует намагничивающая сила обмотки ОН, намагничивающие силы обмотки ОТ отсутствуют. При нагрузке и изменении коэффициента ее мощности, намагничивающая сила обмотки ОН пропорциональна напряжению генератора, остается практически неизменной, а намагничивающие силы обмотки ОТ, совпадая по фазе с током нагрузки, изменятся пропорционально значению последнего. Вследствие этого суммарная намагничивающая сила изменится в зависимости от значения коэффициента мощности нагрузки.

Параметры компаундирующего трансформатора ТрФК выбирают такими, чтобы суммарная намагничивающая сила обеспечила необходимое потокосцепление обмотки О2, а следовательно и ток обмотки возбуждения, необходимый для поддержания постоянного выходного напряжения генератора с учетом требуемого тока отсоса для ручной подрегулировки напряжения. Для поддержания постоянного выходного напряжения генератора при изменении частоты, параметры компаундирующего трансформатора выбирают такими, что при постоянной частоте и при изменении тока нагрузки от 0 до 100% напряжение генератора возрастает. Вследствие нагревания обмотки возбуждения генератора и изменения в связи с этим ее активного сопротивления несколько изменяется (уменьшается) ток выхода системы автоматического регулирования, что приводит к изменению (уменьшению) напряжения на генераторе (тепловые отклонения уставки). Изменение уровня напряжения генератора (уставки напряжения) достигается изменением значения сопротивления резистора уставки R4, включенного в цепь управления реактора отсоса. При увеличении сопротивления резистора уставки ток управления реактора уменьшается, ток реактора отсоса так же уменьшается, ток в обмотке возбуждения генератора увеличивается и выходное напряжение генератора возрастает. Резистор уставки позволяет регулировать выходное напряжение в пределах от +2 до -7%.

Список литературы

1. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Судовые электроэнергетические системы»

2. Роджеро И. И. Справочник судового электромеханика и электрика. «Транспорт» 1986г.

3. Семенов Ю.А. электрооборудование и автоматизация земснарядов. «Транспорт» 1984г.

4. Чаплыгин И. В. Электрооборудование и электродвижение речных судов. «Транспорт» 1979г.

Поиск по сайту: