Определение мощности судовой электростанции (стр. 2 из 7)
Примечание: Значения КПД и Cos jпотр электродвигателя зависят от его загрузки. По соответствующим графикам зависимости КПД и Cos jпотр загрузки двигателя можно сказать, что значение КПД электродвигателей сравнительно мало изменяется в пределах нагрузки от 50 до 100% поэтому КПД из графы 5 переносится в графу 13 (исключение составляет рулевое устройство, где kз<0.5) Значения коэффициента мощности электродвигателя в значительной степени зависит от изменения загрузки электродвигателя - kз, поэтому при определении потребляемой мощности необходимо вводить соответствующую поправку на изменение Cos jпотр, значение коэффициентов использования установленных электродвигателей загрузки механизмов, одновременности, мощности, КПД принимает на основании расчетов по техническому и рабочему проектам данного судна и судна прототипа, а также по данным эксплуатации аналогичных потребителей на других судах.
После заполнения таблицы определяем сумарные потребляемые мощности (активная, реактивная, полная) для режима без учета эпизодически работающих потребителей. После этого выбирают общий коэффициент одновременности работы потребителей для каждого режима. Тем самым учитывают несовпадение максимумов нагрузки потребителей во времени. Значение коэффициента одновременности берутся в зависимости от соотношения мощностей:
Тогда:
где kc=1,05 коэффициент, учитывающий потери в судовой сети.
Суммарную активную и реактивную мощности судовой эл.станции в отдельных режимах находят из следующих соотношений:
Полная потребляемая мощность:
Определяем средневзвешенный Cos jср для режима по отношению суммарной активной мощности для режима к полной мощности для режима:
Значение средневзвешенного Cos jср (больше 0,8 ) указывает, что мощность генераторов выбираем по суммарной активной мощности для режима.
Выбор количества и мощности генераторных агрегатов
Условия выбора генераторных агрегатов:
1. Мощность выбираемых генераторов и их число должны обеспечивать номинальную среднегодовую себестоимость электроэнергии, т. е. генераторы должны быть выбраны так, чтобы в каждом из режимов работающие генераторы загружались как можно полнее. Если К=А+kP, то себестоимость 1 кВт×ч электроэнергии определяется так:
S=K/P=(A/P)+k, где k – коэффициент определяемый из нагрузочной характеристики генераторного агрегата.
K=a+b- эксплуатационные расходы на выработку электроэнергии за 1 час при нагрузке в Р кВт.
Р- нагрузка в кВт.
а- эксплуатационные расходы не зависящие от нагузки генераторов
(затраты на амортизацию основных фондов).
b=k*P - эксплуатационные расходы не зависящие от нагузки генераторов (затраты на ГСМ). Для обеспечения низкой себестоимости электроэнергии необходимо обеспечить загрузку генераторов близкой к номинальным значениям (75-80% от Рном).
2. При выборе мощности генераторов исходить из расчетной мощности на станцию Рр и выбрать по справочным данным такое количество генераторов n, равной мощности Рг ном , чтобы выполнялось неравенство:
Рр- расчетная мощность судовой ЭС для режима.
nr –количество генераторных агрегатов.
Рг- номинальная мощность генератора.
0,8 - коэффициент, предусматривающий запас мощности в связи с возможной неравномерностью распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами и запас на расширение электрификации судна в процессе его эксплуатации
3. Согласно требованиям Регистра на случай выхода из строя любого из основных генераторов должны предусматриваться один или несколько резервных генераторов. При этом общая мощность СЭЭС должна быть достаточной для обеспечения ответственных потребителей электроэнергией в ходовом и аварийном режимах, т.е. не меньше мощности генератора работающего на основных режимах.
4. При выборе типа и мощности генераторов необходимо стремиться к установке агрегатов равных по мощности и одинаковых по конструкции, что облегчает эксплуатацию ГА, позволяет выровнять выработку моторесурса каждым из агрегатов и унифицировать потребность в ЗИПе и повышает устойчивость параллельной работы генераторов.
Коэффициент загрузки генераторов может быть повышен путем установки большого количества генераторов относительно небольшой мощности с применением их параллельной работы. Однако минимальное количество ГА ограниченно требованиями Регистра (не менее 2-х), а максимальное – возможностью размещения на судне.
Во время наименее нагруженного режима судна генераторы могут быть недогружены. Для уменьшения себестоимости вырабатываемой электроэнергии и существенного улучшения работы дизелей, для которых длительная работа с малыми нагрузками вредна, следует устанавливать стояночные дизель-генераторы. Однако опыт показывает, что установка стояночного дизель-генератора меньшей мощности по сравнению с другими ДГ нецелесообразна, поскольку в промысловом режиме его не используют. А при отказе такого ДГ его приходиться заменять генератором большей мощности, и наоборот, что существенно изменяет значения коэффициентов загрузки.
По требованиям расчетной мощности СЭЭС принимаем к установке три генераторных агрегата (один - резервный) типа МСК 114-4, имеющие следующие параметры:
- частота напряжения: f = 50 Гц,
- полная мощность: S = 500 кВА,
- активная мощность: P = 400кВт,
- напряжение: U = 400 В,
- ток статора: Iст. = 722 А,
- номинальный КПД hном=92.5%
- частота вращения: n =1500 об/мин.
Выбор аварийного дизель-генератора.
Выбираем генератор:
· тип: МСК 91-4
· частота тока: f = 50 Гц,
· полная мощность: S = 94 кВА,
· активная мощность: P = 75 кВт,
· напряжение: U = 400 В,
· ток статора: Iст. = 135,5 А,
· номинальный КПД hном=88,7%
· частота вращения: n =1500 об/мин.
Выбор преобразователей электроэнергии.
Условия выбора трансформаторов:
1. По количеству фаз.
2. По напряжению.
3. По мощности.
По требованиям Регистра трансформаторная подстанция должна обеспечить питание всех приёмников в случае отказа самого мощного. Наиболее часто на судах устанавливают два или три трансформатора равной мощности, подключая их к разным секциям ГРЩ. Выбор мощности трансформаторов для сети освещения производят по режиму наибольшей нагрузки, принято в таблице нагрузок генераторов.
Для расчёта используем следующее соотношение :
, гдеn - число трансформаторов;
Sн.т. - номинальная мощность трансформатора;
kо - коэф. одновременности;
kЗ – коэф. загрузки трансформатора;
SPi - суммарная мощность потребителей.
SPi=Ркамб+Росв+Рпрож+Рнагр+Рро+Рэл.нав.=46+38+1,5+27+7,1+5,2=124,8 кВт
Для питания сети освещения и других потребителей рассчитанных на напряжение 220 В, принимаем к установке два трехфазных силовых трансформатор типа ТСЗМ-160 (трехфазный, сухой, защищенный, морской) мощностью 160 кВА, напряжением 380/230 В.
Для запитки радиооборудования и электрорадионавигационных приборов и аварийного освещения от АРЩ принимаем к установке трехфазный силовой трансформатор типа ТСЗМ-40 (трехфазный, сухой, защищенный, морской) мощностью 40 кВА, напряжением 380/220 В.
2. Разработка структурной однолинейной электрической схемы генерирования и распределения электроэнергии
Согласно Правилам Регистра СССР непосредственно от ГРЩ получают питание электроприводы рулевого и якорно-швартовных устройств, насосов пожарных и балластно-осушительных, навигационное оборудование, щиты основного освещения, радиостанция, основные ЭП механизмов силовой установки (компрессоры пускового воздуха, насосы топливный и масляный), грузовые, траловые и шлюпочные лебедки. А также непосредственно от ГРЩ запитываются мощные электроприводы (компрессор системы кондиционирования воздуха, компрессор и насос провизионной установки).
От аварийного распределительного щита получают питание электроприводы аварийного пожарного насоса, производится дублирование питания электронавигационных приборов, радиостанции, аварийного освещения, сигнализации пожарной и СО2.
Через вторичные распределительные щиты питаются: вентиляторы трюмов, насосы бытовых систем, вентиляторы МКО и общесудовые, вентиляторы системы кондиционирования воздуха, механизмы, обеспечивающие работу вспомогательных котлов, испарительная установка, нагревательные устройства, электроприводы рыбообрабатывающих цехов, электроприводы мехмастерской, потребители камбуза и прочая нагрузка.
3. Выбор САРН и САРЧ
Системы автоматического регулирования напряжения (САРН) и частоты (САРЧ) для судовых генераторов выбирают в зависимости от тех требований, которые предъявляют к СЭЭС с учётом условий эксплуатации. Правила Регистра предусматривают следующие требования стабилизации напряжения и частоты вращения: системы стабилизации напряжения (ССН) генераторов должны поддерживать в установившихся режимах напряжение СГ с точностью ±2,5% для диапазона нагрузок от холостого хода до номинальной при изменении cosj от 1 до 0,4. В переходных режимах при набросе на СГ 100% номинального тока и сбросе его или при сбросе 50% номинального тока максимальное изменение напряжения должно быть не более 20% и восстанавливаться до номинального значения с точностью ±2,5% за 1,5 с.