Проектирование судовой электроэнергетической системы

Определяем расчетные токи, зависящие от мощности потребителей и источниковВеличина трехфазного тока в фидере определяется следующим выражением:I = P/(U*sqrt(3)*cos)Задавая значение средневзвешенного коэффициента мощности cos = 0.82, и располагая данными выше значениями передаваемых мощностей по каждому фидеру, и фазным напряжением U = 380 В, находим величины фазных оков в фидерах по приведенному выражению:Фидер рулевого управления: Фазный ток IР = 420 A;Фидер брашпиля: Фазный ток IБ = 16 A;Фидер пожарного насоса: Фазный ток IП = 65 A.Определяем сечение жилы кабеля, которое зависит от нагрузки и способа прокладки (в пучке, в трубе), вызывающего дополнительный нагрев жилы. В связи с отсутствием доступа к дополнительному ресурсу,рекомендованному в [1] по данному разделу, расчетные значения активных и реактивных токов по заданным коэффициентам мощности вычисляем для фидеров распределительных щитов, имеющих активную и реактивную нагрузки, используя, однако, следующие формулы [1]: (11)При этом = 0.57Уточняем интересующие нас активные токи в фидерах с учетом действующего коэффициента мощности:IР = 420*0.82 = 344A;IБ = 16*0.82= 13 A;IП = 65*0.82 = 53 A.По полученным значениям выбираем сечение меди в каждом кабеле.Для этого, во-первых, используем информацию из таблицы 5, чтобы понять порядок величин плотности тока в меди. Таблица 5. Плотность тока в проводах. Допустимые токовые нагрузки для одиночно прокладываемых кабелей марок КНР, КНРЭ, НРШМ при переменном напряжении частоты 50 Гц, длительном нагреве токопроводящих жил до +55°С и 65°С и температуре окружающего воздуха +45°С берем из доступного справочного материала [10], представленного в таблице 6.Таблица 6. Допустимые токовые нагрузки на кабели судовые. Номинальное сечение жил,мм2   Допустимая токовая нагрузка, А, для кабелей марок КНР, КНРЭ, в зависимости от температуры на токопроводящих жилах, °СДопустимая токовая нагрузка, А, для кабелей марки НРШМ в зависимости от температуры на токопроводящих жилах, °Содножильныхдвухжильныхтрехжильныходножильныхдвухжильныхтрехжильных5565556555655565556555651.01116101491311159138111.5152113181116131912179132.52129172415211826172413194.02738233221292434213017246.034482840253631442637223110.047673854354942603651314416.064905071456355794767405725.08612164906186731046187537535.010514878110751069012876109659350.01231749613693131113161951368311870.015822411616411215813919811816910014395.0196277139196136192172245 -120172120.0221312158223156220200285 -142203150.0257363--178252231330----185.0287406----263375----240.0343485 ---314448 -- 300.0393556 ---366523 -- 400.0467660----436623---- Из таблицы находим следующие сечения кабельных проводников A в каждом фидере соответственно:Фидер рулевого управления: Фазный ток IР = 344 A; A = 240 мм2; Фидер брашпиля: Фазный ток IБ = 13 A; A = 1.5 мм2;Фидер пожарного насоса: Фазный ток IП = 53 A; A = 16 мм2. Из этой же таблицы видно, что допустимая токовая нагрузка на проводник возрастает до 30% с ростом температуры окружающей среды до 65С. Результаты выбора кабелей для трех обозначенных фидеров сведены в таблицу 7.Таблица. 7. Выбор кабеля для фидера рулевого управления.№ фидера по функциональной схемеНаименование фидераРежим работыМощность, кВтРасчетный ток Iрасч, АКорректировка IрасчДопустимый ток IдопМарка кабеляКол-во жил и их сечениепо коэф. к1, к2, I'расч, Апо ос, I''расч, АРулевой ЭПкратковр. 30 мин227344485344КНР1ЭП брашпилякратковр. 30 мин8.5132115КНР2ЭП пожарногонасосадлит.35539064КНР2Проверка кабельных линий на потерю напряженияПроверка производится только для ответственных кабельных линий (генераторных, электроприводов ответственного назначения), указанных ниже в таблице 8.Потери напряжения в процентах без учета потерь в разделках и наконечниках, определяют по формуле [1]:, (12)где: Iрасч - расчетный (рабочий) ток, внесенный в таблицу 3.2 [А];l – длина кабеля [м];Rл, Хл – активное и индуктивное сопротивления, приходящиеся на единицу дины кабельной линии, [Ом/м];cos - паспортный коэффициент мощности.Данные по удельным сопротивлениям кабелей разного сечения Rл и Хл берем из [11] в виде следующей таблицы 8:Находим:Фидер рулевого управления: A = 240 мм2; Rл = 0.07; Хл = 0.058 [Ом/км];Фидер брашпиля: A = 1.5 мм2; Rл = 15; Хл = 0.08 [Ом/км];Фидер пожарного насоса: A = 16 мм2; Rл = 1.12; Хл = 0.068 [Ом/км];Данные расчетов сведены в таблице ???. Вычисленные значения Uл сравниваются с требованиями Правил Регистра, по которым для силовой сети допустимая потеря напряжения Uдоп должна быть не более 7%. Кабель выбран правильно, если выполняется условие:UлUдоп. (13)В случае невыполнения неравенства (11) выбирается новый кабель большего сечения токопроводящих жил.Длину кабелей выбираем из предположения, что машинное отделение находится в центре длины судна.Из таблицы 9видно, что по фидеру брашпиля требования Регистра не выполняются при выбранном кабеле. Потери напряжения превышают норму 7%. Решаем проблему путем установки двух идентичных кабелей в фидере, что вдвое уменьшит величину потерь напряжения, которые, в данном случае, определяются активным сопротивлением, как видно из таблицы. ОК. Таблица 9. Расчет потерь напряжения.№ фидера по функц. схемеНаименование фидераДлина кабеля l, мРасчетный (рабочий) ток Iрасч, АcossinRл, Ом/кмХл, Ом/кмUл, %4Рулевой ЭП503440.820.570.070.0581.25ЭП брашпиля50130.820.57150.0811.6/5.83ЭП пожарногонасоса50530.820.571.120.0684.2ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ШИНОПРОВОДАРасчет и выбор шин ГРЩ сводится к следующим операциям:определение расчетного тока;корректировка расчетного тока;выбор шин;проверка шин на возможность механического резонанса.Исходными данными для определения расчетного тока Iрасч являются данные по максимальной нагрузке электростанции, отраженные в таблице нагрузок для определенного режима работы судна., (7)где Ррасч.max – максимальная расчетная мощность, кВт;cosср – средневзвешенный коэффициент мощности для режима работы судна, по которому выбрано Ррасч.max.Для выбранных выше генераторов мощностью 150 кВт и средневзвешенного коэффициента мощности cosср = 0.82 находим значение расчетного тока:Iрасч = 150/(1.73*380*0.82) = 278 AВ предыдущем разделе показано, что прибавка допустимой токовой нагрузки при переходе к температуре среды оc= 65оС может достигать величины I = 30%. , (8)Исходя из допустимой плотности тока в медном неизолированном проводнике на уровне 2.5 А/мм2 [12], выбираем сечение шинопровода 278/2.5 100 мм2. С учетом рекомендаций h>4b, где: h – высота шины, b – ее ширина [МУ], находим a*4a = 100, отсюда а = 5 мм, и шина имеет размеры 5*20 мм.Проверку шин на возможность механического резонанса производим путем определения частоты собственных колебаний шин fс. При этом найденное значение fс не должно находится в диапазонах 40-60 Гц и 90-110 Гц. В противном случае следует изменить конструктивные размеры.Частоту собственных колебаний медных шин определяем для расстояния между опорами шинопроводаL = 100 см при ширине шины b = 0.5 см - по формуле, (10)= 3.62*0.5*105/1002 20 Гц, не попадающую в опасные диапазоны, указанные выше. где b – ширина шины, см;l – расстояние между опорами, см.Принимаем стандартное расстояние между осями шин а=30. Рис. 2. Эскиз шинопровода. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения курсовой работы спроектирована судовая электростанция, включающая в себя все компоненты современной бортовой энергосистемы, питающей все распределенные потребители. Осуществлён выбор структуры, сделан оценочный расчет элементов мобильно электросистемы судна в разных режимах работы судна. Выполнен расчет потребных мощностей на борту, сделан выбор генераторов, кабелей, шин, автоматики. Основные результаты работы будут востребованы как при выборе темы выпускной квалификационной работы, так и в последующей профессиональной деятельности. ЛИТЕРАТУРАМетодические указания по курсовому проектированию по дисциплине МДК.01.01 «Эксплуатация и ремонт судовых электрических машин, электроэнергетических систем и электроприводов, электрических систем автоматики и контроля» для специальности 26.02.06 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики», Омск ОКРУ им. В.И.Евдокимова, 2020 г. Белов, О. А. Судовые электроприводы. Основы теории и динамики переходных процессов: Учебное пособие/О.А. Белов -М: Моркнига, 2016 -188с.Епифанов, А.П. Электрические машины [Электронный ресурс]: учеб. / А.П. Епифанов, Г.А. Епифанов- Санкт-Петербург: Лань, 2017 - 300 с. https://e.lanbook.com/book/95139#book_name ЭБС "Лань".Лебедева И.И. Техническая эксплуатация судовых электрических машин и электроэнергетических систем: учеб. пособие / И. И. Лебедева. – Омск: ОИВТ (филиал) ФГБОУ ВО «СГУВТ», 2018. – 218 с.Острецов, В. Н. Электропривод и электрооборудование: учебник и практикум для прикладного бакалавриата / В. Н. Острецов, А. В. Палицын. — М.: Издательство Юрайт, 2018. — 239 с. — (Серия: Бакалавр. Прикладной курс). — ISBN 978-5-534-02840-9;https://fb.ru/article/355808/chto-takoe-vodoizmeschenie-sudov-top-samyih-krupnyih-korabley-po-vodoizmescheniyu;ТСВМ - трансформаторы понижающие-повышающие. (gachpar.ru);Потери холостого хода трансформатора: что это такое, как определить, формулы и таблицы (otransformatore.ru);Потери в трансформаторе: определение, расчет и формула (protransformatory.ru);Допустимые токовые нагрузки на кабели судовые | Электроснаб (cable-es.ru);Активное и индуктивное сопротивление кабелей + таблица (electric-220.ru)Допустимые токовые нагрузки на кабели судовые | Электроснаб (cable-es.ru)Характеристики технических параметров суднаПроект номер 1Пассажирский туристический теплоход. Класс О»Размерения судна 90.4*15*12.6ЭлектроприемникиКоличество, шт.Мощность, кВтСистемы, обслуживающие энергетическую установкуКомпрессор211Насос топливоперекачивающий13,5Топливный насос11,4Топливный сепаратор самоочищающийся10,55Маслоперекачивающий насос чистого масла11,4Насос системы прогрева главного двигателя10,1Насос промывки дейдвудных подшипников13,2Общесудовые системыОсушительный насос18Насос сепаратора подсланевых вод10,55Насос сепаратора подсланевых вод10,55Насос подсланевых вод осушения МО20,35Пожарный насос217,5Насос горячей воды21,3Насос забортной воды43,2Насос питьевой воды27,1Редуктор дозирующего насоса10,1Водонапорный насос для эжекторов12,2Озонатор10,7Фекальный насос14Насос сточных вод42,2Циркуляционный насос отопления 22,2Компрессор234Насос забортной воды210,5Насос холодной воды110,5Насос горячей воды23,8Насос провизионный 33,2Приточные вентиляторы МО43,8Вытяжные вентиляторы МО22,85Вентилятор помещения аварийного ДГ10,35Рулевое устройствогидронасос210Подруливающее устройство1207Якорно-швартовые устройстваШпиль носовой22,6Шпиль кормовой13,3Спасательные устройстваСпасательная шлюпка19,6Рабочая шлюпка122,1Шлюпочная лебедка15Мачтовое устройство13Прочее оборудованиеХолодильник13Токарный станок11,4