SEK_UP_i_MU_1_1

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Филиал «СЕВМАШВТУЗ» государственного образовательного учрежде-

ния высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» в г. Северодвинске

А.И. Чурносов

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕК-

СЫ

Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов

заочной формы обучения специальности 180103.

Северодвинск

2011

УДК 629.12.066

Судовые электроэнергетические комплексы. Методические указания

к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обуче-

ния / специальности 180103 / Сост. А.И. Чурносов – Северодвинск: Севмашвтуз, 2011 г.-63с.

Ответственный редактор профессор, зав. кафедрой Судовая электроэнергетика и электротехника В.Е. Гальперин.

Рецензенты: к.т.н., профессор кафедры Автоматика и управление в технических системах Ф.В. Черепенин.;

Начальник сдаточного участка ЭМП №1 ОАО СПО «Арктика» Ю.В. Душкин.

Данное методическое указание предназначено для самостоятельного освоения материала и выполнения контрольной работы по дисциплине «Судовые электроэнергетические комплексы» студентами заочной формы обучения по специальности 180103.

В методических указаниях изложены основные положения по вопросам выработки, распределения и потребления электрической энергии при нормальном функционировании судовой электроэнергетической системы корабля (судна).

Приведенны некоторые примеры расчета энергопотребления двигателей постоянного и переменного тока и характеристики при их использовании в судовых механизмах.

Методика расчета для выполнения контрольной работы, позволяет студентам самостоятельно выполнить один из вариантов предусмотренного задания.

Печатается по решению редакционно-издательского отдела Севмашвтуза. © Севмашвтуз, 2011г.

2

Требования к выполнению контрольной работы.

Дисциплина «Судовые электроэнергетические комплексы» по специаль-

ности 180103 изучается студентами для освоения электромеханического цикла дисциплин при получении квалификации - морской инженер.

К выполнению и оформлению контрольной работы предъявляются сле-

дующие требования:

1. Контрольная работа выполняется в виде отдельного отчета, вариант расчетного задания по каждой из частей работы должен соответствовать поряд-

ковому номеру студента в списке студенческой группы (во избежание, ошибок,

перед началом выполнения контрольной работы номер уточняется студентом в деканате). Возможны и другие принципы определения варианта, которые, в

случае их применения, должны быть доведены до сведения студентов декана-

том или преподавателем. Контрольная работа может выполняться рукописно или с помощью средств оргтехники (в программах Microsoft Word, Open Office

или других). На титульном листе обязательно указываются: наименование дис-

циплины, наименование работы, номер варианта, номер группы, фамилия и инициалы студента, фамилия и инициалы преподавателя.

2.Текст, формулы числовые выкладки должны быть выполнены четко и аккуратно.

3.Буквенные обозначения и единицы физических величин должны соот-

ветствовать действующим нормативным документам (ГОСТ).

4. Во избежание ошибок, при расчетах, значения всех величин необходи-

мо подставлять в формулы в единицах СИ. Количество значащих цифр после запятой должно быть не более двух.

5. При расчетах необходимо придерживаться определенного порядка,

сначала искомую величину выразить формулой, затем подставить известные значения величин, после чего записать результат расчета.

6. Схемы, графики, диаграммы следует выполнять аккуратно с помощью соответствующих чертежных инструментов. В случае рукописного способа,

оформление контрольной работы графики и временные диаграммы необходимо

3

выполнять на миллиметровой бумаге. Допускается, кроме черного, использо-

вать при построении синий, красный и зеленый цвета. Диапазоны измерений величин по осям следует выбирать так, чтобы построения занимали, по воз-

можности, всю площадь графика.

7.В конце работы студент ставит дату и свою подпись.

8.Если работа не зачтена или зачтена при условии внесений исправлений,

то все необходимые поправки делаются в конце работы в разделе «Работа над ошибками».

1.Судовые электроэнергетические комплексы.

Судовые электроэнергетические комплексы (СЭЭК) осуществляют гене-

рирование, передачу, распределение, преобразование и потребление электриче-

ской энергии, что обеспечивает нормальное функционирование систем и уст-

ройств при выполнении судном и экипажем поставленной задачи.

Судовые электроэнергетические комплексы включают в себя:

- источники электрической энергии с приводными двигателями (турбины,

дизели) для выработки переменного или постоянного тока;

- системы распределения, главные распределительные щиты, щиты пита-

ния группы потребителей с соответствующими коммутационными аппаратами,

приборами контроля и измерения параметров, системами защиты и каналами кабельной связи между источниками и потребителями;

- потребители электроэнергии, подразделяются на несколько групп: судо-

вые электроприводы, навигационные приборы, радиотехнические средства,

приборы контроля и управления, осветительное оборудование, электронагрева-

тельное оборудование и др;

- в зависимости от назначения судна (корабля), большую группу потреби-

телей электроэнергии составляют специальные потребители и оборудование.

На рис.1 приведена принципиальная схема судовой электроэнергетиче-

ской системы (СЭЭС), в состав которой входят: источники электрической энер-

гии, состоящие из приводного двигателя (ПД) и генератора (Г), электрические сети (С), распределительные устройства (РУ), потребители (П), автоматические

4

выключатели (А). Кроме того, в состав СЭЭС входят выпрямители (В), транс-

форматоры (Тр) и другие электромеханические устройства.

Рис.1.1.

2. Параметры и качество электрической энергии.

Параметры и качество электрической энергии определяются рациональ-

ным выбором рода тока (постоянный, переменный), частоты, величины напря-

жения.

По Правилам Регистра и по ГОСТ 13109-97 допускается применение как постоянного, так и переменного (однофазного и трехфазного) электрического тока. Наибольшее распространение, благодаря высоким технико-

экономическим показателям, получили системы трехфазного переменного тока.

Это связано с использованием асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, трансформаторов, имеющих высокие показатели - они надежнее, ком-

пактнее как по массе, так и по габаритам.

Источники электрической энергии - трехфазные синхронные генераторы с автоматическими регуляторами напряжения позволили достигнуть требуемой стабильности напряжения, как в статическом, так и в динамическом режимах.

В установках до 380В допускается следующие величины напряжения:

- для силовых, нагревательных и отопительных потребителей от 220 до

380 вольт;

5

- освещение, сигнализация, внутренняя связь, розетки в сухих помеще-

ниях – 220вольт;

- релейно-контакторные системы, системы управления для сетей пере-

менного тока – 127 вольт, для сетей постоянного тока – 110 вольт;

- для переносных инструментов, переносных ламп применяются напря-

жения от 12 до 36 вольт, напряжение свыше 36 вольт на судах является опас-

ным при поражении электрическим током.

Отечественные энергосистемы и потребители работают на частоте 50 Гц,

на некоторых судах иностранной постройки принята частоте 60 Гц. Для специ-

альных потребителей и систем применяются частота 200 Гц, 400 Гц или 500 Гц.

Качество электроэнергии определяется совокупностью показателей и ме-

рой отклонения амплитуд, частоты и мгновенных значений напряжения от но-

минальной величины. Идеальными величинами трехфазных напряжений явля-

ются:

uА=UAmax·sin(ωt+θA) ; uВ=UВmax·sin(ωt+θВ) ; uС=UСmax·sin(ωt+θС) ,

где UAmax, UВmax, UСmax - амплитудные значения напряжений, θA, θВ, θС - углы сдвига фаз между фазными напряжениями, равны 2π/3.

Эти условия нарушаются из-за несовершенства характеристик генератор-

ных агрегатов, изменений нагрузки и других условий. Показатели качества электрической энергии нормируются отдельно для установившихся и переход-

ных режимов.

Установившееся отклонение напряжения представляет собой разность между напряжением сети и номинальным напряжением, выраженное в процен-

тах

Uycт Uc Uн 100%.

Uн

По Правилам Регистра отклонение напряжения для сетей переменного тока не должно превышать ±2,5% при изменении нагрузки от нуля до номи-

6

нальной величины и коэффициенте мощности от 0,6 до 1,0, для генераторов аварийной электростанции допускается отклонение ±3,5%, такое же отклонение допускается и для основной электростанции при коэффициенте мощности ниже

0,6.

Для переходных режимов (наброс или сброс нагрузки) провал напряже-

ния не должен превышать 20% с временем восстановления напряжения 1,5с,

выброс при сбросе нагрузки не должен превышать 16% с таким же временем восстановления.

Установившееся отклонение частоты определяет зависимость между отклонением частоты сети и номинальным ее значением

f fc fн 100 % . fн

Для судовых сетей допускается отклонение частоты сети от номинально-

го значения ±1% или 0,5 Гц при изменении нагрузки от 25 до 100%, в переход-

ных режимах отклонение частоты не должно превышать ±10%.

Коэффициент несимметрии трехфазного напряжения определяется как разность между наибольшим и наименьшим значениями линейных напряжений

kнес		U		max		U		min	100 % ,
				Uн

в судовых сетях коэффициент несимметрии не должен превышать 2%.

Коэффициент несинусоидальности формы кривой напряжения определяет величину суммы действующих значений высших гармоник Uν, которые состав-

ляют сетевое напряжение, по отношению к действующему значению напряже-

ния основной гармоники

U 2

	kнс	2	100% .
		U1

Основными высшими гармониками в судовой сети являются 3, 5 и 7 гар-

моники, коэффициент несинусоидальности не должен превышать 5%, в судо-

вых сетях коэффициент несинусоидальности допускается до 10%.

7

Искажения синусоидальности судовой сети приводят к нежелательным послед-

ствиям и могут вызывать сбой в работе радио и полупроводниковой аппарату-

ры, вычислительной техники и автоматики.

Обеспечение качества электроэнергии необходимо для нормального функционирования потребителей и всех технических систем, это достигается рациональным выбором элементов электрооборудования, применением систем автоматики и управления, режимами работы энергосистемы.

3.Источники электрической энергии на судах.

Основными источниками электрической энергии на современных судах являются генераторные агрегаты, включающие в себя две машины: приводной двигатель и электромашинный генератор. Двигатель и генератор устанавлива-

ются на общий фундаментной плите, а валы двигателя и генератора соединяют-

ся между собой специальной муфтой. Если рабочие обороты двигателя и гене-

ратора различаются, то между ними устанавливается редуктор. Генераторный агрегат одно из наиболее тяжелых и габаритных судовых устройств, уступаю-

щий только основным элементам главной силовой установки.

В генераторном агрегате происходит двойное преобразование энергии, в

приводном двигателе (ПД) энергия Wт сжигаемого топлива (нефть, мазут, со-

ляровое масло и др.) или пара преобразуется в механическую Wмех энергию, а

далее в генераторе-механическая энергия преобразуется в электрическую Wэл.

При двойном преобразовании энергии потери составляют 65-70%, поэто-

му коэффициент полезного действия (к.п.д.) генераторных агрегатов составляет

30-35%, большая часть энергии теряется в приводном двигателе.

В качестве приводных двигателей на судах, в основном, нашли примене-

ние дизели и паровые турбины, их соответственно классифицируют как дизель-

генераторные или турбогенераторные агрегаты.

Дизель-генераторные агрегаты имеют более высокий к.п.д., просты в экс-

плуатации, быстро вводятся в работу, но имеют меньший срок службы, малую перегрузочную способность, неравномерный крутящий момент.

Турбогенераторные агрегаты применяются в мощных СЭЭС, в частности,

на судах с атомной энергетической установкой. Паровые турбины имеют выше

8

срок службы, равномерный крутящий момент. К числу недостатков можно от-

нести высокую частоту вращении, что для генераторного агрегата возникает необходимость применении редуктора. Параметры некоторых генераторных агрегатов приведены в таблице 1.

Таблица 1

			Первичный дви-						Генератор
			гатель
				Часто-
	Тип агрега-		Мощ-	та						Мощ-			Напря-			Часто-
	та		ность,	вра-			Тип			ность,			жение,			та
			кВт	щения,						кВт			В			вра-
				Об/ми												щения,
				н												об/мин
				Дизель-генераторы
	6ДГ50М		660	750			МС99-8/8		600			400			750
	ДГР500/1500		550	1500			МСК625-1500		500			230,400			1500
	ДГР400/1500		367	1500			МСК625-1500		400			230			1500
ДГР 300/1000-1			330	1000			МСК375-1000		300			230,400			1000
ДГР 200/1500			220	1500			МСК103-4		200			400			1500
ДГР 150/750			165	750					160			400			750
ДГР 100/1500			110	1500			МСК92-4		100			230,400			1500
ДГР 75/1500			85	1500			МСК91-4		75			230,400			1500
ДГР 50/1500			58	1500			МСК83-4		50			230,400			1500
ДГР 25/1500			30	1500			МСК82-4		30			230,400			1500
	ДГР 25/1500		33	1500			МСК82-4		25			230			1500
	АДГ12-С1		14	1500			МСА72-4А		12			230,40			1500
							Паротурбогенераторы
	ТД750-1		-	8500			МСК940-1500		750			400			1500
	ТГО1500		-	8000			МСК1875-1500		1500			400			1500
	ТГУ500		-	8000			МСК750-1500		500			400			1500
	ТД400-II		-	8500			МСК625-1500		500			230,400			1500
	ТД100		-	10000			МСК92-4		100			230			1500

По своему назначению судовая электростанция (генераторные агрегаты)

определяются как:

-главная, входящая в состав гребных электрических установок и обеспе-

чивающая движение судна;

-основная, осуществляющая питание судовых потребителей электроэнер-

гии таблицы нагрузок в нормальных режимах работы СЭЭС;

9

- аварийная, обеспечивающая питание жизненно важных потребителей в аварийных ситуациях;

-стояночная, предназначенная для питания судового электрооборудова-

ния только во время стоянки судна.

Типы главных генераторных агрегатов выбираются с учетом назначения,

особенностей и режимов работы судна. С точки зрения удобства обслуживания и ремонта в состав судовой электростанции, как правило, применяют одинако-

вые генераторные агрегаты.

Генераторы, входящие в состав генераторных агрегатов, могут быть как постоянного, так и переменного тока. Генераторы постоянного тока применя-

ются в качестве автономных источников питания отдельных электроприводов и устройств, если основная электростанция переменного тока.

Основным типом современных судовых источников электрической энер-

гии являются генераторы переменного тока – трехфазные судовые синхронные генераторы серий МС, МСК, ГСС. Обозначения следующие: М-морской; С-

синхронный; К-кремнийорганическая изоляция; в серии ГСС, Г-генератор.

На статоре генератора расположена трехфазная обмотка якоря, которая через автоматический выключатель подключается к нагрузке или общим ши-

нам главного распределительного щита. Обмотка постоянного тока, создающая магнитный поток, находится на роторе и приводится во вращение первичным двигателем.

В фазах якоря индуцируются три симметричных ЭДС еА, еВ, еС, сдвину-

тые по фазе друг относительно друга на угол 2/3π.

Стабилизация частоты и напряжения судовой сети.

Для нормального функционирования режимов работы потребителей не-

обходимо поддерживать два основных параметра – частоту и напряжение судовой сети.

Частота сети и, соответственно, частота вращения приводного двигателя имеют пропорциональную зависимость

f Pn60 ,

10