Внешние источники электроснабжения судов

Береговая электроэнергия в 2 и более раз дешевле чем производимая на судне, по этой причине при длительных стоянках использование ёё экономически выгодно. Питание от другого судна может применяться в аварийных случаях, когда своя аварийная электростанция, по каким – либо причинам, не может его обеспечить.

При использовании берегового питания необходимо учитывать некоторые особенности.

У береговых источников (генераторы и трансформаторы) заземляются нейтральные провода

(являющиеся общим нулевым проводом в трёхфазной сети соединённой по схеме *звезда.*

На судне, по Правилам Регистра, такое соединение отсутствует. Поэтому судно подключают к береговой сети через разделительный трансформатор у которого первичная обмотка подключается к береговой сети и ёё нулевой провод заземляют, а вторичная - имеет тёхфазную вторичную обмотку без нулевого провода. В целях безопасности, как для судна, так и для судового персонала, корпус судна следует заземлять. Если это условие не выполнять то корпус судна будет под потенциалом береговой сети и любое замыкание фазы судовой сети на корпус может привести к гибели людей или тяжёлым повреждениям судового оборудования. На рисунке 3.1 показано правильное соединение судовой и береговой электрических сетей.

Переход на питание с берега производят при отключённых судовых электроистониках, а переход с береговой сети на судовую возможно через включение судового генератора в параллель с береговым питанием, но при этом надо соблюдать осторожность так как береговая сеть относительно судна представляется сетью неограниченнной мощности и неосторожные действия могут привести к повреждению судового оборудования. Для того чтобы обезопасить береговой разделительный трансформатор, подключенный к судну, от возможной перегрузки, обычно на судне предусматривают специальную распределительную секцию которая может входить в состав ГРЩ судна или размещаться отдельно и соединяться с ГРЩ кабельной линией.

-10-

От такой секции питается группа судовых потребителей необходимых для обеспечения работы судна в период стоянки.

ХХХХ

ЛЕКЦИЯ № 4. Тема: Преобразователи электрической энергии.

Судовая электростанция вырабатывает электроэнергию со стандартными параметрами напряжения и частоты переменного тока, или напряжения постоянного тока.На судах могут применять оборудование для которого необходимо питание с другими параметрами. Для согласования применяемого оборудования с параметрами судовой сети применяют различные устройства которые имеют общее название «преобразователи». К преобразователям относят:

1. Трансформаторы напряжения и тока.- это статические электрические машины переменного тока, преобразующие напряжение или ток одной величины в напряжение или ток другой величины большей или меньшей от исходной.
2. Умформеры - электрические вращающиеся машины способные преобразовывать переменный ток в постоянный и наоборот, ток одной частоты в ток другой частоты.
3. Выпрямители – полупроводниковые устройства предназначены для преобразование переменного тока в постоянный - это статические преобразователи.
4. Инверторы – статические приборы способные преобразовывать уровни напряжений переменного и постоянного тока в широких пределах, преобразовывать переменный ток по частоте в широких пределах, преобразовывать один род тока в другой в разных последовательностях, вырабатывать импульсы тока разной длительности, полярности, и амплитуды.

Например, инверторы используют в устройствах резервного непрерывного питания различной аппаратуры. Мощные инверторные устройства используют в гребных электрических установка двойного рода тока, при частотном управлении электрическими двигателями. В устройствах резервного питания, например компьютеров, применяют аккумуляторную батарею ток которой, с помощью инвертора, преобразуют в переменный напряжением 220 вольт.

Существуют статические преобразователи непосредственно тепловой или химической энергии в электрическую. Ведутся исследовательские работы по получению электроэнергии из других, нетрадиционных источников и создания на этой базе других, отличных от существующих, генераторов электрической энергии. В качестве примера можно назвать термоэлектрические источники – термопары – преобразующие непосредственно тепло в электрическую энергию за счёт процесса происходящего в проводника из разных металлов спаянных вместе и с помещением их концов в разные температурные условия.

Термоэмиссионные генераторы работают на принципе использования электронной эмиссии при нагревании металлов до высоких температур, такие генераторы имеют КПД порядка 11-20 %., а напряжения на один элекмент от нескольких микровольт до 2,5 вольт, поэтому такие источники используют щщаще всего в качестве источников информации (датчиков) температуры.

Более эффективны магнитогидродинамические генераторные установки. В них используется плазма или жидкий металл движущиеся по каналу поперёк магнитного поля. Удельная мощность такой установки в комплексе с другими с

другими генераторными установками позволяет получить удельную мощность 1000 МВт / м куб, в то время как обычные дизель-генераторы способны давать 50-60 МВт / м куб.

Пример такой установки представлен следующей схемой: Пары теплоносителя ионизируются в реакторе Р и устремляются в МГД генератор с большой скоростью. Часть энергии превращается в электрическую и используется для работы гребного

электродвигателя, остальная часть утилизируется в ТЭГ – термоэлектрическом и в ТЭМГ – в термоэмиссионном генераторах.

- 11 -

Рис.4.1.

Электрохимические генераторы (ЭХГ).Их принцип действия состоит в непрерывной подаче электролита в область протекания химической реакции и, пока в эту область будут поступать химические реагенты, будет продолжаться химическая реакция с выделением электронов в подключенную электросеть. К этим же источникам относятся и аккумуляторы с той лишь разницей что химически активные вещества, в процессе отбора электроэнергии от аккумуляторов, не пополняются. Т.Е. реакция в не аккумуляторных химических источниках протекает в одном направлении. В ЭХГ напряжение в одном элементе составляет 1 – 2 вольта и для получения нужного напряжения элементы необходимо соединять последовательно в батарею в необходимом количестве. Некоторые из таких источников выдают электроэнергию до 300 Вт час/ кг. Для сравнения, кислотные аккумуляторы способны дать только

17 – 30 Вт час/ кг. У отдельны ЭХГ КПД достигает 80%. Достоинством ЭХГ является их постоянная готовность к действию, бесшумность работы и отсутствие подвижных частей.

ХХХХ

ЛЕКЦИЯ № 5. Тема: Расчет мощности судовой электростанции.

Согласно Правил Морского Регистра Р.Ф.при проектировании судна и его электростанции в частности, необходимо рассматривать работу судна в пяти режимах работы судна:

1- ходовой; 2- маневровый; 3- стояночный с грузовыми операциями; 4 – стояночный без грузовых операций; 5 – аварийный. В каждом из рабочих режимов судна используется определённая группа электрифицированных устройств определяющих величину и характер нагрузки электростанции в этот период времени.

Табличный метод расчёта.

Для расчёта мощности судовой электростанции и необходимого количества генераторов применяют два метода расчетов. Каждый вид судна имеет свою специфику работы в соответствии со своим назначением, конструкцией и техническим оснащением. Для изучения вопроса расчёта судовой электростанции рассмотрим, как пример, расчет электростанции транспортного судна. При этом надо учесть, что Правилами Морского Регистра РФ, требуется, в составе основной судовой электростанции, иметь не менее двух генераторов. Каждый из которых должен обеспечить электропитание оборудования в наиболее напряжённом режиме работы судна. Для производства расчета электростанции табличным методом необходимо составить таблицу в

которой должно быть: Колонка 1 – номера по порядку строк. Колонка 2 – наименование технического устройства. 3 – число устройств одинакового наименования.

4 – Рн.у мощность номинальная установленная технического устройства. 5 – Номинальный КПД устройства η. 6 – COS φ н – коэффициент мощности номинальный для обозначаемого устройства.

- 12 –

№ Наименование Число Рну ном.COS Р Рном Ходовой режим

п/п приёмника одно- кВт КПД φ ном гр.

электроэнергии имён. η п = Ко Кз COS РкВтQкВар

= Рном φ ф

Рном п

у х

/ n

η

7 – Мощность потребляемая Р н п = Р н у / η – при номинальной нагрузке (в зависимости от кпд устройства).

8 – Мощность потребляемая при номинальной нагрузке группой одноимённых потребителей

Рн гр = Рн п х n где n – число потребителей в группе. За тем располагаются группы колонок со сведениями относящимися к одному конкретному режиму работы судна. Например, колонки 9 – 10 – 11 – 12 – 13 относятся к ходовому режиму, - 14 – 15 – 16 – 17 – 18 – относятся к маневровому режиму и.т. В первых колонках режимов - 9 - 14 -19 – 24 – 29 записывают Ко – коэффициент одновременности работы одноимённых устройств. В следующих колонках 10 и т.д. записывают Кз – коэффициент загруженности устройства. COS φ ф – коэффициент мощности фактический при работе устройства. Р кВт –потребляемая мощность устройством активная. Q кВар – потребляемая мощность устройством реактивная. И так по всем режимам работы судна.

В строках записывают наименование механизмов. Все строки с перечисленными механизмами объединяют одной группой 1. Следующие строки обозначают каждую отдельно римскими цифрами и во 2-й группе содержится всего одна строка в которой для каждого режима работы судна в колонках активной и реактивной мощностей записывают суммарные соответствующие мощности. В строке группы 3, для каждого режима, обозначают средний фактический

COS φ для всех работающих механизмов. В строке 4-й группы –расчетная нагрузка-с учетом коэффициента совместной работы Кср, записывают для всех режимов среднюю активную и реактивную потребляемые мощности. В строке отмеченной № 5 записывают S – полную мощность, потребляемую в каждом режиме работы судна. В строке 6 записывают средневзвешенный коэффициент мощности COS φ ср для каждого режима. В строке 7 –записывают число и мощность генераторов для обеспечения электрооборудования судна в каждом режиме работы судна.

· При расчётах коэффициентов работы электрооборудования пользуются следующими понятиями и формулами: Ко = nр /nу коэффициент одновременности работы оборудования – отражает количество работающего одноимённого оборудования относительно количества установленного одноимённого оборудования. Кз = Р φ /Рну коэффициент загрузки – учитывает реальную нагрузку оборудования относительно установленной мощности конкретного вида оборудования, например, рулевая машина работает с переменной нагрузкой. В маневровом режиме руль перекладывается на много чаще чем в ходовом, где перекладки осуществляются на малые углы и момент на баллере будет мал, двигатель потребляет электроэнергию в этих двух режимах неодинаково. Здесь Р φ – фактически потребляемая мощность, а Рну – номинальная установленная мощность электродвигателя рулевой машины. При недогруженности электродвигателя

-13-

· коэффициент мощности COS φ так же будет отличаться от номинального. Поэтому для каждого режима работы судна определяется фактический

· коэффициент мощности электродвигателей. Определяется коэффициент мощности по графику зависимости COS φ от Кз.

Зависимость COS φ от коэффициента загрузки двигателя.

1 – для двигателей мощностью до 10 кВт.

2 - для двигателей мощностью 10-70 кВт

Активная мощность Р= Рн.гр х Ко х Кз,кВт.

Где Р н.гр = nу х Рнп -активная мощность

группы одноимённых приёмников при номинальной нагрузке; Рнп – мощность одного приёмника при номинальной нагрузке. По отношению к установленной мощности она равна Рнп =Рну/ ηн где ηн - номинальный КПД одного приёмника. nу – количесвто одноимённых потребителенй. Реактивная мощность Q = P x tg φ ф кВАр, где tg φ ф находится по формуле

После заполнения строк группы 1 подводят итоги по колонкам, отражающим значения активной и реактивной мощностей режимов, путём сложения мощностей каждого приёмника.

Значение реактивной мощности нужно будет при определении полной мощности электростанции и необходимого числа генераторов. Расчетная нагрузка на генераторы, с учётом Кс.р. – совместной работы потребителей, Р расч. = S Р х К с.р. кВт.

Qрасч. = S Q х К с.р. кВАр. Полная мощность S расч. = √ Р кв. + Q кв. кВт. Средневзвешенный коэффициент мощности COS φ ср = Р расч./ S расч.; Строку v11 таблицы заполняют после решения о выборе генераторов исходя из их числа и мощности.