Оглавление
Список условных сокращений
Введение
1. Электроэнергетические системы судна. Судовые электростанции
2. Электроэнергетические системы судна. Источники электроэнергии СЭЭС
3. Электроэнергетические системы судна. Устройства преобразования электроэнергии
4. Электроэнергетические системы судна. Устройства распределения электроэнергии
5. Электроэнергетические системы судна. Судовые электрические сети
6. Электроэнергетические системы судна. Потребители электроэнергии
7. Электроэнергетические системы судна. Средства автоматического регулирования и защиты СЭЭС
Список источников
Список условных сокращений
АБ - аккумуляторная батарея
АГ - автоматы генераторов
ВГ - валогенератор
Г - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
ГЭД - гребной электродвигатель
ГТГ - газотурбогенератор
ГЩ - групповые щиты
ДГ - дизельгенератор
К - с кремнийорганической защитой
КПД - коэффициент полезного действия
КЩ - контрольные щиты
М - морской
МК - магистральные коробки
ПУ - пульты управления
С - синхронный
С(2) - с самовозбуждением
СЭС - судовая электростанция
СЭУ - судовая энергетическая установка
СЭЭС - судовая электроэнергетическая система
ТГ - турбогенератор
ЭДС - электродвижущая сила
ЭЭС - электроэнергетическая система
электроэнергия судовой генерирование коммутация
Введение
Огромную важность приобретают вопросы генерирования и распределения электроэнергии в СЭЭС т.к. безопасная и эффективная передача электроэнергии влияет на работоспособность всего судна и его отдельных систем. Цель реферата рассмотрение электроэнергетических систем судна предназначенных для генерирования и коммутации электроэнергии.
1. Электроэнергетические системы судна. Судовые электростанции
Электроэнергетической системой (ЭЭС) называется совокупность устройств, предназначенных для генерирования электроэнергии, ее преобразования, передачи и распределения между потребителями.
По назначению ЭЭС можно разделить на главные, обеспечивающие электроэнергией главные гребные электродвигатели судна - ГЭД (в энергетических установках с главной электрической передачей), вспомогательные и специального назначения. В зависимости от рода тока все судовые электроэнергетические системы разделяют на ЭЭС переменного и постоянного тока. В свою очередь судовые ЭЭС переменного тока можно разделить на системы стандартной (промышленной) частоты - 50 Гц, и высокочастотные электроэнергетические системы (как правило - 400Гц), а также по значению напряжения основной силовой сети.
Энерговооруженность судна зависит от общей установленной мощности потребителей электроэнергии, назначения судна, а также основных режимов потребления энергии в соответствии со специфическим назначением судна.
В состав ЭЭС судна в общем случае входят следующие основные компоненты:
? источники электроэнергии, к которым относятся все средства генерирования электроэнергии: первичные двигатели, электрогенераторы, химические источники тока - аккумуляторные батареи;
? устройства преобразования электроэнергии. К ним относятся статические и машинные преобразователи электроэнергии, трансформаторы;
? распределительные устройства, предназначенные для распределения выработанной и преобразованной электроэнергии по конечным потребителям. К ним относятся главные распределительные щиты - ГРЩ, которые, в свою очередь, могут состоять из отдельных специализированных секций; распределительные щиты - РЩ; щиты отдельных потребителей, а также пульты управления;
? силовые сети, представляющие собой кабельные линии связи между источниками электроэнергии, распределительными устройствами и потребителями электроэнергии. В общем случае ЭЭС судна может состоять из следующих электрических сетей: основной силовой сети, сети постоянного и переменного тока, сети нормального и аварийного освещения, сети переносного освещения и других локальных сетей в соответствии с характеристиками потребителей электроэнергии (например, сетей электропитания систем автоматики, специальных сетей и др.);
? потребители электроэнергии;
? средства управления, электрической защиты потребителей и сетей, сигнализации.
Организационно и технически источники электроэнергии и основные распределительные устройства скомпонованы в судовые электростанции - СЭС. Судовая электростанция обычно включает в свой состав: источники электроэнергии; распределительные устройства - секции ГРЩ и распределительные устройства отдельных, наиболее важных потребителей; пульты управления и контроля режимов работы ЭЭС; коммутационную и защитную аппаратуру; автоматические выключатели; аппаратуру измерения, контроля и регулирования параметров электроэнергии.
По своему основному назначению все судовые электростанции можно разделить на три вида: главные электростанции- обеспечивающие электроэнергией гребные электродвигатели (ГЭД) на судах с электродвижением; общесудовые электростанции- обеспечивающие электроэнергией потребители главной энергетической установки и общесудовые потребители на всех режимах работы судна; аварийные электростанции - обеспечивающие работу отдельных, наиболее важных потребителей при выходе из строя общесудовых электростанций.
Для обеспечения максимальной живучести судна при аварийных повреждениях общесудовые и главные электростанции размещают в наиболее защищенных частях судна, как правило - в машинных отделениях или непосредственно вблизи них. Аварийные электростанции располагают в помещениях, расположенных выше самой верхней непрерывной палубы вне шахт машинных отделений, и имеющих непосредственный выход на открытые палубы судна.
По установленной мощности СЭС можно разделить на электростанции малой мощности- 250 ч 1500кВт; электростанции средней мощности- 1500 ч 6000кВт; и электростанции большой мощности- свыше 6000кВт.
По способу управления электростанции делятся на автоматические и автоматизированные с дистанционным управлением.
Число электростанций на судне зависит от его основного назначения и энерговооруженности, а их число может быть от одной до трех. При наличии на судне нескольких электростанций, их обычно называют по месту размещения основных источников электроэнергии. Например, на судне с двумя электростанциями, их называют носовой и кормовой или электростанциями левого и правого бортов; при наличии на судне трех электростанций их называют носовой, средней и кормовой или электростанциями левого, правого борта и средней.
2. Электроэнергетические системы судна. Источники электроэнергии СЭЭС
Источники электроэнергии на судне принято делить на основные (первичные), вторичные, вспомогательные, резервные, стояночные и аварийные. Основными источниками электроэнергии обычно являются электромашинные генераторы, включающие в свой состав первичный двигатель и приводимый им в действие электрогенератор. В качестве вторичных источников электроэнергии используются различного рода преобразователи. Роль аварийных и вспомогательных источников электроэнергии в основном исполняют аккумуляторные батареи (как независимый источник электроэнергии) и аварийные (или резервные) дизель-генераторы.
Первичные двигатели предназначены для выработки механической энергии и передачи ее генератору с целью преобразования этой энергии в электрическую. В качестве первичных двигателей в судовых ЭЭС могут использоваться: дизельные двигатели (дизель-генераторы), паровые турбины (турбогенераторы), газовые турбины (газотурбогенераторы). Вместе с тем, роль первичного двигателя для электрогенератора может исполнять и основной двигатель судна, который передает энергию на валогенератор через главную линию вала и редуктор.
Дизель-генераторы - ДГ являются одними из самых распространенных типов электрогенераторов в судовых ЭЭС. Дизель-генераторы могут использоваться в функции основных, вспомогательных, резервных, стояночных, и даже аварийных источников электроэнергии на судах с дизельной и газотурбинной ЭУ, а также в качестве аварийных и резервных источников электроэнергии на судах с ПТУ и ЯЭУ. Дизель-генераторы обладают сравнительно высокими значениями КПД, высокой степенью автоматизации, быстрым запуском, надежностью и простотой эксплуатации, автономностью работы. К недостаткам дизель-генераторов можно отнести малую перегрузочную способность - около 10 - 15 % от номинальной мощности в течение не более 1 часа. Так как обеспечить равномерную загрузку одного мощного дизель-генератора в различных режимах работы судна практически невозможно, в составе ЭЭС обычно применяют несколько дизель-генераторов меньшей мощности, работающих параллельно. В качестве первичных двигателей дизель-генераторов используют средне- или высокооборотные дизели, имеющие частоту вращения от 500 до 1500об/мин.
Турбогенераторы-ТГ широко применяются в качестве основного источника электроэнергии на судах с паротурбинными, турбоэлектрическими и ядерными энергетическими установками. На некоторых типах судов могут устанавливаться стояночные турбогенераторы, потребляющие пар от вспомогательной котельной установки. Судовые турбогенераторы обладают следующими достоинствами: равномерностью вращения, большой быстроходностью, высокой надежностью и долговечностью (ресурс до 100000 часов), повышенной перегрузочной способностью (до 20 % от номинальной мощности) и устойчивой параллельной работой. К недостаткам турбогенераторов можно отнести относительно невысокий КПД турбопривода и достаточно большой промежуток времени для готовности к приему нагрузки. Частоты вращения роторов турбин турбогенераторов составляют обычно от 1500 до 6000об/мин.
Газотурбогенераторы-ГТГ применяются в основном в качестве основного источника электроэнергии на судах с ГТУ. ГТГ сочетают в себе достоинства паровой турбины и дизельного двигателя: надежность в работе, высокую маневренность при переходе с режима на режим, быстрый запуск (от 30 до 50с), быстрый прием нагрузки, небольшие массу и габариты. К недостаткам ГТГ можно отнести: сравнительно высокий удельный расход топлива, повышенную шумность, большие размеры воздухоприемных и газовыхлопных трактов, невысокие ресурсные показатели.
Валогенераторы - ВГ представляют собой электрогенераторы, приводимые в действие от главной линии вала судна. Использование на судах в составе ЭЭС валогенераторов представляется целесообразным по нескольким причинам:
? из-за более высоких значений КПД главных двигателей по сравнению со вспомогательными;
? меньшего расхода топлива;
? возможности стабилизации нагрузки двигателей (особенно для главных двигателей некоторых типов судов, работающих с недогрузкой - рыболовных траулеров, буксиров, судов ледового плавания);
? продления ресурса вспомогательных двигателей;
? снижения трудозатрат на обслуживание энергетической установки.
Валогенераторы имеют высокий КПД (всего на 5 - 8% ниже КПД главного двигателя). Кроме того, валогенераторы могут работать в качестве гребного электродвигателя, работающего на главную или вспомогательную линию вала судна от ГРЩ или вспомогательного дизель-генератора. Основным недостатком валогенераторов является возможность обесточивания судна при внезапной остановке главного двигателя.
Выбор типа первичных двигателей для электрогенераторов в основном зависит от типа главных двигателей судна. Так, на судах с дизельными энергетическими установками в качестве первичных двигателей в основном используют дизельные двигатели. На судах с газотурбинными установками в качестве первичных двигателей могут использоваться как дизельные двигатели, так и газовые турбины. На судах с котлотурбинными и ядерными энергетическими установками в качестве первичных двигателей электрогенераторов используют паровые турбины. Кроме того, дизели часто используют в качестве первичных двигателей резервных или аварийных источников электроэнергии.
В качестве судовых электрогенераторов могут использоваться генераторы постоянного тока, синхронные генераторы переменного тока с самовозбуждением и с независимым возбуждением.
В основе работы электромашинных генераторов (как постоянного, так и переменного тока) лежат законы электромагнитной индукции и взаимодействия движущегося проводника с магнитным полем. При пересечении силовых линий магнитного поля в движущемся проводнике индуцируется электродвижущая сила - ЭДС. Под воздействием возникшей ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать ток, снимаемый с клемм генератора.
Генераторы должны обладать высокой надежностью в работе, обеспечивать устойчивую параллельную работу при изменениях нагрузки и требуемое качество электроэнергии, иметь высокий КПД, обеспечивать защиту от попадания внутрь капель воды, паров масла и пыли.