§ 1.5. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ ЭМПИРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ НАГРУЗОЧНЫХ ТАБЛИЦ
Мощность судовой электрической станции можно рассчитывать несколькими методами, в том числе эмпирическим методом нагрузочных таблиц.
Метод таблиц широко распространен, так как он сравнительно прост, нагляден и универсален. Рассмотрим его на примере применения нагрузочной таблицы для расчета мощности станции переменного тока (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Электрические нагрузки на генераторы станции переменного тока (заключительная часть общей таблицы нагрузок)
В соответствии с требованиями метода в графу 1 заносят всех потребителей электрической энергии, предварительно разбив их на однородные группы, что сокращает размеры таблицы и делает ее более наглядной. В состав каждой группы входят потребители одного назначения и одинаковой мощности, например приводы: грузовых лебедок равной грузоподъемности, вентиляторов машинного отделения, насосов забортной охлаждающей воды и т. д. Однородную группу образуют грелки электрического отопления, освещение, электрические плиты камбуза и др.
В графе 2 таблицы указывается число приемников п, объединенных в однородную группу, включая резерв.
Далее в таблице указываются: необходимая мощность каждого приемника (графа 3), установленная мощность каждого приемника Руст (графа 4), номинальные значения коэффициента полезного действия ηΗ и коэффициента мощности cos φΗ приемников рассматриваемой группы (графы 5 и 6 соответственно).
В графу 7 таблицы вносится единичная присоединенная мощность Ρпр, т. е. мощность, потребляемая каждым приемником.
Для некоторых групп приемников (освещение, камбуз, отопление и т. п.) в графе 3 сразу указывается общая (суммарная) мощность.
Для таких приемников, как грелки отопления, освещение, трансформаторы
тогда как для электродвигателей любого назначения
В графу 8 вносится общая установленная мощность п приемников; ее получают расчетом
Далее таблица нагрузок развертывается по режимам работы, характерным для проектируемого судна, так как работа большей части потребителей определяется режимом судна.
Для каждой из групп приемников определяют коэффициенты одновременности k0 и загрузки ka и заносят их в соответствующие графы таблицы.
Определив k0 и ka, рассчитывают нагрузку, создаваемую каждой из групп, Рн.макс = Р и помимо этой — активной составляющей нагрузки, находят расчетом реактивную составляющую нагрузки Q.
Для расчета Q находят в справочных данных cosφ приемников каждой из групп потребителей с учетом ka (графа 10) и определяют Q =Рtgφ.
Определив Р и Q для каждой из групп приемников, находят суммированием по режимам ΣΡ и ΣQ и вписывают их в строчку таблиц «Общая, потребляемая всеми приемниками, мощность».
В связи с различным характером графиков нагрузки разных групп потребителей было бы неправильно считать, что нагрузка на генераторы станции равна ΣΡ. Фактическая нагрузка на генераторы меньше, и она будет тем меньше, чем вероятнее неодновременная работа различных групп потребителей и несовпадение максимумов нагрузок у приемников в каждой из групп (например, грузовых лебедок).
В таблице нагрузок неодновременность работы различных групп потребителей, сдвиги максимумов нагрузок между группами и внутри групп приемников учитываются энергетическим коэффициентом одновременности К0. Опыт показывает, что значение К0 следует брать в пределах 0,6—0,9. Верхний предел оправдан для ходового и аварийного режимов, когда удельное значение приемников с постоянным графиком нагрузки очень велико (механизмы, обслуживающие главную энергетическую установку судна, и др.); меньшие же значения К0 оправданы для маневренного режима, когда значительна роль приемников большой мощности с кратковременным (эпизодическим) резко переменным графиком нагрузки и для режима стоянки с грузовыми операциями, когда значительна доля приемников с периодическим графиком нагрузки.
Следует подчеркнуть, что Κ0 должен быть выбран так, чтобы произведение Κ0ΣΡ было больше суммы мощностей приемников с постоянным графиком нагрузки.
Передача энергии потребителю, естественно, связана с потерями в сети. Их обычно оценивают в 5% (чаще всего фактические потери меньше 5%) от передаваемой мощности.
Таким образом, активная нагрузка на генераторы судовой станции в каждом из режимов работы судна должна определяться как 1,05 _
, а реактивная —
.
Кроме активной и реактивной составляющих мощности, находят полную мощность S и средневзвешенный коэффициент мощности
COS φср.вз, причем
.
При незначительном числе приемников, работающих эпизодически, потребляемую ими мощность в таблице нагрузок обычно отмечают скобками и в суммарной нагрузке на генераторы эти приемники не учитывают. Однако всегда проверяют, могут ли выбранные генераторы обеспечить работу приемников, включаемых эпизодически, за счет имеющегося запаса мощности и перегрузочной способности генераторов и их первичных двигателей. Из кратковременно работающих приемников в каждом режиме работы судна чаще всего учитывают лишь приемник наибольшей мощности.
При проектировании целесообразно рассматривать возможность подключения эпизодически работающих приемников за счет временного автоматического отключения второстепенных потребителей (камбуз, бытовая вентиляция и т. п.). Такой принудительный порядок электроснабжения особенно необходим в СЭС с автоматическим управлением числа включенных генераторов.
Иногда в таблицах подразделяют каждый режим на день и ночь; такое уточнение нагрузки на генераторы целесообразно только в тех редких случаях, когда мощность приемников с переменным коэффициентом нагрузки на протяжении суток (освещение, камбуз, мастерские и др.) относительно велика.
В последние годы находят распространение таблицы нагрузок рассмотренной формы, но в которых нагрузка на станцию определяется отдельно для потребителей, работающих с постоянным (или почти постоянным) графиком нагрузки (энергетический коэффициент одновременности К0=0,8-1), затем для потребителей, работающих периодически (К0=0,3-0,5). Суммы, полученные отдельно, складываются, и к итогу добавляется мощность наибольшего из приемников, работающих эпизодически, и мощность потерь в сети (5%). Полученный результат определяет нагрузку на генераторы станции.
Таблица нагрузок для расчета мощности судовой электрической станции постоянного тока повторяет таблицу для расчета мощности станции переменного тока с небольшим упрощением ее: из таблицы исключаются графы расчета реактивной нагрузки на источник, т. е. графы 6, 11 и 13 (см. табл. 1.1).
Метод применения нагрузочных таблиц позволяет определить не только мощность судовой электрической станции, но и мощность: аварийной электростанции, судовой трансформаторной подстанции, преобразователей тока на преобразовательной установке судна.
В заключение рассмотрения табличного способа расчета мощности судовой электрической станции заметим, что рассматриваемый метод наряду с несомненными достоинствами имеет и недостатки, главный из которых — неопределенность коэффициентов загрузки и особенно энергетических коэффициентов одновременности. Научных обоснований для выбора этих важных коэффициентов в настоящее время не имеется, что ведет к ошибкам в определении мощности станции. Не следует думать, что табличный метод всегда приводит только к ошибкам, однако они все же имеют место, и это делает актуальным поиск новых методов в решении задачи определения мощности судовой электрической станции.
