Đồ án Hệ thống năng lượng tàu als albatross – đi sâu tính toán công suất trạm phát điện và chọn máy phát điện

Hình 4.8: Đặc tính ngoài của máy phát Theo qui định của Đăng Kiểm thì sự chênh lệch tải vô công giữa các máy phát công tác song song không được vượt quá 10% công suất vô công định mức của máy lớn nhất - Khi đóng thêm máy phát vào lưới. Nếu có một máy đang công tác mà lượng tải vượt quá 85% thì hệ thống sẽ tự động hòa máy số 2 vào lưới. Nếu có 2 máy đang công tác mà lượng tải quá 90% thì hệ thống sẽ tự động hòa máy phát số 3 vào mạng. 63 - Khi ngắt máy phát ra khỏi mạng. Khi 3 máy đang công tác mà lượng tải nhỏ hơn 53% thì hệ thống tự động cắt 1 máy ra khỏi mạng. Khi có 2 máy đang công tác mà lượng tải nhỏ hơn 30% thì hệ thống sẽ tự động ngắt 1 máy ra khỏi mạng còn 1 máy công tác. - TA81.24 là biến dòng lấy tín hiệu dòng của máy phát.cuộn thứ cấp của biến dòng được nối với hai đầu C1-C2 của bộ AVR. Các đầu C3-C4 của bộ AVR được nối nối tiếp với các đầu C3-C4 của bộ AVR các máy phát khác. Khi aptomat của các máy phát chính chưa đóng thì các rơle K85.21,K105.21,K125.21 chưa có điện nên các tiếp điểm K25.21,K105.21,K125.21 vẫn đóng. - Giả sử máy phát số1 công tác độc lập (chỉ có máy phát số1 cấp nguồn lên lưới) thì các tiếp điểm của K105.21 và K125.21 sẽ đóng lại,tiếp điểm của rơle K85.21 mở ra làm cho cuộn C3-C4 của bộ AVR1 khép kín mạch,máy phát một công tác độc lập -Giả sử máy phát 1 và 2 đang công tác song song nhưng dòng tải của máy phát 1 lớn hơn dòng tải máy phát 2.Khi đó qua các biến dòng TA81.24,TA101.24.Tín hiệu dòng gửi qua bộ AVR và được nối với nhau,chúng được so sánh với nhau trong mạch AVR,nếu I1 > I2 khi đó có dòng cân bằng chạy từ bộ AVR máy phát 1 đến bộ AVR của máy phát 2 và tác động vào bộ AVR của máy phát 2 =>dòng kích từ của máy phát 2 sẽ tăng lên và máy phát 2 sẽ tự động nhận thêm tải vô công.Khi I1 = I2 thì dòng cân bằng sẽ mất đi và sự phân bố tải vô công cũng hoàn thành.Quá trình này được diễn ra tự động. -Khi các máy phát công tác song song với nhau aptomat QF1,QF2,QF3 đều đóng đồng thời cầp nguồn cho rơle K85.21,K105.21và K125.21 nên tiếp điểm thương đóng của K85.21, K105.21 và K125.21 mở ra làm cho dòng chạy trong cuộn C3-C4 bộ AVR của mỗi máy phát không những phụ thuộc vào dòng của máy phát đó mà còn phụ thuộc vào dòng của các máy phát khác. Gỉa sử dòng của máy phát số1 là lớn nhất do nhận nhiều tải vô công nhất thì sẽ làm cho dòng trong C3-C4 của máy phát số 1 là lớn nhất, lúc này sẽ xuất hiện dòng chạy trong dây cân bằng sang các cuộn C3-C4 của các máy phát khác vì vậy làm cho sự thay đổi dòng kích từ của mỗi máy phát là như nhau. Các máy phát sẽ được tự động phân chia tải vô công đều nhau. Như vậy sự thay đổi tải vô công của máy này luôn được máy kia cảm nhận thông qua biến dòng, nhờ đó luôn đảm bảo được sự cân bằng tải vô công giữa các máy phát khi công tác song song. 4.4.5 Phân bố tải tác dụng của các máy phát đồng bộ công tác song song : -Phân bố tải tác dụng cho các máy phát đồng bộ công tác song song được quyết định bởi đặc tính cơ của bộ điều tốc Diezen truyền động máy phát -Theo qui định của đăng kiểm tải tác dụng của hai máy phát phải được phân bố đều nhau.Sự chênh lệch không được vượt quá giới hạn 10% công suất tác dụng định mức của máy phát 64 lớn nhất.Muốn phân bố tải đều giữa hai máy đặc tính bộ điều tốc phải giống hệt nhau về độ nghiêng. 0 p n ĐCXC MFXC Hình 4.9: Đặc tính cơ Hình 4.10 :Sơ đồ nguyên lí E U Xp I E I.Xp Hình 4.11 :Sơ đồ tương đương Hình 4.12 :Sơ đồ véc tơ 0 90 180 0a Po Pmax P BA 00 b00 P=f( )0 Hình 4.13 Đồ thị đặc tính công suất P=U.I.cos= Xp UE. .sin Từ đồ thị của máy phát ta thấy việc tăng công suất truyền đạt của máy phát khi E và U không đổi chỉ thực hiện bằng cách thay đổi góc  .Góc  biểu thị vị trí của rôto trong không gian đó là góc lệch giữa trục của từ trường do dòng ở stato gây ra và trục từ trường do dòng chạy ở rôto gây ra hoặc là góc lệch giữa E và U.Như vậy khi thay đổi tải tác dụng là ta thay đổi lượng dầu vào động cơ và chính là thay đổi góc  .Khi máy phát nhận thêm tải tác dụng do điện áp giảm xuống nên bộ điều chỉnh điện áp phải điều chỉnh tăng dòng kích từ để giữ cho U=const làm cho E phải tăng lên 65 Từ công thức P=U.I.cos= Xp UE. .sin :nếu E tăng và  tăng trong giới hạn từ 0 900 dẫn đến P tăng.Nếu điểm công tác máy phát nằm trong đoạn  =0 900 tức là dP/d >0 thì hệ thống ổn định,còn khi  =900 1800 thì dP/d <0 hệ thống mất ổn định. 4.4.6. Điều chỉnh tần số và phân chia tải tác dụng cho các máy phát tàu als albatross Page(89,109,129) *Giới thiệu các phần tử của mạch: SA89.2 : Công tắc điều khiển có ba vị trí là: LOWER-OFF-RAISE. REC89.1: Bộ biến đổi từ nguồn xoay chiều lấy từ máy phát qua biến áp thành nguồn 1 chiều cấp cho mạch điều chỉnh lượng nhiên liệu vào Diesel. - PMSDG1 (63-64, 65-66): Các tiếp điểm điều chỉnh được điều khiển từ máy tính. - K89.3, K89.4: Các rơle trung gian. - M: Động cơ servo là loại động cơ 1 chiều 24V; 20W. *Nguyên lý hoạt động của mạch: -Để thay đổi tần số của máy phát khi máy phát công tác độc lập và thay đổi lượng tải tác dụng khi các máy phát công tác song song ta chỉ việc thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho Diesel bằng cách điều khiển động cơ servo tác động lên thanh răng nhiện liệu. -Nguồn xoay chiều từ máy phát số 1 qua biến áp và bộ chỉnh lưu biến đổi thành điện áp một chiều 24V cấp cho mạch điều khiển và động cơ sẵn sang hoạt động. * Điều chỉnh tần số và phân bố tải tác dụng bằng tay: -Khi tần số của máy phát thấp hoặc nhận ít tải tác dụng ta đưa tay điều khiển SA89.2 về vị trí RAISE thì điện áp được cấp cho rơle K89.4. Rơle này có điện làm cho tiếp điểm K89.4(1- 9) mở ra khiến rơle trung gian K89.3 không thể có điện, đồng thời đóng các tiếp điểm K89.4(7-11 và 6-10) cấp nguồn 24V cho động cơ servo hoạt động đưa nhiên liệu vào máy nhiều hơn làm cho tần số của máy phát tăng lên hay máy phát sẽ nhận nhiều tải tác dụng hơn. -Khi tần số của máy phát cao hoặc nhận nhiều tải tác dụng ta đưa tay điều khiển SA89.2 về vị trí LOWER thì điện áp được cấp cho rơle K89.3. Rơle này có điện làm cho tiếp điểm K89.3(1-9) mở ra khiến rơle trung gian K89.4 không thể có điện, đồng thời đóng các tiếp điểm K89.3(7-11 và 6-10) cấp nguồn 24V cho động cơ servo hoạt động theo chiều ngược lại đưa nhiên liệu vào máy ít hơn làm cho tần số của máy phát giảm xuống hay máy phát sẽ nhận ít tải tác dụng hơn. 66 -Khi hai máy phát đang công tác song song với nhau mà phân bố tải tác dụng không đều. để phân bố lại tải tác dụng cho hai máy phát ta đưa tay điều khiển lượng nhiên liệu của máy phát nhận nhiều tải tác dụng hơn sang vị trí LOWER và đưa tay điều khiển của máy nhận ít tải tác dụng hơn sang vị trí RAISE cho tới khi tải tác dụng của hai máy cân bằng nhau thì dừng lại. *Tự động điều chỉnh tần số và phân chia lại tải tác dụng bằng máy tính: Khi tần số của máy phát số 1 thấp hoặc nhận ít tải tác dụng, máy tính sẽ cảm biến và phát lệnh điều khiển làm đóng tiếp điểm PMSDG1 (65-66) vào làm cho rơle K89.4 có điện cấp điện cho động cơ servo tăng nhiên liệu vào máy tương tự như ta đưa tay điều khiển sang vị trí RAISE. Khi tần số của máy phát số 1 cao hoặc nhận ít nhiều tải tác dụng, máy tính sẽ đóng tiếp điểm PMSDG1 (63-64) vào làm cho rơle K89.3 có điện cấp điện cho động cơ servo giảm nhiên liệu vào máy tương tự như ta đưa tay điều khiển sang vị trí LOWER. Khi hai hoặc ba máy phát công tác song song máy tính sẽ tự động giám sát và điều chỉnh lượng nhiên liệu vào hai máy để lượng tải tác dụng của hai máy là cân bằng nhau thông qua khối XR1,XR2 và XR3 của khối quản lí nguồn PMS. 67 Chương 5 BẢO VỆ CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG 5.1.Khái niệm chung Trong quá trình vận hành và khai thác lưới điện tàu thủy luôn có khả năng xảy ra các sự cố hư hỏng vì vậy cần phải có các thiết bị bảo vệ đặc biệt.Hệ thống nào cũng bao gồm một hay nhiều thiết bị bảo vệ.Mỗi thiết bị như máy phát điện,máy biến áp,động cơ điện,đường cáp…đều phải có thiết bị bảo vệ riêng biệt.Việc bảo vệ có những ý nghĩa sau : 1.Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố.Tách khỏi những phần tử khác đang hoạt động bình thường để ngăn ngừa những hậu quả tiếp sau. 2.Tự động ngắt mạch một số phần tử thuộc hệ thống điện năng mặc dù không bị sự cố (trường hợp máy phát bị quá tải phải tự động cắt bớt các phụ tải không quan trọng) và dự báo những chế độ công tác khác với chế độ bình thường như dòng công tác hoặc lớn hơn dòng định mức một ít hay điện trở cách điện của hệ thống giảm quá giới hạn cho phép Việc bảo vệ hệ thống trạm phát cần phải đảm bảo những yêu cầu sau : 1.Bảo vệ phải có tính chất chọn lọc :thiết bị bảo vệ phải ngắt những phần tử hư hỏng.Để đảm bảo độ tin cậy hoạt động của các phụ tải điện và đảm bảo sự công tác liên tục của nó. 2.Bảo vệ phải có tính tác dụng nhanh để hạn chế ảnh hưởng xấu đến các máy phát đang công tác song song,đến các phần tử khác đang công tác ổn định,giảm bớt sự hư hỏng. 3.Bảo vệ phải có độ tin cậy cao :cấu trúc chắc chắn,đơn giản và dễ tháo lắp 4.Bảo vệ phải có độ nhạy cao :đây là tính chất rất quan trọng để đảm bảo thiết bị bảo vệ phản ứng ngay được với những hiện tượng hư hỏng sự cố. Độ nhạy của thiết bị bảo vệ được biểu thị bằng hệ số nhạy cảm Kn= hđ ng I I min Ingmin :là dòng ngắn mạch nhỏ nhất mà thiết bị hoạt động Ihđ :là dòng hoạt động đã được ghi trước trên bảng thông số của thiết bị. 5.2.Bảo vệ cho máy phát điện Để bảo vệ cho máy phát điện trong trạm phát điện tàu thủy người ta cần quan tâm đến các loại bảo vệ sau : 1.Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát 2.bảo vệ quá tải cho máy phát 3.bảo vệ công suất ngược cho máy phát 4.Bảo vệ thấp áp cho máy phát 5.Bảo vệ điện áp cao cho máy phát Ngoài các bảo vệ trên thì có thể có những bảo vệ khác như :bảo vệ mất pha,bảo vệ nhiệt độ quận dây vượt quá nhiệt độ cho phép… 68 a)Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát Ngắn mạch là sự nối kín giữa các pha hay giữa các cực thông qua tổng trở trong mạch gần như bằng không hoặc rất nhỏ.Nếu là hệ thống bốn dây thì còn là sự nối kín giữa pha và dây trung tính,còn hệ thống có trung tính tiếp mát thì ngắn mạch còn là sự nối kín giữa pha và đất hoặc mát. +Nguyên nhân :do hư hỏng chất cách điện của các phần tử dẫn điện vì có sự già hóa tự nhiên hay sự quá điện áp,sự bảo dưỡng các thiết bị không đúng qui trình hoặc do các hư hỏng cơ khí,ngoài ra còn do sự hoạt động nhầm lẫn của người vận hành. +Hậu quả :dòng ngắn mạch nhìn chung là lớn còn tùy thuộc vào điểm ngắn mạch nằm xa hay gần máy phát.Nó có thể đạt đến trăm nghìn ampe nên nó gây ra các hậu quả sau: -Làm tăng nhiệt độ hoặc làm nóng chảy,đốt cháy các phần tử mà nó đi qua gây ra hỏng các thiết bị đó do nhiệt -Dòng ngắn mạch làm xuất hiện một lực tương hỗ rất lớn trên các phần tử dẫn điện gây ra sự phá hủy cơ khí,có thể làm vỡ các trụ đỡ,khí cụ,thanh cái hoặc các vật cố định khác. -Dòng ngắn mạch gây ra sự sụt áp đột ngột rất lớn làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải. Để bảo vệ ngắn mạch người ta thường dùng cầu chì,các loại aptomat hoạt động nhanh.Trên tàu thủy ứng dụng ba nhóm aptomat sau : 1.Aptomat cổ điển 2.Aptomat chọn lọc 3.Aptomat hoạt động nhanh *Aptomat cổ điển : Thời gian cắt khi ngắn mạch khoảng vài ba nửa chu kì. Loại áptomat này không sử dụng thêm các phần tử có thể rút ngắn hay kéo dài thời gian hoạt động.Nếu dòng đi qua aptomat từ Igh cho đến I2 nó sẽ hoạt động theo nguyên tắc bảo vệ quá tải.Khi dòng đạt lớn hơn I2 cho đến I3 aptomat hoạt động theo cơ cấu bảo vệ ngắn mạch với thời gian tb=0,010,03(s) Đặc tính dòng thời gian : tK=10 20(s) tb=0,010,03(s) 69 tK 0 Igh tb I t I3I2 qt nm I> ti Idm 1 nấc bảo vệ ngắn mạch Chu kì hoạt động(vài 3 nửa chu kì) *Aptomat hoạt động chọn lọc: Hai nấc bảo vệ ngắn mạch Chu kì hoạt động tz=0,10,5(s) Loại này được lắp thêm phần tử cho phép kéo dài thời gian hoạt động khi bảo vệ ngắn mạch và có đặc tính như trên. tk=1020(s) tz=0,10,5(s) tb=0,010,03(s) Khi dòng ngắn mạch chưa đạt đến mức độ lớn cần phải cắt ở thời gian tb điều đó làm tăng độ tin cậy cấp điện cho hệ thống.Như vậy aptomat chọn lọc sẽ hoạt động bảo vệ ngắn mạch với thời gian dài hơn nếu dòng ngắn mạch còn nhỏ,nghĩa là nó có hai nấc bảo vệ ngắn mạch. *Aptomat hoạt động nhanh : Loại này được cấu trúc thêm phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động khi có dòng ngắn mạch lớn.Loại này có khả năng hoạt động ngay ở nửa chu kì đầu của dòng ngắn mạch.Vì vậy có thể đặt phần tử để nó nhanh đến mức trước khi xuất hiện dòng xung kích,tăng khả năng hạn chế ngắn mạch. t nm t K z tb t I I3I2I1Igh0 qt Iđm i t I>> 70 I>>> :ba nấc bảo vệ ngắn mạch ts=1 vài ms cho đến 10ms Tóm lại từ đặc tính dòng-thời gian của các loại aptomat,ta thấy khi sử dụng loại aptomat cổ điển và chọn lọc muốn bảo vệ dòng ngắn mạch với thời gian cắt ngắn hơn tb thì thường phải phối hợp với cầu chì,còn khi sử dụng loại aptomat hoạt động nhanh thì không cần phải có cầu chì.Trong thực tế :nấc thứ nhất Ing>2,5Iđm ;nấc thứ hai Ing (4,56)Iđm ;nấc thứ ba Ing (6 10)Iđm *Kết hợp aptomat và cầu chì bảo vệ ngắn mạch : Khi ứng dụng aptomat cổ điển và aptomat chọn lọc để bảo vệ ngắn mạch do không có phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động khi có dòng ngắn mạch lớn,nhỏ hơn tb điều đó rất bất lợi vì nếu Ingm>I3 mà sau thời gian tb mới cắt thì quá chậm và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng do vậy ta nên kết hợp với cầu chì bằng cách chọn đặc tính như sau : 1-2 là đặc tính của aptomat cổ điển 3 là đặc tính của cầu chì kết hợp 4 là sức bền của phần tử nhiệt Đường cong 1 và đường thẳng 2 là đặc tính dòng và thời gian của aptomat cổ điển (1 là do phần tử bimetan tạo ra,còn đường 2 là do phần tử điện từ tạo ra) Với sự kết hợp như trên khi dòng lớn hơn I3,cầu chì sẽ hoạt động bảo vệ trước aptomat và nên chú ý toàn bộ các đoạn 1,2,3 nhất thiết phải nằm thấp hơn đường giới hạn sức bền của phần tử nhiệt.Khi chọn nếu đoạn số 3 càng dốc thì càng tốt. II3I2Idm Igh t 1 2 a 4 3 0 b Đặc tính dòng-thời gian khi kết hợp aptomat với cầu chì trong bảo vệ ngắn mạch 10ms t k tz tb ts qt nm 0 Id m Igh I1 I2 I3 I4 I ts 71 b)Bảo vệ quá tải cho máy phát điện +Nguyên nhân : -Tự động cắt một hoặc vài máy phát đang công tác song song với các máy phát khác -Khởi động trực tiếp các động cơ dị bộ có công suất lớn -Tự khởi động hoặc gia tốc các động cơ dị bộ sau khi đã loại trừ điểm ngắn mạch của hệ thống -Quá tải của những động cơ có công suất lớn -Phân bố tải không đều giữa các máy phát công tác song song +Hậu quả : -Có thể cắt máy phát ra khỏi mạng làm gián đoạn cung cấp điện cho các phụ tải -Dòng quá tải có thể làm cho nhiệt độ của cuộn dây máy phát vượt quá nhiệt độ cho phép gây già hóa chất cách điện -Khi máy phát quá tải có thể tự động cắt một số thiết bị hiện đang công tác +Mức dòng quá tải :máy phát thường cho phép dòng quá tải đến 1,1Iđm trong thời gian dài cỡ khoảng 15 phút hoặc dài hơn.Khi dòng máy phát đạt từ (1,11,5)Iđm thì aptomat phải hoạt động cắt máy phát với độ trễ thời gian tương ứng :khi dòng máy phát từ 1,5Iđm thì thời gian cắt không quá 15(s) đối với máy một chiều và 2 phút đối với máy xoay chiều,còn nếu lớn hơn 1,5Iđm thì coi đó là dòng ngắn mạch và phần tử bảo vệ ngắn mạch hoạt động. Trên tàu thủy thường người ta cấu trúc để bảo vệ quá tải như sau :khi máy phát bị quá tải nhẹ cỡ 1,1Iđm thì có thể báo động bằng chuông và còi,từ (1,1 1,5)Iđm thì bắt đầu đưa tín hiệu đến để cắt các phụ tải không quan trọng,cuối cùng mới đưa tín hiệu đến cắt máy phát. c)Bảo vệ công suất ngược cho máy phát điện Khi các máy phát công tác song song với nhau hay với ắc qui và các bộ chỉnh lưu,nó có thể trở thành động cơ (máy phát công tác ở chế độ động cơ).Trong chế độ công tác này chiều của công suất sẽ ngược lại với chế độ công tác của máy phát.Máy phát trở thành một phụ tải tiêu thụ năng lượng điện. +Nguyên nhân gây ra công suất ngược :-do gián đoạn việc cung cấp dầu cho động cơ Diezen hoặc hơi cho tua bin truyền động cho máy phát -Hỏng hóc khớp nối cơ khí giữa động cơ truyền động và máy phát điện. -Đối với máy một chiều còn do sự mất điện áp của máy phát +Hậu quả :-Gây quá tải cho máy phát còn lại có thể dẫn đến cắt toàn bộ máy phát ra khỏi mạng. -Gây quá tốc cho Diezen trong trường hợp chế độ công tác bình thường được phục hồi +Bảo vệ :có nhiều thiết bị.Bảo vệ công suất ngược nhất thiết phải có phần tử cảm biến với chiều của công suất,phần tử đó gọi là bộ nhạy pha. 72 Trên tàu hiện nay ứng dụng ba loại rơle công suất ngược cảm ứng,rơle công suất ngược bằng bán dẫn và rơle công suất ngược có sử dụng các phần tử vi mạch e)Bảo vệ thấp áp :(UVT :under voltage trip) Bảo vệ thấp áp đồng nghĩa với bảo vệ không.Bảo vệ thấp áp bao giờ cũng được cấu trúc bằng một rơ le mà cuộn dây của nó là cuộn thấp áp đặt trong cơ cấu của aptomat chính tác động đến một cái lẫy để cắt aptomat.Nếu điện áp chỉ đạt tới 80% điện áp định mức trở xuống. f)Bảo vệ điện áp cao : Trên tàu thủy chức năng bảo vệ điện áp cao thường được bố trí ở hệ thống tự động điều chỉnh điện áp,tức là nếu điện áp vượt quá mức qui định thì sẽ có tín hiệu làm mất dòng kích từ để điện áp máy phát về không. 5.3 Các mạch đo và bảo vệ cho máy phát (trang 082): 5.3.1.Giới thiệu các phần tử có trong mạch: HR: đồng hồ đo thời gian hoạt động của máy phát. Reverse power Relay: Rơle bảo vệ công suất ngược cho máy phát. Over/sc Current relay: Rơle bảo vệ quá dòng cho máy phát. Current Converter: Bộ biến đổi dòng điện. Power Converter: Bộ biến đổi công suất. KW: Đồng hồ đo công suất của máy phát. Voltage Buit-up Relay: Rơle bảo vệ điện áp thấp. Voltmeter Switch (SA82.9): Công tắc xoay để đo điện áp các pha của máy phát, có 5 vị trí là: OFF;RS;ST;TR;BUS. Ammeter Switch(SA82.6): Công tắc xoay để chọn đo dòng điện các pha, có 4 vị trí là: O- R-S-T. A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua các pha. V : Đồng hồ vôn kế dùng để đo điện áp các pha của máy phát số1 và của thanh cái. F: Tần số kế để đo tần số của máy phát và của lưới. Current Transduce: Bộ biến đổi dòng. Power Transduce: Bộ biến đổi công suất. Freq Transduce: Bộ biến đổi tần số. 73 5.3.2.Hoạt động của các mạch đo: -Mạch đo thời gian hoạt động của hệ thống: khi máy phát hoạt động, điện áp của máy phát được cấp đến đồng hồ đo thời gian HR đếm thời gian hoạt động của máy phát. -Tín hiệu dòng và tín hiệu áp của máy phát qua bộ biến đổi dòng và bộ biến đổi công suất cấp cho đồng hồ KW để đo công suất tác dụng của máy phát. -Tín hiệu dòng của máy phát thông qua công tắc S31 (Ammerter Switch) để lựa chọn đo dòng các pha R-S hoặc pha T của máy phát hoặc không đo dòng của pha nào khi nó ở vị trí 0. -Công tắc xoay SA82.9 là công tắc lựa chọn có 5 vị trí để lựa chọn đo điện áp các pha RS; ST; TR; đo điện áp của thanh cái (BUS) hoặc không đo điện áp pha nào khi nó ở vị trí OFF. Tín hiệu áp thông qua công tắc lựa chọn được đưa tới đồng hồ vol kế và đồng hồ tần số kế để đo điện áp và tần số của các pha tương ứng. 5.3.3.Hoạt động của các mạch bảo vệ: (trang 082) a. Mạch bảo vệ điện áp thấp: Tín hiệu áp của máy phát được đưa vào các chân B2, C, A1, A2 của bộ Voltage Built Uprelay. Khi tín hiệu điện áp của máy phát lớn hơn tín hiệu đặt là 85%Uđm(page 82) thì có tín hiệu điều khiển làm cho rơle K82.8 có điện, sau thời gian trễ đóng tiếp điểm K82.8 trang 084 để sẵn sàng cấp điện cho mạch đóng aptomat chính lên lưới ở chế độ tự động. Nếu điện áp của máy nhỏ hơn 85% Uđm thì tiếp điểm của K82.8 mở ra ta không thể điều khiển tự động đóng aptomat chính lên lưới. b. Mạch bảo vệ quá tải cho máy phát: -Khi máy phát bị quá tải thì bộ RMC-122D (Over/sc current relay) hoạt động làm cho rơle K82.3 có điện. -Nếu máy phát bị quá tải nhỏ thì sau 20 giây tiếp điểm của K82.3 ở trang 182 sẽ đóng vào làm cho rơle K182.2 có điện. K182.2 có điện đóng các tiếp điểm của nó vào. -Tiếp điểm của K182.2 ở trang 185 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat cấp điện cho một số phụ tải, làm cắt một số phụ tải không quan trọng ra khỏi lưới. -Các tiếp điểm của K182.2 ở các trang 192 và 242 sẽ đảo trạng thái để đưa tín hiệu báo quá tải của máy phát tới các mạch điều khiển đèn và máy tính báo máy phát bị quá tải. 74 -Nếu máy phát vẫn chưa hết quá tải thì sau thời gian trễ, tiếp điểm thời gian của K182.2(67- 68) trang 182 sẽ đóng vào làm cho role K182.5 có điện, K182.5 có điện làm cho: -Tiếp điểm của K182.5 ở các trang 184, 185, 186 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat, ngắt bớt một số phụ tải ra khỏi lưới. -Các tiếp điểm của K182.5 ở các trang 192 và 242 đảo trạng thái đưa tín hiệu báo quá tải tới các đèn báo và máy tính. -Từ khối điều khiển sẽ gửi tín hiệu tới đèn báo quá tải và chuông báo quá tải cho máy phát. -Nếu máy phát bị quá tải lớn thì ngay lập tức tiếp điểm K82.3 ở trang 093 sẽ đóng lại đưa tín hiệu vào khối No1 D/G PMS INTERFOCA để điều khiển ra lệnh mở aptomat chính của máy phát số1 ra khỏi lưới đồng thời đưa tín hiệu tới báo động quá tải cho máy phát bằng đèn và còi. c. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát (trang 082). -Khi máy phát sảy ra hiện tượng công suất ngược quá ngưỡng đặt của rơle bảo vệ công suất ngược thì rơle bảo vệ công suất ngược sẽ hoạt động gửi tín hiệu tới làm cho rơle K82.2 có điện. sau thời gian trễ là 10 giây thì tiếp điểm của K82.2 ở trang 085 sẽ đóng vào làm cho rơle K85.5 có điện, làm cho: -Tiếp điểm của K85.5 ở trang 085 đóng vào là cho rơle K85.7 có điện. -Tiếp điểm của K85.5 ở trang 093 đóng vào đưa tín hiệu vào khối điều khiển báo máy phát bị công suất ngược. -Tiếp điểm của K85.5 ở trang 242 đóng vào đưa tín hiệu vào máy tính điều khiển đèn báo và chuông báo máy phát bị công suất ngược. -Tiếp điểm của K85.7 ở trang 085 đóng vào để duy trì K85.7 có điện. -Tiếp điểm của K85.7 ở trang 084 mở ra làm cho cuộn giữ MN mất điện làm cho aptomat chính của máy phát mở ra. -Tiếp điểm của K85.7 ở trang 086 đóng vào cấp điện cho đèn S6 sáng (S6 là nút ấn có đén đùng để reset aptomat chính của máy phát khi sảy ra sự cố). -Tiếp điểm của K85.7 ở trang 093 đóng vào đưa tín hiệu báo aptomat của máy phát số 1 đã được mở ra do sự cố. -Để điều khiển đóng được aptomat máy phát số1 vào lưới sau khi bị sự cố thì ta phải ấn nút reset SB85.7 để reset lại mạch điều khiển aptomat. 75 d. Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát: -Trên tàu als albatross việc bảo vệ ngắn mạch cho máy phát người ta dùng cầu chì và aptomat chính. -Cầu chì thường được dùng để bảo vệ ngắn mạch ở các mạch đo và mạch điều khiển. Aptomat thường được sử dụng để bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực và mạch chính, hoạt động bảo vệ như sau: Tín hiệu dòng được lấy từ ba pha R-S-T của máy phát đưa tới bộ chuyển đổi dòng điện PA83.2 (page 083). Khi có hiện tượng ngắn mạch thì dòng điện của máy phát sẽ tăng lên rất lớn. các biến dòng sẽ cảm nhận được tín hiệu dòng lớn này đưa tới bộ chuyển đổi PA83.2 làm cho đầu ra của khối chuyển đổi PA83.2 xuất hiện tín hiệu đưa tới khối PMS. Khối điều khiển PMS điều khiển đóng tiếp điểm PMSDG1 (67-68) trang 085 cấp điện cho rơle K85.9 làm cho tiếp điểm của K85.9 ở trang 084 mở ra ngắt điện cấp cho cuộn giữ MN của aptomat chính làm aptomat chính mở ra ngắt máy phát ra khỏi lưới. e.Bảo vệ tần số thấp cho trạm phát: (trang 083): -Tín hiệu áp của máy phát từ trang 081 được đưa vào chân 17-18 của khối Freq.Transducer (FT83.2), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào đầu 3-4 của bộ PMS.X1. -Khi tần số của máy phát nhỏ hơn tần số cho phép thì có tín hiệu từ bộ chuyển đổi FT83.4 đưa đến bộ PMS khi đó bộ PMS sẽ đóng tiếp điểm của nó ở trang 085 vào làm cho rơle K85.9 có điện. rơle K85.9 có điện làm cho: -Tiếp điểm K85.9 ở trang 084 mở ra làm cho cuộn giữ MN của aptomat chính mất điện, aptomat chính của máy phát không thể đóng được vào lưới. -Tiếp điểm K85.9 ở trang 085 mở ra làm cho không thể reset được aptomat chính khi tần số của máy phát vẫn thấp. -Khi tần số của máy phát gần bằng định mức thì khối PMS sẽ mở tiếp điểm của nó ra làm cho rơle K85.9 mất điện mạch điều khiển trở lại hoạt động bình thường. 76 Chương 6 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT TRẠM PHÁT ĐIỆN VÀ CHỌN MÁY ĐIỆN 6.1.Khái niệm chung Sự gia tăng ứng dụng các thiết bị điện trên tàu dẫn đến sự gia tăng công suất yêu cầu cấp cho các phụ tải điện. Điều đó có liên qụan mật thiết với việc tăng công suất trạm phát tàu thuỷ.Tính toán thiết kế trạm phát điện cho tàu thuỷ có mức độ điện khi hoá cao là việc không dễ dàng.Trạm phát cần thoả mãn một loạt các điều kiện mà đôi khi không thể đáp ứng hết.Tuy nhiên nó cần đáp ứng các yêu cầu chính sau đây: 1.Cung cấp năng lượng điện tin cậy chắc chắn trong mọi chế độ công tác của tàu và có máy dự trữ để thay thế ngay nếu có một trong các máy phát bị sự cố 2.Có giá thành thấp nhất,trong đó có giá thành đầu tư,giá sản xuất năng lượng và giá sửa chữa 3. Đơn giản trong vận hành,khai thác và sửa chữa 6.2.Các nguyên tắc và phương pháp tính chọn công suất trạm phát a)Các nguyên tắc tính chọn Quá trình tính chọn công suất và số lượng máy phát cho các trạm phát điện theo các nguyên tắc về kinh tế và kĩ thuật sau đây : -Công suất và số lượng các máy phát cần thoả mãn giá thành bình quân hàng năm của điện năng do trạm phát điện phát ra là tối thiểu . -Khi tính chọn công suất của các máy phát tùy từng trường hợp mà ta chọn công suất P hay là công suất S -Khi tính chọn số lượng máy phát cần phải có một nhóm máy dự trữ.Công suất của nhóm máy này cho phép ta có thể thay thế khi một trong bất kì nhóm máy nào của trạm hư hỏng.Tổng công suất nguồn cần phải đủ để có thể khởi động được các động cơ điện có công suất lớn nhất với dòng khởi động lớn nhất. -Khi tính chọn công suất và số lượng của các máy phát thì đối với các nhóm máy cần phải giống nhau về công suất và có cùng một kết cấu để cho việc khai thác được dễ dàng hơn.Cho phép tổn hao của mỗi nhóm máy phát bằng nhau,đồng nhất hoá yêu cầu của các bộ phận dự trữ và làm tăng tính ổn định khi các máy phát công tác song song . b)Các phương pháp tính toán công suất trạm phát điện tàu thuỷ Công suất tiêu thụ trên tàu thủy phụ thuộc vào các chế độ công tác khác nhau của tàu nên để tính toán công suất của trạm phát người ta thường chia ra các chế độ công tác sau : -Chế độ tàu đứng trong cảng không bốc xếp hàng hóa bằng cần cẩu của tàu -Chế độ tàu đứng trong cảng có bốc xếp hàng hóa bằng cần cẩu của tàu -Chế độ tàu hành trình trên biển -Chế độ điều động 77 -Chế độ sự cố Để tính công suất của trạm phát ngày nay người ta có các phương pháp sau : -Phương pháp bảng tải -Phương pháp phân tích (phương pháp gần đúng) -Phương pháp thống kê -Phương pháp máy tính mô hình *Phương pháp bảng tải : Tàu có rất nhiều loại phụ tải điện,các phụ tải được xác định bằng công suất định mức Pđm.Tải của trạm phát phụ thuộc vào số lượng thiết bị công tác thực tế của tàu,vào mức độ tải của thiết bị,vào chế độ công tác của tàu,vào tính chất của nhóm phụ tải. Chế độ công tác của các phụ tải phần lớn phụ thuộc vào chế độ công tác của tàu.Do đó khi thành lập bảng tải ta thường dựa vào mức tiêu thụ năng lượng điện các chế độ công tác sau: -Chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hoá -Chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hoá -Chế độ tàu hành trình trên biển -Chế độ điều động -Chế độ tàu bị sự cố Như vậy công suất cực đại của một nhóm phụ tải nào đó được xác định như sau : Pmax=Kđt.Kt.∑Pv (6.1) Trong đó : -Kđt là hệ số đồng thời :hệ số đồng thời là tỉ số giữa số phụ tải đang công tác thực tế với số phụ tải của toàn nhóm trong chế độ công tác đang kiểm sát (với điều kiện công suất của các phụ tải bằng nhau).Ví dụ :nhóm phụ tải cần cẩu 5 được mồi động cơ 25KW .Giả sử thực tế làm việc 3 động cơ => Kđt=3/5=0,6 (6.2) Nếu công suất không bằng nhau thì hệ số đồng thời bằng tỉ số giữa tổng công suất của những cái công tác trên tổng công suất toàn tàu. -Kt :là hệ số tải :bằng tỉ số của công suất thực tế máy đang công tác trên công suất định mức của nó. -Pv :công suất nhận từ mạng của một động cơ nghĩa là công suất mà động cơ nhận được từ mạng khi nó đang công tác với tải định mức. ∑Pv= ∑Pđm/η (6.3) - với η là hiệu suất của phụ tải đó Đối với các phần tử chiếu sáng hay phần tử đốt nóng khác thì ∑Pv= ∑Pđm (6.4) Ví dụ :Nếu kiểm soát động cơ lái thủy lực thường có hai động cơ một công tác,một dự trữ.Chế độ hành trình Kđt=1/2=0,5.Hệ số tải Kt phải tính sao cho động cơ lái có mô men định mức gần bằng mô men cản cực đại trên bánh lái khi nó chuyển dịch hoàn toàn với tốc độ cực 78 đại của nó.Như vậy trong chế độ hành trình bình thường Kt=0,2 0,4 ;trong chế độ điều động có thể Kt=1.Như vậy khi chúng ta xác định được Kđt ,Kt ,Pv cho toàn bộ các phụ tải trên tàu,cho từng chế độ công tác chúng ta sẽ có được tổng công suất cần thiết. -Theo phương pháp bảng tải tất cả các phụ tải điện trên tàu được chia ra các nhóm cùng loại ghi rõ số lượng phụ tải trong mỗi nhóm,công suất đơn vị cần thiết của phụ tải,hiệu suất Cosφ… -Khi xác định công suất phản kháng Q của một phụ tải theo biểu thức : Q=P.tgφ (6.5) Trong đó φ sẽ biết được dựa vào Cosφ ta đã biết.Sau khi xác định được Q ta sẽ xác định được công suất biểu kiến S: S2=P2+Q2 (6.6) và ta có Cosφtb=P/S ;P=S.Cosφtb (6.7) -Khi chọn số lượng công suất của trạm phát ta dựa vào công suất tiêu thụ trong các chế độ công tác của tàu.Máy phát lựa chọn khi công tác phải có hiệu suất cao nhất nhưng phải có khả năng chịu tải trong mọi chế độ công tác. -Theo yêu cầu trạm phát phải có công suất dự trữ để phòng trường hợp tăng số phụ tải nhỏ mà trước đây chưa tính đến hoặc dự trữ để khi khởi động động cơ dị bộ…nên công suất dự trữ để 2025% thường 25% và thêm 5% tổn hao trên lưới điện -Theo kinh nghiệm thì số lượng máy phát được chọn đối với những tàu hàng thường từ 2 4 cái là hợp lí nhất.Phải có máy phát dự trữ với công suất sao cho một trong các máy phát bất kì bị sự cố thì nó có thể thay thế để đảm bảo công tác bình thường của tàu .Thường người ta chọn các máy phát trong trạm phát giống nhau để tăng thêm độ ổn định khi công tác song song và tiện lợi cho việc thay thế các phụ tùng dự trữ -Nếu trong chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa mà một máy phát công tác vẫn thừa công suất nhiều thì ta nên chọn một máy phát có công suất nhỏ hơn phù hợp với chế độ đó,máy phát đó người ta gọi là máy phát cản (máy phát sự cố). -Chọn máy phát xoay chiều dựa trên kết quả bảng tải thường thực hiện như sau : Nếu Cosφtb tính được nhỏ hơn Cosφđm của máy phát thì dựa theo công suất biểu kiến S để chọn tổng công suất của máy phát.Còn nếu Cosφtb tính được lớn hơn Cosφđm của máy phát thì dựa theo công suất tác dụng P để chọn. +Nếu Cosφtb< CosφđmMF thì dựa vào S để chọn Stt=Ptt/ Cosφtb SđmMF=PđmMF/CosφđmMF Chọn Ptt= PđmMF Stt > SđmMF =>quá tải,quá dòng =>phát nhiệt Còn Stt = SđmMF thì Pttkhông sao 79 +Nếu Cosφtb > CosφđmMF thì dựa vào P để chọn Chọn Stt=SđmMF Ptt=Stt.Cosφtb PđmMF=SđmMF.CosφđmMF Ptt>PđmMF =>hiện tượng không đủ công suất Kết luận :phương pháp bảng tải không những cho phép xác định được công suất trạm phát,số lượng máy phát mà có thể xác định được công suất của từng máy phát và của trạm phát sự cố.Nhược điểm chính của phương pháp này là sự không chính xác của các hệ số tải Kt,hệ số đồng thời Kđt,chưa có cơ sở khoa học để xác định nên dễ bị nhầm lẫn.Tính toán công suất trạm phát phải đảm bảo được các yêu cầu sau : -Đủ công suất để cung cấp liên tục cho các phụ tải hoạt động trong mọi chế độ công tác của tàu -Phải đảm bảo tính kinh tế cao -Bảo dưỡng dễ dàng và thuận tiện cho người phục vụ Kinh nghiệm chọn các hệ số như sau :Hệ số đồng thời Kđt của các nhóm phụ tải phục vụ máy chính và buồng máy có máy dự trữ thì thường là 0,5.Hệ số Kt đối với nhóm thứ nhất thì Kt=0,7  0,8.Nhóm chiếu sáng Kt=1.Động cơ máy lái,chế độ hành trình Kt=0,3  0,4.Chế độ điều động Kt=0,8 1.La bàn thường Kt=0,7.Quạt gió buồng máy Kt=0,9… *Phương pháp phân tích : +Ưu điểm: Đơn giản và phần lớn dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu vận hành các trạm phát điện tàu thủy trên những kết luận sau đây :đồ thị tải của trạm phát một ngày đêm không phụ thuộc vào loại tàu,mục đích của tàu và rất ổn định,sự tiêu tốn năng lượng trong các chế độ công tác của tàu gần như không đổi và được quyết định bằng các nhóm phụ tải quan trọng như nhóm buồng máy,nhóm phục vụ máy chính,nhóm trên boong.Phương pháp này chủ yếu dựa vào các chế độ công tác của tàu. +Chế độ tàu hành trình: Qua thống kê phụ tải của trạm phát được xác định như sau : Ptb=6+0,024.N (6.8) trong đó N là công suất của máy chính tính bằng KW Nếu tính công suất của phụ tải công tác ngắn hạn bất thường như bơm cứu hỏa,bơm chống đắm làm tăng thêm một lượng công suất tiêu thụ thì ta phải cộng thêm vào một lượng Ptb trên một lượng phụ tải lớn nhất có thể có : Pht=6+0,024.N+Pngh (6.9) Pngh là công suất của phụ tải hoạt động ngắn hạn lớn nhất. N:công suất của máy chính tính bằng KW 80 Trong chế độ công tác bình thường thì công suất Pngh là công suất dự trữ có thể cấp cho các thiết bị phụ tải không nằm trong số các phụ tải đã được tính toán của bảng thống kê . (Ví dụ :bếp điện ,thông gió,điều hoà...). Trong trường hợp nếu phụ tải phụ đang hoạt động mà đóng phụ tải ngắn hạn vào công tác thì thiết bị bảo vệ quá tải của trạm phát phải tự động cắt các phụ tải không quan trọng. Nếu trong trường hợp tổng công suất cho yêu cầu sinh hoạt lớn hơn công suất tải ở chế độ ngắn hạn thì biểu thức tính sẽ là : Pht=6+0,024.N+∑Pp (6.10) Pp :công suất các phụ tải phụ Công suất tiêu thụ của trạm phát trong chế độ hành trình chủ yếu là phục vụ cho máy chính nên công suất máy chính càng lớn thì phụ tải phục vụ cho máy chính càng lớn Nếu trong trường hợp các phụ tải phụ đang hoạt động công suất của trạm phát không sinh thừa hoặc có thể bị quá tải ở mức độ nào đó thì hệ thống bảo vệ quá tải của trạm phát sẽ tự động cắt bớt các phụ tải không quan trọng (điều hòa,bếp,quạt gió sinh hoạt) +Chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa :đồ thị tải cũng rất ổn định,công suất yêu cầu trong chế độ này tỉ lệ với trọng tải của tàu : Ptb=11+0,002.D (6.11) trong đó D là trọng lượng nước choáng của tàu tính bằng tấn Để đảm bảo đủ công suất khi tải ngắn hạn làm việc (bơm cứu hỏa,bơm dầm tàu…) : Pđo=11+0,002.D+Pngh (6.12) +Chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hóa có đồ thị tải trạm phát mang tính nhảy vọt đột biến dao động trong giới hạn từ mức công suất trong chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa đến một giá trị ngắn hạn cực đại nào đó.Sự thay đổi này phụ thuộc vào loại hàng bốc xếp,cường độ bốc xếp và số lượng tời hàng công tác. Pt.b=Kc. n 1 )vdm.Gdm.147,0( =(0,53+1,05/n). n 1 )vdm.Gdm.147,0( (6.13) Kc :là hệ số nhu cầu n :số lượng tời hàng công tác Gđm :trọng tải định mức của tời hàng (Kg) vđm :tốc độ nâng định mức (m/p) Để đủ công suất cho chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hóa ta phải có : Pđx=Pđo+Pth ( 6.14) Trong đó Pđo :công suất yêu cầu của tàu đứng không bốc xếp Pth :công suất của tời hàng Pđx=11+0,002.D+Pngh+(0,53+1,05/n).  n 1 )vdm.Gdm.147,0( (6.15) 81 +Chế độ điều động :đồ thị tải của trạm phát không ổn định (mối quan hệ giữa P với thời gian trong 24h) nó thuộc vào đặc điểm của điều động.Công suất cần thiết trong chế độ điều động phải đảm bảo cho tất cả các máy phát hoạt động kể cả máy dự trữ để đảm bảo an toàn : Pđđ=Pht+0,8.(Ptn+Pn) (6.16) Trong đó:Pht :công suất hành trình Ptn :công suất tời neo Pn :công suất máy nén khí +Chế độ sự cố :chế độ này trạm phát phải đảm bảo công suất giống như chế độ hành trình,ngoài ra tăng cường công suất cho công tác,các phương tiện rút nước và chữa cháy *Phương pháp thống kê : Hiện nay nhiều nước trên thế giới áp dụng phương pháp thống kê.Phương pháp này dựa trên kết quả khảo sát sự tiêu thụ năng lượng điện trong những chế độ công tác khác nhau của một loại tàu hoặc loại tương tự Trọng tải (T) 1016 1706 1800 1980 13700 15000 20500 Số lượng máy phát (KW) 2x50 1x20 1x12 3x100 1x100 3x61 1x13 3x100 1x15 2x400 1x76 2x150 2x100 1x18 2x600 1x34 Tổng (KW) 132 310 196 315 876 518 1234 Tổng trọng tải trang bị 239 692 415 443 1090 800 1537 W/T 130 182 109 159 64 35 65 Loại tàu Hàng tạp hóa Tàu dầu Dựa vào kết quả thống kê trên ta có thể tính toán tổng công suất của các tàu cùng loại bằng cách nhân trong tải của tàu với đơn vị W/T ta sẽ được công suất của trạm phát. 6.3.Tính toán công suất và chọn số lượng máy phát cho tàu ALS ALBATROSS Trên cơ sở nguyên tắc các phương pháp tính toán công suất của trạm phát nêu trên.Em chọn phương pháp phân tích và phương pháp bảng tải để tính toán công suất cho tàu als albatross. 82 6.3.1.phương pháp phân tích Để tính toán chính xác công suất cho trạm phát ta cần biết các thông số sau : Các thông số cần biết Giá trị Đơn vị Trọng tải tàu (D) 53000 Tấn Công suất của máy chính (N) 7780 KW Công suất của phụ tải hoạt động ngắn hạn lớn nhất (bơm Ballass) (Pngh) 184 KW Tổng công suất thiết bị điều hòa (Pđh) 126 KW Tổng công suất thiết bị quạt gió sinh hoạt (Pq) 30 KW Tổng công suất phục vụ bếp (Pb) 102 KW Công suất định mức của máy nén khí (Pn) 43 KW Công suất định mức của tời neo (Ptn) 71 KW Tổng công suất thiết bị hàng hải (Phh) 14 KW Tổng công suất tải ngắn hạn lặp lại (Pngl) 95 KW Tổng công suất thiết bị máy phụ phục vụ máy chính (Pmp) 180 KW Tổng công suất động cơ thiết bị làm hàng (Plh) 898,5 KW Tổng công suất thiết bị chiếu sáng (Pcs) 42 KW Các số liệu trên được lấy theo tài liệu kỹ thuật E-05 và Bảng tải của tàu 53000T *Trong chế độ hành trình của tàu Trong chế độ này do đồ thị tải theo dõi trong một ngày đêm thường là rất ổn định. Sự tiêu hao năng lượng điện trong chế độ này gần như không thay đổi và được quyết định do các động cơ truyền động phục vụ cho máy chính và buồng máy như : bơm làm mát, bơm dầu đốt, dầu bôi trơn quạt gió… Ngoài ra còn có một số phụ tải phục vụ cho sinh hoạt và các thiết bị vô tuyến gần như cố định vì vậy sự chênh lệch thay đổi công suất tiêu thụ trong một ngày đêm so với giá trị công suất trung bình là 5 – 15%. Sự ổn định đó là cơ sở để đưa ra công thức kinh nghiệm để tính công suất trung bình như sau: Pthiết bị = 6 + 0,024.N N là công suất của diezel máy chính tính bằng KW Trong chế độ này có thể có các phụ tải hoạt động ngắn hạn bất thường như : bơm cứu hỏa, bơm dầm tàu. Nếu tính đến các phụ tải này trong chế độ hành trình ta phải thêm vào một lượng công suất của thiết bị ngắn hạn có công suất lớn nhất. Pht = 6 + 0,024.N + Pnghmax 83 Trên tàu als albatross 1 có bơm cứu hỏa công suất 42.6KWvà 2 bơm dằn tàu là phụ tải hoạt động ngắn hạn có công suất lớn nhất 184 KW do vậy dể dự trữ khi hai bơm này hoạt động ta cộng thêm Pnghmax = 42.6 + 184*2 = 410.6(KW) N = 6 + 0,024*7780 + 410.6 = 603.32(KW) Vậy công suất trong chế độ hành trình là: 603.32(KW) *Chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa Trong chế độ này cũng giống như chế độ hành trình đồ thị phụ tải cũng khá ổn định. Công suất tiêu thụ chủ yếu trong chế độ này chủ yếu phụ thuộc vào mức choán nước của tàu ( tỉ trọng của tàu D). Do công suất tiêu thụ trong chế độ này cũng ổn định nên ta có thể xác định giá trị công suất trung bình dựa trên công thức kinh nghiệm sau: PTB = 11 + 0,002.D D : độ choán nước của tàu hay trọng lượng của tàu (T) PTB = 11 + 0,002*53000=117 KW Để đảm bảo công suất trong các phụ tải ngắn hạn như trên hoạt động thì trong chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa cũng cộng thêm một lượng công suất: Pnghmax = 364(KW) với D = 53000T Nên Pkbxhh = PTB + Pnghmax = 117 + 364 = 481(KW) Vậy trong chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hóa P =481(KW) *Chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hóa Đồ thị phụ tải trong chế độ này mang tính nhảy vọt, đột biến do trong chế độ này phải đưa phụ tải ngắn hạn có công suất rất lớn vào làm việc đó là các động cơ lai bơm thủy lực cần cẩu. Sự thay đổi công suất này phụ thuộc vào loại hàng, trọng tải của cần cẩu, tốc độ nâng hàng định mức và số lượng tời hàng công tác. Dựa vào lý thuyết xác suất ta có công thức kinh nghiệm sau: Pt.h = kc  (0,147.Gđm.Vđm) =        n 05,1 53,0 0,147.Gđm.Vđm Trong đó: kc là hệ số nhu cầu kc = n 05,1 53,0  n: số lượng tời hàng công tác Gđm: trọng tải định mức của tời hàng (Kg) Vđm: tốc độ nâng định mức (m/phút) Trên tàu als albatross có tất cả hai tời hàng (n = 4) tải trọng định mức Gđm = 40 tấn, vận tốc nâng hàng định mức là Vđm = 30,5 m/phút Pt.h = ( n 05,1 53,0  ) 0,147.40000.30,5 = 142(KW) Pt.h = 142(KW) 84 Trong chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hóa bằng cần cẩu của tàu, nếu khai thác hết hai cẩu thủy lực (mỗi cẩu sử dụng một bơm dầu thủy lực có công suất là 75 KW). Như vậy để có đủ công suất: Pđcbxhh = 11 + 0,002.D + Pt.h + Pngh = 117 + 142 + 898.5 = 1157(KW) *Chế độ điều động Trong chế độ này đồ thị phụ tải của trạm phát cũng không ổn định. Trong chế độ điều động công suất của trạm phát phụ thuộc vào đặc điển của việc điều động. Tuy vậy đối với mỗi tàu giá trị cực đại của tải thường ổn định công suất tiêu thụ trong chế độ điều động phải đảm bảo trước hết tất cả các máy phát có trong trạm phát đều phải công tác (kể cả dự trữ) vì trong chế độ đó người ta đòi hỏi an toàn cao. Tuy nhiên ta vẫn có biểu thức tính công suất trong chế độ này: Pđđ = Pht + 0,8.(Ptời + Pnén) Pht: là công suất trong chế độ hành trình của tàu Ptời: tổng công suất của những tời mũi Pnén: tổng công suất của máy nén Công suất trong chế độ hành trình đã tính ở trên: Pht = 603,32(KW) Công suất tời neo: trên tàu als albatross có 4 tời neo cùng công suất là 71KW. Vậy Ptời = 71*4 = 284(KW) Công suất của động cơ điện lai máy nén : ta có hai động cơ có cùng công suất là 43KW Vậy Pnén = 43*2 = 86(KW) Thay thế các giá trị đó vào công thức tính được tổng công suất trong chế độ điều động: Pđđ = 603,32 + 0,8*(284 + 86) = 899,32(KW) *Chế độ sự cố Trong chế độ này trạm phát phải đảm bảo đủ công suất cho chế độ hành trình, ngoài ra còn tăng cường công suất cho các phương tiện bơm nước và chữa cháy.Các nhu cầu này có thể được đảm bảo nhờ công suất dự trữ của các máy phát hoặc tạm thời cắt bớt các phụ tải không quan trọng trong thời gian ngắn. Sau khi đã tính toán công suất của trạm phát phải cung cấp cho các phụ tải trong các chế độ ta tiến hành chọn công suất và số lượng các máy phát. Theo tính toán ở trên thì công suất tiêu thụ của trạm phát điện tàu als albatross trong chế độ tàu đỗ bến làm hàng là lớn nhất,do đó ta sẽ lấy công suất tiêu thụ trong chế độ này làm cơ sở tính toán công suất trạm phát. Qua kết quả tính toán như trên ta thấy: -Công suất của trạm phát trong chế độ tàu hành trình là:603,32KW 85 -Công suất của trạm phát trong chế độ tàu đứng trong cảng không bốc xếp hàng hoá :481KW -Công suất của trạm phát trong chế độ tàu đứng trong cảng có bốc xếp hàng hoá là:1157KW -Công suất của trạm phát trong chế độ tàu điều động là:899,32KW Để đảm bảo tính kinh tế trong khai thác và thuận tiện trong việc sửa chữa và thay thế thiết bị nên ta chọn ba máy phát có cùng Sêri trang bị cho trạm phát tàu als albatross với các thông số chính như sau : Với công suất đã tính toán như trên thì ta chọn 3 máy phát có cùng công suất trong đó 2 máy phát làm việc trong chế độ nặng tải nhất là bốc xếp hàng hoá còn một máy phát để dự phòng trong những trường hợp cần thiết Hãng sản xuất:TAIYO ELECTRIC CO.LTD - Công suất 1 máy:P=680(KW), S =850(KVA) - Cosφ=0,8 - số pha:3 - Điện áp định mức :Uđm=450V - Dòng điện định mức :Iđm= 1091A. - Tần số định mức:fđm=60Hz -Model: IP23 -Tốc độ quay của roto n:720 r/min -Trọng lượng :4500Kg -Exciting: -U:95v DC - I :7.3A -Heater: 220 V -Pheater : 315 W -Made in China => Công suất của trạm phát trong chế độ tàu hành trình là:603,32KW thì ta dùng 1 máy phát với hệ số tải chiếm 88,7% Công suất của trạm phát trong chế độ tàu đứng trong cảng không bốc xếp hàng hoá :481KW thì ta dùng 1 máy phát và trong chế độ này hệ số tải chiếm 70,73% Công suất của trạm phát trong chế độ tàu đứng trong cảng có bốc xếp hàng hoá là:1157KW thì ta dùng 2 máy phát và trong chế độ này hệ số tải chiếm 85% Công suất của trạm phát trong chế độ tàu điều động là:899,32KW thì ta dùng 2 máy phát và trong chế độ này hệ số tải chiếm 66,1% 86 6.3.2.phương pháp bảng tải *Bảng tải tra ở phần phụ lục -Từ bảng tải ta thấy phương pháp bảng tải không những cho phép xác định công suất và số lượng máy phát mà còn có thể xác định công suất của trạm phát sự cố,công suất của các máy biến áp của trạm điện phụ và các bộ biến đổi . -Nhược điểm chính của phương pháp này là sự không chính xác của các hệ số tải Kt và hệ số đồng thời Kđt .ta chưa có cơ sở khoa học chắc chắn để xác định cho chính xác các hệ số trên nên có thể dễ bị nhầm lẫn. 6.4.Kết luận tính chọn Như vậy qua tính toán công suất trạm phát ta thấy kết quả gần phù hợp với thực tế các máy phát được trang bị trên tàu cho thấy kết quả tính toán là tương đối chính xác.Các máy phát được chọn có thể làm việc độc lập khi nhu cầu sử dụng năng lượng thấp mà không dư thừa quá nhiều công suất đảm bảo khai thác kinh tế trạm phát.Khi hệ thống có nhu cầu năng lượng cao thì các máy phát được đưa vào làm việc song song đảm bảo cung cấp đủ năng lượng điện trong chế độ công tác nặng nhất của tàu. Chọn máy phát phải đủ độ tin cậy,tính kinh tế,và giá thành phải rẻ. 6.5. Nhận xét và đánh giá hệ thống tàu als albatross Hệ thống năng lượng tàu als albatross là một hệ thống có mức độ tự động hoá rất cao.Trên tàu có 3 máy phát chính nhưng chỉ có 2 máy phát làm việc trong chế độ nặng tải nhất còn một máy phát để dự trữ và 3 máy phát này thay nhau làm việc nên khi sửa chữa máy phát chính khi có sự cố xảy ra cũng không ảnh hưởng đến việc cung cấp điện cho con tàu. Khi sự cố xảy ra 3 máy phát chính ngừng hoạt động thì ngay lập tức sau khoảng 10s đến 15s khối quản lá nguồn sẽ gửi tín hiệu đến buồng điều khiển trung tâm và khởi động trạm phát sự cố cung cấp điện cho những hệ thống quan trọng như nhóm phục vụ cho máy chính,neo…. Quá trình hoà đồng bộ được thực hiện trên màn hình touch screen và giám sát trên màn hình máy vi tính vì vậy khi vận hành và khai thác gần như chúng ta không phải trực tiếp vận hành mà máy tính sẽ tự động điều khiển và giám sát,những kĩ sư điện chỉ phải đi trực ca và kiểm tra những nơi mà nghi ngờ có sự cố xảy ra. Tàu als albatross là con tàu hiện đại rất nhiều hệ thống được tích hợp điều bằng vỉ AVR như hệ thống tự động điều chỉnh điện áp,hệ thống điều khiển chân vịt….nên hệ thống làm việc với độ chính xác rất cao,Giảm bớt kích thước của hệ thống đồng thời tăng cao độ tin cậy. Tất cả những thiết bị điện và khí cụ điện của tàu als albatross đều được nhập khẩu từ Nhật Bản và một số nước Châu Âu nên chất lượng cũng như độ bền tương đối là ổn định và đảm bảo cho quá trình vận hành của tàu 20 đến 30 năm mà không phải sủa chữa nhiều. 87 Vận hành hệ thống thông qua các phím mềm chức năng và màn hình điều khiển trên các panel chuẩn với các lệnh điều khiển dễ hiểu nhưng đòi hỏi người vận hành hệ phải có chuyên môn cao và phải mất nhiều thời gian tìm hiểu để vận hành hệ thống. Hy vọng với su thế phát triển mạnh mẽ của ngành đóng tàu trong nước chúng ta sẽ phát triển mạnh mẽ theo hướng chế tạo các hệ thống năng lượng trên tàu và các thiết bị điện khác. Đặc biệt với sự phát triển của công nghệ chúng ta nên dựa nên phát triển về lĩnh vực lập trình để làm sao ta cũng có thể tạo ra những vỉ AVR cho hệ thống năng lượng trên tàu trong nứơc cũng như suất khẩu sang nước ngoài. 88 KẾT LUẬN CHUNG Qua bản luận văn này tốt nghiệp này em đã trình bày rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các loại bảo vệ của các hệ thống năng lượng điện và truyền động điện của tàu als albatross theo đúng yêu cầu của ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử tàu biển đã giao cho. Phần trang thiết bị em đã phân tích và đánh giá được hệ thống diesel-generator, cũng như các hệ thống khác như máy lái, một số thiết bị buồng máy…Cùng với các trang thiết bị buồng máy em đã phân tích tổng quan về hệ thống năng lượng tàu als albatross Phần đi sâu em đã tính toán được công suất trạm phát và chọn máy phát điện theo đúng yêu cầu của đăng kiểm và đảm bảo đủ cung cấp cho hệ thống năng lượng trên tàu sao cho hệ thông hoạt động ổn định và mang lại hiệu quả nhất trong khi khai thác và vận hành hệ thống Trên đây là toàn bộ luận văn tốt nghiệp của em, trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã rất cố gắng song vẫn không tránh khỏi thiếu sót.Do đó em kính mong được sự góp ý chỉ dạy của các thầy cô giáo, để đồ án của em được hoàn thiện và sâu sắc hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Bùi Thanh Sơn, người đã trực tiếp hướng dẫn em, cùng các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn ! Hải phòng, ngày... tháng... năm 2010 Sinh viên Bùi việt Hùng 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO ********************** [1].Tác giả : KS.Bùi Thanh Sơn Trạm phát điện tàu thuỷ Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội -2000 [2]. Tác giả : KSĐT.Lưu Đình Hiếu Truyền động điện tàu thuỷ Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội -2004 [3]Tác giả : PGS.TS Thân Ngọc Hoàn Máy điện tàu thủy Nhà xuất bản giao thông vận tải [4]. Tác giả :TS. Lưu Kim Thành Phần tử tự động Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam - Hải Phòng - 2000 [5].Tài liệu kĩ thuật tàu als albatross Công ty Đóng Tàu Nam Triệu