СУДОСТРОЕНИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
IЮ. Н. КирешП (СПбГМТУ), А. Ю. Карандашов, А. В. Юрин
(ЦКБ МТ «Рубин»)
Проектирование современных и перспективных судовых сетей распределения электроэнергии — сложный, трудоемкий и дорогостоящий процесс. В настоящее время наблюдается значительное отставание традиционных методов проектирования, регламентированных устаревшими отраслевыми нормативно-техническими документами, от потребностей создателей новой морской техники. Широкие возможности для преодоления этого отставания и создания оптимальных, сбалансированных проектов, а также освобождения от рутины расчетных работ открывает использование интеллектуальных компьютерных технологий — системы автоматизированного проектирования судовых силовых сетей распределения электроэнергии (САПР-С). Внедрение САПР-С в практику проектирования представляет собой очередной этап создания компьютерныхтехнологий проектирования судовых и корабельных электроэнергетических систем (ЭЭС).
Сети распределения, в отличие от схем главного тока, до главного распределительного щита являются значительно более разветвленными, используют широкий спектр номенклатуры электрооборудования и требуют гораздо большего количества расчетов для определения параметров выбираемых элементов (выключателей, кабелей и др.), выбора конфигураций и элементов распределительных устройств. Поэтому сети распределения представляют собой наиболее целесообразный объект автоматизации при проектировании. В основе существующих методов автоматизации лежат оптимизирующие алгоритмы сбора, передачи, анализа и интерпретации данных, электротехнических расчетов, формирования структуры распределительной сети, выбора и размещения электрооборудования.
Из блок-схемы функционирования САПР-С, представленной на рис. 1, видно, что на первом этапе — этапе анализа и синтеза потребителей — происходит формирование данных обо всех потребителях ЭЭС. Разработанная авторами система управления базой данных (БД) позволяет представить эти данные в электронном виде в стандартном формате БД. Система дает возможность располагать данные в выбранном порядке (т. е. сортировать по различным параметрам, таким как мощность, борт, район, помещение установки потребителей и т. д.) и определять
количественные показатели массива потребителей (общее количество потребителей, доля потребителей с одно- или двубортным питанием от общего числа потребителей, в том числе в каждом помещении объекта и др.). Разработанная структура БД потребителей учитывает более 40 параметров и может как унифицированный шаблон использоваться для обработки и анализа исходных данных ЭЭС судов любого типа.
На втором этапе функционирования автоматизированной системы выполняются расчет и выбор конкретной коммутационно-защитной аппаратуры (КЗА), осуществляющей коммутацию и защиту потребителей электроэнергии. Номинальный и пусковой токи, протекающие через фидеры потребителей электроэнергии, определяются по известным соотношениям [1]. В САПР-С реализован алгоритм автоматизированного выбора КЗА по рассчитанным значениям токов.
Следующий этап автоматизированного проектирования — компоновка КЗА в электрораспределительных устройствах (ЭРУ) и размещение последних в объекте.
I этап функционирования САПР-С
Данные от разработчиков систем и механизмов
Система управления БД потребителей
БД потребителей
II этап функц САПР-С
ионирования
Расчет и выбор КЗА
II этап функ САПР-С 1 ионирования
Формирование структуры сети. Выбор ЭРУ
Проектные данные
НТД,
эксплуатационная документация
БД электрооборудования
Схема главного тока
Рис. 1. Блок-схема САПР-С
ЭЖТРО- И РАДИООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ
СУДОСТРОЕНИЕ 6'1999
Таблица 1 Сводная информация о потребителях электроэнергии
Потребители Помещение Резервирование питания Количество, ед. Суммарная мощность, кВт
Группа 1. Электромеханизмы ЭЭС общесудовые системы и устройства Группа 2. Средства обеспечения кондиционирования, бытовые приборы и т. д. Группа 3. Средства РЭА и спецпотребители Примечание. 1. Потребители, требующи бортного — «1Б». 2. В таблице не показан де соизмеримая с мощностью целой группы мех тростанций разных бортов. 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 е двубортног ижительный анизмов), тре 1 Б 2Б 2Б 2Б 1Б 2Б 1Б 1 Б 2Б 1Б 2Б 1Б 2Б 1Б 1 Б 2Б о питания, и комплекс (м бующий дву 5 10 5 8 4 5 10 10 5 10 5 5 10 5 5 5 меют признак щность поря бортного пита 15 90 5 80 40 15 70 65 25 110 50 25 85 25 5 15 «2Б», одно-;ка 100 кВт, зния от элек-
длина кабеля !.£, а условием оптимальной структуры является минимизация этой длины. Для достижения этого условия необходимо стремиться к уменьшению длины каждого участка сети от /-го потребителя до питающего его /-го ЭРУ. Суммарная длина !.£ определяется следующим образом:
1™= т!п(х|хг Х|| + х|У;- + ъ\гг 1 |).
Каждый резервный фидер обеспечивается электропитанием по тому же условию, но с ограничением, учитывающим обязательное размещение соответствующего ЭРУ на противоположном борту по отношению к основному:
к о ,
1 осн 1 " '
у
Важнейшим требованием, предъявляемым к морской технике, является минимизация массогабаритных характеристик электрооборудования. Для каждого типа выключателей разработаны и изготавливаются стандартные конструкции распределительных щитов. Исходя из предпочтительного использования оборудования отечественного производства морского исполнения, в качестве возможных ЭРУ автоматизированная система обращается к БД стандартных унифицированных распределительных щитов [2, 3]. В данной статье предлагается автоматизированный метод решения задачи определения количества, типа и рационального размещения щитов в помещениях и их насыщения автоматическими выключателями. Метод отличается от известных и применяемых учетом специфики требований к массогабаритным характеристикам всей системы распределения электроэнергии.
По номенклатуре выбранных КЗА прежде всего определяется минимально требуемое количество коммутационных аппаратов Ы:
N = Ы + Ы2,
где N и N2 — количество потребителей, требующих однобортного и двубортного электропитания соответственно.
Полученное количество выключателей N увеличивается пропор-
ционально коэффициенту запаса, учитывающему возможное увеличение потребностей в выключателях на различных стадиях проектирования, а также в период эксплуатации при возможных в будущем модернизациях объекта. Таким образом выбирается рациональное количество резервных автоматических выключателей в схеме силовой электроэнергетической сети [4].
На следующем этапе для каждой зоны установки электрооборудования определяются (задаются) ее предельные габариты. Для крупных судов лимитирующим показателем является площадь устанавливаемого оборудования. Для объектов малого водоизмещения ограничения накладываются и на объем элементов распределительной сети. Для каждого места установки можно описать максимальную область С;, ограничивающую размеры электрооборудова-
ния:
С =
В:'
Н;г
где ¿¡тах, В;тах, Н;тах — соответственно предельные длина, ширина и высота области С;.
Каждая область имеет свои координаты. Ее геометрический центр имеет координаты Х;, У;, 1¡, которые определяют местонахождение каждого /-го потребителя П|.
Первым критерием структуры распределительной сети, формируемой САПР-С, выбрана суммарная
где Уосн и Урез — координаты размещения каждого ЭРУ, обеспечивающего основное и резервное питание потребителя.
Как видно из этого условия, для его выполнения всегда необходимо, чтобы координаты по оси У основного и резервного электрооборудования были противоположных знаков, что характеризует их принадлежность к правому или левому борту.
Анализ массогабаритных характеристик типовых ЭРУ, типов и количества встроенных в них КЗА, токовых характеристик позволяет сделать вывод, что подключение каждого потребителя к клеммам автоматического выключателя требует примерно равных для каждого типа выключателя (а значит, и диапазона мощностей потребителей) затрат пространства С; в ЭРУ. Для количественной оценки затрат введем коэффициент заполнения Ку, который характеризует относительные затраты пространства для обеспечения электропитанием потребителей: Ку = 'номЛ.
Как показали исследования, для отечественных ЭРУ, в которых установлены КЗА с номинальными токами до 50 А, значения Ку колеблются в пределах 4—7 А/дм3, с токами до 630 А — в пределах 2—3 А/дм3. Построенная по изложенному принципу САПР-С выбирает распределительные щиты, позволяющие в минимальном объеме разместить максимальное количество КЗА с
СУДОСТРОЕНИЕ 2'1WV
ЭЛЕКТРО- И РАДИООБОРУДОВАНИЕ СУДОВ
Рис. 2. Схема сети распределения первого уровня в пространстве объекта:
1—5 — номера помещений; РЩ — распределительный щит; ГРЩ — главный распределительный щит; ДК — движительный комплекс
наибольшими номинальными токами, т. е. по условию нахождения максимального из возможных Ку.
Следующим условием оптимизации структуры сети является равномерное относительное заполнение областей размещения электрооборудования. Для оценки полноты заполнения выделенного пространства определяется относительный объем электрооборудования Уотн, т. е. суммарный объем размещенных ЭРУ, приведенный к максимальному объему каждой области:
V>™ = ^ЭРУ/^
где ЕУэру — суммарный объем размещенных ЭРУ; Vq — максимальный объем области G.
Для тех областей, где > 1, наблюдается недостаток места для установки электрооборудования, при ^тн< 1 — избыток. На данном этапе оптимизации происходит выравнивание заполнения выделенных областей, т. е. перераспределение связей потребитель — ЭРУ по принципу равенства всех ^тн. Для этого из схемы распределения электроэнергии исключаются кабельные связи потребителей, получающих питание из областей с > 1. Прежде всего удаляются следующие потребители: менее ответственные, т. е. потребители III группы ответственности или потребители отключаемой нагрузки; наиболее удаленные от соответствующей области G; имеющие наибольшую мощность.
Для питания этих потребителей используют другие ЭРУ, находящиеся в областях, отвечающих условию
< 1. Перевод питания осуществляется в области,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.