nghiên cứu, tính chọn công suất và số lượng tổ hợp diesel lai máy phát, tính toán ngắn mạch, thuyết minh sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và thuyết minh sơ đồ bảng điện chính cho tàu 53000t

THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

MỤC LỤC
STT

NỘI DUNG

TRANG

Lời Mở Đầu

2

Chương 1 Giới thiệu chung,điều kiện làm việc và yêu cầu
của trạm phát

3

1.1

Giới thiệu chung

3

1.2

Điều kiện và yêu cầu làm việc của trạm phát

4

1.3

Yêu cầu công tác của trạm phát điện tàu thủy

4

1.4

Yêu cầu đối với hệ thống điện năng tàu thủy

5

Chương 2 Tính chọn công suất và số lượng tổ hợp

6

diezel-máy phát
2.1

Phương pháp bảng tải

6

2.2

Phương pháp thống kê (hàm quan hệ)

10

Chương 3 Tính toán ngắn mạch trạm xoay chiều

12

3.1

Khái quát chung về ngắn mạch

12

3.2

Sơ đồ

13

3.3

Tính toán ngắn mạch

14

Chương 4 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu thống
nhất

20

4.1

Giới thiệu chung

20

4.2

Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu thống nhất

24

Chương 5 Thuyết minh bảng điện chính tàu 53000 tấn

30

5.1

Giới thiệu chung về tàu 53000 tấn

30

5.2

Cấu tạo chung của bảng điện chính tàu 53000 tấn

33

5.3

Sơ đồ nguyên lý của của bảng điện chính

34

Kết Luận

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

53
1


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây và tương lai, ngành kinh tế Hàng hải sẽ đóng vai
trò là ngành kinh tế mũi nhọn trong quá trình tiến lên CNXH của đất nước. Cụ thể là
ngành vận tải bằng đường biển với các đội tàu trọng tải lớn, vận tải trên nhiều tuyến,
cả nội địa lẫn quốc tế. Song song với nó là việc đóng mới các con tàu với trọng tải
ngày càng lớn, ngày càng hiện đại ở các nhà máy đóng tàu. Cùng với việc xuất hiện
các cảng nước sâu ở Việt Nam.
Hiện nay các trang thiết bị điện được trang bị trên tàu thủy ngày càng hiện đại
với mức độ tự động hóa ngày càng cao, giúp cho hiệu quả khai thác được nâng lên
cũng như hỗ trợ cho con người ngày một tốt hơn khi phải làm việc trong điều kiện
thời tiết được dự báo là ngày càng khắc nghiệt trên biển.
Trong đó trạm phát điện đóng một vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu
được trên các con tàu. Sau 2 kì học môn Trạm phát điện tàu thủy, em đã được thầy
giáo trang bị cho những kiến thức cơ bản rất hữu ích giúp cho em có được một cái
nhìn khái quát chung về hệ thống trạm phát điện trên các con tàu hiện đại ngày nay,
làm cơ sở để phục vụ cho công việc của em sau này.
Trong thiết kế môn học này em đi sâu nghiên cứu, tính chọn công suất và số
lượng tổ hợp Diesel lai máy phát, tính toán ngắn mạch, thuyết minh sơ đồ hệ thống tự
động điều chỉnh điện áp và thuyết minh sơ đồ bảng điện chính cho tàu 53000T.
Mặc dù bản thân em đã cố gắng nhiều, đã đi sâu và tìm hiểu trong thực tế, với

mong muốn hoàn thành thiết kế môn học một cách tốt nhất. Song do hạn chế về kiến
thức cũng như về tầm nhìn thực tế, nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi
những khiếm khuyết. Em mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy giáo
trong bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

2


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

THIẾT KẾ MÔN HỌC
TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Yêu cầu:
 Tính chọn công suất và số lượng tổ hợp Diezel máy phát bằng phương pháp
bảng tải,phương pháp thống kê và hàm quan hệ.
 Tính toán ngắn mạch(xoay chiều).
 Thuyết minh hệ thống tự động điều chỉnh điện áp.
 Thuyết minh bảng điện chính tàu 53000 Tấn.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG, ĐIỀU KIỆN VÀ YÊU CẦU
LÀM VIỆC CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN
1.1.Giới thiệu chung
Trạm phát điện tàu thuỷ là nơi biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng
lượng điện. Nó là trung tâm cung cấp điện năng cho toàn tàu. Trạm phát điện bao
gồm các máy phát điện, động cơ lai máy phát, các khí cụ điện, các thiết bị bảo vệ và

thiết bị đo các thông số điện của trạm phát và phụ tải.
Trạm phát điện và các thiết bị dẫn điện tạo thành lưới điện trên tàu. Nó có
nhiệm vụ cung cấp điện liên tục cho các phụ tải điện trên tàu hoạt động trong mọi chế
độ công tác. Việc thiết kế lắp đặt các thiết bị của trạm phát điện là yếu tố quan trọng,
quyết định đến tính kĩ thuật, kinh tế, mức độ tự động hoá, thuận tiện sử dụng và thẩm
mĩ của con tàu.
Công suất của trạm phát lớn hay nhỏ phụ thuộc vào mức độ điện khí hoá, tự
động hoá và trọng tải của con tàu. Để đảm bảo an toàn cho con tàu trong mọi chế độ
làm việc, nhất là trong chế độ sự cố thì ngoài trạm phát chính ra còn có trạm phát sự
Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

3


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
cố. Trạm phát điện sự cố có công suất nhỏ và chỉ cung cấp cho một số hệ thống rất
quan trọng. Đó là các hệ thống như máy lái, thiết bị radio, vô tuyến điện...
1.2.Điều kiện và yêu cầu làm việc của trạm phát điện tàu thuỷ
Trạm phát điện cũng như các thiết bị điện trên tàu làm việc trong điều kiện hết
sức khắc nghiệt đó là :
- Phải chịu được độ ẩm cao (98%).
- Nhiệt độ môi trường thay đổi trong phạm vi rộng.
- Độ nghiêng tối đa của thiết bị là 15 0 . Độ nghiêng chòng chành của thành tàu
so với phương thẳng đứng là 22 0 30. Sự chấn động mạnh của thành tàu với sóng, sự
dao động lớn do máy móc, chân vịt làm việc tạo nên.
Do điều kiện làm việc trong môi trường nóng ẩm dẫn đến ô xy hoá nhanh các
thiết bị điện, làm giảm điện trở cách điện của thiết bị điện nên có thể gây ra những sự
cố bất thường, làm giảm sự tiếp xúc của các tiếp điểm, tăng sự ăn mòn của cổ góp và

vành trượt. Các thiết bị điện bị nứt, vỡ, già hoá hoặc bong lớp sơn phủ. Độ nghiêng
và chấn động của tàu làm cho các thiết bị điện hư hỏng về cơ, dẫn đến độ chính xác
kém và giảm tuổi thọ.
1.3. Yêu cầu công tác của trạm phát điện tàu thuỷ
- Trạm phát điện phải có kết cấu chắc chắn, có độ bền cơ học cao, chịu được sự
va đập và chấn động mạnh.
- Độ cách điện của máy điện, cáp điện phải cao, chịu được độ ẩm, nhiệt độ cao.
- Độ ổn định cao, nhất là bộ tự động điều chỉnh điện áp và bộ tự động điều
chỉnh tần số.
- Đối với các phần tử riêng biệt phải chịu được rung lắc, làm việc lâu dài trong
môi trường có độ ẩm cao, nhiệt độ lớn. Phải không thấm nước, khó cháy, không bị
tác dụng bởi hơi nước mặn, hơi dầu và axit.

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

4


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
1.4. Yêu cầu đối với hệ thống điện năng tàu thuỷ
Hệ thống điện năng tàu thuỷ là sự kết hợp nhiều phần tử riêng biệt. Khi con tàu
vận hành khai thác không cho phép dán đoạn bất kì một hệ thống nào. Trong trường
hợp đặc biệt, chỉ cho phép dán đoạn một số hệ thống không quan trọng trong thời
gian ngắn. Còn đối với các hệ thống đặc biệt quan trọng như máy lái, cứu hoả, đèn
hành trình, vô tuyến điện, ra đa, la bàn , máy đo sâu...người ta phải cung cấp điện từ
hai nguồn riêng biệt. Trạm phát điện sự cố phải lập tức phát điện sau 10s khi trạm
phát chính mất điện.

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

5


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

CHƯƠNG 2:TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT VÀ SỐ LƯỢNG TỔ HỢP
DIEZEL - MÁY PHÁT
2.1. Phương pháp bảng tải.
2.1.1.Cơ sở lý thuyết
Công suất tiêu thụ trên tàu thủy phụ thuộc vào các chế độ làm việc 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 trông cảng không bốc xếp hang hóa bằng cần cẩu
-Chế độ tàu đứng trông cảng có bốc xếp hang hóa bằng cần cẩu
-Chế độ tàu hành trình trên biển
-Chế độ điều động
-Chế độ sự cố
Để tính toán công suất 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
• Phương pháp bảng tải:
Tàu có rất nhiều loại điện năng,các phụ tải được xác định bằng công suất định
mức.Tải của trạm phát phụ thuộc vào số lượng công tác thực tế,vao mức độ
tải,vào chế độ công tác của tàu,vào tính chất của nhóm phụ tải.

Như vậy công suất cực đại của một nhóm phụ tải nào đó được xác định như sau:
Pmax = K dt .K t .∑ Pv

Trong đó :

là hệ số đồng thời : hệ số đồng thời là tỉ số giữa phụ tải đang

công tác thức trong chế độ công tác đang kiểm soát trên tổng số phụ tải trong nhóm
Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

6


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
đó ( với điều kiện công suất của các phụ tải phải bằng nhau ) ví dụ nhóm phụ tải cần
cầu 5 mỗi động cơ 25kw.Giả sử thực tế làm việc của 3 động cơ =>
Nếu công suất không bằng nhau thì hệ số đồng thời bằng tỉ số giữa tổng công suất
giữa các cái công tác trên tổng công suất toàn tàu
:hệ số tải:bằng tỉ số công suất thực tế máy đang công tác suất định mức của nó
Pv là công suât nhận từ mạng của một đông cơ nghĩa là công suất mà động cơ nhận
được từ mạng khi nó đang công tác với tải định mức

∑P = ∑P

dm

v

η

với η là hiệu suất của phụ tải đó

Đối với các phần tử chiếu sang hay phân tử đôt nóng khác thì

∑P = ∑P
v

dm

Ví dụ nếu kiểm soát động cơ lái thủy lực thường có hai động cơ một công tác, một
trữ. Chế độ hành trình K dt =1/2=0,5. Hệ số tải K1 phải tính làm sao cho động cơ lái có
mômen định mức gần bằng mômen cản cực đại trên bánh lái khi nó chuyển dịch
hoàn toàn với tốc độ cực đại của nó. Như vậy trong chế độ hành trình bình thường
K t =0,2 ÷ 0,4 ;Trong chế độ điều động có thể K t =1.

Như vậy khi chúng ta xác định được K t , K dt , Pv

cho toàn bộ các phụ tải trên tàu,

cho từng chế độ công tác của chúng ta sẽ có được tổng công suất cần thiết.
Theo phương pháp bảng tải tất cả các phụ tải 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 Cos

.

Khi xác đinh được công suât phản kháng Q của một phu tải theo biểu thức :
Q=P.tg

trong đó

sẽ biết được dựa vào Cos

Q ta sẽ xác định đươc công suất biểu kiến

=

ta đã biết. Sau khi xác định được
+

và ta có

Cos

=P/S;

P=S; Q=P.Sin
Khi chọn số lượng công suất của trạm phát ta dụa 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
Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

7


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

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 sự 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 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 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 dụa trên kết quả bảng tải thường thực hiện như sau:
Nếu Cosҩtm tính được nhỏ hơn Cosҩđm của máy phát thì dựa theo công suất biểu
kiến S để chọn tổng công suất của máy phát. Còn nếu Cosҩtb tính được lớn hơn
Cosҩđm của máy phát thì dựa theo công suất tác dụng của P để chọn.
+ Nếu Cos
=


/Cos
=

Chọn

/Cos
=

>

Còn

thì dựa vào S để chọn

=> quá tải,quá dòng=>phát nhiệt
=

thì

+ Nếu Cos

> Cos

=

=> không sao
Thì dựa vào P để chọn

Chọn
=

.Cos
=

. Cos

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

8


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
>

=> Quá tải

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 cảu từng máy phát
và của trạm sự cố. Nhược điểm chính của phương pháp này là sự không chính xác
của các hệ số tải Kt, hệ số đồng thời của Kđt, chưa có cơ sở khoa học để xác định nên
dễ bị nhầm lẫn. Tính toán công suất của trạm phát cần đảm bảo những yêu cầu như
sau:
- Đủ công suất để cung cấp liên tục cho các phụ tải hoạt động trong mọi chế
độ công tác của tàu.
- 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 K dt của các nhóm phụ tải
phục vụ máy chính và buồng máy có dự trữ thì thường là 0,5.Hệ số K t đối với nhóm
thứ nhất thì K t =0,7+0,8. Nhóm chiếu sang K t =1.Động cơ máy lái, chế độ hành trình
K t =0,3+0,4. Chế độ điều động K t =0,8+1. La bàn thường K t = 0,7.Quạt gió buồng

máy K t =0,9…
2.1.2.Bảng tải

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

9


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
2.2.Phương pháp thống kê (hàm quan hệ)
2.2.1.Phương pháp thông kê
Phương pháp này dựa trên mối quan hệ giữa tổng công suất của các máy phát điện (
Р ΣG ) và công suất của máy chính (N) hoặc trọng tải tàu (D) đối với mỗi loại tàu.

Phương pháp này đặc biệt hữu hiệu khi thiết kế mà không biết danh sách tải. Mối
quan hệ này thể hiện dạng phương trình hoặc đồ thị. Phương pháp này không áp dụng
để tính toán cho máy phát điện sự cố.
Giá trị tổng công suất của các máy phát điện ( Р ΣG ) được xác định theo các dạng
sau:
1. Đối với tàu hàng rời (N : nghìn sức ngựa; D : nghìn tấn):
1 (HP) = 0.745699872 (KW)
Р ΣG =

200N
,
(1+0,08N)

hoặc Р ΣG =115D0,8
2. Đối với tàu dầu (N, sức ngựa; D, tấn)
Р ΣG =

0,22N
,
(1+0,0002N)
0,19D

hoặc Р ΣG = (1,2+0,00035D)
3. Đối với tàu khách (N, nghìn sức ngựa; D, tấn)
Р ΣG =208N1,5

hoặc Р ΣG =200D1,5
Mối quan hệ giữa công suất tác dụng P của các phụ tải trong từng chế độ và tổng
công suất của các máy phát điện ( Р ΣG ) trình bày ở bảng dưới đây:

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

10


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

Loại tàu

1

Chế độ
Đỗbến không Đỗ bến có
Điều động
làm hàng
làm hàng
2

Tàu hàng rời Р=0,3 Р ΣG

Tàu dầu
Tàu khách

Р=0,24 Р ΣG
Р=0,15 Р ΣG

Hành trình

Sự cố

3

4

5

6

Р=0,5 Р ΣG

Р=0,5 Р ΣG

Р=0,5 Р ΣG

Р=0,4 Р ΣG

Р=0,6 Р ΣG
Р=0,3 Р ΣG

Р=0,53 Р ΣG

Р=0,4 Р ΣG

Р=0,53 Р ΣG
Р=0,4 Р ΣG

Р=0,38 Р ΣG
Р=0,34 Р ΣG

2.2.2. Tính chọn công suất và số lượng tổ hợp Diesel lai máy phát
Từ công thức Р ΣG =115D0,8 (tàu hàng rời) với tàu 53.000 T ta tính được:
Р ΣG =115D 0,8 =115. 53 0,8 =2755 (KW)

Dựa vào bảng trên, ta sẽ tính được công suất tiêu thụ trong các chế độ làm việc
của tàu chở hàng rời như sau:
Chế Đỗ bến không Đỗ bến có làm
Điều động
Hành trình
độ
làm hàng
hàng
Công Р=0,3 Р ΣG =826,5 Р=0,5 Р ΣG =1377,5 Р=0,5 Р ΣG =1377,5 Р=0,5 Р ΣG =1377,5
suất

(KW)

(KW)

(KW)

(KW)

Như vậy ta thấy rằng có 3 chế độ mà công suất tiêu thụ lớn nhất là 1377,5( KW)
và công suất nhỏ nhất là 826,5 (KW) nên ta sẽ chọn 3 máy phát có công suất như sau:
- P dm = 680 ( KW )
- cos ϕdm = 0,8
- S dm = 850 ( KVA)
- U dm = 440 (V )

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

11


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRẠM XOAY CHIỀU
3.1. Khái chung về ngắn mạch
Ngắn mạch là sự cố nối kín giữu các pha hay giữu các cực, thông qua tổng trở
trong mạch gần bằng 0 hoặc rất nhỏ. Nếu là hện thông 4 dây thì cồn sự nối kín giữa
các phavà dây trung tính, còn hệ thống có dây trung tính tiếp mát thì ngắn mạch còn
là sự nối kín giữa pha và mát.
Nguyên nhân cơ bản gây ra ngắn mạch là do sự hư hỏng chất cách điện giữa
các bộ phận dẫn điện vì sự già hoá tự nhiên, hoặc do sự quá điện áp. Ngoài ra còn do
bảo dưỡng các thiết bị không đúng quy trình hoặc do va đập cơ khí hoặc do thao tác
nhầm lẫn.
Nếu ngắn mạch làm xuất hiện dòng ngắn mạch thì dong ngắn mạch rất khác
nhau. Ngắn mạch gần máy phát thì dòng ngắn mạch lớn hơn là ngắn mạch xa máy
phát. Ngắn mạch gây ra các hậu quả như:

- Đốt nóng các bộ phận dẫn điện vượt qua nhiệt độ cho phép, có thể làm nóng chảy
các tiếp điểm, khí cụ điện, lam bốc cháy các chất cách điện .
- Dòng ngắn mạch làm xuất hiện các lực tương hỗ rất lớn gọi là: Lực điện từ giữa các
thanh cái, hoặc các giữa các vật cố định khác. Dòng ngắn mạch càng lớn thì càng
nguy hiểm.
- Ngắn mạch còn gây ra hồ quang điện làm cháy các phần dẫn điện xung quanh.
Vì dòng ngắn mạch rất có hại do vậy ta phải cần tính dòng ngắn mạch, tính dòng
ngắn mạch có ý nghĩa rất quan trọng, nhằm mục dích khẳng định các thông số cho
trước bảo vệ ngắn mạch, đồng thời để nghiệm lại sức bền tác dụng của lực điện từ và
sức tác dụng của tác dụng nhiệt của tất cả các thiết bị điện.

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

12


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
3.2.S¬ ®å:
Điểm (3) là điểm đang công tác với 2 MF
Điểm (4) là điểm đang công tác với 3 MF

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

13

THIT K MễN HC TRM PHT IN TU THY
3.3 .Tính toán:
Cho biết:
Cỏc thụng s ca mỏy phỏt: 3 mỏy phỏt F1, F2, F3 cú cỏc thụng s nh
nhau:
SđmF = 453(KVA); l1 = 75(m); UđmF = 400(V); IđmF = 578(A); cos = 0.8;
xd = 0.12 ; xd = 0.17; Td = 16(ms); Td = 284(ms); TOK = 50(ms); rS = 0.01
Trong đó :
xd : tr khỏng siờu quỏ ca mỏy phỏt n v tng i
xd : tr khỏng quỏ ca mỏy phỏt n v tng i
Td: hng s thi gian siờu quỏ
Td: hng s thi gian quỏ
TOK: hng s thi gian thnh phn khụng chu kỡ
rS : in tr cun stato ca mỏy phỏt khi ng yờn.
Cỏc thụng s ca ng c tng ng nú bng tng cụng sut cỏc ng
c ang cụng tỏc ti thi im ngn mch:
Sđmđc = 453(KVA); l2 = 160(m); Uđmđc = 400(V); Iđmđc = 578(A); zb = 0.16;
xb = 0.155; Tdđc = 20(ms); TOKđc = 10(ms); RS = 8(m );
RSS = 16(m )
Trong đó :
zb : tổng trở của động cơ ở chế độ tĩnh
xb : trở kháng của động cơ ở chế độ tĩnh
RS: trở thuần ở chế độ tĩnh của roto
RSS: trở thuần ở chế độ tĩnh của stato
Tdđc: hằng số thời gian quá độ của động cơ
TOKđc: hằng số thời gian thành phần không chu kì của động cơ

Sinh viờn : Phm Nguyn Chung
Lp
: TT49-H2

14


THIT K MễN HC TRM PHT IN TU THY
3.3.1. Tính toán dòng ngắn mạch tại điểm số (3) khi đang có 2 máy phát công tác
song song.
a. Đối với máy phát:
+Dòng siêu quá độ lúc xảy ra ngắn mạch là
IF =

I dmF 0,578
=
= 4.82( KA)
X "d
0,12

+Dòng quá độ lúc xảy ra ngắn mạch là
IF=

I dmF 0,578
=
= 3,4( KA)
X 'd
0,17

+Thành phần dòng chu kỳ ngắn mạch đợc tính bởi biểu thức
t

IckF = (IF - IF). e T "d +IF

+Giá trị dòng chu kỳ tại các thời điểm
t
(s)

IF
(KA)

IckF
(KA)

1,1.IckF
(KA)

( I"F I' F ).e

0

1,4. 1,00 = 1,4

3,4

4,8

5,3

10

1,4. 0,54 = 0,82

3,4

4,2

4,6

20

1,4. 0,29 = 0,44

3,4

3,8

4,2

30

1,4. 0,15 = 0,23

3,4

3,61

4,0

40

1,4. 0,08 = 0,12

3,4

3,5

3,8

50

1,4. 0,04 = 0,06

3,4

3,5

3,8



t
T "d

T
= 10(ms) thì IckF có giá trị là:
2
IckF=4,2(KA)

+Tại thời điểm t=

+Kết quả tính toán thành phần không chu kì của máy phát
Thành phần dòng không chu kỳ đợc tính theo biểu thức:
t

IokF= 2 IF e Tok

Sinh viờn : Phm Nguyn Chung
Lp
: TT49-H2

15


THIT K MễN HC TRM PHT IN TU THY
t
(s)

+Tại thời điểm t=

2.I"F e

0

6,8

10

5,4

20

4,5

30

3,7

40

3,1

50

2,5



t
Tok

(KA)

T
= 10(ms) thì IokF có giá trị là:
2

IokF=5,4 KA)
Dòng xung kích khi ngắn mạch trên trụ đấu dây của máy phát đợc tính theo biểu thức:
T
T

2 T "d
2 Tok
+ I' F + 2 I"F .e
IxkF= 2 ( I"F I' F ) e



<=> IxkF= 2 .4,2 + 5,4 =11,3 (KA)
b.Đối với động cơ:
+Dòng quá độ của động cơ tại các thời điểm là
t
(s)

Iđc
(KA)

0

6,25. 0,578 = 3,6

10

4,00. 0,578 = 2,3

20

2,50. 0,578 = 1,4

30

1,50. 0,578 = 0,9

40

1,00. 0,578 = 0,62

50

0,5 . 0,578 = 0,3

+ Dòng xung kích của động cơ là
Ixkđc = 8.Iđm = 8.0,578= 4,6(KA)

Sinh viờn : Phm Nguyn Chung
Lp
: TT49-H2

16


THIT K MễN HC TRM PHT IN TU THY
+ Dòng chu kỳ ngắn mạch tại điểm số (3) có 2 máy phát đang công tác tại các thời
điểm là:
ICK(3) = 2. 1,1. IckF + Ickđc

t
(s)

2,2.IckF

(KA)

Ickđc
(KA)

Ick
(KA)

0

10,6

3,6

14,2

10

9,2

2,3

11,5

20

8,4

1,4

9,8

30

8,0

0,9

8,9

40

7,6

0,6

8,2

50

7,6

0,3

7,9

=>Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm (3) là:
IXK(3) = 2.IxkF + Ixkđc
= 2.11,3 + 4,6 =27,2(KA)
3.3.2.Tính toán dòng ngắn mạch tại điểm số (4) khi đang có 3 máy phát công tác

song song.
a. Đối với máy phát
+Trở kháng dọc trục siêu quá độ ở đơn vị tuyệt đối:
Xd =

2
U dm
400 2
.0,12 =
.0,12 = 42,39 (m)
S dm
453.10 3

+Trở kháng dọc trục quá độ ở đơn vị tuyệt đối:
2
U dm
400 2
.0,17 =
.0,17 = 60,04 (m)
Xd=
S dm
453.10 3
2
U dm
400 2
.
0
,
01
=

.0,01 = 3,53 (m)
+ Rs=
S dm
453.10 3

+ Cáp của máy phát có: R1 = 1,24(m), X1 = 1,31(m)
+ Cáp ở nhánh ngắn mạch 3ì120 mm2( l = 160 m ) có: R2= 15,5(m) ;
X2=6,7(m)
Sinh viờn : Phm Nguyn Chung
Lp
: TT49-H2

17


THIT K MễN HC TRM PHT IN TU THY
+Tổng trở toàn mạch từ 3 máy phát công tác song song tới điểm số (4) là:
X =

X "d + X 1
42,39 + 1,31
+ X2 =
+ 6,7 = 21,44 (m)
3
3
RS + R1
3,53 + 1,24
+ R2 =
+ 15,5 = 17,09 (m)
3

3

R =

Z= R 2 + X "2 = 21,44 2 + 17,09 2 = 27,4 (m)
+Dòng ngắn mạch siêu quá độ của máy phát là:
IF=

U dm
400
=
= 8,4 (KA)
Z"
3.27,4

1,31
3
50 +
XZ
4
Tok +
314.
2 . f .RZ
3 =
=
TokZ =
3,85(ms)
RZ
1,24
15,5 +

1+
3
RS
1+
4
3
6,7 +

+ Hằng số thời gian làm ảnh hởng đến dòng IF và nó không nhỏ dần cho đến khi
xuất hiện dòng xung kích. Nên ta có thể tính dòng xung kích bằng công thức đơn
giản sau:
IxkF =

2 .I"F (1 + e



T
2 TokZ

10


) = 2 . 8,4.(1 + e 3,85 ) = 12,76 (KA)

=>Do đó IxkF=12,76(KA).
b. Đối với động cơ:
+Tổng trở đồng bộ của máy phát
Zb =

2
U dm
.Z p

Xb =

S dm
2
U dm
.x p

S dm

=

400 2.0,16
= 56,5 (m)
453

=

400 2.0,155
= 54,75 (m)
453

Xb
54,75.10 3
=
= 21,8 (ms)
Tđc=

2f .Rr
314.8
Xb
54,75.10 3
=
= 10,9 (ms)
Tokđc =
2f .RSS
314.16

Sinh viờn : Phm Nguyn Chung
Lp
: TT49-H2

18


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
+Tæng trë toµn m¹ch cña ®éng c¬ tíi ®iÓm ng¾n m¹ch sè (4) lµ:
Rth = Rss+R2 =16 +15,5 =31,5 (mΩ)
Xth = Xb+X2 = 54,75 +6,7 = 61,45(mΩ)
Zth = Rth2 + X th2 = 31,5 2 + 61,45 2 = 69,05 (mΩ)
H»ng sè thêi gian thµnh phÇn kh«ng chu kú cña ®éng c¬ lµ:
X2
6,7
10,9 +
2π . f .RSS
314.16 =
=
5,54(ms)

R
15,5
1+
1+ 2
16
RS

Tokdc +

TokZ =

+Thµnh phÇn chu kú t¹i ®iÓm sè (4) khi t =

T
= 10 (ms):
2

10

U dm − T 'tdc
230 − 21,8
.e
=
.e
= 2,1 (KA)
I’ck®c=
Z th
69,05

+Dßng xung kÝch cña ®éng c¬ lµ:

T

T

−
2U dm − 2T 'dc
2. 400 −0, 459
( e + e −0,92 ) = 5,92(KA)
.(e
+ e 2Tok ) =
Ixk®c=
3.56,5
Zb

+Dßng ng¾n m¹ch tæng hîp t¹i ®iÓm sè (4) lµ:
I”F+I’®c = 8,4 + 2,1= 10,5 (KA)
IxkF+Ixk®c = 12,76 + 5,92= 18,68 (KA).

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

19


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

CHƯƠNG 4:HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
TÀU THỐNG NHẤT
4.1.Giới thiệu chung

Máy phát điện là nơi cung cấp năng lượng điện cho tất cả các thiết bị điện trên toàn
tàu.
Tất cả các thiết bị điện là phụ tải của máy phát điện, hay các khí cụ trang bị trong hệ
thống năng lượng nói chung đều được chế tạo để công tác với một điện áp nhất định
ta gọi là điện áp định mức. Từ góc độ kinh tế, kỹ thuật, chất lượng khai thác,… khi
công tác với điện áp ổn định bằng điện áp định mức, các trang thiết bị sẽ công tác ở
trạng thái tốt nhất, tin cậy nhất, hiệu suất cao nhất và tuổi thọ dài nhất.
Vì một lý do nào đó mà các thiết bị điện phải công tác trong điều kiện điện áp lớn
hơn hoặc nhỏ hơn điện áp định mức so với quy định thì đều có thể dẫn tới hiệu quả sử
dụng không cao, tuổi thọ giảm. Thậm chí thiết bị có thể bị cháy, hỏng hóc ngay tức
khắc.
Vì các lý do trên, chúng ta phải ổn định điện áp cho các máy phát điện và coi đây
là một nhiệm vụ, một vấn đề rất quan trọng, không thể thiếu được, đặc biệt là với
trạm phát điện tàu thủy.
4.1.1.Các nguyên tắc xây dựng bộ tự động điều chỉnh điện áp.
- Có 4 dạng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp điển hình là :
- Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu.
+ H.T Phức hợp dòng.
+ H.T Phức hợp pha : Phức hợp pha song song và phức hợp pha nối tiếp.
- Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch.
- Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên lý kết hợp.
+ Kết hợp giữa phức hợp dòng với độ lệch.

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

20

THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
+ Kết hợp giữa phức hợp pha với độ lệch.
- Hệ thống TĐ ĐC ĐA xây dựng theo nguyên lý tự thích nghi.( Ít gặp trong thực
tế)
4.1.2.Hệ thống tự động điện áp hoạt động theo nguyên lý độ lệch
Nguyên lý xây dựng:
- Một trong những nhược điểm cơ bản của hệ thống điều chỉnh điện áp theo
nhiễu ( phức hợp pha ) là độ chính xác không cao . Điều đó cũng thật dễ hiểu
vì hệ thống phức hợp pha chỉ có khả năng giữ điện áp ổn định do hai nguyên
nhân chính gây ra sự dao động điện áp đó là dòng tải và tính chất của tải . Mà
khi nói đến các nguyên nhân gây dao động điện áp ta còn phải kể đến sự thay
đổi tốc độ quay của diezen ( ∆n = 5% ) và sự thay đổi nhiệt độ của cuộn dây
kích từ . Hệ thống phức hợp pha không có khả năng giữ ổn định điện áp của
máy phát khi có các nguyên nhân khác hai nguyên nhân này gây ra .
- Hệ thống điều chỉnh theo độ lệch không quan tâm đến nhiễu hoặc bất cứ
nguyên nhân nào gây ra sự thay đổi điện áp của máy phát . Nó chỉ biết rằng
nếu có sự sai lệch điện áp thực tế của máy phát ra khác giá trị định mức ( hoặc
giá trị chuẩn ) thì lập tức hệ thống sẽ có tín hiệu điều chỉnh dòng kích từ cho
phù hợp để giữ cho điện áp phát ra của máy phát không đổi . Hệ thống điều
chỉnh điện áp theo độ lệch chỉ có một phản hồi điện áp .(Uf)

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

21


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
a. Sơ đồ nguyên lý :

U0
SS
F

KĐ

C
L

K
T
Hình
A

C
L

F
K
T
Hình
B

- Trong đó : U0 là tín hiệu điện áp chuẩn nó đặc trưng cho điện áp định mức của
máy phát .Nó thường được tạo ra thông qua diot ổn áp zener
- KĐ : là bộ khuyếch đại : có thể làm bằng Tranzixtor , khuyếch đại từ, Khuyếch
đại thuật toán….
- CL : là chỉnh lưu ( có thể bằng điốt hoặc bằng Tiistor…)
- ΔU là dộ lệch tín hiệu điện áp là tín hiệu điều khiển.; I kt là dòng kích từ của
máy phát .

- Từ sơ đồ khối hình B ta thấy điện áp thực của máy phát được đưa đến phần tử
đo và so sánh ,nó được so sánh với điện áp chuẩn U 0 , cho ta một giá trị ∆U . Sự
chênh lệch điện áp này được đưa đến bộ khuyếch đại qua bộ khuyếch đại tạo ra tín
hiệu đủ lớn đưa tới phần tử thực hiện ( thông thường là THYRISTOR), để tạo ra
dòng kích từ đủ lớn phù hợp sự chênh lệch ∆U để kéo điện áp máy phát về điện áp
định mức .

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

22


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY

U0
BA

S
S

U0

KĐTG

S
S
TX

KĐTT
F

KT

F
Hình C

KT

Hình D

- Hệ thống( sơ đồ hình c) , các phần tử trong hệ thống được chế tạo hầu như
hoàn toàn bằng mạch từ .
- Hệ thống (sơ đồ hình d) , các phần tử trong hệ thống được chế tạo bằng các
thiết bị bán dẫn, điện tử và các IC khuyếch đại ….
b. Nguyên lý hoạt động :
- Khi điện áp của máy phát dao động khỏi điện áp định mức (U f > Udm hoặc Uf <
Udm ) . Lúc đó có tín hiệu điều khiển ∆U ≠ 0 được tạo ra qua bộ đo và so sánh .Tín
hiệu này được gửi tới bộ khuyếc đại khuyếch đại lên tín hiệu đủ lớn sau đó đưa qua
bộ chỉnh lưu để điều chỉnh I kt đủ lớn đưa điện áp của máy phát về với điện áp định
mức.
c. Ưu điểm:
- Dễ dàng trong quá trình tự kích ban đầu ( vì chỉ có một phản hồi điện áp ).
- Hệ thống đơn giản, có trọng lượng và kích thước nhỏ ,
- Có độ chính xác điều chỉnh cao .
- Đây là hệ thống vạn năng có thể ổn định điện áp cho máy phát với bất kỳ
nguyên nhân nào làm thay đổi Udm của máy phát.
Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp

: ĐTT49-ĐH2

23


THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
d. Nhược điểm :
- Hệ thống có tính ổn định động kém . Nếu khởi động các động cơ lồng sóc có
công suất lớn gần bằng công suất của máy phát , hệ thống sẽ mất ổn định dẫn đến
mất hoàn toàn kích từ . Bởi vậy đối với những động cơ có công suất tương đối lớn
bắt buộc phải áp dụng các phương pháp khởi động làm giảm dòng khởi động .
- Thời gian cường kích lâu hơn nguyên lý nhiễu.
- Độ tin cậy không cao .
- Xác suất hỏng hóc cao hơn.
4.2. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu Thống Nhất
a.

Sơ đồ hệ thống.

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

24


b.

THIẾT KẾ MÔN HỌC TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Giới thiệu và chức năng phần tử:

- Tf1: Là biến áp thực hiện, cuộn dây sơ cấp được mắc nối tiếp với cuộn công
tác của khuyếch đại từ TD1. Cuộn thứ cấp thì được nối với cầu chỉnh lưu E1 thực
hiện chỉnh lưu dòng điện cấp cho cuộn kích từ của máy phát.
- Tf2: Là biến áp có 2 điện áp ra ở thứ cấp: 1 điện áp ra cấp cho cuộn dây thực
hiện của KĐT TD2 (21, 31), điện áp còn lại (22, 23) cấp cho các phần tử tạo tín hiệu
chuẩn D1, D2, D3.
- D1 là cuộn cảm tuyến tính.
- D2 là cuộn cảm bão hòa.
- D3 là cuộn cảm thực hiện việc bù dòng theo tần số.
- D4 là cuộn san phẳng của cầu chỉnh lưu E3
- Tf4: Biến áp lấy điện áp thực của MF thông qua cầu chỉnh lưu E4 cấp nguồn
cho cuộn điều khiển 21, 22 của TD2.
- Tf3: Là biến áp phản hồi mềm phản hồi tín hiệu đưa vào cuộn kích từ của máy
phát để ổn định hệ thống ở chế độ động. ( Làm việc trong chế độ động vì điện áp đưa
vào là 1 chiều)
- TD2: Khuyếch đại từ trung gian.
- TD1: Khuyếch đại từ thực hiện.
- E1: Cầu chỉnh lưu dòng kích từ.
- E2: Cầu chỉnh lưu có tác dụng như một khuếch đại dương dòng điện.
- E4: Cầu chỉnh lưu thực hiện việc chỉnh lưu tín hiệu điện áp thực của máy phát
để đưa vào KĐT TD2 để thực hiện so sánh với tín hiệu chuẩn
- E3: Cầu chỉnh lưu tín hiệu chuẩn từ bộ tạo tín hiệu chuẩn.
- A3: Rơ le dòng khống chế các tiếp điểm thường đóng C3 để đưa điện trở phụ
R8 vào hoạt động.
- R8: Điện trở 3 pha để cải thiện quá trình tự kích ban đầu.

Sinh viên : Phạm Nguyễn Chung
Lớp
: ĐTT49-ĐH2

25