Система распределения постоянного тока (судовая двигательная установка) - DC distribution system (ship propulsion)

В ОКРУГ КОЛУМБИЯ распределительная система был предложен в качестве замены настоящего AC система распределения энергии для судов с электродвигателем.

Эта концепция представляет собой новый способ распределения энергии для низковольтных установок на судах. Его можно использовать для любого электрического судового оборудования мощностью до 20 мегаватт и работает при номинальном напряжении 1000 В постоянного тока. Система распределения постоянного тока - это просто расширение нескольких звеньев постоянного тока, которые уже существуют во всех силовых установках и приводах подруливающих устройств, на которые обычно приходится более 80 процентов потребляемой электроэнергии на электрических силовых установках.

Преимущества

Помимо повышения эффективности до 20 процентов, другие преимущества включают экономию места и веса до 30 процентов и гибкое размещение электрического оборудования.[1] Это позволяет значительно увеличить грузовое пространство и создать более функциональную компоновку судна, где электрическая система рассчитана на функции судна, а не наоборот.

Повышение эффективности в основном достигается за счет того, что система больше не блокируется на определенной частоте (обычно 60 Гц на кораблях), хотя источник питания 60 Гц также может быть подключен к сети. Эта новая свобода полностью независимого управления каждым источником энергии открывает множество способов оптимизации расхода топлива.

Уменьшенный вес и занимаемая площадь установленного электрического оборудования будут зависеть от типа судна и его применения. Одно сравнение с использованием системы распределения постоянного тока вместо традиционной системы переменного тока для Судно снабжения платформ (PSV), уменьшил вес компонентов электрической системы с 115 520 кг (254 680 фунтов) до 85 360 кг (188 190 фунтов).[нужна цитата ] Другой экономит 15-30% топлива.[2]

На суше солнечные панели несколько зданий в Швеции подключены через постоянный ток для плавного производства и потребления, минуя сеть переменного тока и ее инверторы.[3]

Экономия топлива

Самый большой потенциал экономии топлива заключается в простоте добавления в систему устройств накопления энергии, таких как батареи или суперконденсаторы. Накопление энергии поможет двигателям выровнять колебания нагрузки от подруливающих устройств и других больших нагрузок.

Операционная оптимизация

Система распределения постоянного тока позволяет по-новому взглянуть на оптимизацию работы. Система является гибкой и может комбинировать различные источники энергии, такие как двигатели, турбины и топливные элементы. Это означает, что есть потенциал для внедрения системы управления энергопотреблением, которая учитывает меняющиеся цены на топливо и доступность различных видов топлива.

Вызовы

Поскольку главный распределительный щит переменного тока с его Автоматические выключатели а реле защиты исключены из новой конструкции, необходима новая философия защиты, отвечающая требованиям класса для селективности и защиты оборудования. Компания ABB предложила решение для защиты системы распределения постоянного тока с использованием комбинации предохранителей и полупроводниковых силовых устройств с контролируемым отключением. Поскольку все компоненты, вырабатывающие энергию, имеют управляемые переключающие устройства, ток короткого замыкания может быть заблокирован намного быстрее, чем это возможно с помощью традиционных автоматических выключателей с соответствующими реле защиты. Хотя этот подход обеспечивает более быструю реакцию во время короткого замыкания, он не очень хорошо подходит для системно-независимой философии строительства.

Безопасность и избирательность

Потребности судов в электроэнергии расширяются, поскольку ожидается, что системы будут поддерживать преобразователи энергии, способные объединять альтернативные источники и системы хранения, включая энергию ветра и солнца, а также аккумуляторные батареи с диапазоном напряжений, частот и уровней мощности. Для этого идеально подходят звенья постоянного тока, но их нельзя безопасно развернуть без необходимой защиты. Правильный выбор защитных устройств (таких как выключатель постоянного тока, быстродействующий предохранитель или автоматический выключатель) и их распределение в соответствии с зонами защиты распределительных сетей позволяет системным интеграторам достичь селективности защиты.

Устройство (а) защиты, ближайшее к месту повреждения, должно изолировать повреждение до того, как сработают устройства защиты в здоровых зонах. То есть они работают только с повреждениями в пределах своей зоны защиты и обычно не обнаруживают повреждения за пределами этой зоны. Если повреждение происходит за пределами зоны, ток повреждения может протекать через него, но устройство (а) защиты не сработает для этого сквозного повреждения. В результате локализация места повреждения изолирована, что позволяет незатронутым зонам оставаться в рабочем состоянии.

Избирательность защиты достигается после выбора правильного типа устройства и правильного расположения на уровнях защиты распределения. Селективность между двумя устройствами защиты может быть полной (устройство на стороне нагрузки обеспечивает защиту без отключения другого устройства) и частичной (устройство на стороне нагрузки обеспечивает защиту до заданного уровня перегрузки по току, не вызывая отключения другого устройства) Эти устройства защиты имеют определенную цену, но их стоимость оправдана благодаря уменьшению любого потенциального повреждения критически важного оборудования или дорогостоящего простоя системы и производственных потерь в результате неисправности.

Быстрое устранение неисправностей благодаря твердотельной технологии

Твердотельный прерыватель постоянного тока способен прервать полный ток короткого замыкания за микросекунды. При таком ограничении по времени автономная система управления переключателем должна обеспечивать локальную защиту от сбоев без необходимости внешнего управления или обнаружения сбоев. Эта технология обеспечивает максимальную гибкость для бортовых сетей постоянного тока и обеспечивает защиту от токов короткого замыкания в любой части сети. Помимо быстрой защиты от перегрузки по току, выключатель должен быть запрограммирован на размыкание по времени-токовому профилю в случае перегрузки. Это позволяет всей системе реконфигурировать поведение выключателя постоянного тока в определенных заранее определенных границах и в соответствии с применяемыми судовыми правилами. Быстрое время отключения полупроводникового выключателя значительно ограничивает ток короткого замыкания и сводит к минимуму негативное влияние на нагрузку. Ток не достигает опасного уровня и может быть прерван без образования дуги. Поэтому реверс напряжения не требуется.

Безопасные и дублированные операции закрытой шины

Традиционные системы (DP) часто предназначены для работы в режиме открытой шины, что означает полностью разделенные системы питания. Система замкнутой шины - это более сложная и тесно интегрированная система, требующая безопасной сборки, проверки и эксплуатации. Технология полупроводниковой коммутации позволяет системным интеграторам разрабатывать более разумные решения с эквивалентной безопасностью. Это способствует экономии на топливе и расходах на техническое обслуживание, а также сокращает воздействие на окружающую среду. Это также позволяет значительно сократить количество моточасов. Утверждение замкнутой шины требует подтверждения отказоустойчивости подключенной системы, включая испытание на короткое замыкание под напряжением в наихудших режимах отказа. [4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Система распределения постоянного тока - значительный шаг вперед в развитии электрических силовых установок, увеличивающий КПД судна до 20%» (PDF). ABB. Архивировано из оригинал (PDF) 9 октября 2011 г.. Получено 16 октября, 2011.
  2. ^ "Første i verden: ее skal batterier erstatte motor i kritiske situasjoner". Текниск Укеблад. Получено 11 октября 2016. batteripakken ombord på Viking Energy erstatter en hovedmotor som Reserve (вращающийся резерв)
  3. ^ "Likström växlar upp ett steg till". Ny Teknik. Получено 9 мая 2017.
  4. ^ «Суда класса DNVGL OTG 10 DP с закрытыми автобусами, апрель 2015».


внешняя ссылка