Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» УТВЕРЖДАЮ Декан факультета КЭ и А _______________А.Е. Васильев «05» октября 2021 г. М. П. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Системы электроэнергетики наименование дисциплины Направление подготовки /специальность Наименование основной профессиональной образовательной программы Уровень образования Форма обучения 26.05.02 «Проектирование, изготовление и ремонт энергетических установок и систем автоматизации кораблей и судов» 26.05.02.04 «Системы автоматизации кораблей и судов» Высшее образование - специалитет Очная Санкт-Петербург 2021 Лист согласования рабочей программы дисциплины Рабочая программа дисциплины «Системы электроэнергетики» разработана в соответствии с образовательным стандартом высшего образования СПбГМТУ по направлению подготовки 26.05.02 «Проектирование, изготовление и ремонт энергетических установок и систем автоматизации кораблей и судов». РАЗРАБОТЧИК: А.М. Агафонов, старший преподаватель (подпись) ФИО, должность (ученая степень, ученое звание (при наличии) РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании кафедры «Электротехники и электрооборудования судов» «12» мая 2021 г., протокол № 8пр/21 Заведующий кафедрой А.А. Воршевский, д.т.н., доцент (подпись) (дата) (ФИО, ученая степень, ученое звание) СОГЛАСОВАНО: Учебно-методическое управление С.Н. Постников (подпись) 2 (расшифровка подписи) 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Системы формирование у студентов необходимого электроэнергетических систем. электроэнергетики» объема знаний, являются – касающихся 2. Планируемые результаты обучения по дисциплине В основу подготовки бакалавра заложен компетентностный подход. Результаты реализации данного подхода отражены в таблице. № п/п Индекс и содержание компетенции Индекс и содержание индикатора(ов) Планируемые результаты обучения достижения компетенций 1 ПК-4 Способен осуществлять руководство разработкой комплексных проектов на всех стадиях и этапах выполнения работ в области энергетических установок и (или) систем автоматизации кораблей и судов. ИДК-4.1 Принимает участие в Знания: Элементы судовых проектировании и описании процессов электроэнергетических систем, разработки новых технических решений требования к элементам в области энергетических установок или электроэнергетических систем. систем автоматизации кораблей и судов. Умения: Выбор элементов электроэнергетических систем. Навыки: Владение методами расчета параметров элементов электроэнергетических систем. 3. Структура и содержание дисциплины Вид учебной работы Трудоемкость, час Общая трудоемкость по учебному плану Аудиторные занятия: Лекции Лабораторные работы Практические занятия Самостоятельная работа без учета промежуточного контроля Курсовой проект (работа) Подготовка к промежуточному контролю и промежуточный контроль 252 126 54 36 36 78 - Экзамен Зачет с оценкой 36 12 3.1. Структура и содержание аудиторных занятий № темы 1 Наименование темы Основные понятия. 2. Электрооборудование 3. Требования к электрооборудованию 4. Основные параметры Вид занятия лекция практ. лекция практ. лекция практ. лекция Содержание занятия Терминология. Обозначения. Структурная схема электроэнергетических систем. Элементы электроэнергетических систем. Решение задач по теме лекции Классификация электрооборудования. Решение задач по теме лекции Требования правил Регистра судоходства, Российского Речного Регистра к судовому электрооборудованию. Условия работы на судне Решение задач по теме лекции Род тока. Напряжение. Частота. 3 № темы 5. Наименование темы электроэнергетических систем Показатели качества электроэнергии 6. Виды электроэнергетических систем 7. Источники электроэнергии Система автоматического регулирования напряжения и частоты. Параллельная работа генераторных агрегатов. 8. 9. 10. Вид занятия практ. лекция практ. лабор. лекция практ. лекция практ. лекция практ. лабор. Выбор количества и лекция мощности генераторов судовых практ. электростанций Преобразователи лекция электрической энергии 12. 13. 14. 15. 16. Распределение электрической энергии на судах Защита электроэнергетических систем от ненормальных режимов работы Распределительные устройства Выбор аппаратов и токопроводных устройств Гребные электрические установки Правила эксплуатации судового электрооборудования Решение задач по теме лекции Установившиеся и переходные режимы работы. Решение задач по теме лекции Сброс и наброс нагрузки на генераторный агрегат. Виды электроэнергетических систем. Классификация электроэнергетических систем. Типовые структурные схемы электроэнергетических систем. Решение задач по теме лекции Генераторные агрегаты. Аккумуляторные батареи. Решение задач по теме лекции Система автоматического регулирования напряжения. Система автоматического регулирования частоты. Параллельная работа генераторных агрегатов. Синхронизация генераторных агрегатов. Решение задач по теме лекции Включение генераторов на параллельную работу. Распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами. Табличный метод. Метод корреляционных зависимостей. Решение задач по теме лекции практ. Виды преобразователей. Применение на судах. Перспективные виды преобразователей электроэнергии. Решение задач по теме лекции Включение полупроводникового преобразователя соизмеримой мощности. Виды систем распределения. Судовые сети, кабели и провода. Решение задач по теме лекции Защита от короткого замыкания. Защита от обратной мощности. Направленная защита. Автоматические выключатели. Устройство защитного отключения. Решение задач по теме лекции Главный распределительный щит. Аварийный распределительный щит. Вторичные распределительные щиты. Решение задач по теме лекции лекция практ. Выбор токопроводных устройств. Решение задач по теме лекции лекция практ. лекция Система электродвижения. Решение задач по теме лекции Особенности эксплуатации электрооборудования на судне. Решение задач по теме лекции практ. лабор. 11. Содержание занятия лекция практ. лекция практ. лекция практ. 4 3.2. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Курсовые проекты в рамках дисциплины не предусмотрены. 3.3. Примерная тематика рефератов Рефераты не предусмотрены 4. Практическая подготовка В рамках практической подготовки обучающиеся выполняют следующие виды работ, связанных с будущей профессиональной деятельностью: № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 Виды работ Приобретаемые практические навыки Определение характеристик основных элементов электроэнергетических систем Выбор количества и мощности генераторов судовых электростанций Включение генераторных агрегатов на параллельную работу Распределение активной мощности между параллельно работающими генераторными агрегатами Распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторными агрегатами Определение электрических нагрузок распределительных щитов Расчет токов короткого замыкания в электроэнергетических системах Выбор аппаратов и токопроводных устройств Владение справочной литературой и базами данных Владение табличным методом и методом корреляционных зависимостей. Владение методами работы с регуляторами напряжения и частоты. Владение методами работы с автоматическими регуляторами частоты. Владение методами работы с автоматическими регуляторами напряжения. Владение методами выбора и расчета нагрузок электроэнергетических систем Владение методами расчета тока короткого замыкания Владение методами расчета и выбора аппаратов и устройств электроэнергетических систем 5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины Литература 1. Зырянов, В. М. Судовые электроэнергетические системы. Основы расчета и проектирования : учебное пособие для вузов / В. М. Зырянов, А. Б. Мосиенко, О. П. Кузьменков ; под общей редакцией В. М. Зырянова. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 195 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-12934-2. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/496209. 2. Ремезовский, В. М. Судовые электроэнергетические системы и их эксплуатация : учебное пособие для среднего профессионального образования / В. М. Ремезовский, В. Г. Лихачев. — Москва : Издательство Юрайт, 2021. — 223 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-14823-7. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/481976. 3. Хрущев, Ю. В. Электроэнергетические системы и сети. Электромеханические переходные процессы : учебное пособие для вузов / Ю. В. Хрущев, К. И. Заподовников, А. Ю. Юшков. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 153 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-02713-6. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/490250. 4. Сопов, В. И. Электроснабжение электрического транспорта : учебное пособие для вузов / В. И. Сопов, Ю. А. Прокушев. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 137 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-10908-5. — Текст : 5 электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/492101. 5. Лыкин, А. В. Электрические системы и сети : учебник для среднего профессионального образования / А. В. Лыкин. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 362 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-10376-2. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/495323. 6. Папков, Б. В. Электроэнергетические системы и сети. Токи короткого замыкания : учебник и практикум для вузов / Б. В. Папков, В. Ю. Вуколов. — 3-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 353 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-99168148-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/490973. Лицензионное программное обеспечение, обновляемое ежегодно Microsoft Windows 10 Pro; Abbyy FineReader 11.0; Adobe Acrobat Professional 11.0. Свободно распространяемое программное обеспечение: Офисные пакеты OpenOffice.org, Scribus Браузер Firefox Пакеты для работы с графикой: GIMP, Inkscape Программирование: FreeBASIC, Lazarus Математические пакеты: Maxima Пакет для моделирования QUCS Мультимедиа: Audacity, VLC Архиватор: 7zip 6. Материально-техническое обеспечение дисциплины При реализации дисциплины необходимо использовать следующие компоненты материально-технической базы университета: 1. Лекционные занятия: 1) учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, 2) презентационная техника 3) комплект лицензионного программного обеспечения 2. Практические занятия: 1) учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа, 2) презентационная техника, 3) рабочее место преподавателя, оснащенное компьютером с доступом в Интернет, 4) рабочие места студентов, оснащенные компьютерами с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде 5) комплект лицензионного программного обеспечения 3. Лабораторные занятия: 1) Лабораторная установка «Судовая электрическая станция». 6 Самостоятельная работа студентов: 1) учебная аудитория для проведения самостоятельной работы обучающихся, 2) рабочие места студентов, оснащенные компьютерами с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде 3) комплект лицензионного программного обеспечения 4. 7 Приложение к рабочей программе дисциплины Фонды оценочных средств для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине 1. Паспорт фонда оценочных средств по дисциплине № п/п Индекс контролируемой компетенции ПК-4 1 Форма промежуточной аттестации Экзамен Зачет с оценкой Контролируемые модули/разделы/темы дисциплины Оценочные средства текущего контроля успеваемости Устное собеседование Домашние задания Защита лабораторных работ Оценочные средства промежуточной аттестации Ответы на вопросы. Тест Тест 1-16 Оценочные средства для текущей и промежуточной аттестации 1.1. Текущий контроль успеваемости Контроль успеваемости по дисциплине осуществляется с помощью следующих оценочных средств: Индивидуальные домашние задания. Домашнее задание Технологии проведения Проверка выполнения домашних заданий, устное собеседование. Примеры вопросов Выбор состава электростанции Автоматический регулятор напряжения Автоматический регулятор частоты Расчет потерь напряжения в кабельной сети Определение нагрузок Выбор устройств защиты Пример домашних заданий Дано: Генераторные агрегаты одинаковой мощности работают параллельно. Первый генератор отдает в сеть 500 кВт, второй 100 кВт. Определить режим работы, что нужно сделать для равномерной загрузки параллельно работающих генераторов? Примеры оформления Вопрос Генераторные агрегаты одинаковой мощности работают параллельно. Первый генератор отдает в сеть 500 кВт, второй 100 кВт. Определить режим работы, что нужно сделать для равномерной загрузки параллельно работающих генераторов? Ответ Неравномерная загрузка активной мощностью. Надо разгрузить первый генератор или загрузить второй. Воздействие на регулятор частоты. Уменьшение подачи топлива на первом генераторе или увеличение подачи топлива на втором генераторе. 8 Вопрос Генераторные агрегаты одинаковой мощности работают параллельно. Оба отдают в сеть одинаковое количество активной мощности. Первый генератор отдает в сеть ток 500 А, второй 100 А. Определить режим работы, что нужно сделать для равномерной загрузки параллельно работающих генераторов? Ответ Неравномерная загрузка реактивной мощностью. Надо разгрузить первый генератор или загрузить второй. Воздействие на регулятор напряжения. Уменьшение тока возбуждения на первом генераторе или увеличение тока возбуждения на втором генераторе. Найдите ток, протекающий в кабеле соединяющем РЩ и ГРЩ. Коэффициент одновременности равен 1. Линейное напряжение 380В. Потребитель 1: Площадь сечения кабеля Длина кабеля от двигателей до РЩ L1 = 30 м. Длина кабеля от РЩ до ГРЩ L2 = 150 м 1 2 3 4 5 6 АМ АМ АOМ АМ АOМ АОМ 70-6 52-4 22-4 51-2 42-4 42-4 Относительная нагрузка на валу Р*, о.е. 1 2 3а 3b 4 5 6 0.7 0.75 0.6 0.4 0.7 0.8 0.85 t1 24 Длительность работы АД, час t2 t3a t3b t4 t5 2 4 6 24 24 t6 24 - Определить суммарную электрическую нагрузку распределительного щита и рассчитать средневзвешенный коэффициент мощности суммарной электрической нагрузки; - Выбрать параметры кабеля, питающего распределительный щит и аппаратуру зашиты, устанавливаемую на щите Выбрано сечение 2,5 мм2 Потери напряжения: Суммарная средняя активная мощность: Суммарная дисперсия: Суммарная реактивная мощность: Среднеквадратичное отклонение: Расчетная активная мощность: Расчетная реактивная мощность: 9 Вопрос Ответ Расчетная полная мощность: Средневзвешенный коэффициент мощности: ; ; Сопротивления кабелей генераторов: Сопротивления элементов в относительных единицах: Работающий генератор: Г3, Г4 AMG 0250AR04 DBAM полная мощность 130кВА КПД 91,3% Коэффициент мощности всех генераторов 0,8. Напряжение генераторов 400 В Расчитать ток КЗ в точке К6 Ударный ток Требования к выполнению Требования указаны в условиях задач Критерии и шкалы оценки домашнего задания Образцовый, примерный, достойный подражания ответ - «Отлично» Законченный, полный ответ – «Хорошо» 10 Изложенный, раскрытый ответ – «Удовлетворительно» Минимальный ответ - «Неудовлетворительно» Защита лабораторных работ Защита лабораторных работ осуществляется устно на основе представленного индивидуального отчета по работе и заключается в ответе на вопросы о порядке выполнения работы, полученных результатах экспериментов и расчетов, о характеристиках и принципе действия исследованных объектов. Критерий оценки: Образцовый, примерный, достойный подражания отчет и ответ - «Отлично» Законченный, полный отчет и ответ – «Хорошо» Изложенный, раскрытый ответ и приемлемый отчет– «Удовлетворительно» Минимальный ответ - «Неудовлетворительно» 1.2. Промежуточная аттестация Экзамен по дисциплине проводится в форме ответов на вопросы по билетам и/или посредством тестирования Технологии проведения промежуточной аттестации 1 вариант Ответы на вопросы и тесты проходят в аудитории путем раздачи индивидуальных карточек с вопросами на заданное время с последующей проверкой ответов преподавателем. 2 вариант Тесты проходят в личном кабинете студентов в системе ИСУ СПбГМТУ. Примеры вопросов 1 Функции и основные элементы электроэнергетических систем. 2 Классификация электрооборудования электроэнергетических систем. 3 Условия работу электрооборудования электроэнергетических систем. 4 Заземление. Электробезопасность. Пожаробезопасность. 5 Основные параметры электроэнергетических систем. Род тока, напряжение и частота. 6 Судовая электрическая станция. Виды электростанций. 7 Типы структур многостанционных многоагрегатных электроэнергетических систем. 8 Электроэнергетические системы с отбором мощности от энергетической системы. 9 Единые электроэнергетические системы. 10 Классификационные общества 12 Показатели качества электроэнергии в установившихся режимах. 12 Показатели качества электроэнергии в переходных режимах 13 Генераторные агрегаты. Типы. Виды 14 Химические источники тока. 15 Система автоматического регулирования напряжения. 16 Система автоматического регулирования частоты. 17 Параллельная работа синхронных генераторов. 18 Методы синхронизации синхронных генераторов Выбор количества и мощности генераторов судовых электростанций методом 19 20 21 корреляционных зависимостей Выбор количества и мощности генераторов судовых электростанций табличным методом Главный распределительный щит 11 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Выбор шин главного распределительного щита Аварийный распределительный щит Виды судовых статических преобразователей Виды судовых электромеханических преобразователей Токи короткого замыкания Устройства защитного отключения Автоматические выключатели Судовые кабели. Потери напряжения в судовых кабелях Компенсация реактивной мощности Судовой электропривод Электродвижение судов Эксплуатация судового электрооборудования Критерий оценки: Образцовый, примерный, достойный подражания отчет и ответ - «Отлично» Законченный, полный отчет и ответ – «Хорошо» Изложенный, раскрытый ответ и приемлемый отчет– «Удовлетворительно» Минимальный ответ - «Неудовлетворительно» Примеры тестов Наиболее распространенные распределительные сети Номинальный коэффициент мощности электрического нагревателя находится в пределах: Оборудования какого класса могут работать при погружении в воду Преимущества использования частоты 400 Гц в СЭЭК Найти номинальный ток трехфазного генератора с номинальной мощностью 100 кВт, коэффициенте мощности 0,8, линейным напряжением 400 В а) однопроводные и двухпроводные б) однопроводные в) двухпроводные г) трех и четырехпроводные д) пятипроводные а) более 1 б) 0 в) 0 – 0,3 г) 0,4 – 0,6 д) 0,9-1 а) IP00 б) IP22 в) IP23 г) IP44 д) IP68 а) Унифицированость с общепромышленными сетями б) Более малые габариты механизмов вращения по сравнению с 50 Гц в) Более низкие скорости вращения механизмов и соответственно отсутствие редукторов г) Не требуется применять трансформаторы д) Уменьшается индуктивное сопротивление кабелей а) 18 А б) 180,6 А в) 200 А г) 250 А д) 312,5 А 12 Коэффициент мощности рассчитывается по формуле Технические характеристики электрического двигателя необходимые при проектировании электростанции с использованием табличного метода Оптимальная загрузка дизель-генератора В каком методе расчета мощности электростанции используется зависимость Рг=f(D), где Pг – мощность электростанции, D – водоизмещение. При внезапном изменении симметричной нагрузки генератора основной электростанции допускается максимальное отклонение напряжение не более К какому виду относиться СЭЭС? 1 2 3 Q S P б) cos S S в) cos P S г) cos Q д) cos S P а) cos а) Номинальные мощность, коэффициент мощности и КПД, б) частота и скольжение в) сопротивление изоляции г) Количество полюсов д) Все перечисленные а) менее 10 % б) 10-30 % в) 30-50 % г) 70-90 % д) 100-120 % а) табличный метод постоянных нагрузок б) табличный метод переменных нагрузок в) в обоих табличных методах г) метод корреляционных зависимостей д) ни в каком из перечисленных а) ±1 % б) ±5 % в) ±10 % г) -15 %, +20% д) не допустимы а) автономная б) единая в) с отбором мощности г) с электродвижением д) независимая 8 4 6 7 5 Классификация системы: а) TN-S б) TN-C-S в) TN-C г) TT д) IT Предназначение минимального расцепителя по напряжению а) для отключения АВ при превышении напряжения б) для отключения АВ при понижении напряжения в) для включения АВ при понижении напряжения г) для отключения АВ при понижении тока д) для отключения АВ дистанционно 13 Найдите правильную нагрузка первого из двух параллельно работающих генераторов при их номинальной мощности P1=300 кВт и P2=200 кВт, а суммарная нагрузка электростанции 400 кВт. Устройство для защиты людей от поражения электрическим током На какой ток необходимо предусмотреть кабель соединяющий дизель-генератор с ГРЩ если известны параметры генератора постоянного тока Uном=230 В, Pном=10 кВт. Номинальное значение тока автоматического выключателя для подключения нагрузки мощностью 15 кВт с коэффициентом мощности 0,8, при линейном напряжении U=380 В. Допустимые потери по напряжению в силовой сети между шинами ГРЩ и любой точкой в ЭЭС: Мероприятия необходимые при превышении величины допустимой потери напряжения в кабеле Компенсацию реактивной мощности, обусловленной асинхронными двигателями, можно осуществить Напряжение сети электропитания постоянного тока применяемого для питания радиооборудования Основной источник электропитания глубоководного аппарата Найти средневзвешанный коэффициент мощности распределительного щита если к нему подключены асинхронные двигатели: 1) P=5 кВт, cosφ=0,6 2) P=1 кВт, cosφ=0,7 3) P=7,5 кВт, cosφ=0,75 а) 120 кВт б) 160 кВт в) 240 кВт г) 250 кВт д) 300 кВт а) автоматический выключатель б) предохранитель в) УЗО г) рубильник д) Преобразователь частоты а) 4,35А б) 12,7 в) 25,1 А г) 43,5А д) 2300 А а) 16 А б) 32 А в) 64 А г) 128 А д) 1000 А а) 0,6 % б) 1 % в) 6 % г) 15% д) не допустимы а) заменить кабель на кабель с меньшим сечением б) заменить кабель на кабель с большим сечением в) уменьшить толщину изоляции г) увеличить толщину изоляции д) увеличить длину кабеля а) уменьшением тока б) параллельным включением активного сопротивления в) параллельным включением конденсаторных батарей г) подключением идентичной нагрузки с обратным чередованием фаз д) уменьшением напряжения а) 12 В б) 24 В в) 36 В г) 48 В д) 60 В а) Дизель-генератор б) газотурбогенератор в) паровой генератор г) аккумулятор д) ядерный реактор а) 0,6 б) 0,68 в) 0,7 г) 0,75 д) 1 14 Требования к выполнению Изложены в условиях тестов Пример оформления ответов на тест Компенсацию реактивной мощности, обусловленной асинхронными двигателями, можно осуществить Параллельным включением конденсаторных батарей Устройство для защиты людей от поражения электрическим током Коэффициент мощности рассчитывается по формуле Устройство защитного отключения Основной источник электропитания глубоководного аппарата Найти номинальный ток трехфазного генератора с номинальной мощностью 100 кВт, коэффициенте мощности 0,8, линейным напряжением 400 В Аккумулятор cos P S 180,6 А Критерии и шкалы оценки: - критерии оценивания – правильные ответы на поставленные вопросы; - показатель оценивания – процент верных ответов на вопросы; - шкала оценивания(оценка) – выделено 4 уровня оценивания компетенций: высокий - более 80% правильных ответов; достаточный – от 60 до 80 % правильных ответов; пороговый – от 50 до 60% правильных ответов; критический – менее 50% правильных ответов. 15