Размещено на
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
Размещено на http://www.allbest.ru/ ВВЕДЕНИЕ Судовое электрооборудование представляет собой совокупность электротехнических изделий или электромеханических устройств, предназначенных для выполнения заданной работы на судах. В состав судового электрооборудования современных судов входят следующие элементы: судовая электростанция; электроприводы судовых машин и механизмов; электрическое освещение; внутрисудовая связь и сигнализация; судовые электросети; грозозащита судов. Условия работы судового электрооборудования в значительной мере отличаются от условий работы береговых установок. Возможность работы при наличии постоянных крена и дифферента, вибраций и ударов, повышенные температура и влажность воздуха, удаленность от ремонтных баз — все это предъявляет к судовому электрооборудованию особые требования в отношении надежности, а в ряде случаев и ремонтопригодности. Необходимость развития морского и речного транспорта органически связана с дальнейшим усовершенствованием судового электрооборудования. Россия всегда занимала передовые позиции в вопросах электрификации флота. Первый судовой электрический привод был предложен Борисом Семеновичем Якоби в 1838 г., когда он провел успешные испытания первого практического электродвигателя, созданного им несколько ранее (1834 г.), для привода гребных колес катера. Однако отсталое электромашиностроение в царской России сдерживало развитие электрооборудования судов. На речных пароходах и теплоходах того времени электрическая энергия использовалась только для целей освещения, а привод вспомогательных механизмов осуществлялся от паровых машин. В годы первых пятилеток восстановления народного хозяйства создаются электротехническая промышленность и современный речной флот. После Великой Отечественной войны речной флот почти полностью обновился. Заметную роль в этом сыграл завод «Красное Сормово» имени А. А. Жданова. В конце сороковых и в начале пятидесятых годов на нем были построены буксирные и грузовые теплоходы с электрифицированными механизмами и электростанцией постоянного тока, речные дизель-электрические ледоколы, а затем пассажирские дизельэлектроходы — флагман волжского флота «Ленин» и «Советский Союз». Большой вклад в дело развития речного флота СССР внесен братскими социалистическими и дружественными СССР странами. Пассажирские дизельэлектроходы типа «Россия» и теплоходы типа «Октябрьская революция» и «Валериан Куйбышев» построены в Чехословакии. Пассажирские теплоходы типов «Родина», «Красногвардеец» и «Советская Украина» построены на верфях Германской Демократической Республики. Речные ледоколы и плавучие краны построены в Финляндии и т. д, В начале пятидесятых годов на речном флоте стала применяться трехфазная система переменного тока. Сейчас она является основной на всех средних и крупных судах. Энерговооруженность речных судов неуклонно растет, повышается и мощность судовых электростанций. Если тридцать лет тому назад она измерялась десятками киловатт, совсем недавно сотнями, то сейчас мощность судовой электростанции теплохода «Валериан Куйбышев» уже превысила тысячу киловатт. С ростом мощности судовых электростанций увеличивалось напряжение на шинах их главных электрораспределительных щитов. При небольшой мощности напряжение обычно не превышало 115 В, затем оно было повышено до 230 и 400 В, сейчас же на крупных речных ледоколах напряжение на шинах достигает 690 В. Современные речные суда оснащены необходимыми средствами связи и радионавигационными устройствами: радиостанциями, радиолокаторами, эхолотами и т. д. Непрерывно совершенствуется судовое электрическое оборудование. В качестве источников электрической энергии на вновь строящихся судах повсеместно используют автоматизированные дизель-генераторные установки с синхронными генераторами с самовозбуждением, амплитудно-фазовым компаундированием или с электронными регуляторами напряжения, что обеспечивает высокое качество вырабатываемой электрической энергии. Отечественная электротехническая промышленность выпускает современные электродвигатели серии 4А общего применения, в ближайшее время приступит к выпуску новой серии АИ, единой для всех стран СЭВ. Разработаны новые типы судовых кабелей, допускающих температуру нагрева до 90°. Их применение позволит увеличить плотность тока и использовать кабели меньшей площади поперечного сечения токопроводящих жил, что приведет к экономии цветных металлов и снижению массы кабельных сетей. Электротехническая промышленность также осваивает выпуск новых судовых генераторов и статических тиристорных преобразователей для управления судовыми электроприводами. В перспективе на судах речного флота появятся новые экономичные источники электрической энергии с прямым преобразованием ее, а именно: термоэмиссионные источники, топливные элементы и, возможно, магнитогидродинамические генераторы. На судах речного флота на основе электрификации все шире внедряется комплексная автоматизация различных установок и процессов, которая проводится на базе широкого использования электронных приборов, микропроцессоров и ЭВМ. Широкое применение электротехнических и электронных устройств на судах речного флота невозможно без квалифицированных кадров. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СУДАХ Использование электрической энергии на судах тесно связано с развитием электротехники и электротехнической промышленности. В начальный период электрооборудование судов выполнялось на постоянном токе напряжением не свыше ПО В. Последующее развитие судового электрооборудования характеризуется внедрением переменного тока, обладающего по сравнению с постоянным током рядом технических и эксплуатационных преимуществ. В настоящее время на судах речного флота преимущественное применение нашли электроустановки переменного тока. Широкому применению электрической энергии на судах способствовало внедрение механизации и комплексной автоматизации производственных процессов, направленных на повышение производительности труда, безопасности плавания, улучшение технико-экономических показателей работы судна. Современные речные суда представляют собой сложные инженерные сооружения с высокой степенью электрификации и автоматизации, в которых основным видом привода является электрический. Для обеспечения потребности судна в электроэнергии все самоходные суда имеют собственные электрические станции, состав потребителей электроэнергии которых разнообразен и зависит от назначения, класса и габаритов судна. К числу наиболее энергоемких потребителей относятся судовые электроприводы: гребных винтов (для дизель-электроходов), подруливающих, рулевых, якорных, швартовных и грузовых устройств, шлюпочных лебедок, лифтов и транспортеров, насосов, вентиляторов и компрессоров. Общая установленная мощность этих электроприводов составляет до 90% мощности судовой электростанции. Менее энергоемкими потребителями являются: электрическое освещение, электронагревательные устройства и отопительные приборы, приборы внутрисудовой электрической связи и сигнализации, электрические навигационные приборы, радио и телевидение. Общая установленная мощность потребителей этой группы на вновь строящихся судах речного флота имеет тенденцию к росту. Но в общем балансе для судов транспортного флота она не превышает 10% мощности судовой электростанции. К числу ответственных устройств, нормальная работа которых обеспечивает безопасность плавания судна, безопасность находящихся на судне людей и сохранность грузов, относятся: электроприводы рулевого, подруливающего и якорного устройств, пожарного и осушительного насосов, механизмов, обеспечивающих работу главной силовой установки, компрессоров пускового воздуха и воздуха для звуковых сигналов, возбудителей и преобразователей, агрегатов холодильной установки грузовых трюмов, радиосвязь, навигационные приборы, отличительные и сигнальные огни, приборы управления судном и др. Рост народного хозяйства страны требует ускоренного развития всех видов транспорта, в том числе и речного. Речной флот непрерывно пополняется мощными буксирами-толкачами, грузовыми теплоходами повышенной грузоподъемности, большегрузными составами, более совершенными типами пассажирских судов. С ростом энерговооруженности речных судов повышается и { мощность судовых электростанций. Если двадцать пять лет то-I му назад она составляла десятки киловатт, совсем недавно — сотни, то мощность судовой электростанции современного туристского теплохода проекта № 92-016 превысила тысячу киловатт, а теплохода проекта № 301 составляет уже свыше двух тысяч киловатт. КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Судовые электростанции предназначены для производства, преобразования и распределения электрической энергии. В состав судовой электростанции входят источники электроэнергии, преобразователи тока, напряжения и частоты, главный электрораспределительный щит (ГЭРЩ) с приборами управления, контроля и защиты. Судовые электростанции классифицируются по назначению, роду тока, типу первичного двигателя, способу отбора мощности. Но назначению судовые электростанции разделяются на основные, аварийные и специальные. Основная электростанция предназначена для обеспечения электроэнергией всех потребителей, установленных на судне, и располагается в машинном отделении. В ее состав входят: основные и резервные генераторы, преобразователи электрической энергии и ГЭРЩ. Ось вращения электроэнергетических агрегатов должна быть параллельна диаметральной плоскости судна, а ГЭРЩ устанавливается перпендикулярно ей. Обычно ГЭРЩ располагают в машинном отделении или в центральном посту управления и контроля (ЦПУ). Аварийная электростанция служит для обеспечения электроэнергией ограниченного числа потребителей, выбираемых согласно Правилам Речного Регистра при выходе из строя основной электростанции. Она состоит из аварийного дизель-генератора или аккумуляторной батареи и аварийного электрораспределительного щита (ГЭРЩ) и размещается выше главной палубы в специальном отапливаемом помещении с непосредственным выходом на открытую палубу. Электростанция специального назначения служит для обеспечения электроэнергией особых потребителей: гребных электрических установок (РЭУ), технологического оборудования земснарядов, приводов отдельных крупных механизмов и устройств. Различают судовые электростанции постоянного и переменного тока. По типу первичного двигателя они разделяются на дизель-генераторные и турбогенераторные. На судах речного флота применяются дизель-генераторные электростанции. По способу отбора мощности различают судовые электростанции с приводом генераторов от главных двигателей гребной установки или от валопровода (валогенераторы). ГЕНЕРАТОРЫ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Судовые электрогенераторы должны давать электрическую энергию с максимально-возможным постоянством напряжения и частоты при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, выдерживать значительные перегрузили токи короткого замыкания. Они должны обеспечивать устойчивую параллельную, работу друг с другом практически независимо от их мощностей. Поддержание постоянства напряжения и частоты для обеспечения! нормальной работы судовых механизмов практически оказалось достаточным осуществлять с точностью до 2—3% их номинальных значений. При мгновенном изменении нагрузки допускаются большие колебания напряжения и частоты генераторов. Колебания напряжения определяются: у генераторов постоянного тока - характером их внешних характеристик и нечувствительностью регуляторов скорости вращения; у генераторов переменного тока — статичностью и нечувствительностью регуляторов напряжения и регуляторов скорости вращения, а также электрическими параметрами самих генераторов. Наилучшим постоянством напряжения при колебаниях нагрузки обладают генераторы смешанного возбуждения (компаундные). Поэтому на судовых электростанциях постоянного тока применяются только компаундные генераторы. Наличие у них последовательной обмотки возбуждения способствует быстрому восстановлению напряжения на зажимах генератора после короткого замыкания или включения большой нагрузки. Опыт показывает, что у компаундных генераторов при колебаниях нагрузки от холостого хода до номинальной колебания напряжения на зажимах составляют в среднем не более 2—3%. Поэтому такие генераторы не требуют автоматических регуляторов напряжения (но не регуляторов скорости вращения), а имеют ручные регуляторы, с помощью которых можно установить напряжение с точностью 1-2%. В качестве генераторов переменного тока применяются только синхронные генераторы преимущественно трехфазного тока как с машинным возбудителем, так и с самовозбуждением. Они имеют внешнюю характеристику, аналогичную внешней характеристике генераторов постоянного тока с независимым возбуждением. Кроме силы тока нагрузки, напряжение синхронных генераторов зависит от коэффициента мощности соз ф. Поэтому оно испытывает значительные колебания как при плавном, так и внезапном изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Для уменьшения как самих колебаний напряжения, так и времени восстановления напряжения до номинального значения синхронные генераторы всегда снабжаются автоматическим регулятором напряжения. В силу специфических условий возможность коротких замыканий и перегрузки судовых генераторов весьма вероятна. Поэтому они выполняются так, чтобы могли выдержать режим короткого замыкания на зажимах в течение 2 мин, перегрузки по току примерно 10% в течение 2 ч, 25% —в течение 30 мин и 50% —в течение 5 мин. Однако перегрузочные способности генераторов полностью реализовать не удается, так как такими перегрузочными способностями не обладают первичные двигатели.   рис.1 Синхронный генератор типа МС-128-4 с машинным возбудителем Так, дизели выдерживают перегрузки только примерно 10% спецификационной мощности в течение 2 ч. Большие перегрузки дизелей вообще не допускаются. Турбины перегрузку в 10% выдерживают 2 ч, в 20%—30 мин и в -35%— 5 мин. На рис. 1 приведен синхронный генератор типа МС-128-4 мощностью 200 кВт с машинным возбудителем, а на рис. 114'— синхронный генератор типа МСК-ЮЗ-4 мощностью 200 квт с самовозбуждением. Оба генератора при 1500 об/мин развивают напряжение на зажимах при холостом -ходе 400 в. Рисунки показывают, что генератор с самовозбуждением имеет значительно меньшие габариты. Кроме того, он обладает значительно большей надежностью, так как не имеет возбудителя. При оценке степени важности фактора надежности следует учитынать, что генераторы судовой электростанции работают подолгу безостановочно и что машины постоянного тока требуют тщательного повседневного ухода. У генераторов с самовозбуждением система автоматического регулирования напряжения действует в 3—6 раз быстрее из-за отсутствия вращающегося возбудителя, электромагнитная инерция которого затягивает переходный процесс при регулировании. В настоящее время преимущёственное распространение в судовых электростанциях получают синхронные генераторы с самовозбуждением. Все элементы цепи возбуждения таких генераторов обычно монтируют на самом генераторе. Конструктивно оба типа генераторов выполняются брызгоза-щищенными, причем с расчетом удобства их обслуживания в стесненных судовых условиях. Они изготовляются из высококачественных магнитных, проводниковых и изоляционных материалов. Судовые генераторы постоянного тока, как и синхронные генераторы, отличаются высокой механической прочностью и удобством обслуживания. Нашей промышленностью изготовляются судовые генераторы постоянного тока типов КГ, ПН, ГМП и ПГ мощностью от 2,9 до 300 кет на напряжение 28, 36, 115 и 230 в. Генераторы переменного тока типа МС изготовляются мощностью от 25 до 1200 кет при соз<р=0,8 на напряжение 230 и 400 в. Генераторы как постоянного, так и переменного тока мощностью до 200 кет изготовляются на 1500 об/мин, а более мощные — на 1000 об /мин.  Рис. 2. Синхронный генератор типа МСК-ЮЗ-4 с самовозбуждением ВЫБОР РОДА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Как уже отмечалось, в судовых электроустановках применяется как постоянный, так и переменный ток. Выбор рода тока в значительной степени диктуется составом и мощностью потребителей, установленных на судне, технологическими требованиями, предъявляемыми к ним. Известно, что основными потребителями электроэнергии на судах являются электродвигатели судовых механизмов. Электродвигатели постоянного тока применяются для привода судовых механизмов, требующих плавного и в широких пределах регулирования частоты вращения, больших пусковых моментов, значительных перегрузок и кратковременного полного затормаживания под током (рулевые устройства, грузовые лебедки, якорно-швартовные устройства и т. д.). Для привода судовых механизмов, не требующих плавного и в широких пределах регулирования частоты вращения, больших пусковых моментов и значительных перегрузок (насосы, вентиляторы, компрессоры и т. д.) применяются асинхронные электродвигатели трехфазного тока. Применение на судах переменного тока вместо постоянного позволяет снизить стоимость электрооборудования на 30—40%, массу — на 20—30%. Кроме этого, электрические машины переменного тока имеют более высокий к. п. д., более надежны в работе, значительно проще в эксплуатации, чем электрические машины постоянного тока. Все это предопределило широкое применение на современных речных судах электрических станций переменного тока. По Правилам Речного Регистра номинальные напряжения на зажимах источников электрической энергии, предназначенных для питания судовой сети, не должны превышать: 400 В — при переменном трехфазном токе, 230 В — при переменном однофазном токе и 230 В — при постоянном токе. Напряжение в системе гребной электрической установки, как правило, не должно превышать значений, указанных в табл. 1. Для специальных электроприводов большой мощности, установленных в доках, на земснарядах и других судах технического флота, допускается применение трехфазного тока напряжением до 10 000 В. Эти установки должны отвечать требованиям «Правил устройства электроустановок». На зажимах судовых потребителей номинальные значения напряжений не должны превышать значений, указанных в табл. 2. В сетях освещения, сигнализации и связи на судах танкерного флота допускается напряжение 220 В при условии, если имеются устройства для непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции сетей, с подачей сигнала при понижении сопротивления изоляции в помещение с постоянной вахтой. Номинальное значение частоты переменного тока на речных судах принимают 50 Гц, что позволяет при стоянке судна у причала получить электрическую энергию с берега. Однако некоторые потребители на судне (радиолокационное и навигационное оборудование) работают на переменном токе с частотой до 400 Гц и получают питание от специальных преобразователей частоты. |