2. Род тока, уровни напряжения и частоты
Род тока, уровни напряжения и частоты во многом определяют особенности энергосистемы.
2.1. Род тока
История строительства судов показывает, что в начале развития электрификации предпочтение отдавалось постоянному току, затем переменному, который в настоящее время является основным, но в перспективе, с развитием новых источников электрической энергии можно ожидать вновь расширения использования постоянного тока.
Сравним СЭЭС постоянного и переменного тока по следующим критериям:
- надежность работы;
- вес, габариты и стоимость оборудования;
- обеспечение регулирования частоты вращения электроприводов.
Сравнение будет проводиться применительно к следующим видам электрооборудования:
- электрическим машинам;
- распределительным устройствам;
- электрическим сетям.
Надежность
электрооборудования во многом зависит
от качества изоляции. Качество изоляции
характеризуется сопротивлением изоляции
(Rиз), определяемым
отношением напряжения постоянного тока
к значению установившегося тока утечки
.
Сопротивления изоляции отдельных видов
электрооборудования нормируются. Нормы
для разветвленных сетей определяются
на основе эмпирических формул, отражающих
основной физический смысл нормирования
Rиз – с увеличением
числа элементов сети сопротивление
изоляции уменьшается. В целях пожаро и
электробезопасности считается, что
разветвленные сети на судах не могут
иметь Rиз < 10
кОм. Экспериментальные данные показывают,
что Rиз сетей
переменного тока после длительной
эксплуатации составляет 1…5 МОм, а сетей
постоянного тока – 20…50 кОм. Объясняется
это, в частности, тем, что в системах
постоянного тока сеть освещения не
имеет гальванической развязки от силовой
сети, поэтому плохая изоляция этой
наиболее разветвленной сети непосредственно
влияет на общее состояние изоляции
судовой сети. В системах переменного
тока эти сети разделены трансформатором.
В судовом электрооборудовании применяются
изоляционные материалы классов A,
E, B,
F, H,
C. Класс изоляции
определяет допустимую температуру
нагрева, которая для класса A
составляет 105 С, для
С – 180 С. Надежность
электрических машин (генераторов и
двигателей) переменного тока из-за
отсутствия у них коллектора выше, чем
у машин постоянного тока. Надежность
распределительных устройств на переменном
токе оценивается несколько ниже, чем
на постоянном токе, причиной этого
является их трехполюсное исполнение.
Вес, габариты, стоимость. Приводы на переменном токе (из-за отсутствия коллектора) компактнее и легче, чем на постоянном токе - так вес асинхронных двигателей меньше веса двигателей на постоянном токе на 30…40%, а габариты на 20…30%. Стоимость их из-за простоты конструкции и меньшего содержания цветных материалов также ниже в 2…3 раза. Небольшое преимущество в весах и габаритах имеют распределительные устройства на постоянном токе; стоимости распределительных устройств для разных родов тока оцениваются одинаково.
Регулирование частоты вращения электроприводов. Характер изменения частоты вращения зависит от назначения привода: лебедки, грузоподъемные механизмы значительной мощности требуют плавного изменения; шпили, брашпили – ступенчатого; насосы, вентиляторы, компрессор работают с постоянной частотой вращения. Особенности работы привода определяют выбор типа двигателя и способа регулирования его частоты вращения. Основными показателями, характеризующими различные способы регулирования электроприводов, являются: диапазон или пределы регулирования; плавность; экономичность; стабильность работы на заданной частоте вращения; направление, по отношению к основной, в котором осуществляется регулирование (больше, меньше); допустимая нагрузка при различных частотах вращения. Существующая практика показывает, что во многих случаях, когда нужно получить глубокое и плавное регулирование частоты вращения, применяют электроприводы постоянного тока.
Именно эта особенность определяет то, что на мелких судах и судах специального назначения, где мощность грузовых механизмов превышает 60% установленной мощности всех потребителей применяется постоянный ток.
Есть суда (буксиры, подводные лодки) где используется два рода тока. Для сетей «двойного рода тока» характерно наличие гальванической связи между сетями переменного и постоянного токов, что может приводить к «выносу» потенциала постоянного тока на токоведущие части переменного тока, и наоборот. Результатом этого является нарушение функционирования систем автоматического управления и контроля. Такие явления происходят в сетях независимо от мощности и количества полупроводниковых элементов, достаточно наличия хотя бы одного диода с номинальным током соизмеримым с током в цепи какого-либо измерительного преобразователя в системе контроля.
Основным родом тока на судах является – переменный, при этом приводы, требующие глубокого и плавного регулирования, питаются от сети через преобразователи разного рода и могут использовать как двигатели постоянного тока, так и АД. К преимуществам переменного тока также следует отнести простоту преобразования уровней напряжения, возможность питания от береговой сети, унификацию с промышленным оборудованием.
Самостоятельная работа
Задание №1, тема №2
Анализ и сравнение возможностей регулирования частоты вращения в электроприводах постоянного и переменного токов.
Задание №2, тема №2
В чем проявляются и на что влияет скин-эффект и эффект близости.
Литература:
Д2, стр. 198-221, 563-577;
Д7,стр. 76-81