§ 2.3. Выбор номинального напряжения

Значения мощности, напряжения и тока любой электроустановки (а также электросистемы и ее составных элементов) связаны следующи­ми зависимостями:

на постоянном токе

габариты, стоимость, трудоемкость монтажа и т. д. Особенно это сказы­вается на показателях линий передачи электроэнергии (проводах, кабе­лях, шинопроводах). Например, при увеличении тока от 30 до 370 А, т. е. в 12 раз, сечение кабелей с медными жилами увеличивается от 2,5 до 240 мм², т. е. в 96 раз, масса кабелей увеличивается в 35 раз, диаметр — в 5 раз. Кабели сечением более 120 мм² допускается использовать в огра­ниченном количестве из-за высокой трудоемкости их монтажа при затяж­ке, укладке, разделке, оконцевании и подключении. При повышении но­минального тока аппаратов (реле, контакторов, выключателей, предохра­нителей, резисторов и т. п.) от 10 до 1000 А их масса, габариты и стоимость увеличиваются примерно в 10 раз. Дальнейшее повышение тока коммутационных аппаратов делает их чрезвычайно громоздкими и дорогими. При токе 5000-10 000 А аппараты с воздушным охлажде­нием и дугогашением становятся неконструктивными.

Увеличение массы, габаритов и стоимости аппаратов, шинопроводов, контактных зажимов неизменно приводит к ухудшению соответствую­щих показателей качества электрораспределительных устройств (щитов, пультов, коробок, ящиков и т. п.) .

Таким образом, при определенных значениях тока линии электропере­дачи и электрораспределительные устройства СЭЭС становятся настолько значительными по массе и габаритам, что их чрезвычайно трудно раз­местить на данном судне. Другие технические и экономические показатели качества СЭЭС при этом оказываются также неудовлетворительными. Во избежание этого при данной мощности необходимо увеличить значение номинального напряжения СЭЭС и снизить значение передаваемого тока.

Значения номинального напряжения электротехнических изделий (устройств, установок и систем) стандартизованы. На постоянном токе стандартами принята следующая шкала напряжений: 12, 24, ПО, 220,440, 1100 В; на переменном токе - 12, 24,110, 220, 380, 660,1140, 3000, 6000, 10 000 В и больше.

Напряжения источников электроэнергии принимаются на 5 % больше указанных значений с учетом потери напряжения при передаче электро­энергии от источников к приемникам.

Напряжения до 1000 В условно считаются низкими, напряжения свы­ше 1000 В — высокими. Практически высоковольтным считается электро­оборудование на напряжение 1100 В и более.

Учитывая, что в судовых условиях велика вероятность поражения лю­дей электрическим током по причинам стесненного обслуживания, нали­чия влаги и металла, применяемые на судах напряжения, согласно Прави­лам Регистра СССР, ограничивают до следующих значений: 12 В для пере­носного освещения — на открытых палубах и других особо сырых поме­щениях; 24 В для переносного освещения во внутренних помещениях с повышенной влажностью; 220 В для сетей освещения, связи и сигнали­зации; 380 В для силовых стационарных электроустановок (в том числе электроприводов). По особому решению Регистр допускает применение напряжений до 1200 В постоянного тока и до 11 000 В переменного тока как для СЭЭС в целом, так и для отдельных мощных электроустановок, например, гребных, подруливающих, буровых, насосных, крановых и т. п. Также допускается применение напряжений до 11 000 В для СЭЭС до­ков, буровых платформ, плав мастерских и других судов, эксплуати­руемых в условиях стоянки и получающих энергию от береговой электро­системы.

Повышение номинального значения напряжения электротехнических изделий (устройств, установок и систем) связано с увеличением толщины изоляции токоведуших частей и расстояний между ними, а следовательно, с некоторым повышением габаритов, массы и стоимости изделий. Однако при повышении напряжения в пределах 12—1000 В изменение габаритов, массы и стоимости проводов, кабелей и различных аппаратов (следова­тельно, и распределительных устройств) практически не существенно. Та­кое изменение становится заметным при переходе на напряжение 3000— 10 000 В и выше.

Габариты, масса и стоимость электрических машин зависят в основ­ном от значения номинальной мощности и частоты вращения. При изме­нении напряжения указанные показатели машин практически сохра­няются.

Следовательно, выбор напряжения СЭЭС и ее элементов должен производиться после определения мощности всех приемников и источни­ков электроэнергии, устанавливаемых на данном судне. Значение номи­нального напряжения СЭЭС необходимо выбирать в зависимости от мощ­ности источников электроэнергии, а также значения токов, протекаю­щих по конкретным линиям электропередачи и электрораспределитель­ным устройствам, для чего должна быть составлена структурная схема СЭЭС.

Опыт проектирования судовых электросистем дает возможность ус­тановить ориентировочную связь значений номинальных напряжений и мощности источников электроэнергии, а именно: напряжение 24 В целе­сообразно при мощности до 10 кВт; напряжение НО, 120, 220 В — при мощности 10—200 кВт; напряжение 380 В — при мощности 200— 4000 кВт.

При мощности источников электроэнергии СЭЭС более 4000 кВт необходимо напряжение 1000 В; при мощности более 10 000 кВт — 3— 6 кВ.

Значение напряжения обычно выбирают на основании технико-эконо­мического сравнения нескольких вариантов значений номинальных напря­жений различных СЭЭС. При этом должны учитываться все показатели ка­чества СЭЭС по назначению, надежности, унификации, технологичности и качества электроэнергии с учетом особенностей данного судна и систем­ного подхода. В настоящее время СЭЭС напряжением свыше 380 В приме­няются редко.

Выбор напряжения иногда определяется протяженностью линий пере­дачи электроэнергии и значением потери напряжения в этих линиях. При большой длине линии электропередачи значение потери напряжения в ней может превышать нормативное. В этом случае необходимо увеличить значение номинального напряжения линии, что уменьшит значение пере­даваемого тока и потерю напряжения в ней.

Темы для повторения

1. Отличительные особенности постоянного и переменного (синусоидально­ го) тока.

2. Конструктивные особенности и показатели качества электрических машин, аппаратов, распределительных устройств и кабелей постоянного и переменного тока.

3. Регулирование частоты вращения электродвигателей постоянного тока.

4. Регулирование частоты вращения асинхронных и синхронных электродвигателей переменного тока.

5. Значение унификации судового и общепромышленного электрооборудования.

6. Отличительные особенности электрооборудования переменного тока частотой 50 и 400 Гц.

7. Применение на судах электрооборудования переменного тока частотой 400 Гц.

8. Соотношение мощности, напряжения и тока в электросистемах и устрой­ствах постоянного и переменного тока.

9. Влияние расчетного тока на показатели качества электрооборудования.

10. Стандартизованные значения напряжения судового электрооборудования.

11. Требования Правил Регистра СССР по применению напряжений для судового электрооборудования.

12. Ориентировочная связь значений мощности и напряжений СЭЭС.