5.5. Электромонтажная величина судов

Практика показала, что технологическая трудоёмкость внеш­него монтажа э/о пропорциональна общей длине L всех проклады­ваемых на судне кабелей и количеству N отдельных отрезков ка­белей. Технологическая трудоёмкость внутреннего монтажа э/о пропорцио­нальна суммарному количеству жил R всех прокладывае­мых на судне кабелей и суммарному сечению всех жил Q.

Так как для определения величин N , R ,Q необходимо боль­шое количество под­счетов, то в первом приближении для класси­фикации судов по объёмам ЭМР можно пользоваться общей длиной L всех прокладываемых на судне кабелей.

Электромонтажная величина судов	Вид судна	Общая длина всех прокладываемых на судне кабелей, км
1	Катера	до 15
2	Мелкие суда	15-40
3	Малые	40-100
4	Средние	100-200
5	Большие	200-300
6	Крупные	Более 300

Классификация судов по их электромонтажным величинам не­обходима для вы­бора наиболее целесообразной организации ра­бот.

6. Принципиальные технологии

6.1. Общие положения

Исключительно большое значение для правильной организации электромонтажного потока имеет выбор принципиальной техноло­гии выполнения работ по монтажу судового э/о. Необходимо уметь строить общий технологический план монтажа э/о на серии судов.

Форма организации ЭМР и принципиальная технология опреде­ляются ещё на стадии разработки технического проекта э/o судна. Принципиальной технологией, выполнения работ по мон­тажу судового э/о называют общий технологический план, опре­деляющий количество и состав технологических комплектов ра­бот, последовательность и продолжительность выполнения работ отдельных этапов и их взаимосвязь с общей технологией по­стройки судна. В основе разновидностей принципиальных техно­логий лежит один и тот же принцип - параллельной технологии. Параллельная технология основана на одновременном выполнении внешнего и внутрен­него монтажа э/о во всех, одновременно подготовленных к монтажу помещениях судна, с прокладкой каждого кабеля от аппарата до аппарата без промежуточных бухтований.

Основные направления совершенствования существующих организационно – технологических методов выполнения электромон­тажных работ.

В соответствии с принятым методом постройки судна в про­цессе разработки ор­ганизационно-технологического метода вы­полнения электромонтажных работ опре­деляют состав технологи­ческих районов монтажа и последовательность выполнения работ в них.

Электромонтажный район (эр) - часть судна, характеризую­щаяся относительной функциональной автономностью размещаемого в нём электрооборудования и опре­делённой изолированностью корпусной конструкции, а также технологически целе­сообразным объёмом работ. Территориально и по объёму работ эр в организацион­ной структуре электромонтажного цеха соответствует бригадному участку по внеш­нему монтажу. На каждый электромонтаж­ный район ЦКБ - проектант выпускает комплект рабочих чертежей по монтажу э/о.

Технологический район монтажа - часть судна, характери­зующаяся одновременностью формирования и подготовки к элек­тромонтажу расположенных в её пределах помещений и одновре­менностью выполнения в них электромонтажных работ. Технологи­ческие районы, как правило, образуют по территориальному прин­ципу. Границы районов в этом случае совпадают с границами од­ного или нескольких строительных районов (блоков) судна. В состав технологического района может входить один или не­сколько электромонтажных районов (бригадных участков. Деление судна на технологические районы производят в процессе разработки технического проекта технологии электромонтажных работ и уточняют на стадии разработки ра­бочего проекта техно­логии.

6.2. Виды принципиальных технологий выполнения электро­монтажных

работ

Виды принципиальных технологий выполнения электро­монтажных работ представлены в табл.6.1.

Таблица 6.1.

Основные принципы	Достоинства и недостатки	Рекомендации к применению
Параллельная технология
Одновременное выполнение внешнего и внутреннего монтажа э/о во всех подготовленных к монтажу помещениях судна, с прокладкой каждого кабеля от прибора к прибору без промежуточных бухтовок. Первоначально затягиваются магистральные кабели, в перерывах и после их укладки - местные	Позволяет выполнить монтаж судового э/о в очень сжатые сроки, обеспечивая высокую производительность труда и хорошее качество. Требует большого количества электромонтажников одновременно работающих на судне, предусматривает выполнение работ только после сдачи под монтаж всего судна	Применима при секционном и блочном методе постройке судна мелких, малых, средних судах в случаях, когда под монтаж может быть сдан целый корпус судна. При чётко налаженном ритме подачи судов под монтаж и создании необходимых организационно-плановых условий производства может применяться и для крупных судов серийной постройки (при коротком цикле их постройки)
Параллельно – районная технология
Основана на параллельном выполнении внешнего и внутреннего монтажа э/о различным составом в каждом технологическом районе. Предусматривает бухтовку кабеля при переходе из района в район. Судно разбивается на два района монтажа	Увеличивается продолжительность этапа монтажа э/о по сравнению с параллельной технологией. Несколько повышается трудоёмкость работ. Предполагается ограниченное число районов монтажа	Применима на средних и больших судах при любой серийности их постройки в случаях, когда по технологическим условиям один небольшой район судна подаётся под монтаж значительно позднее остальных помещений
Параллельно – блочная технология
Основана на выполнении монтажа э/о в отдельных блоках судна до их стыковки на стапеле. В этом случае каждый блок является самостоятельным технологическим районом монтажа, в пределах которого монтаж э/о выполняют по параллельной технологии. После стыков блоков производится сращивание кабелей	Увеличивается продолжительность монтажа по сравнению с параллельной технологией. Невозможна проверка схем до стыковки блоков на стапеле (без применения специальных имитаторов). Требуется разрезка магистральных кабелей, что увеличивает трудоёмкость работ	Применима только при блочном методе постройки серии мелких и малых судов в условиях обеспечения всех ЭМР в блоках до стыковки на стапеле
Параллельно – этапная технология
Основана на одновременном выполнении внешнего и внутреннего монтажа э/о во всех одновременно подготовленных к монтажу помещениях судна, но в два различны периода его постройки, разделённых между собой определённым промежутком времени	Значительно увеличивается продолжительность монтажа э/о, снижается производительность труда и качество работ по сравнению с параллельной технологией, затрудняется непрерывная загрузка рабочих	Применима исключительно при монтаже отдельных помещений судна, насыщенных оборудованием, когда оборудование располагается в несколько "слоев" и монтаж его можно производить только последовательно
Последовательно – районная технология
Основана на поочередном выполнении одним и тем же составом бригад внешнего и внутреннего монтажа э/о в отдельных строго ограниченных технологических районах судна подготавливаемых к монтажу не одновременно, а последовательно. В пределах каждого технологического района монтаж э/о выполняют по параллельной технологии. Предусматривает бухтовку кабеля при переходе из района в район.	Значительно увеличивается продолжительность монтажа э/о по сравнению с параллельной технологией, несколько, снижается производительность труда и увеличивается трудоёмкость из-за необходимости бухтовать магистральные кабели в местах переходов из района в район, их консервации и расконсервации	Применима на средних, больших и крупных судах единичной постройки, средних и больших судах мелкосерийной постройки, крупных судах при любой их серийности. Допускается к применению при монтаже судов с длительным циклом постройки, когда необходимо увеличить продолжительность этапа монтажа, не нарушая в то же время принципов параллельной технологии.
Узловая технология
Предусматривает перенос значительной части (свыше 50% ЭМР с судна в цех). В цехе производят сборку монтажных и кабельных узлов на шаблонных и натурных макетах. Монтажные узлы состоят из э/о с введёнными в него и включёнными кабелями, а кабельные узлы - из пучков разделанных и оконцованных с обеих сторон кабелей	Обеспечивается наименьшая продолжительность этапа монтажа э/о на судне, наибольшая производительность труда и высокое качество работ. Требуется резка магистральных кабелей при наличии на судне водонепроницаемых переборок, что ограничивает возможность её широкого применения	Рекомендуется к применению на катерах и мелких судах, где узлы можно монтировать без резки магистральных кабелей, при этом состав и содержание узлов должны определяться рабочими чертежами проекта судна. Принципы узлового монтажа должны применяться в максимально возможном объёме на судах любых типов
Автономно – районная технология
Основана на выполнении работ в отдельных автономно-монтажных районах (AMP) независимо от готовности основных районов судна. ЭМР в каждом районе начинаются с затяжки местного кабеля. Прокладка магистральных кабелей производится после выполнения в автономных районах основного объёма. работ по укладке местных кабелей по принципу "от короткого к длинному", т.е. сначала затягиваются магистральные кабели внутри автономного района, затем между смежными автономными районами и т.д. (по мере подачи AMP под монтаж). Кабели затягиваются без промежуточных бухтовок. Внутренний монтаж производится после укомплектования прибора всеми кабелями.	По сравнению с параллельной технологией увеличивается общая продолжительность электромонтажа судна. Сокращается общий цикл постройки судна, за счёт более раннего начала и окончания работ. Обеспечивается равномерная загрузка электромонтажных участков. Сокращается потребная численность электромонтажников, обеспечивается широкий фронт работ по всем специальностям. Поздняя готовность электрически схем к наладочным заботам (из-за позднего монтажа магистральных кабелей) создаётся напряжённая обстановка перед швартовыми испытаниями. Требуется обеспечение доступа к трассам магистральных кабелей в течение всех монтажных работ на судне. Требуется разработка соответствующей проектной документации с учётом принципов APT. Практически не возможна чёткая регламентация готовности участков районов к монтажу, вследствие чего APT может превратиться в выборочный монтаж	Рекомендуется к применению на средних, больших и крупных судах при любых способах формирования корпуса в условиях секционного и блочного методов постройки судна. Может быть применена на малых насыщенных судах при длительном цикле их постройки.
Выборочный монтаж
Работы выполняются в любых отдельных помещениях или их частях, где закончены корпусно-изолировочные работы. Кабели многократно бухтуются. Большая часть подготовительных работ выполняется одновременно с монтажом	Увеличивается трудоемкость и длительность монтажа, снижается его качество, невозможна равномерная загрузка электромонтажников различных специальностей, чёткая организация и нормальное планирование работ	Не рекомендуется к применению

Многие из описанных видов принципиальной технологии в со­временных условиях резкого роста электрификации и автома­тизации судов всех классов и назначе­ний имеют ограниченное применение или совсем не применяются.

Узловая технология, несмотря на свои достоинства, как метод электромонтажа всего судна применяется редко - в ос­новном при постройке малонасыщенных мелких судов и катеров. Это обусловлено значительными трудностями в опреде­лении точных длин отрезков кабелей и обеспечении сохранности запроектиро­ванного взаимного расположения приборов, кабельных трасс и смежных изде­лий относительно корпуса. В то же время принципы узловой технологии частично применяются при монтаже почти всех судов.

На этих принципах основана перспективная агрегатно-блочная технология электромонтажа, в которой узлы рассмат­риваются как простейшие виды сборочных единиц, при этом предполагается, что местные кабели, входящие в состав сборочных единиц более высоких уровней, должны поступать на участки сборки (для последующего монтажа) в виде узлов.

Широкое распространение получили параллельная и авто­номно-районная (АРТ) технологии. Наблюдается тенденция к все большему применению APT на крупных и средних судах, а в отдельных случаях также и на малых судах. Это вызвано не­прерывным усложнением судов и, как следствие, трудностями своевременного выполнения ЭМР в целом корпусе.

Основные требования, которым должны соответствовать со­временные организаци­онные методы выполнения ЭМР, сводятся к следующему:

- уменьшение зависимости работ по постройке судна от готовности ЭМР (сня­тие ЭМР с критического пути сетевого графика постройки судна);

- соответствие графику работ судостроительного завода;

- перенос максимально возможного объема работ с судна в цех, с целью повы­шения уровня механизации работ и произ­водительности труда;

- обеспечение равномерной загрузки электромонтажного цеха;

- снижение непроизвопительных затрат времени.

6.2.1. Агрегатно-блочная технология

Область применения

Модульно-агрегатный метод постройки характеризуется выполнением основного объема работ (в том числе и электромонтажных) не на стапеле, а в цеховых ус­ловиях - в сборочных единицах и блок модулях. Этот метод развивается на базе совершенствования блочного метода по­стройки судов. Агрегатно-блочная технология (АБТ) монтажа э/о, разработанная применительно к условиям модульно-агре­гатного метода постройки, также во многом базируется на ме­тодах монтажа при блочной постройки судов, в частности на принципах технологии критических зон. Для внедрения мо­дульно-агрегатного метода, не­обходима существенная модерни­зация производственной базы судостроитель­ного завода, в частности, строительство цехов агрегатных сборок, цеха сборки блок-модулей.

АБТ, разработанная применительно к условиям этого метода постройки, также ос­нована на выполнении основного объёма ЭМР в сборочных единицах вне стапеля и индустриализации этих работ путём выполнения наиболее массовых и трудо­емких производственных процессов и технологических операций в специализи­рованных цехах, участках, на рабочих местах.

Формирование объектов электромонтажа.

Объектами электромонтажа при АБТ являются сборочные еди­ницы (СЕ), блок-мо­дули судна и судно в целом.

Обычно блок-модули являются и технологическими районами монтажа. Однако, в случаях, когда блок-модули по размерам значительно меньше строительных рай­онов (блоков), принятых при постройке аналогичных судов другими методами и основная часть магистральных кабелей составляют межблочные кабели, (напри­мер, на очень крупных судах), допускается дополнительно разбивать судно на укрупнено-монтажные районы (УМР), охватывающие несколько блок-модулей. В этом случае судно сдаётся под электромонтаж по сборочным единицам в це­хах аг­регатных сборок по УМР - в процессе формирования кор­пуса из блок-модулей на стапеле, целым корпусом. Помещения смежных блок-модулей и УМР, находящиеся в забойной зоне, сдаются под электромонтаж после окончания всех монтажно-сты­ковочных работ вместе с последним из этих смежных блок-модулей и районов.

Окончательное формирование технологических районов мон­тажа производится на стадии разработки рабочего проекта технологии выполнения электромонтажных и регулировочных ра­бот.

В начале уточняется состав СЕ, в которых будут выпол­няться ЭМР, а также оп­ределяется их объём и сложность. С учётом получения данных и принятого в проекте деления судна на СЕ производится его разбивка на электромонтажные районы (бригадные участки). Такими районами может быть группа небольших СЕ, изготавливаемых на одном цеховом уча­стке, отдельные крупные СЕ (зональный блок, небольшой блок-модуль), часть крупного блок-модуля (помещения одной палубы, специализирован­ный пост и т.п.).

Выполнение ЭМР в группах мелких СЕ для каждого блок-мо­дуля, крупных зональ­ных блоках, каждом блок - модуле и УМР, корпусе судна фиксируется в сетевом графике постройки судна отдельными событиями.

Подготовительные работы в цехе и на судне.

Важным условием своевременного выполнения подготовитель­ных работ является обеспечение поэтапной поставки э/о и кабельных изделий с учётом сроков подготовки СЕ (в том числе и блок–модулей) и укрупнено - монтажных рай­онов под электромонтаж согласно сетевому графику постройки судна. Поставка всего э/о и кабельных изделий судна в один этап к началу ЭМP ведёт к замора­живанию материальных ресурсов на складах. К тому же за этот срок могут ис­течь гарантийные обязательства заводов поставщиков э/о.

Порядок выполнения электромонтажные работ при АБТ.

Электромонтажные работы производится в три этапа.

На первом этапе, в СЕ до зонального блока включительно, в цехе агрегатных сборок монтируются все кабели внутренних связей СЕ (расположенные от ад­реса до адреса в пределах данной СЕ). На втором этапе, в блок - модулях судна в цехе сборки блоков (на отдель­ных построечных позициях) после погрузки в блок - модули СЕ более низкого уровня монтируются кабели внутренних связей блок–модулей (т.е. внутриблочные ме­стные и магистральные кабели, не во­шедшие в состав СЕ других уровней). В технологически обоснованных случаях возможна прок­ладка до стыка блок-модуля кабелей внешней связи, при этом сво­бодные концы их должны быть сбухтованы и на период до сты­ковки блоков за­щищены от механических повреждений.

На третьем этапе, в блок-модулях в период формирования корпуса, а также в целом корпусе на стапеле и построечной набережной монтиру­ются кабели внеш­них связей блок-модулей (т.е. межблочные, местные и магистральные кабели). В тех случаях, когда судно дополнительно разбито на УМР, ЭМР вы­полняются в че­тыре этапа: первый и второй этапы аналогичны описанным, на третьем этапе ра­боты выполняются в блок-мо­дулях в период формирование УМР и на стапеле после полной подготовки их к монтажу, на четвертом этапе - на стапеле и до­строечной набе­режной в целом корпусе.

6.2.2. Модернизированная автономно–районная технология

В модернизированной автономно–районной технологи (АРТМ) более полно уч­тены требования производства, а также прин­ципы и опыт применения техноло­гии критических зон (и в пер­вую очередь - по схемному принципу образования техноло­гиче­ских районов монтажа). Существенные изменения претерпели принципы районирования судна. Так, вместо трех категорий районов (автономно-монтажный, электромонтажный и район-мо­дуль), предусмотрены две категории: автономно-мон­тажный район (АМР), так как по AMP судно подается под монтаж и элек­тро­монтажный (ЭР), так как по ЭР, соответствующим бригадным уча­сткам организацион­ной структуры электромонтажного цеха, ор­ганизуются работы на судне. Увели­чены размеры АМР - при де­лении судна по территори­альному признаку они соот­ветст­вуют одному или нескольким строительным районам (блокам) судна, из ко­торых формируется корпус. Предусмотрено образование AMP по схемному при­знаку, с выделением критических зон в от­дельные AMP,а также выделение на крупных судах в от­дельный AMP зон размещения основных трасс магистральных ка­белей в пределах всего судна или крупных его частей (в том числе кабельных коридоров). Наиболее целесообразным при обра­зова­нии таких AMP является включение в их состав всех поме­ще­ний, через которые проходят трассы кабелей, а также участков размещения отводов от трасс магистральных кабелей (до конечных приборов).

Порядок выполнения электромонтажных работ.

APТM основана на выполнении ЭМР в отдельных автономно-монтажных районах судна независимо от готовности к электро­монтажу остальных районов. Подготовка производства и выполне­ние ЭМР при данной технологии осуществляется по сле­дующему плану:

- в технологическом графике постройки судна выделяют чётко регламентированный этап монтажа э/о в каждом из AMP;

- поставку э/о и кабельных изделий планируют производить в несколько этапов (или в один этап), с учетом сроков подго­товки AMP под электро­монтаж;

- началу электромонтажных работ в AMP предшествует ком­плектация рабочей про­ектной документации на монтаж э/о, тех­нологическая комплекта­ция всего монтируемого э/о и кабелей по электромонтажным районам, выполнение полного объема слесарно-подготовительных и изоляционных работ в этих районах;

- суда подготавливаются и сдаются под электромонтаж по AMP, образован­ным как по территориальному, так и по схемному признаку. Технологией формирования кор­пуса судна должна быть обеспечена первоочередная подго­товка к ЭМР критических AMP. Последовательность и сроки представления AMP под монтаж устанавлива­ются технологическим планом выполнения ЭМР и графиком строительства судна;

- монтаж кабельных сетей в AMP начиняется с прокладки внутрирайонных магист­ральные кабелей, затем прокладываются местные кабели. Монтаж местных кабелей начинается с критиче­ских электросистем и с наиболее сложных электромонтажных узлов.

Межрайонные магистральные кабели прокладываются по мере подачи AMP под монтаж в несколько этапов, по основным направ­лениям затяжки кабелей. При отсут­ствии или малочисленности внутрирайонных магистральных кабелей монтаж ка­бельные сетей может начинаться с прокладки местных кабелей. В этом случае внут­рирайонные магистральные кабели прокладываются вместе с межрайонными.

- на крупных судах с большим объёмом работ по монтажу ма­гистральных кабелей их монтаж выполняется отдельным этапом (при технологической целесообразности). Возможны два варианта этапного монтажа магистральных кабелей:

- основные трассы магистральных кабелей выделяются в са­мостоятельный AMP, который подается под монтаж в первую оче­редь. Монтаж других AMP производится в установленном выше по­рядке, при этом первоначально заканчиваются работы по про­кладке магистральных кабелей;

- подготовительные и ЭМР в каждом AMP выполняются в два этапа: в начале под­готавливаются и сдаются под электромонтаж помещения или части их, где расположены основные трассы маги­стральных кабелей, прокладываются магистральные кабели, под­готавливаются и сдаются под электромонтаж остальные помещения AMP, затем производится внешний и внутренний монтаж во всех помещениях AMP.

В случае монтажа трасс магистральных кабелей отдельным этапом изоляционные и покрасочные работы к началу ЭMP выпол­няются в объемах, обеспечивающие про­кладку трасс магистраль­ных кабелей;

- все кабели прокладываются от адреса до адреса без про­межуточных бухтовок. При крупноблочном изготовлении надстроек и корпуса судна, предусматривающем на­сыщение блоков э/о и ка­белем вне стапеля до стыковки блоков, в обоснованных слу­чаях допускается применение кабельных соединителей для соединения магистраль­ных кабелей, расположенных в разных блоках, а также бухтовка этих кабелей;

- каждый затянутый и окончательно уложенный по всей трассе кабель вводят в э/о. Внутренний монтаж э/о одновре­менно начинается с внешним монтажом;

- монтаж э/о, в котором рациональное размещение жил кабе­лей возможно только по­сле ввода в прибор всех подключаемых к нему кабелей (например, при увязке жил в жгуты), начинается после укомплектования его всеми кабелями, в том числе и маги­стральными;

- монтаж штепсельных разъемов (ШР) на кабелях, подключае­мых к прибору через разъемы, двухстороннее оконцевание мест­ных кабелей и односторонне-магистраль­ных, по возможности, производят в цеховых условиях;

- регулировочно-сдаточные работы выполняют по мере завер­шения монтажа элек­тросистем в AMP и целом корпусе судна;

- организацию ЭМР при серийном строительстве судов реко­мендуется осуществлять на принципах электромонтажного потока.

6.2.3. Определение технического уровня электромонтаж­ного производства в судо­строении

Под техническим уровнем (ТУ) электромонтажного производства понимается совокуп­ный показатель, количественно характеризую­щий степень совершенства применяе­мых предприятием технологи­ческих процессов, средств механизации и оснастки.

Определение ТУ электромонтажного производства произво­дится с целью:

- выявления фактически достигнутого ТУ;

- принятия обоснованных управленческих решений по повыше­нию ТУ;

- целенаправленного формирования планов технического про­гресса.

В судовом электромонтажном производстве устанавливаются следующие подвиды производства:

Шифр подвида производства	Наименование подвида производства
01	Цеховые работы
02	Подготовительные работы и внешний монтаж
03	Внутренний монтаж
04	Регулировочно – сдаточные работы

Каждый подвид судового электромонтажного производ­ства разбит на виды работ. Определение технического уровня электромонтажного производства производится на базе:

- принятого типового разделения всего электромонтажного производства на виды работ;

- установленных пяти базовых значений технического уровня: 0,200; 0,400; 0,600; 0,800; 1,000.

Установленные пять базовых значений ТУ электромонтажного производства харак­теризуются следующим:

- наивысшему техническому уровню I,000 соответствует автоматизированное цеховое производство, с объемом вынесенных ЭМР с судов в цехи не менее 50%;

- уровню 0,800 соответствует комплексно-механизированное цеховое производство, с объемом вынесенных ЭМР с судов в цехи не менее 25%;

- уровню 0,600 соответствует механизированное цеховое про­изводство, с объёмом вынесенных ЭМР 15%;

уровню 0,400 соответствует производство с частичной или полной механизацией технологических процессов монтажа;

уровню 0,200 соответствует ручное производство с частич­ной механизацией труда.

ТУ судового электромонтажного производства цеха определя­ется по судну, объём производства, по которому составляет наибольшее значение в программе электро­монтажного цеха. При этом в случае, когда цех выполняет электромонтажные ра­боты на судах, отличающихся принятой технологией ЭМР, для опреде­ления ТУ вы­бирается по одному судну из каждой группы судов с одинаковой технологией.

Расчёт ТУ электромонтажного производства по предприятию.

Расчетные формулы.

ТУ по предприятию рассчитывается в следующей последова­тельности:

- по каждому электромонтажному цеху определяются проекты судов, наиболее полно характеризующие уровень применяемой при их монтаже техники и технологии производства и имеющие наи­больший удельный вес (по трудоемкости) в программе цеха;

- с помощью системы определителей и формул находится ТУ каждого вида работ, подвида производств и общий ТУ по дан­ному проекту;

- определяется ТУ производства по каждому цеху;

- определяется значение ТУ по предприятию в целом.

ТУ вида работ определяется по формуле:

где: - численное значение ТУ по определителю вида работ; - коэффици­ент весомости определителя; - количество рядов определителей в данном виде работ.

7 Элементы монтажа

В качестве элементов электромонтажа принимается кабель, оборудование, мате­риалы.

7.1. Кабель

Одним из основных предметов труда судовых электромонтаж­ных работ являются судовые кабели и провода, поэтому необхо­димо знать их основные характеристики и монтажные качества.

В зависимости от назначения и конструктивного исполнения кабели, применяемые на судах, разделяются на группы (рис.7.1.)

Как сказано в стандарте, судовым кабелем называется, один или несколько изолиро­ванных гибких электрических проводников, заключенных в общую защитную обо­лочку, допускающую непосред­ственную прокладку по стальным деталям корпусного набора по сырым помещениям и на открытых палубах.

Основные технические данные кабелей:

- марка;

- конструкция (конструкции жилы, количество экранирован­ных и неэкранированных жил, сечение жил, мм² , наружный диа­метр и допуски отклонений);

- материал изоляции жил и оболочки (резина, пластмасса);

- строительная длина отрезков, м;

- наибольшее рабочее напряжение;

- наименьший допустимый радиус изгиба, выраженный в диа­метрах кабеля;

- предельная температура на жиле при эксплуатации;

- срок службы.

Рис.7.1. Типы судовых кабелей

Практически ни одна из этих характеристик не может игно­рироваться при монтаже. Однако, значение этих характеристик не одинаково.

Основными конструктивными элементами судовых кабелей, яв­ляются токопро­водя­щие жилы, изоляция, экраны, шланговая оболочка. Токопроводящие жилы ка­белей, применяемых на судах, изготавливаются, как правило, из отожжённой электротехниче­ской меди ММ I (медь мягкая, содержащая не более 0,01% посторон­них при­месей). Числом проволок, образующих токопроводящую жилу, определяется гиб­кость кабеля. В зави­симости от конст­рукции токопроводящих жил, кабели делят на: предназначенные для не­подвижной прокладки, для подключения к подвижным токо­приемникам и особо гибкие. На судах используются все указан­ные типы кабелей. Число токопроводящих жил в ка­белях может быть различным.

В обозначениях судовых кабелей буквы расшифровываются следующим образом:

К-кабель, М - малогабаритный, Р - резиновая изоляция или оболочка,

П- поли­этиленовая изоляция, В- поливинилхлоридная оболочка, Н- резиновая оболочка не распространяющая горения, Э-экранированные жилы или общий экран из медных прово­лок, С - кабель связи, Т- телефонный кабель, У- кабель управления. Встре­ча­ются случаи когда, эти буквы могут иметь и другое значение, определяемое спе­ци­фикой конкрет­ной технической до­кументации. Как правило, марка кабельного изде­лия состоит из букв, которые обозначают назначение кабеля и материалы его отдельных конструк­тивных элементов. Условное обозначение ка­беля с тремя медными жи­лами сечением 70 мм² с резиновой изоляцией и в резиновой оболочке, не распро­стра­няющей горе­ния, будет иметь вид: КНР 3X70 мм², а малогабаритного кабеля с се­мью экранирован­ными жилами сечением 0,5 мм² с полиэтиленовой изоляцией, в поливинил­хлоридной оболочке и в общем экране - КМПРВЭ 7х0,5 мм².

Кабель используется для передачи электроэнергии различной мощности, в связи с этим сечения токопроводящих жил образуют ряд: 0,35; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240мм².

Одно­жильные судовые ка­бели изго­тавливаются и с большими сечениями токопроводящих жил - 300мм².

В качестве изоляционных материалов для токопроводящих жил кабелей приме­няются кремнийорганические, этиленпропиле­новые резины, полиэтилен, фторопласт, магнезия и ряд дру­гих мате­риалов.

Для защиты кабелей от внешних помехонесущих полей, а так же в целях сниже­ния уровня полей, создаваемых самими ка­бе­лями, предусматри­ваются электромаг­нитные экраны. Они из­готов­ляются в виде оплётки из медных проволок диаметром 0,12 - 0,15 мм, либо из медные лент, накладываемых друг на друга с перекрытием 20%. Для экранировки жил в телефонных кабелях используется металлизированная бумага. Защита от механиче­ских воздействий обеспечивается путем использования общей оплетки из стальных оцинкованных проволок (панцирные ка­бели). С целью повышения помехозащищённости в некоторых кон­струкциях кабелей применяется парная скрутка жил, так на­зы­ваемый бифиляр.

Определение характеристик кабелей.

Судовые кабели рассчитаны на работу в интервале темпера­тур окружающей среды от -40 до + 45°С (при неподвижной про­кладке) и от -30 по +45°С (при работе с подвижными токопри­емниками), а также при влажности 100% и температуре 35°С. Кабели до­лжны обладать стойкостью к воздействию вибрационных и ударных нагрузок и не распространять горения (не более I мин).

Допустимый нагрев кабелей под воздействием токовой на­грузки и темпера­туре t^о окружающей среды определяется теплостойкостью применяемых электроизо­ляционных и шланговых материалов показан в табл. 7.1.

Таблица 7.1.

Температура, °С	65	70	85
Материал изоляции	резина	полиэтилен	Сшитый полиэтилен, кремнийорганическая резина
Оболочки	Резина, поливинилхлорид	Поливинилхлорид

Ресурс кабелей различных марок при эксплуатации в диа­па­зоне рабочих темпе­ратур колеблется от 50 по 100 тыс. ча­сов, срок службы составляет от 12 до 25 лет.

Прокладка кабелей допускается при температуре не ниже - 15°С. Изгиб кабелей при монтаже, а также в процессе его экс­плуатации в зависимости от особенностей конкретной конст­рук­ции допускается с радиусом не менее 5-10 наружных диамет­ров кабеля. При выборе типа кабелей и их сечения необходимо знать как электриче­ские, так и тепловые характеристики.

Кабели, применяемые на судах, как правило, рассчитаны на номиналь­ное напряжение 690В переменного и 1100В по­стоянного тока. Однако, в ряде случаев, (например, в системах электродвижения) могут использо­ваться и высоковольтные кабели на напряжение 3,3; 6,6 и 10 кВ. Силовые кабели рассчитаны на эксплуатацию при частоте пере­менного тока до 400 Гц, а частотный диапазон кабелей контроля и управле­ния может достигать 200 кГц. Элек­трическое сопротивление токопроводящей жилы кабеля постоянному току определяется:

где: = 0,01757 - удельное электрическое сопротивление для меди при t^о = +20°С; l– длина токопроводящей жилы, м; S – поперечное сечение жилы, мм².

При температуре нагрева токопроводящей жилы, отличной от t^о = +20°С, ее электрическое сопротивление постоянному току может быть опре­делено из равенства:

, Ом

где: - температурный коэффициент электрического сопро­тивления для меди = 0,004 на 1°С.

При переменном токе вследствие изменяющегося электромагнитного поля, сопротивле­ние токопроводящих жил кабеля увеличивается, что обусловлено поверхностным эффектом и эффектом близости.

Рис.7.2. Отношение активного сопротивления жил кабеля на различных частотах к сопротивлению постоянному току при различных сечениях

Изменение отношения ак­тивного сопро­тивления медных скрученных токопроводящих жил кабелей на пе­ре­менном токе к сопротивлению на постоянном токе, вследствие этого, в зависимо­сти от величины сече­ния показано на рис.7.2.

При частоте тока 50 Гц сопротивление токопроводящих жил кабеля возрастает, если сечение превышает 240 мм².

Индуктивность цепи характеризуется отношением потока к току, создающему этот поток. Индуктивность двухжильного ка­беля определяется на основании пара­метров, показанных на рис. 7.3.

Рис.7.3. Основные параметры, используемые при расчете кабеля

При этом для неэкранированного кабеля используется фор­мула:

а для экранированного - формула:

С возрастанием частоты передаваемого тока индуктивность увеличивается. Ин­дуктивность каждой жилы трехжильного кабеля или трёх одножильных кабелей, расположенные в вершинах равно­стороннего треугольника, определяется аналогичным образом.

В случае расположения трех одножильных кабелей в одной плоскости индуктивность среднего кабеля определяется по фор­муле для неэкранированного кабеля. В этом случае в качестве следует принимать расстояние между осями двух соседних кабе­лей. Индуктивность крайних кабелей определяется по формуле:

где r – радиус жилы, i_a., i_c- сила тока в крайних проводах А и С.

В трёхжильном кабеле в каждый момент времени сумма вели­чин тока во всех жилах равна нулю, и результирующий магнитный поток в окружа­ющем их пространстве (на некотором удалении от них) практически тоже равен нулю. Индуктивное сопротивление жилы кабеля рассчитывается по формуле:

Ёмкость одножильных экранированных жил, включая и радиочастотные, относительно экранной оболочки будет равна:

R - радиус кабеля; - диэлектрическая проницаемость мате­риала изоляции.

Ёмкость, одной жилы двухжильного кабеля в общей ме­таллической оболочке определяется по зависимости:

а емкость между жилами трехжильного кабеля - по формуле:

Под действием проходящего по кабелю электрического тока выделяется тепло­вая энергия. Основными источниками тепла в кабеле являются потери в токопрово­дящих жилах, а также в изо­ляции и металлических оболочках одножильных кабелей, исполь­зуемых в системах переменного тока.

Мощность тепловых потерь в токопроводящих жилах в расчёте на 1м длины ка­беля будет определяться выражением:

где: n -число токопроводящих жил кабеля; I -ток нагрузки, А; R -омическое (на постоянном токе) или активное (на пере­менном токе) электрическое сопротивление токопроводящей жилы.

Тепловые потери в изоляции рассчитываются по формуле:

где: - угловая частота; С- емкость кабеля ; U -фазное напряжение; -угол потерь.

Мощность электрических потерь в изоляции при достаточно высоких (десятки киловольт) напряжениях, а также при высоких частотах передаваемого тока становится соизмеримой с Рж. При рассмотрении тепловых режимов в низкочастотных судовых кабе­лях величина Р_из не учитывается.

Тепловые потери в металлических оболочках одножильных ка­белей, используе­мых для передачи электроэнергии переменного тока, обусловлены индуктированной ЭДС и появлением уравни­тельных токов. Эти потери зависят как от взаимного рас­положе­ния кабелей, так и от расстояния между ними. При пропускании тока проис­ходит нагрев кабеля и, следовательно, изменение его температуры Θ. Соответст­вующие зависи­мости приведены на рис.7.4.

Рис.7.4. Изменение температуры кабеля при нагревании во вре­мени

1 - начальное повышение температуры;

2 - перепад температуры между токопроводящей жилой и окружающей средой;

3 - теплоотдача в окружающую среду.

Установившийся тепловой режим θ=θmax наступает тогда, ко­гда количество те­пла, выявляемого в кабеле, будет равно коли­честву тепла, отводимого с его поверх­ности. Тепловые процессы в кабелях можно рассчитывать, пользуясь аналогией ме­жду элек­трическими и тепловыми полями.

Так для электрической цепи справедлива формула:

(закон Ома)

где: S- сечение кабеля; - его удельное сопротивление, r – электрическое сопротивление. Теп­ловое поле рассчитыва­ется по зависимости:

(тепловой закон Ома)

где: - удельное тепловое сопротивление; А - поперечное се­чение кабеля,

s – тепловое сопротивление.

За единицу теплового сопротивления принимается тепловой Ом, при котором ламинарный тепловой поток мощностью I Вт соз­даёт перепад температуры в направлении силовых линий равный 1°С.

Тепловой закон Ома распространяется и на отдельные уча­стки кабеля, через ко­торые проходит этот поток.

Тепловое сопротивление кабеля может быть выражено в виде суммы теплового сопротивления изоляции Sиз теплового сопро­тивления оболочки Sоб и теплового сопротивления поверхности S_п:

Sк = Sиз + Sоб + S_п

При определении тепловых сопротивлений кабелей различной конструкции ис­пользуется три основных метода:

- аналитический, который сводится к решению уравнений Ла­пласа на плоскости;

- графический, сущность которого заключается в построении картины теплового поля по общему методу построения потенци­альных полей и в вычислении тепловой проводимости кабеля как суммы проводимостей отдельных силовых трубок тепло­вого поля;

- изучение поля на моделях.

В соответствии с тепловым законом Ома в установившемся теп­ловом режиме нагрузки перепад температуры между токопрово­дящей жилой и окружающей средой определяется формулой:

где: , S – тепловое сопротивление.

Если вместо подставить значение для дан­ного класса используемых в кабеле изоляционных материа­лов, то можно определить номиналь­ный ток кабеля:

отсюда

С целью снижения габаритов кабельных трасс на судах в ос­новном применяется групповая прокладка кабелей (рядами, пуч­ками). При этом имеет место взаимное те­пловое влияние кабелей и уменьшается поверхность теплоотдачи в окружающую среду. Для того чтобы избежать перегрева кабелей, токовые нагрузки в них должны быть существенно ниже, чем при одиночной про­кладке. Нагрузки устанавливают исходя из условий:

Таким образом, номинальный ток кабеля при одиночной и груп­повой прокладках определяется главным образом допустимой тем­пера­турой нагрева его изоляционных материалов и величиной теп­ло­вого сопротивления. Следует иметь в виду, что изоляцион­ные и шланговые материалы кабеля при нагреве также снижают свои физико-механические характеристики. Процесс разрушения (теплового старения) развивается постепенно по мере проник­новения кислорода вглубь слоя изоляции, он сопровождается по­явлением трещин и увеличением хрупкости материа­лов. Исследованиями установлено, что увеличение температуры на­грева на 10-15°С снижает его ресурс приблизи­тельно в 2 раза.

Установившаяся температура нагрева кабеля (или группы ка­белей) рассчитыва­ется по формуле:

,

если к началу кратковременного режима температура, ка­беля (или группы) была равна температуре окружающей среды, и по формуле:

,

если кабель (или группа кабелей) к началу режима имел пре­вышение температуры над окружающей средой равное . В этих вы­ражениях Т - постоянная времени нагрева кабеля (или группы кабелей). К концу режима работы под нагрузкой нагрев кабелей должен достигнуть температуры, предельно допустимой для изоля­ции данного типа, в связи с чем ток нагрузки I_к мо­жет достигнуть значения, определяемого выражением:

где: Iн - номинальный ток нагрузки.

При повторно-кратковременной нагрузке периоды работы чере­дуются с кратко­временными паузами. Однако к концу периода ра­боты температура нагрева кабеля не успевает постигнуть уста­новив­шегося значения, а к концу паузы не успевает охла­диться по температуры окружающей среды. В этом режиме нагрузки пре­дельно допустимый ток определяется из зависимости:

где: t1 – длительность периода нагрева; t2 - длитель­ность периода охлаждения.

7.1.1. Характеристика кабелей и кабельных сетей

Падение напряжения определяют как произведение тока, про­текаю­щего по кабелю, на электрическое сопротивление его токо­прово­дящих жил. Потерей напряжения называется арифметическая раз­ность значений напряжение в начале и в конце кабеля (соот­ветственно у источника и потребителя). Схема замещения и векторная диаграмма представлены на рис.7.5.

При постоянном токе падение напряжения и потеря напряжения равны между собой. При переменном токе падение напряжения равно геометрической разно­сти векторов напряжения в начале и в конце отрезка кабеля и не равно потере напряжения.

Потеря напряжения выражается отрезком ad, представляю­щими арифметическую разность векторов V1 и V2, а падение на­пряжения – отрезком aе, являю­щимся их геометрической разно­стью. Из векторной диаграммы следует:

где: l – длина кабеля; R – электрическое сопротивление токопроводящих жил на единицу длины.

Для трехфазной сети получаем равенство:

где: - индуктивное сопротивление кабеля на единицу длины.

Рис.7.5. Схема замещения и векторная диаграмма

а) схема замещения кабеля, включенного на зажимы однофазного источника и потребителя; б) векторная диаграмма напряжений на от­дельных участ­ках схемы.

При определении потерь напряжения в судовых кабельных сетях с f =50 Гц реактивным сопротивлением кабелей можно пре­небречь, так как оно значительно меньше активного. С ростом частоты увеличивается как активное, так и индуктивное сопро­тивления токопроводящих жил.

Так при f=400 Гц активное сопротивление кабеля 3х70мм² по сравнению c f=50Гц возрастает на 13%, а XL- в 8 раз. При этом Xl и R в большинстве случаев становится соизмеримыми. При f =400Гц для кабеля 3х70мм², cos = 0,7, реактивная составляю­щая потери напряжения может постигать 67% полного значения, а для кабелей 3х240 мм² – 75%. С изменением сечения от 0,75 мм² до 400мм² R уменьшается в 575 раз, тогда как XL -в 1,6 раза.

По этой причине существенно снизить потери напряжения в трассе путем применения кабелей большего сечения не уда­ётся. Эффективным методом снижения потерь является дробление сече­ния. Действительно, если заменить один кабель 3х70мм² двумя 3х35мм², то сопротивление трассы практические не изменится, а реактивное уменьшится почти в 2 раза. Соответственно умень­шится и реактивная составляющая потери напряжения.

7.1.2. Монтаж кабелей

Под монтажом кабелей понимают такие технологические про­цессы, как прокладка, разводка, разделка и ввод кабеля в электрооборудование.

Прокладка кабеля включает затяжку магистрального и мест­ного кабеля, а также укладку и крепление их по трассам от од­ного прибора до другого. При этом магист­ральными принято на­зывать кабели, проходящие через одну или более водогазоне­про­ни­цаемых переборок или палуб. Местными называются кабели, не выходящие за пределы по­мещений, ограниченных водогазонепроницаемыми переборками.

Разводка, кабеля включает укладку и крепление его непо­средственно у электро­обо­рудования. Прокладке кабеля предшест­вует определение его длины, которое вы­полня­ется в основном на головном и уточняется, как правило, на первых серийных зака­зах.

Способы разводки кабелей и условия их примене­ния показаны в табл.7.2.

Таблица.7.2. Способы разводки кабелей и условия их примене­ния.

Способ разводки	Условия применения
Открытым веером	Отверстия для ввода кабелей должны быть расположены с одной стороны корпуса и именно с той стороны, с которой подходят кабели
Скрытым веером	Отверстия для ввода кабелей должны быть, расположены с одной стороны корпуса, кабели должны проходить под электрооборудованием
Открытая по периметру	Для одиночно установленного электрооборудования, в корпусе которого отверстия для ввода кабелей расположены с двух или четырёх сторон
Скрытая по периметру на индивидуальных конструкциях	Для разводки небольших пучков кабелей при тесном расположении электрооборудования и отсутствии свободного места для открытой разводки.
Скрытая по периметру на монтажной решетке	Для разводки больших пучков кабелей при тесном расположении электрооборудования и при невозможности подвести кабели к сальникам без образования большого числа перекрещивания.
Комбинированная	Для разводки нескольким пучков кабелей, подходящих с разных сторон: для одной части кабелей используется разводка открытым веером, а для другой открытая разводка по периметру на монтажной решётке или любой другой удобный способ.
Групповой	Для разводки кабелей около группы установленных в непосредственной близости друг от друга приборов (способ применяется главным образом для кабелей, идущих к приборам проводной связи, установленным на общей конструкции)
Разводка внешнего запаса длины кабеля	Для разводки около осветительной арматуры, где необходимо оставлять внешний запас для обеспечения двух - трёх перезарядок (запас кабелей может крепиться к держателю арматуры скобами)

Заготовительная длина кабеля определяется как суммарная длина трассы, по кото­рой проходит кабель, с учетом изгибов у переборок, палуб и оборудования, в кото­рое он заводится, а также длины, необходимой для ввода кабеля в электрооборудова­ние, которая определяется расстоянием от места ввода до наиболее удалённого кон­такта. Результирующие значения длин кабе­лей заносятся в соответствующие техно­логи­ческие документы. При проектировании трасс прокладки кабелей следует иметь в виду, что они должны быть в основном прямолинейными и по воз­можности не проходить через бимсы (поперечная балка между шпангоутами), шпангоуты и про­чие элементы набора корпуса судна. Прокладка и крепле­ние кабелей осуществляется одним из следующих способов: в кабельных подвесках, на скоб - мостах, панелях, бонах, в желобах и трубах. Допустимое расстояние ме­жду ка­бель­ными подвесками лежит в пределах от 250 до 400 мм. Оно зависит от типоразмера под­вески, а также от изоляции кабеля. Устройства крепления на поворотах должны быть установлены таким образом, чтобы выдерживался допустимый радиус изгиба кабеля наибольшего диаметра и обеспе­чивался прямолинейный участок трассы от точки крепления до начала пово­рота не ме­нее 50 мм. Для обеспечения качественного уплотнения кабельных трасс на расстоянии 200-400мм от них, у приборных сальников прямолинейный участок должен быть не менее 1,5 высоты гайки сальника.

Затяжка, кабелей является одним из самых ответственных и трудоемких процессов электромонтажных работ, которому пред­шествует комплекс подготовительных операций, основными из которых являются:

- демонтаж оборудования и систем, мешающих прокладке и креплению кабелей, который должен выполняться в соответствии со специальной ведомостью, входящей в состав технологической документации;

- подготовка групповых сальников и кабельных коробок к затяжке с разме­ще­нием около них чертежей расположения кабелей;

- установка технологической оснастки для затяжки кабелей.

Кроме того, необходимо убедится в отсутствии в отверстиях для прохода кабеля через наборы корпуса судна заусениц и острых кромок.

Основные требования, которые следует соблюдать при выполнении затяжки кабелей, заключаются в следующем:

- температура окружающей среды при выполнении работ с кабелями должна быть не ниже - 15°С;

- каждый кабель затягивается по трассе до места назначения в соответст­вии с принятой технологией ЭМР, после затяжки сразу же окончательно уклады­вается и маркируется штатными бирками;

- размотку кабельного барабана следует производить вра­щением его щеки;

- при укладке кабель следует увязывать на поворотах и, где это необхо­димо, на прямолинейных участках;

- при бухтовке концов кабелей бухту следует подвешивать на специальных подвесках.

Магистральные кабели могут затягиваться в основном двумя способами:

- односторонним - применяется при длине концов кабе­лей до 50 м, затяжка выполняется в одном направлении;

- двусторонним - применяется, как правило, при длине концов кабелей более 50м.

Контрольной переборкой называют первую переборку, через которую проходят кабели в направлении затягивания. Стоп - маркой называется, кольце­вая марка из изоляционной ленты, которая накладывается на кабель на заранее рассчитанном расстоянии от его концов.

Подход стоп - марки к контрольной переборке свидетельствует об окончании затяжки кабеля в одном направлении.

7.1.3. Оптические кабели

Процесс цивилизации связан с быстрым возрастанием потоков информации, опере­жающим развитие производительных сил обще­ства. Наилучшим носителем инфор­мации на значитель­ные рас­стояния, вплоть до космических, признаны электромаг­нитные волны.

Оптические кабели содержат группу световодов - оптических диэлектрические вол­ново­дов. В отличие от волноводов с метал­лическими границами, дисперсия сигнала в свето­водах мала, а коэффициент затухания не зависит от попереч­ных размеров све­товодов. Эти особенности световодов и свойства материалов в оптическом диапа­зоне определили уникальные качества светово­дов, у которых сочетаются малые по­перечные размеры, по­рядка 0,1-1 мм, малый коэффициент затухания порядка 1-5 дБ/км, вы­сокая скорость пе­редачи информации, до I-100 Гбит/с и высо­кая степень экранировки и защиты от внешних электромагнитные воздействий. Благодаря этому плотность инфор­мации, отнесён­ная к поперечному сечению кабеля, весьма велика и на несколько порядков превосходит наивысшие возможности всех других из­вестных линий связи.

Впервые диэлектрические волноводы теоретически исследо­ваны Хондросом и Де­баем в I910 г., а экспериментально - Ца­ном в 1914г. В дальнейшем, наряду с разви­тием теории, на­ча­лось их практическое использование в технике передающих линий от метрового до мил­лиметрового диапазонов, для построе­ния диэлектрических стержневых антенн.

Примерно с 1960г. начались теоретические и эксперимен­тальные исследова­ния све­тово­дов - диэлектрических волноводов оптического диапазона. Возникновение тео­рии и тех­ники опти­ческих кабелей можно отнести к 1970г., когда были получены световоды с ко­эффициентом затухания менее 100 дБ/км и отпали все сомнения в их практической пригод­ности. 1980г. является началом широкого внедрения оптиче­ские кабелей во все системы передачи и обработки информации.

Назначение и состав оптических кабелей

Оптический кабель (ОК) предназначен для передачи информа­ции содержащейся в модулиро­ванных электромагнитных колеба­ниях оптического диапазона. В настоя­щее время исполь­зуется диапазон λ=0,8-1,6 мкм, соответствующий ближним инфра­красным волнам. В экс­периментальных установках часто работают с излучением ге­лий-неонового лазера (λ=0,63 мкм). Прогнозируется расширение рабочего диапазона в область более дальних инфра­красных волн λ=5-10 мкм. Оптический кабель содер­жит от од­ного до сотен свето­водов.

Световод (СВ) - направляющая система для электромагнитных волн оптического диапа­зона. Практическое значение имеют только волоконные СВ, изготовленные из высокопро­зрачного стекла или полимера. Для концентрации поля волны вблизи оси СВ использу­ется явление преломления и полного отражения в волокне с показателем преломления n, уменьшающемся от оси к периферии плавно либо скачками.

Световод состоит из оптического волокна и покрытия.

Оптическое волокно (ОВ) из стекла изготавливается обычно с внешним диаметром 100-150 мкм, а полимерные - диаметром 300-1000 мкм.

Физические свойства ОВ. Спецификой ОВ является их высо­кая чувствительность к внешним механическим воздействиям. Кварцевые 0В имеет малый температурный коэффициент расшире­ния - α_т=0,5^.10^-6к^-1, высокий модуль упругости Еов=60-80ГПа и низкий предел упругого растяжения, при относитель­ном удлине­нии ε = 0,5-1,5% оно ломается. Поверхностные слои обладают большой прочностью, поэтому средний модуль Юнга уве­личива­ется при утончении ОВ.

Конструкция световода. Покрытие СВ должны защищать 0В от атмосферных воз­действий и деформаций, вызванных внешними си­лами. СВ образуется из ОВ нанесе­нием нескольких защитных по­крытий, первичное покрытие -тонкая (5-10мкм) ла­ковая плёнка (Л) из ацетата целлюлозы, эпоксидной смолы, геликона, уретана или других аналогичных материалов, она защищает от контакта с атмосферой, препятствует образованию микротрещин на поверхности, сохраняя его механическую прочность.

Рис.7.6. Конструкция световода

Эта плёнка наносится сразу после вытяжки на ещё горячее волокно напылением либо протягиванием 0В через сосуд с соответствую­щим раствором.

Назначение следующих слоёв - устранение воздействий на 0В поперечных сил и увеличения прочности СВ на разрыв. В про­стейшем случае (Рис. 7.6.а) это однослойное полимерное покрытие П, например полиэтилен, нейлон с внешним диаметром 0,5-1мм.

Гораздо лучше эти функции выполняет двухслойное покрытие (Рис.7.6.б): внутренний мяг­кий слой М, например, из силиконовой резины с модулем Юнга Е =1-2 МПа, толщи­ной 500-100мкм защищает 0В как от поперечных, так и от продольных на­пряжений, наружный жёсткий слой Ж с внешним диаметром 0,5-1мм воспринимает все внеш­ние усилия. Подходящим материалом для внешнего слоя является нейлон. Альтернативой служит трубчатая конструкция покрытия (рис.7.6 в). Трубки Т должны иметь гладкие стенки, малую усадку при старении при высоком модуле уп­ругости. Этими свой­ствами обладает, например, трубки из пропилена. Пространство ме­жду Т и 0В, покрытым Л, может быть заполнено воздухом. Однако лучшие резуль­таты даёт заполнение гелием (Г). Такая конструк­ция более виброустойчива.

Конструкция ОК. Кабель объединяет группу световодов в одно конструктивное це­лое и обеспечивает их защиту от всевоз­можных внешних воздействий. Как правило, в состав ОК кроме СВ входит силовые армирующие элементы, демпфирующие слои и на­ружное покры­тие.

Силовые элементы (СЭ) изготавливаются из материалов с вы­соким модулем Юнга. Их основное назначение-восприятие продоль­ных нагрузок при растяжении и изгибе с тем, чтобы рас­тяжение СВ нe превосходило допустимых значений. Силовое эле­менты могут размещаться в центре ОК, образовывать концентри­чес­кие слои, либо армировать полимерное покрытие. В качестве СЭ могут быть использованы высокомодульные волокна или сталь­ную проволоку.

Демпфирующие слои изготавливаются из мягких полимеров, бу­маги, синтети­ческой ваты, и т.п. Они изолируют СВ от внеш­них механических напряжений и предостав­ляют им относительную свободу перемещений при деформациях всего ОК. В то же время они должны обладать значительным внутренним трением, чтобы гасить коле­ба­ния СВ при вибрациях ОК.

Наружное покрытие изолирует сердечник кабеля от климатиче­ских и механических воздействий, проникновения внеш­ней среды, воспринимает продольные и попереч­ные нагрузки, придает необхо­димую жёсткость всей конструкции. Его состав зави­сит от на­значения кабеля. Как правило, в него входят полимерные слои (например, из полиэтилена), которые часто арми­руются силовыми элементами, включаются также самостоятельные повивы стальных проволок. Обеспечивает гидроизоляцию покры­тие компаундными смо­лами или применение двухслойной ленты из алю­миния и по­лиэти­лена, которая сваривается в трубку продольным швом.

Классификация ОК по применению. В соответствии с местом в системах связи, те­леметрии, передачи данных различают следую­щие типы ОК: монтажные (внутриблочные), внутриобъектовые (для меж­блочных соединений в AТC, ЭВМ, нa предприятиях, самолетах, ко­раблях, а также для абонентских линий связи), межобъектовые (городская связь, соединительные линии между АТС, между це­хами круп­ных предприятий), линейные (областная, междугородная и между­народная связь). Конструкция межобъектовых и линейных ОК существенно зависят от условий их прокладки и эксплуата­ции, разли­чают воздушные, подземные, подводные и каро­тажные кабели.

Компоновка ОК зависит от числа СВ, требований к оптиче­ским и механическим па­раметрам. Существующие конструкции можно раз­бить на четыре класса: оптический шнур (рис.7.7.а), ленточный (рис.7.7.б.), ленточный сердечник (рис.7.7.в.), концентрический (рис.7.7.г.).

Обозначения: АП - армированное по­крытие, ЛЭ - ленточный элемент, МН - маркерная нить, М - термопла­стичный материал, Ж - жесткий полимер, БИ – бумажная изоляция, ВП – внутреннее покрытие, СН – скрутка из нитей, ДП - демпфированное покрытие, ДС – демпфирующий слой, ПТ – пластиковая трубка, АТ – алюминиевая трубка, АП - армированное покрытие, НП - наружное покрытие.

СВ с дополнительным силовым покрытием из армированного полимера AП, содержащего не менее 4000 денье (денье-единица плотности волокна, равная массе нити длиной 9км, выраженной в граммах) синтетических высокомодульных волокон с наружным по­крытием НП из поливинилхлорида, полиэтилена или подобным им материалом. Монтажный шнур является монтажным и внутриобъектовым 0К, может также входить в состав более плотного ка­беля. Такие шнуры до­пускают весьма малые радиусы изгиба, почти равные самому радиусу.

Ленточный 0К (Рис.7.7 б) постоит из ленточного элемента (ЛЭ), который вместе с СЭ заключён в НП, вместо СЭ можно при­менить слой армированного полимера. Ленточный элемент пред­ставляет собой две сваренных ленты, между которыми находится ряд СВ и, как правило, маркерная нить МН. Каждая лента состоит из двух слоёв. Внутренний слой М - из термопластичного материала, например полиэтилена, сваривается при нагревании. Наружный слой - из более жесткого полимера Ж, например, лав­сана, должен иметь высокую температурy размягчения. Шаг ук­ладки СВ и толщина ЛЭ могут быть равны двум-трем диаметрам ОВ, т.е. 200-400мкм. Ленточные 0К являются монтажными и внутриобъектовми.

Рис.7.7. Конструкция оптических кабелей

Кабель с ленточным сердечником характеризуется правильным расположением СВ в узлах прямоугольной решётки. Сердечник 0К набирается из группы ленточных элементов и скручивается для гибкости по винтовой линии. Примером может слу­жить ОК фирмы Bell США (Рис.7.7.в). Ленточный сердечник кабеля обёрнут бумажной изоляцией БИ, затем следует внутреннее покрытие ВП из полиэтилена, скрутка из полиуретановых, либо поли­пропиленовых нитей СН и наружное покрытие НП из полиэтилена, армированного СЭ из нержавеющей стали, скрученными в обратном направлении. Кабель такого типа используется как линейный и межобъектовый.

Концентрический 0К характери­зуется осесимметричным расположением СВ, образующих один или несколько по­вивов. Например, 0К корпорации NTT, Япо­ния (Рис.7.7.г) содержит 8 СВ. Централь­ный силовой элемент обёрнут демпфирующей прокладкой ДП, снаружи СВ имеются до­вольно толстый демпфирующий слой ДС, пластиковая трубка ПТ, алюминиевая трубка AT и наружное покрытие НП.

7.2. Судовое электрооборудование

7.2.1. Виды судового электрооборудования

Электрооборудование – второй элемент монтажа.

Монтаж электрооборудования состоит из:

- установки электрооборудования на фундамент, крепление и заземление;

- электромонтажные работы - ввод кабеля, уплотнение в месте ввода, разделка, включение.

Судостроение является потребителем специального электро­оборудования, выполняе­мого по особым техническим условиям.

Функционирование судов вне зависимости от их назначения и типов совершенно не возможно без непрерывного обеспечения электроэнергией.

Комплекс судовых устройств, осуществляющих генерирование, передачу, распреде­ление и преобразование электрической энер­гии, называется электрооборудованием судов.

Процесс передачи электрической энергии от источников к потребителям осуще­ств­ляется по каналам электрической связи, называемым электри­ческими сетями. Со­вокуп­ность источников и потребителей электрической энергии, связанных между собой электрической сетью, называется судовой электроэнергетической системой.

Источниками электроэнергии на судах являются электрома­шинные генераторы переменного или постоянного тока, аккумуля­торные батареи.

Потребители электроэнергии по своему назначению подразде­ляются на группы: судовые электроприборы, электро­приводы, электронавигационные приборы, радиотехнические сред­ства, приборы контроля и управления (слабого тока), осветитель­ное оборудование, электронагрева­тельные приборы.

Электроприводы на судах потребляют до 80-90% энергии, вырабатываемой судовыми генераторами. Электроприводы рулевого устройства, якорно-швартовных механизмов, вспомогательных ме­ханизмов энергетической установки и палубных грузовых меха­низмов относятся к числу наиболее мощных.

Электрические сети, предназначенные для соединения источ­ников и приемников электрической энергии, включают в себя ка­бели, ЭРУ и арматуру - соединительные ящики (СЯ), крестовые ко­робки, штепсельные разъемы (ШР) и т.п.

Для коммутации (включения и отключения) участков электри­ческих сетей и от­дельных потребителей, защиты электрических установок и управления ими исполь­зуются электрические аппа­раты, подразделяющиеся по назначению на коммутаци­онные, пус­ковые, регулировочные и защитные (рубильники, рубящие переключа­тели, автоматы, контакторы, реле, магнитные пускатели).

Для изменения частоты и величины напряжения на судах при­меняют вращающиеся и статические преобразователи.

Контроль за работой СЭЭС и ее отдельных элементов осуще­ствляется с помощью электроизмерительных приборов отвечающим требованиям вибропрочности и удароустойчивости.

Для освещения судовых помещений, наружных палуб, приборов и устройств приме­няют лампы накаливания, люминесцентные и га­зоразрядные источники света (общего и местного освещения, спе­циальное, аварийное, подводное, взрывозащищённое, сигналь­ное, наружное).

Электротермическое оборудование используют в различных подогревателях воздуха, воды, масла, топлива, для обогрева электрических машин и др.

7.2.2. Условия работы судового электрооборудования

Высокие требования к судовому электрооборудованию объясняются особыми условиями эксплуатации - вибрация, изме­нение температуры окружаю­щей среды, влага, соль, пары нефте­продуктов, обливание водой, в том числе забортной.

Отрицательное воздействие внешней среды особенно заметно при длительном плавании в условиях тропических широт. Интен­сивное выпадение росы на поверхности судового э/о, конденсация воды в закрытых полостях электрических машин и аппара­тов, кристалли­зация соли, повышение рабочей температуры. Это приводит к ухуд­шению диэлектрических свойств изоляци­онных материалов и их ускоренному ста­рению, уменьшению вязкости смазок и их вытеканию и т.д.

Пары нефтепродуктов осаждаются на токоведущих и изолирую­щих частях, раз­мягчают изоляцию и в сочетании с пылью, осо­бенно угольной создают токопроводя­щие участки. Понижается со­противление изоляции и создаётся опасность поверхно­стного пробоя изоляции между токоведущими частями. Под воздействием электри­ческой дуги на контактах аппаратов и искрения на коллекторах электрических ма­шин угольная пыль, соединяясь с мас­лом, коксу­ется и образует нагар. Переходное сопротивление контактных поверхностей увеличивается, вызывая повышенный на­грев, создавая иногда условия для приваривания (уменьшение срока службы машин и аппаратов).

Влияние климатических и других немеханических нагрузок требуют дополнительных конструктивно-технических и организа­ционных мер. Для исключения влаги внутри крупных электриче­ских машин и устройств ус­танавливают электрические грелки или пакеты с влагопоглощающими веще­ствами, дополнительное вентилирование помещений, периодическое вклю­чение судового э/о для просушки током.

Механические нагрузки усложняют условия работы судового э/о. При работе греб­ных винтов, судовых механизмов и устройств возни­кает вибрация корпуса судна. Наи­большей интенсивности вибра­ция достигает в оконечнос­тях судна (0,05 до 0,4 мм). Требова­ния Морского Регистра - вибрация должна быть с амплитудой до 1мм и час­тотах до 8 кол./сек. С целью уменьшения влияния вибрации э/о устанавливается на амортизаторы. Качка и ударные на­грузки от воздействия волн на корпус судна вы­зывают осевые и радиальные переме­щения роторов электрических машин, вредные для подшипников. Морской Ре­гистр рекомендует ориентировать линии валов элек­трических машин большой мощности параллельно диаметральной плоскости судна, а распределительные щиты устанавливать перпендикулярно этой плоскости. Судовое э/о должно работать при кратковременных кренах и дифферентах, вызванных качкой (крен до 22,5^о дифферент, до 10^о). Для зашиты э/о от влияния окружающей среды и обслуживающего персонала от поражения электрическим током предусматриваются разные формы корпусов защитного исполнения.

7.3. Монтажные материалы

К монтажным материалам, применяемым на судах, при выпол­нении ЭМР отно­сятся:

1. Крепеж (около 400 типоразмеров) с различными антикор­розионными покрытиями (фосфатированный, оцинкованный, никелиро­ванный, хромированный). Мате­риал крепежа – латунь, сталь, ти­тан.

2. Черные и цветные металлы – листовые и профильные.

3. Уплотнительные и заливочные компаунды и герметики для уплотнения и герметизации мест прохода кабельных трасс через переборки, палубы судна (групповые переборочные сальники).

Для указанных целей широко применяются эпоксидные компа­унды и резинопо­добные герметики.

Резиноподобные герметики и уплотнительные массы состоят:

- герметизирующие пасты;

- вулканизирующие пасты;

- ускорители самовулканизации.

Жизнедеятельность этих герметиков – до 4 часов.

Резиноподобные герметики и уплотнительные массы находят применение в судовых электромонтажных работах при уплотнении резиновых кабелей в групповых и индивидуальных сальниках, а так же, как дополнительное средство для создания са­моуплот­няющихся элементов в сальниках, основное уплотнение в которых выпол­нено с применением эпоксидных компаундов.

8. Судовые электриче­ские сети

8.1. Классифика­ция электрических сетей

Основная схема соединения главного распределительного щита (ГРЩ) с потребителями определяет систему передачи и распределения электрической энергии. На судах при­меняются магистральная, фидерная (радиальная) и смешанная системы распределения (рис.8.1).

Магистральная система обеспечивает питание потребите­лей от ГРЩ по магистралям, представляющим собой последова­тельное соединение кабельными линиями ряда вторичных рас­пределитель­ных устройств: магистральных коробок (МК) и рас­пределительных щитов (РЩ).

При фидерной (радиальной) системе распределения питания от ГРЩ подаётся по ряду линий (фидеров) непосредственно к отдельным потребителям или вторич­ным (групповым, отсечным, районным) распределительным приборам, к которым в свою оче­редь подключаются отдельные группы потребителей. Каждый фидер вклю­чается на ГРЩ отдель­ным коммутационно-защитным аппара­том. В смешанной сис­теме распределения используется комбина­ция схем магистральной и фидерной систем.

Рис.8.1. Схемы соединения ГРЩ с потребителями

Применение магистральной системы распределения позволяет сократить до мини­мума число подключённых к ГРЩ кабелей и ус­тановленных на нём коммутаци­онно-защитных аппаратов, что уп­рощает его схему и значительно уменьшает объём, массу и стоимость ГРЩ. Магистральная система, применяется редко и обычно только на малых судах из-за пониженной надёжности и живучести системы распределения: повреждение в магистра­ли лишает питания большое число потребителей. При магистраль­ной системе соединения исключается возможность централизо­ванного управления выборочной подачей питания отдельным потребителям. Это создаёт неудобства при эксплуатации СЭЭС.

Фидерная (радиальная) система распределения электриче­ской энергии обеспе­чивает высокую надёжность и живучесть судовой сети, так как выход из строя отдельного фидера не на­рушает питания других потреби­телей. Этот способ по­зво­ляет осуществить централизованное включение и отключение потребителей в требуемых сочетаниях. На крупных судах с мощными электростанциями трудно осуществить питание всех по­требителей непосредственно от ГРЩ, поэтому чаще приме­няют разновидность фидерной системы, при которой главные потреби­тели получают питание от ГРЩ, а остальные через вторичные РЩ. Такой способ ино­гда называют фидерно-группо­вой системой распределения электрической энер­гии.

Электроэнергетическая система судна содержит ряд от­дельных сетей распреде­ления электрической энергии: сило­вую, слаботочную, радиотрансляционную, сети нормального и ава­рийного освещения, сигнализации и др. Ответственные по­тре­бители должны получать питание от ГРЩ по двум отдельным независимым фидерам, имеющим защиту от токов короткого за­мыка­ния (к.з.) и перегрузок. Те из ответственных потреби­телей, которые получают питание от АРЩ, должны иметь второй фидер питания от ГРЩ и в нормальных усло­виях, обеспечиваться электрической энергии от основной электростанции.

8.2. Переключение питания потребителей

Ответственные судовые потребители должны получать пита­ние по двум фидерам: основному и резервному. Переключение пи­тания с одного фидера на другой осу­ществляется ручными или автоматическими переключателями.

Автоматические переключатели АП обеспечивают переключение нагрузки с основ­ной сети на резервную без вмешательства об­служивающего персонала при исчез­новении или снижении на­пря­жения в основной сети. После восстановления на­пряжения ос­новной сети автоматически произво­дится обратное переклю­че­ние.

Наряду с АП на судах применяют автоматические переклю­ча­тели-пускатели АПП. Они представляют собой; комбинацию из автоматического пере­ключателя и маг­нитного пускателя и предназначены для пуска, остановки, зашиты от перегрузок и автоматического переключения питания нереверсивных АД с основной сети на резервную.

Промышленностью выпускаются АП и АПП на токи от 25 до 200 А при напряже­ниях нормальной и повышенной частот 220В и З80В. Вся аппаратура размешается в шкафах брызгозащищённого испол­нения, выполненных из алюминиевого сплава. Схемы АП и АПП во многом аналогичны. Приведённая упрощен­ная схема поясняет принцип работы АП.

В схеме (рис.8.2) используются контакторы основной КО резервной КР сетей и трансфор­маторы Tpl и Тр2 с выпрямителями BI и В2.

Рис.8.2. Схема автоматического переключения питания

При наличии питания в основной и резервной сетях на выходах обоих выпрямителей имеется напряжение. Нор­мально потребители получают питание от основной сети, поэтому схе­мой преду­смат­ривается подача напряжения на катушку контактора основной сети КО через размыкающие блок - контакты КР контактора резервной сети. Контактор КО сра­батывает, замы­кает свои глав­ные контакты в цепи питания потребителей и раз­мыкает блок - контакты в цепи катушки контактора КР.

При исчезновении или снижении напряжения основной сети до 0,5-0,7 номиналь­ного значения якорь контактора КО отпа­дёт, его главные контакты разомкнутся, а блок - контакты замкнутся, обеспечив подачу питания на катушку контактора КР. Главные контакты контактора КР замк­нутся, и потреби­тели начнут получать питание от резерв­ной сети. Одновре­менно разомкнутся блок - контакты кон­так­тора КР, осуществляя блокировку контактора КО.

Для того чтобы при восстановлении напряжения произошло об­ратное переключе­ние питания с резервной сети на основную, схема АП должна содержать ряд до­полнительных элементов, ко­торые на рис.8.2 не показаны.

9. Распределительные устройства

К распределительным устройствам (РУ) (см. рис.9.1.) относятся все виды вторичных распределительных щитов, а также СЯ, соединитель­ные крестовые коробки, ШР (штепсельные разъемы) и другие устройствам помощью которых подводится питание к группам и отдельным кабельным линиям потребителей.

Рис.9.1. Схема распределительного устройства

Основными элементами РЩ являются шины, коммутационно-защит­ные аппара­ты, контрольно - измерительные и сигнальные при­боры. В настоящее время на судах находят распространение РЩ, состоящие из типовых блоков. Применение блочной конст­рукции позволяет сократить сроки проектирования щитов, уп­ростить их монтаж и ремонт благодаря использованию унифицированных деталей.

Токораспределительные шины имеют соответствующую окраску. На щитах постоянного тока шины положительной полярности окра­шивают в красный цвет, отрицательной - в синий, уравнительные шины - в белый. Шины щитов трёхфазного переменного тока имеют зелёный, жёлтый и фиолетовый цвета соответственно для фаз А,В,С (нулевой провод - серый цвет).

Внутренняя схема РУ трёхфазного тока блочной конструкции с коммутационно-защитными автоматами АВ в цепях отходящих че­тырёх фидеров, сигнальной лампой ЛП, включённой через пре­до­хранители и конденсаторами защиты от радиопомех С Нормализованные РЩ отличаются по роду тока и величине номиналь­ного напряжения, числу и типу автоматов, се­чению питающих кабелей и типу кор­пуса. Если схема и ха­ракте­ристики проектируемого РЩ не соответствуют данным нормализо­ванных щитов, то его изготовляют по индивидуальным чер­тежам.

9.1. Исполнение электрораспределительных устройств

По форме исполнения электрораспределительные устройства (ЭРУ) как и другие виды оборудования, разделяются на откры­тые, защищенные, брызгозащищенные, водозащи­щённые и герметич­ные.

При защищенной форме исполнения РЩ имеют специальную за­щиту от случайных по­паданий посторонних предметов на токове­дущие части. Вся аппаратура в таких щи­тах, за исключением контрольно - измеритель­ной, располагается с задней стороны щита, а на лицевую сторону его панелей выводятся только руко­ятки и маховики управления. С верхней и боковых сторон щита устанавливают ограждения из металли­ческих сеток. Переборка или борт судна обычно служат тыльным ограждением щита.

Брызгозащищенные ЭРУ имеют ограждения не из сеток, а из листовой стали (исключает возможность попадания капель воды под углом 45^о).

Небольшие распределительные устройства при защищенной и брызгозащищённой формах исполнения обычно заключаются в ме­таллические ящики с дверцами, но без уплотняющих прокладок и сальников.

Водозащищённым исполнением устройства называют такое, при котором исключена возможность проникновения воды внутрь уст­ройства при обливании его в любом на­правлении струёй воды под давлением 2 атм. с расстояния 5 метров в течение 5 ми­нут.

Щиты герметичного исполнения отличаются от щитов водоза­щищённого исполнения лучшей уплотнённостью, большей жёстко­стью и прочностью корпуса, не допускающего деформаций и т.п. Обеспечивается нормальная работа при погружении до 10 м.

9.2. Аппаратура распределительных устройств

Электрическая аппаратура, устанавливаемая в щитах, по своему назначению разделя­ется на коммутационную, защитную, измерительную, регулирующую и сигнальную.

9.2.1. Коммутационная аппаратура

Устройства, предназначенные для включений, отключений или переключений электри­ческих цепей, называют коммутационными аппаратами.

Коммутационные аппараты, устанавливаемые на РЩ, разделя­ются на выключа­тели и переключатели.

Выключателями называют аппараты, служащие для замыкания и размыкания электри­ческих цепей, а переключателями - аппараты, предназначенные для переключения одной или нескольких цепей. По устройству они делятся на выключатели рубящего типа и пакетные выклю­чатели (переключатели).

9.2.2 Защитная аппаратура

Устройства, предназначенные для автоматического отключения электрических цепей при нарушении их электрических параметров нормальной работы, называют защитными устройствами или защит­ной аппаратурой. В качестве такой аппа­ратуры на щитах уста­навливаются плавкие предохранители, автоматы, реле защиты.

Основными требованиями, которые предъявляются к защитным аппаратам, явля­ется надёжность действия, т.е. способность ап­паратов защищать электрические установки от перегрузок, к.з. и избирательность.

Под избирательностью или селективностью защитных аппара­тов понимается спо­собность этих аппаратов реагировать только на заранее установленную электриче­скую величину. Эта способ­ность защитных аппаратов обеспечивает опре­делённый по­рядок их срабатывания.

Плавкие предохранители (патронные и трубчатые). Способы присоединения: пе­реднее, заднее, комбинированное.

Автоматами называют электрические аппараты, предназначен­ные для автомати­че­ского размыкания электрических цепей при возникновении в них ненормальных усло­вий работы: к.з., пере­грузок, снижение напряжения и т.д. Автоматы предназнача­ются также для нечастых включений и отключений электрических це­пей. Автоматы бы­вают одно, двух, трёхполюсные и изготовляются на различные токи и напряжения.

По роду выполняемой задачи автоматы можно разделить:

- с защитой от максимального тока, действующие при увели­чении тока

выше заданного предела;

- с защитой от минимального напряжения;

- с защитой от обратного тока и другие.

Принцип действия автомата с защитой от максимального тока заключается в сле­дующем (рис.9.2): при нормальной работе автомат удерживается во включённом положении собачкой С с защелкой. При достижении тока значения выше предельной заранее установлен­ной максимальной величины, электромагнит Э, преодолевая действие установочной пружины У, притягивает якорь Я и этим освобожда­ет защёлку автомата. Под дейст­вием отклю­чающей пружины П размыкаются контакты А и, следовательно цепь потре­бителя.

Рис.9.2. Принцип действия автомата с за­щитой от макси­мального тока

Изменяя натяжение установочной пружины У, можно менять величину тока, при которой происходит срабатывание автомата.

Принцип действия автомата с защитой от минимального на­пряжения

(рис. 9.3) состоит в том, что при наличии в сети нор­маль­ного напряжения электромагнит Э, притягивая якорь и пре­одолевая натяжение пружины У, удерживает собачку С в рабочем положении.

При уменьшении напряжения ниже нормы электромагнит отпус­кает якорь и освобож­дает защёлку автомата. Под действием пру­жины П контакты А размыкаются, благодаря чему размыкается цепь приёмника тока.

Рис. 9.3. Принцип работы автомата от минимального на­пряжения

Принцип действия автомата с защитой от обратного тока (Рис.9.4.) основан на взаимо­действии магнитных полей парал­лель­ной и последовательной катушек электро­магнита Э.

Рис. 9.4. Принцип работы автомата от обратного тока

Катушки включаются так, что магнитные поля, создаваемые каждой катуш­кой, действуют противопо­ложно друг другу. Такое включение катушек носит название дифференциального включения. При измене­нии направления тока в последовательной катушке действие маг­нитных полей катушек будет согласным, в ре­зультате получа­ется сильное намагничивание электромагнита. Последний преодоле­вая действие пру­жины У притянет якорь Я и освободит защёлку авто­мата. Под дей­ствием пружины П, контакты А разомкнутся и разорвут цепь тока.

Схемы включения элементов автомата минимального напряжения и обратного тока показаны на рис. 9.5.

Рис.9.5. Схемы включения элементов автомата

а – минимального напряжения, б – обратного тока

9.3. Номинальные параметры и качество электрической энергии

Судовая электроэнергетическая система должна обеспечивать надёжное, экономическое генериро­вание и распре­деление электрической энергии требуемого качества, а также иметь оптималь­ное со­четание стоимости монтажа и эксплуатации при удовлетворительных массогаба­рит­ных показателях, как отдельных элементов, так и всей системы в це­лом. Технико-экономические показатели СЭЭС определяются ра­циональным выбором рода тока, частоты и ве­личины напряжения в системе, которые являются основными па­рамет­рами СЭЭС.

Род тока СЭЭС по Правилам Регистра допускается как посто­янный, так и переменный (однофазный и трёхфазный).

Сравнительные диаграммы масс электрических двигателей по­стоянного тока (1) серии П и переменного тока (2) серии АОМ с частотой вращения до 1500 об/мин. показаны на рис.9.6.

Рис.9.6. Сравнительные диаграммы

Преимущественное распространение на современных судах по­лучили СЭЭС пе­ременного тока, что обусловлено более вы­сокими технико-экономическими характе­ристиками электриче­ских машин переменного тока (особенно асинхрон­ных корот­козамкнутых элек­трических двигателей и трансформаторов). Короткозамкнутые АД, применяемые в СЭЭС составляют наибольшую по мощности группу потребителей электрической энергии на судне. Благодаря отсут­ствию коллекторного аппарата они по сравнению с машинами по­стоянного тока они более надёжные и удобные в эксплуа­тации, более дешёвые (~20-30%) и ком­пактные по массогабаритным показателям на 20-50%.

Внедрению переменного тока на судах в течение дли­тельного времени препятствовали плохие пусковые и регу­лировочные ха­рактеристики АД: значительные величины пус­ковых токов, вызы­вающих большие провалы напряжения источ­ников – генератора пе­ременного тока и сложность ре­гулирования в широких пределах частоты вращения.

Применение многоскоростных АД и использование полупровод­никовых (тиристорных) управляемых преобразователей частоты в настоящее время обеспечи­вает необходимое регулирование их частоты вращения.

Современные морские СГ самовозбуждающегося типа позво­лили достигнуть требуемой стабильности напряжения в стати­ческих и динамических режимах, в том числе и при пусках АД. По надёж­ности и массогабаритным показателям самовозбуж­дающиеся ге­нераторы переменного тока и генераторы постоянного тока отличаются несущественно.

Электрические кабели в сетях переменного и постоянного тока характеризуются примерно одинаковой надёжностью. Массы единицы длины кабелей постоянного и переменного тока для од­ного и того же напряжения при небольших сечениях до 10 мм² имеют близкие значения. При значительных сечениях большую удель­ную массу имеют кабели переменного тока.

Трансформаторы в системах переменного тока обеспечивают возможность разделе­ния их сетей на контактно несвязанные уча­стки и получение необходимого для потребителей снижения на­пряжения.

Напряжение в СЭЭС определяет массогабаритные показа­тели э/о, его надёжность, степень опасности поражения элек­триче­ским током.

Правилами Морского Регистра допускается применение ряда номинальных напряжений питания судовых потребителей.

Габариты и вес электрических машин в диапазоне напряжений до 380В практи­чески не зависят от величины напряжения и оп­ределяются мощностью. Вес и габариты аппаратов зависят от напряжения.

Решающим в выборе величины напряжения является вес ка­бельной сети. Вес кабелей и проводов при одинаковом количестве жил опреде­ляется их сечением, поскольку изоляция на напряжение до 380В остаётся неизменной. Сечения кабелей и проводов выбираются в зависимости от ве­ли­чины передаваемого по ним тока. Значение тока определяется по формулам:

для постоянного тока, - для переменного тока,

где: Р - мощность передаваемая по кабелю, U – напряжение сети.

Повышение напряжения заметно сказывается на массе кабе­лей. Так увеличение напряжения в сетях переменного тока с 220 до 380В привело к снижению массы ка­белей в среднем на 25-40 %.

Из формул видно, что при постоянной передаваемой мощности значение тока, а, следовательно, сечение кабеля и вес всей сети тем меньше, чем выше напряжение сети. Beличина пере­мен­ного (трёхфазного) тока при одинаковой мощности и напряжении в меньше постоянного тока. В этом случае сечение жил кабеля при пе­ременном токе меньше чем при постоянном.

Выбор величины напряжения, как и выбор рода тока, опреде­ляется назначением судна. Выбор рода тока.

Двигатели постоянного тока обеспечивают плавное и в ши­ро­ких пределах изме­нение скорости вращения, что видно из сле­дующей формулы:

,

где: U - напряжение сети, I -ток якоря, R_a – сопротивле­ние якоря и других, последовательно соединённых с ним элемен­тов, Ф - магнитный поток возбуждения

-по­стоянная ма­шины.

Изменение скорости вращения электрического двигателя можно производить с помощью реостатов, включённых последо­ва­тельно с обмоткой якоря (изменение R) или обмотке возбу­ждения (изменение Ф), а также изменение напряжения источ­ника питания U (в системе генератор-двигатель). Скорость вращения АД опре­деляется формулой (пренебрегая скольже­нием):

, ( - число пар полюсов).

Частота тока общесудовой сети поддерживается строго по­стоянной (с точностью до 2-3%), следовательно, ско­рость враще­ния АД можно изменять только изменением числа пар полюсов об­мотки статора, при этом не может быть осуществлено никакого плавного регулирования ско­рости вращения:

при р=2, f=50Гц, n=1500 об/мин; р=3, f=50Гц, n=1000 об/мин и т.д.

Для осуществления ступенчатого регулирования скорости вращения в пазы ста­тора укладываются несколько отдельных об­моток на различное число пар полюсов.

Конструктивное выполнение двигателей постоянного тока и АД различно.

Двигатель постоянного тока имеет вращающийся якорь, в ко­тором уложена относительно сложная по технологии изго­товления обмотка. Концы её выведены на коллектор, куда с помощью щёток подводится ток, потребляемый двигателем из сети. АД имеют неподвижный статор, в котором уложена обмотка, к концам этой обмотки, выведенным и закреплённым к зажимам на станине двигателя, подводится ток из сети. Вращающийся ротор АД, где уложена абсолютно надёжная стержневая короткозамкнутая обмотка (беличье колесо), имеет с обмоткой статора только магнитную связь.

Простота конструкции АД делает надёжными и нетребовательными в эксплуатации. Из-за наличия коллектора вес и габариты двигателей посто­янного тока значительно больше веса и габаритов АД.

Из-за сложной конструкции ДПТ стоимость изготовления их значительно выше стои­мости АД. При осуществлении строительства большого флота вопрос стоимости является очень важным.

Преимуществом АД является возможность их безреостатного пуска с помощью про­стейшего аппарата, магнитного пускателя, который состоит из контактора, тепловых реле и кнопок "пуск" и "стоп".

Пуск ДПТ осуществляется с помощью пусковых реостатов или магнитных станций, более громоздких, сложных и дорогих.

На переменном токе большинство распределительных устройств является трехпроходными (за исключением тех, через которые питаются однофазные потребители), а при постоянном токе все распределительные устройства двухпроводные.

При переменном токе часто необходимо контролировать не только ток и напряжение (что достаточно при постоянном токе), а также частоту, коэффициент мощности и актив­ную мощность. Поэтому (при прочих равных условиях) габариты и вес распределительных устройств переменного тока несколько больше распределительных устройств постоянного тока.

Передача электроэнергии при переменном токе осуществляется, главным образом, трехжильными кабелями, а при постоянном токе одножильными. Сравнение веса трех­жильных и одножильных кабелей дает возможность сделать следующие выводы:

- вес двух одножильных кабелей (прямой и обратный провод) и трехжильных кабелей сечением до 10 мм² примерно одинаков;

- вес двух одножильных кабелей сечением свыше 10 мм² меньше веса одного трех­жильного кабеля, при этом разница в весе увеличивается с ростом сечения.

Частота напряжения в СЭЭС.

Тенденции к повышению номинальной частоты судовых СЭЭС от 50 до 400Гц объ­ясняется желанием уменьшить вес и габариты э/о и механизмов. При применении частоты 50 Гц наибольшее синхронное число оборотов АД равно:

,

при использовании частоты 400 Гц:

Более быстроходные машины имеют меньший вес и габариты. Также значительно уменьшается при повышении частоты габариты и вес трансформаторов.

Качество электроэнергии определяется совокупностью показателей, описывающих меру отклонений амплитуд, частоты и взаимных фаз мгновенных значений напряжений от их номинальных значений, а также искажение синусоидальности их формы.

Генераторные агрегаты.

История судовой и корабельной электроэнергетики насчитывает сегодня уже более 100 лет. За это время из средства обеспечения функционирования вспомогательных систем, электрическая энергия превратилась в один из базовых и жизненно важных видов энергообеспечения кораблей и судов.

Независимо от типа корабля и его ЭЭС, основным средством получения электрической энергии на сегодняшний день являются судовые генераторы. В зависимости от назначения и структуры ЭЭС, это могут быть судовые синхронные генераторы (ССГ) с приводом от паровой, газовой турбины (турбогенераторы) или дизеля (дизельгенераторы), а так же генераторы постоянного тока с преобладающим приводом от дизельного двигателя.

В СЭЭС могут располагаться один или несколько генераторов, выполняющих различную роль: основные, стояночные, аварийные, генераторы в составе гребных установок. За десятки лет опыта проектирования и эксплуатации судовых генераторов в составе СЭЭС, было выработано множество стандартов и правил: ГОСТов, правил морского регистра, ПЭК (правила электрооборудования кораблей) ВМФ. Все они сводятся к одному базису – обеспечению надлежащего и надежного функционирования генераторов во всех штатных установившихся и переходных режимах работы.

Как и любое судовое электрооборудование, судовые генераторы проходят серию испытаний. По наиболее полной программе проводятся приёмо-сдаточные испытания на заводе-изготовителе. Без успешного выполнения этой программы генераторный агрегат не будет допущен к монтажу в состав системы (установки) на объекте. По результатам ПСИ на заводе-изготовителе определяются многие параметры ГА, которые в последствии используются при настройке его систем автоматического регулирования. Следующим этапом являются стендовые испытания генератора в составе генераторной установки (ГУ). Программа этих испытаний предусматривает работу генератора от штатного приводного двигателя (либо его имитатора) с имитацией нагрузки. При этом производится настройка САР ГА, проверка переходных режимов и качества электроэнергии.

Далее производится монтаж генераторного агрегата на заказ в составе ГУ. По завершении монтажных работ подписывается акт готовности заказа к началу швартовных испытаний в соответствии с программой. Ответственным пунктом этой программы является испытание силового оборудования СЭЭС, в перечень которого входят и генераторы. Ниже будут описаны основные особенности проведения испытаний судовых генераторов, а также приведён пример программы ШИ для турбогенератора ТМ-3Р-1.

Основными источниками электрической энергии на современных судах являются ге­нераторные агрегаты, включающие в себя две машины: приводной двигатель и электро­машинный генератор. Двигатель и генератор устанавливаются на общем основании (фундаментной плите, раме). Валы двигателя и генератора соединяются между собой спе­циальной муфтой или через редуктор.

Генераторный агрегат одно из наиболее тяжёлых и габаритных судовых устройств. Поэтому конструкция и способ их размещения и установки влияют на размеры и плани­ровку машинного отделения судна. Размещение и установка генераторного агрегата произ­водится по правилам обеспечения необходимой жёсткости и прочности переборок судна в местах крепления генераторного агрегата, уменьшение шумности и вибрации при их работе, достаточного удобства эксплуатации и возможности ремонта, уменьшения давлений на подшипники при кренах и дифферентах судна и т.д.

В генераторном агрегате (рис.9.7) происходит двойное преобразование энергии: в приводном двигателе ПД энергия Wт сжигаемого топлива или пара преобразуется в механическуюWмех и далее в генераторе Г в электрическую Wэл.

Рис.9.7. Преобразование энергии в преобразовательном агрегате

Двойное преобразование энергии сопровождается значительными её потерями. Максимальный КПД судового генераторного агрегата не превышает 30%. Большая часть энергии теряется в приводном двигателе. Генератор, входящий в генератор­ный агрегат, может быть как постоянного, так и переменного тока. В качестве при­водных двигателей на судах находят применение дизели, паровые турбины, газовые турбины, паровые машины.

Дизель - генераторы нашли преимущественное применение в СЭЭС благодаря тому, что дизели обладают сравнительно высоким КПД (~ 30%), постоянно готовы к быстрому запуску (в течение 30 сек.), автономны в работе, просты в эксплуатации. Вместе с тем дизели имеют малый срок службы (моторесурс быстроходных дизелей порядка 10000 час), неравномерный крутящий момент, низкую перегрузочную способность(10-15%) и высокий уровень шума. Низкая перегрузочная способность отрицательно сказывается на динамических характеристиках в переходных режимах при внезапных кратковременных нагрузках. Неравномерность (пульсации) крутящего момента дизеля снижает стабильность напряжения и частоты генераторов и возбуждает колебательные процессы (качания) при параллельной работе дизель - генераторов, сопровождающихся вредными обменными колебаниями мощности ме­жду агрегатами.

Парогенераторы были первым типом генераторных агрегатов, применяемых на судах. Ввиду целого ряда серьёзных недостатков паровых машин: низкий КПД, большие массы, габариты и др. на современных судах парогенераторы, как правило, не применяются.

Паротурбогенераторы находят применение преимущественно в мощных СЭЭС, в частности, на судах с атомной главной энергетической установкой, так как с уве­личением мощности турбины её технико-экономические показатели оказываются выше. Паровые турбины имеют повышенный срок службы (моторусурс порядка 20000 час), равномерный крутящий момент, высокую перегрузочную способность (20%). К числу недостатков турбин как приводных двигателей генераторов относятся большая частота вращения (возникает необходимость в дополнительном редукторе между турбиной и генератором), более низкий (по сравнению с дизелями) КПД, большое время запуска (до20мин. и выше) и необходимость в квалифици­ро­ванном обслуживании.

Газотурбогенераторы получают всё более широкое распространение на судах. Газовые турбины сочетают в себе достоинства дизелей и паровых турбин: компактны, обладают относительно высоким КПД (до 30%) и большим сроком службы, характеризуются равномерностью вращающего момента и большой перегрузочной способностью, автономны в работе, имеют малое время запуска.

К недостаткам газовых турбин относятся повышенная шумность, сравнительно высокий расход топлива, большая частота вращения. По своему назначению генера­торные агрегаты делятся на следующие:

- главные, входящие в состав гребных электрических установок;

- вспомогательные, осуществляющие питание судовых потребителей электроэнергии в нормальных режимах работы СЭЭС;

- аварийные, обеспечивающие питание жизненно важных потребителей в аварийных ситуациях.

10. Судовые источники питания

10.1. Синхронные генераторы.

В качестве генераторных агрегатов в составе отечественных судовых турбогенераторных и дизель-генераторных установок в настоящее время используются судовые синхронные генераторы следующих марок (По данным ведущих российских производителей турбогенераторных установок ОАО «Калужский турбинный завод» и ОАО «Силовые машины».):

• МСК, ГМ, ГС, МСС, ГМС (АО “Электросила”, г. СанктПетербург)

• ТК (АО “Привод”, г. Лысьва)

• ТПС (ООО "ПО ЛЭЗ”, г. СанктПетербург)

• СГ2 (АО “СЭЗ”, г. Сафоново, Смоленской обл)

• DSG62L24W, DSG74LI4W и другие (TO “AvK” Германия)

• 1FC2, 1FC3 (“Siemens” Германия)

Турбогенераторы приводятся от турбин конденсационного типа. Параметры наиболее распространённых турбогенераторных установок, используемых на речных и морских судах неограниченного района плавания, приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1. Параметры судовых турбогенераторных установок.

Показатели	ТГ 0,5А/0,4 Р13/3,7	ТГ 0,6А/0,4 Р12/3,7	ОКЗС01	ТГ 1,25А/0,4 Р13/2,5
Номинальная мощность, кВт	500	600	2000	1250
Частота вращения, об/мин:
ротора турбины	8000	8000	3000	10500
ротора генератора	1500	1500	3000	1500
Параметры 3фазного электрического тока:
напряжение, В	400	400	400	400
частота, Гц	50	50	50	50
Тип генератора*	СГ2-500	СГ2-600	ГМ2000-2	DSG74LI4W
Показатели	ТГ 1,5А/10,5 Р13/3	ТГ 0,5ПА/0,4 Р11/6	ТГ 0,6ПА/0,4 Р13/6	ТГ 0,75ПА/0,4 Р13/4
Номинальная мощность, кВт	1500	500	600	750
Частота вращения, об/мин:
ротора турбины	10500	8000	8000	8000
ротора генератора	3000	1500	1500	1500
Параметры 3фазного электрического тока:
напряжение, В	10500 (6300)	400	400	400
частота, Гц	50	50	50	50
Тип генератора*	ТК1,5	СГ2-500	СГ2-600	СГ2-750
Показатели	ТГУ 500К	ТГ 500М	ТГУ 600	ТГУ 1000К
Номинальная мощность, кВт	500	500	600	1000
Частота вращения ротора, об/мин:
турбины	8000	8000	8000	6000
генератора	1500	1500	1500	1500
Параметры 3фазного электрического тока:
напряжение, В	400	400	400	400
частота, Гц	50	50	50	50
Тип генератора	МСК 750-1500	СГ2-500	DSG 62L24W	МСК 1560-1500

Судовые синхронные генераторы имеют следующие технические особенности:

• Большинство судовых турбогенераторов изготавливаются на напряжение 400в, частотой 50Гц. Номинальные частоты вращения роторов – 1500 и 3000 об/мин. В последнее время для нужд морских стационарных и самоходных буровых платформ разработаны судовые турбогенераторные установки на напряжения 10500 и 6300 В.

• Судовые дизельгенераторы изготавливаются в подавляющем большинстве на напряжение 400в, с номинальными частотами вращения роторов – 500, 750 и 1000 об/мин.

• Роторы генераторов изготавливаются явнополюсными на частоту вращения 500, 750, 1000 и 1500 об/мин и неявнополюсными на 3000 об/мин.

• Начальное возбуждение турбогенераторов обеспечивается без постороннего источника питания, надёжное начальное возбуждение – при минимальной частоте вращения, составляющей 0,9-0,95 от номинальной.

• Отклонения напряжения на зажимах турбогенератора в диапазоне мощностей 0-100% от номинальной не превышает пределов, установленных правилами МРС РФ.

• Демпферная обмотка, установленная в полюсах ротора допускает длительную работу под несимметричной нагрузкой), при условии, что токи отдельных фаз не превышают номинальных.

• Судовые генераторы выдерживают без механических и тепловых повреждений трёхфазное короткое замыкание в течение 5-10с (в зависимости от типа ГА), при условии, что ударный ток к.з. не превосходит 14-17 кратного значения от номинального, а установившийся ток к.з. 3-4 кратного значения.

• Судовые генераторы могут длительное время работать в параллельном соединении между собой и генераторами других марок. Параллельная работа генераторов возможна с уравнительными соединениями и без них.

• Изоляция обмоток генераторов выполняется влаго-, водо- и маслостойкой. В статоре применяется изоляция классов H и B, в роторе H, B и F, в силовых элементах системы возбуждения H и F.

• Конструкция генераторов обеспечивает заданную возможность электрической перегрузки. Машины допускают превышение статорного тока на 150% от номинала в течение 30 с, или на 110% в течение 1 часа, с цикличностью 6 часов, без всякого вреда обмотке.

• Генераторы в основном имеют степень защиты IP 53 или IP 55 по ГОСТ 14254-96. Последний может иметь водяное охлаждение или воздушный теплообменник с наружной вентиляцией.

Генераторы постоянного тока в настоящее время на вновь строящихся судах практически не применяются.

Генерирование и распределение электрической энергии на современных судах, осу­ществляется на переменном токе. Даже в тех случаях, когда значительную часть судовой электрической нагрузки составляют потребители постоянного тока, их питают преобразователями переменного тока в постоянный. Поэтому, основным типом современных судовых источников электрической энергии являются источ­ники переменного тока.

На судах отечественного морского флота используется несколько серий судовых синхронных генераторов с мощностями в диапазоне от десятков киловатт до единиц мегаватт: МСК, МСС, ГСС, ГМС, ГМВ и другие, которые выполня­ются на напряжение 230 или 400В с частотой 50 Гц. Номинальное частоты враще­ние генераторов могут быть 500, 750, 1000, 1500, 3000 об/мин.

Судовые силовые генераторы принципиально не отличаются от генераторов, устанавли­ваемых на береговых электрических станциях. Приводной двигатель ПД вращает ро­тор генератора, на котором расположена обмотка возбуждения ОВ. Во вращающеюся обмотку возбуждения через подвижные контакты, образованные щетками и контактными кольцами, поступает постоянный ток - ток возбуждения. Этот ток, проходя, по обмотке возбуждения создает основной магнитный поток машины Ф, вращающийся вместе с обмоткою возбуждения. На статоре расположена трехфазная обмотка, к которой подключается нагрузка, генератора. В результате взаимодействия магнитного поля с проводниками статорной обмотки, в её фазах индуцируются три симметричных ЭДС Еа, Ев, Ес, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2/3 . Эти ЭДС обеспечивают на зажи­мах генератора и нагрузки трехфазное напряжение (линейное напряжение Uав, Uвс, Uса) которое в свою очередь обуславливает трехфазный ток ( линейные токи IA, IB, IC).

До середины 60 годов основным вариантом системы возбуждения судовых гене­раторов была схема независимого возбуждения, при которой в качестве источника постоянного напряжения, использовался электромашинный генератор постоянного тока (возбудитель) В (рис.10.1 а).

Рис.10.1. Схемы возбуждения синхронного генератора

Статорная обмотка судовых генераторов соединяется звездой или треугольником. Нейтральная точка звезды изолируется, так как нейтрального провода в СЭЭС нет. Изо­ляция нейтральной точки в судовых генераторах обусловлена главным образом тре­бо­ванием техники безопасности.

Важнейшим фактором, влияющим на все характеристики генератора, в том числе и на его конструкцию, является способ возбуждения генератора способ регули­рования и передачи в обмотку возбуждения тока возбуждения.

Возбудитель на общем валу с син­хронным генератором приводился во вращения от общего приводного двигателя. Якорная обмотка возбудителя питает обмотку возбуждения генератора. Мощ­ность возбудителя составляет (1,5 -4)% мощности СГ. Этот способ возбуждения имеет сущест­венный, недостаток. Главный недостаток - низкая надежность воз­будителя (коллекторная машина).

Как показывает практика эксплуатации СЭЭС, большая часть аварий генераторных агрегатов происходит из-за повреждения возбудителя. Несмотря на незначительность мощности возбудителя, по сравне­нию с мощностью СГ, массогабаритные характеристики заметно ухудшаются из-за возбу­дителя. Особенно возрастает длина агрегата. В настоящие время гене­ратор с возбудителем постоянного тока уже не выпускается.

Более современной является система самовозбуждения, (рис10.1.,б) отличаю­щиеся тем, что для возбуждения используется небольшая часть (2 – 5)% электрической энергии, вырабатываемой этим же генератором. Так как для возбуждения требуется постоянный ток, а генератор даёт переменный, то возникает необходимость в промежуточном преобразовательном звене - выпрямителе.

Для обеспечения начального возбуждения используется дополнительный источ­ник постоянного тока (например, аккумуляторная батарея), который на время запуска (порядка секунд) подключается к обмотке возбуждения. После того как на зажимах генератора появляется напряжение, этот источник не нужен и его отключают. Начальное напряжение может быть обеспечено и без дополнительного источника постоянного тока за счет остаточной ЭДС, индуктируемой в статорной обмотке остаточным магнитным потоком ротора.

В подавляющем большинстве судовых генераторов с самовозбуждением, процесс начального возбуждения при запуске генератора обеспечивается именно за счет остаточной ЭДС. Перспективной сис­темой возбуждения СГ является безщеточная система независимого возбуждения (рис.10.1.,в). Генераторы с такой системой возбуждения получили название безще­точных СГ (БСГ). В настоящее время предложено много вариантов схем возбуж­дения (БСГ). Для возбуждения используется электромашинный возбудитель - СГ, имеющий две трехфазные обмотки переменного тока: одна расположена на статоре, другая на роторе. Статорная обмотка возбудителя получает питание от СГ. Переменное напряжение снимается с роторной обмотки, подаётся на выпрямитель, который на­гружен на обмотку возбуждения СГ. Основное достоинство такой системы возбуж­дения отсутствие щеточного аппарата, что повышает удобство эксплуатации и на­дежность подачи питания в обмотку возбуждения.

10.2. Генераторы постоянного тока.

Наибольшее распространение на судах получили генераторы постоянного тока серии П (рис.10.2.).

У генератора постоянного тока начальное самовозбуждение при пуске осущест­вляется за счет остаточной ЭДС. Согласно правилам Морского Регистра отклонения постоянного напряжения от номинального значения напряжения, во всем диапазоне изменения нагрузки генера­тора и при изменении частоты вращения ПД в диапазоне 5% не должны превышать .

Рис.10.2. Схемы возбуждения генератора и их внешние характеристики

10.3. Электромеханические преобразователи электрической энергии

На судне есть потребители, требующие для своего питания электрическую энергию с параметрами (род тока, величина напряжения и частота), которые не обеспечиваются судовой электростанцией. Отсюда возни­кает необходимость в соответствующих преобразованиях электрической энер­гии, что осуществляется с помощью электромеханических или статиче­ских преобразователей. Электромашинный преобразователь включает в себя две электрические машины: генератор и двигатель. Тип генератора диктуется требуемым видом электрической энергии. Тип двигателя определяется видом основной судовой сети: в СЭЭС перемен­ного тока - трехфазные АД, в СЭЭС постоянного тока - ДПТ. Таким образом, в электромеханических преобра­зователях осуществляется двойное преобразование электрической энергии: электрическая энер­гия преобразуется двигателем в механическую энергию, которая далее пре­образуется генератором в электрическую энергию требуемой частоты и напряжения.

Двигатель Д и генератор Г, составляющие преобразовательный агре­гат, располагаются на общем фундаменте и соединяются между собою с по­мощью муфты. Для улучшения массогабаритных показателей обе машины объединяются в общем корпусе на одном валу. Кроме того, в состав пре­обра­зователя входят магнитный пускатель электрического двигателя, уст­ройства защиты, устройства сигнализации, блоки регулирования напряже­ния и частоты.

10.4. Статические преобразователи электрической энергии.

Все необходимые на судах преобразователи электрической энергии могут быть обеспечены трансформаторами и электронными устройствами, в которых преобразование энергии осуществляется без использования вращающихся машин и других подвижных элементов. Отсюда название - статические преобразователи.

На судах преимущественное применение получили полупроводниковое преобразователи. Основными элементами полупроводниковых преобразователей являются полупроводниковые вентили – диоды, тиристоры. Силовые кремневые вентили обеспечивают высокие параметры по току и напряже­нию (ударный ток до 10-20кА, напряжение до единиц кВ). Рабочие пара­метры вентилей остаются стабильными при температуре до 125-140^оС, что позволяет строить статические преобразователи от долей ватта, до тысяч киловатт, что перекрывает существующие потребности потребителей в пре­образованиях электрической энергии на судах.

Отсутствие подвижных элементов и свойства полупроводниковых вентилей обус­лавливает преимущества полупроводниковых статических преобразователей по сравнению с электромашинными: более высокий КПД на (5-10)%, больший срок службы, бесшумность в работе, лучшие массогаба­ритные характеристики, большее быстродействие, практически мгновен­ная готовность к работе.

К основным недостаткам статических преобразователей относятся худшее, чем в электрома­шинных преобразователях качество выходного напряжения и их отрицательное влияние на каче­ство питающего входного напряжения.

11. Электрические станции

11.1. Принципиальная схема судовой электростанции

Электрической станцией (ЭС) (рис.11.1.) называется технический комплекс,

Рис.11.1. Принципиальная схема судовой электрической станции

состоящий из источников электрической энергии и главного распределительного щи­та (ГРЩ), предназначенного для ге­нерирования электрической энергии и её подачи в электрическую сеть к приемникам (потребителям).

Генераторные агрегаты ГА с помощью кабелей К и автоматических выключа­телей Вг подключаются к внутренним соединительным линиям ГРЩ называемым шина­ми Ш, к которым через коммутационно-защитные аппараты - выключатели Вф присоединены фидеры судовой кабельной сети Ф1,Ф2…Фj, питающие потреби­тели электрической энергии ПЭ

Ha станции должно быть не менее двух генераторных агрегатов. Состав главных элементов электрических станций и схемы их соединения (схемы главного тока), образующие структуру ЭС, должны обеспечивать возможность:

• раздельной и параллельной работы генераторных агрегатов ЭС как на всю СЭЭС так и на отдельные ее части (секции ГРЩ, фидеры);

• электрическую защиту генераторов, ГРЩ и присоединенных к ним кабельных линий при возникновении ненормальных (аварийных) режимов;

• связи с береговыми электрическими системами и СЭЭС других судов;

- управление качеством потребляемой электрической энергией между источни­ками (при параллельной работе) и потребителями;

- выполнения эксплуатационного наблюдения за элементами СЭЭС, за проведе­нием ремонтных работ без нарушения минимального необходимого обеспечения судна электрической энергией.

В зависимости, от рода источников электрической энергии различают ЭС постоянного и переменного тока. Судовые ЭС подразделяют на основные, аварийные и специальные.

12. Электрическая защита в СЭЭС

12.1. Общие требования

Основными видами нарушения нормальной работы СЭЭС или отдельных ее элементов являются следующие:

- недопустимое понижение сопротивления изоляции токопроводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов;

- повышение сопротивления контактных соединений токопроводов (клеммы

контактных соединений, аппаратов, кабелей);

- металлическое замыкание токопроводов разных полярностей (глухое короткое замыкание);

- перегрузка электрических двигателей по моменту сопротивления на валу (неисправность или перегрузки приводных механизмов);

- неисправности в работе автоматических устройств управления элементами СЭЭС (ложные сигналы управления);

- ошибки личного состава в использование электротехнических устройств.

С целью уменьшения повреждения оборудования и сокращения времени наруше­ния нормального электроснабжения судна предусматривается защита СЭЭС в аварий­ных режимах. Защита осуществляется системой устройств, автома­тически отключаю­щих повреждение элементы или части СЭЭС и сигнализирую­щих о коротких замыка­ниях (к.з.), перегрузках по току и мощности, повреждения первичного двига­теля генера­тора, обрыва одной фазы питающего фидера, исчезновение (снижение) напряжения в сети.

Своему целевому назначению система защиты СЭЭС будет соответствовать только при следующих важных для нее свойствах:

-быстродействии;

- избирательности (селективности), способности локально отключать поврежденный элемент (участок СЭЭС);

- чувствительности, способности "отличать" аварийные и нормальные изменен­ия диагностических величин;

- надежности, способности надежно срабатывать при аварии и не срабатывать в нормальных режимах;

- электродинамической и термической устойчивости устройств защиты;

- способности без механических повреждений и обгорании отключать предельные по величине токи к.з.

Система защиты в СЭЭС построена на использовании коммутационно защитных аппаратов, выключателей, предохранителей, реле тока и мощности, устройств автоматической разгрузки и включении резервных генераторных агрегатов.

Рассмотрение вопросов защиты судовых электроэнергетических систем целесо­образно произвести по элементам: защита сетей, генераторов и электродвигателей (Рис. 12.1.).

Рис.12.1. Схема главного тока судовой электростанции.

12.2. Защита сетей

В судовых электрических сетях могут иметь место два не нормальных режима: к.з. и перегрузка. Защита сетей, от таких режимов осуществляется автоматами или предохранителями.

Особенно ответственной является защита сетей от к.з. Эта защита должна быть избирательной (селективной), т.е. при к.з. на каком-либо участке должна отключатся не вся сеть, а только поврежденный участок, в то вре­мя как по остальным участкам ее осуществляется бесперебойная передача электрической энергии.

В принципе, избирательность защиты сети при к.з. можно получить настройкой защитных аппаратов по времени отключения или по току срабатывания (Рис.12.2.).

Рис.12.2. Избирательность защиты по времени

Избирательность защиты по времени достигается при выполнении условия , т.е. время отключения аппаратов защиты должно уменьшатся по ступеням за­щиты от источников электрической энергии к потребителям.

Избирательность по току достигается при выполнении условия

, т.е. ток срабатывания аппаратов защиты должен умень­шатся по ступеням защиты от источников к потребителям электрической энергии. Избирательность защиты сетей по времени может быть применена в любой электроэнергетической системе. Избирательность защиты по току может применяться только в маломощных электроэнергетических системах. Время токовая характеристика автомата избиратель­ного действия приведена на (Рис.12.3.).

Рис.12.3. Время токовая характеристика автомата избиратель­ного действия

12.3. Защита генераторов

Генераторы защищаются от перегрузки, к.з., а также oт возможности их работы в режиме двигателя.

Перегрузки генераторов могут происходить при выходе из строя одного из параллельно работающих генераторов, из-за неправильного распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами и т.д. Короткие замыкания могут быть как внутри са­мого генератора, так и во внешней цепи.

Переход генератора постоянного тока в двигательный режим всегда сопровождается изменением тока в обмотке якоря, а генератора переменного тока - с изменением направления мощности. Эти факторы и используются для защиты генератора от работы в двигательном режиме. Если параллельная работа генератора не предусматрива­ется, то никакой защиты от двигательного режима не требуется.

Защита генератора постоянного тока от двигательного режима работы осуществляется с помощью реле обратного тока (рис.12.4). Реле имеет две катушки - токовую и на­пря­жения. При нормальном (генераторном) направлении тока в токовой катушке магнитные потоки действуют согласно и удерживают контакт реле в разомкнутом положении. При изменении направления тока в токовой катушке (двигательный режим) магнитный поток катушки КТ становится встречным магнитному потоку катушки КН. Вследствие этого резко уменьшается величина результирующего магнитного потока, и контакты реле замыкаются. Через контакты подаётся напряжение на отключаю­щий расцепитель автомата.

Рис.12.4. Защита от изменения режима работы электрической машины

Реле срабатывает при 15-20% обратного тока без выдержки времени. Защита генератора пе­ременного тока от двигательного режима производится с помощью реле обратной мощности (РОМ), т.к. в системах переменного тока определенное направление имеет только энергия (мощность). Реле представляет собой однофазный счетчик электрической энергии индукционной системы (с алюминиевым диском) и имеет две катушки - токовую и напряжения (рис.12.5.). При нормальной ра­боте генератора, к диску прило­жен момент, вращающий его на размыкание контактов (однако во избежание непре­рывного вра­щения диск имеет ограниченность хода).

Рис.12.5. Реле обратной мощности

При переходе генератора в двигательной режим диск реле начинает вращаться в обратную сторону, т.е. в сто­рону замыкания контактов реле К. Выдержка времени срабатывания реле зависит от длины пути, который должен быть пройден диском до момента замыкания контак­тов, что может регулироваться в пределах 0-10 сек. Реле имеют три установки по обратной мощности 6, 9, и 12 %.

В подобных случаях необходимо помимо отключения генератора от шин щита, быстро уменьшить магнитное поле ротора, т.е. произвести "гашение" поля генера­тора. Одним из радикальных методов достижения "гашения" поля является включение обмотки ротора синхронного генератора на гасительное сопротивление с одновременным ее отклю­чением от возбудителя (Рис.12.6). После отключения генератора от шин ГРЩ происходит включение сопротивления последо­вательно с обмоткой воз­буждения, вследствие чего резко уменьшается ток возбуждения возбудителя, напряжение возбудителя и ток возбуждения. При необходимости поднятия напряжения генератора до номинальной величины при вклю­ченном генераторном автомате рубильник Р замыкается.

Рис.12.6 Гашение поля возбуждения синхронного генератора

12.4 Коммутационные аппараты

Включение, отключение (коммутация) генераторных потребителей, участков цепи осуществляют коммутационные аппараты.

Защитное срабатывание коммутационных аппаратов происходит, если значение уста­новленных параметров режима СЭЭС (ток, напряжение, мощность, частота) выходят за установленные допустимые пределы, контролируемые автома­тически. Поэтому такие коммутирующие аппараты называются автоматическими выключателями. Автоматы представляют собой виды коммутационных аппаратов, используемых на ЭС для многократных коммута­ции цепей без тока, нечастых при нормальных токах и для защитных отключе­ний в режиме перегрузки и аварий.

Основными элементами автоматических воздушных выключателей являются подвижные и неподвижные контакты, дугогасительная камера механизм рас­цепления контактов и их замыкания, отключающие и включающие устройства. В главной цепи автоматов предусматриваются главные КГ, предварительные КП и дугогасящие КД контакты, показанные на функциональной схеме трех­фазного автомата только для одной фазы В (рис.12.7.). Кроме того, для коммутации цепей управления устанавливаются блок контакты БК.

Через главные контакты КГ протекает ток нагрузки при нормальном вклю­ченном состоянии автомата. Предварительные контакты КП начинают

Рис.12.7 Функциональная схема автоматического выключателя

комму­тиро­вать цепь раньше, чем главные, предохраняя их от обгорания из-за электри­ческой дуги. При размыкании больших токов в главной цепи автомата возни­кает мощная дуга, разрыв которой ускоряется и становится безопасным для ав­томата благодаря перемещению ее по дугагасительным контактам КД в дугага­сительную щелевую камеру ДК. Дуга перемещается из-за больших электродинамических сил по дугогасительным контактам, попадает на сталь­ную решетку щелевидной камеры и быстро гаснет.

Коммутация всех фаз автомата (замыкание или размыкание А1-А2, В1-В2, С1-C2) и блок-контактов БК происходит одновременно под воздействием ме­ха­низма взаимного перемещения контактов, имеющего ручное и автоматическое управление. Для автоматического включения автоматов серии AM исполь­зуется устанавливаемые на их корпус электрический двигатель Д. Автоматиче­ское или дистанционное отключение происходит под действием расцепителей, являющихся электромагнитными элементами, управляющими механизмами пе­ремещения контактов. Используются следующие виды расцепителей или их комбинации: максимальные РМ, перегрузки РП, выполняются обычно с биме­таллическим элементом БМ, нулевые РН и отключающие РО по внешне­му сиг­налу. Срабатывание происходит при коротких замыканиях РМ, пере­грузках по току РП, снижения напряжения РН, замыкании контактов отключающего рас­цепителя Р0, что соответствует либо аварийной ситуации (например, при сраба­тывании реле обратной мощности РОМ), либо команде управления, вызванной нормальными эксплутационными причинами. У автоматов могут предусматривается гидравлические или механические устройства замедления срабатывания ЗС, под действием максимальных расцепителей, избираемого по времени (селективности) отключения ряда автоматов и срабатывания с выдержкой по времени в режимах перегрузки.

Автомат с различными системами управления, предназначенной для размыкания электрических цепей в любых условиях, отличных от нормальных, называется универса­льным. Автоматы с одной максимально-токовой защитой называются установочными.

Любой автоматический выключатель состоит из следующих основных частей: контактной системы, дугогасительной системы, привода автомата, механизма свободного расцепления, расцепителей и коммутатора с блок-контактами.

Контактная система является наиболее ответственной частью токоведущей цепи автоматов. Она должна находиться длительное время под током, и быть способной отключить токи перегрузки и к.з. При номинальных токах до 200А, в автоматах обычно, применяется одна пара контактов. Одноступенчатые контактные системы с применением металлокерамики допускают токи поряд­ка 600А.

Одноступенчатые контактные системы имеют одну пару главных контактов. При больших токах большое распространение получили двух и трех ступенчатые контактные системы. Первые имеют две пары контактов главные и дугогасительные, вторые - три пары: главные, предварительные и дугогасительные. При включении автомата вначале замыкаются дугогасительные, предварительные и, на­конец, главные контакты. Размыкание контактов происходит в обратной по­следовательности.

Дугогасительная система должна обеспечить гашение дуги в ограниченном объеме при всех возникающих режимах работа автомата. В установочных и универсальных автоматах широкое применение получили камеры с дугагасительными решетками из стальных пластин. При больших токах применяются лабиринтно-щелевые камеры и камеры с прямопродольной узкой щелью.

В лабиринтно-щелевой камере дуга входит в зигзагообразную щель постепенно и аэродинамическое сопротивление не велико. Узкая щель повышает градиент в дуге и уменьшает ее длину при гашении. Ввиду того, что ох­лаждение дуги осуществляется стенками камеры, материал камеры должен об­ладать высокой теплопроводностью и температурой плавления. В качестве ма­териала для камеры используют асбоцемент, керамику и другие материалы. Для включения автомата служит привод. Контакты автоматов отключаются с большой скоростью (моментное отключение).

Механизм свободного расцепления исключает возможность удерживать кон­такты автомата во включенном положении за счет воздействия привода при ненормальных режимах работы защищаемой цепи. Он обеспечивает мо­ментное отключение автомата.

Расцепители - элементы защиты, под воздействием которых через механизм свободного расцепления происходит отключение автомата. Они реагируют на изменение параметров электрической цепи (тока, напряжения).

Расцепители, в зависимости от выполняемой ими функции, бывают: максимальные - для защиты от недопустимых токов перегрузки и от токов к.з. и осуществляющие максимально-токовую защиту.

Автомат имеет главные контакты ГК для включения тока нагрузки, блокконтакты БК для включения сигнальных и блокировочных цепей. Расцепитель максимальный РМ, срабатывающий при перегрузке и коротких замыканиях (комбинированные расцепители). Часовой механизм ЧМ для создания зависи­мой от тока выдерж­ки времени при отключении автоматом перегрузок. Расцепитель отключающий Р0, для дис­танционного отключения автомата кнопкой или с помо­щью соответствующего реле.

Автоматы могут иметь ручное или электроприводное включение. В первом случае автоматы изготовляются со штурвалом. Во втором случае (рис.12.8.) автоматы по­ставляются с элементами электропривода двигателем Д, выключатель тормоза ВТ, реле блокировочное РБ, реле управления РУ, контакты В1, В2 конечного выключателя электродвигателя, сопротивления R1, R2, кнопка Вкл. Вклю­че­ние автомата может быть осуществлено с одного или нескольких мест крат­ко­временным нажатием, кнопки, подающей питание на реле управ­ления, кото­рое в свою очередь подаст питание на приводной электрический двигатель.

Схе­мою питания электродвигателя обеспечивается невозможность включения ав­томата, если в данный момент электродвигатель отключен каким-либо расце­пителем, а также невозможность пуска электродвигателя при включенном ав­томате.

При замыкании кнопки включения Вкл подается напряжение на катушку реле управления РУ. После срабатывания РУ шунтируют кнопку Вкл и замыкают цепь питания электродвигателя Д и выключатель тормоза ВТ. При вра­ще­нии электродвигателя через систему передач производится включение авто­мата. В процессе включения автомата напряжение на катушку реле РБ пода­ется сначала через последовательно включенные контакты конечного выклю­чателя BI, и нормальнозамкнутый блокконтакт автомата, а затем эта цепь шун­тируется контактами конечного выключателя В2 (шунтирование начина­ется до размыкание блокконтакта автомата). После включения автомата кон­такты BI и В2 размыкаются (см. диаграмму), все реле теряют питание и элек­тродвигатель останавливается, затем двигаясь по инерции, контакт BI снова замыкается, подготавливая цепь к включению.

Рис.12.8. Элементная схема избирательного автомата

Если есть напряжение автомат включается на к.з. в сети, то сразу после включения отключится РМ, в резуль­тате чего замк­нуться нормальнозамкнутые блокконтакты, но автомат самопроизвольно повторно не включится, если даже кнопка Вкл еще не отпущена, так как после каж­дого включения ав­томата определенный период оба конечных выключателя ос­таются не включен­ными и, РБ отключенным и зашунтированным кнопкой Вкл. Поэтому, по­втор­ное включение автомата можно осуществить, если в начале отпустить кнопку Вкл, а затем снова нажать. В промежуток между этим реле РБ снова включится (после того как BI, замкнется) и обеспечит по­вторное включение автомата. Ав­томат и схема его включения могут быть вы­полнены на постоянном или пере­менном токе. В случае перегрузок автомат работает следующим обра­зом. Под действием тока перегрузки РМ, притягивая свой якорь, вызывают ра­боту ЧМ, которые выходят и зацепляются с якорями расцепителей, позво­ляя им произве­сти отключение автомата.

13 Аппараты управления электродвигателями

13.1 Контакторы

Контактором - называется коммутационный аппарат с электромагнитным механизмом управления, предназначенный для часто производимых замы­каний и размыканий цепей с электродвигателем и цепей постоянного или переменного тока. Контакторы используются в комплекте с другими аппаратами управления и как отдельные устройства (рис.13.1).

Основными элементами контактора является электромагнитный механизм ЭМ включения - отключения, главные кон­такты ГК, дугогасительные устройства ДУ и блок - контакты БК. Контактор замы­кает и размыкает с помощью главных контактов, одни из которых подвижны, а дру­гие неподвижны, жестко связаны с якорем Я электромагнитного механизма.

Рис.13.1. Принципиальная схема контактора

Якорь представляет собой подвижную часть магнитной цепи, находящейся под действием равнодействующих сил магнит­ного поля 2Fм, которое создается втягивающей катушкой при протекании по ее обмотке тока iвк и натяжения Fп противодействующей пружины П. При отсутствии напряжения на обмотке втягивающей катушки электромагнита, его якорь благодаря натяжению пружины занимает одно крайнее положение.

При включении напряжения Uвк на втягивающую катушку ВК (обмотку электромагнита), создаваемая им сила притяжения якоря преодолевает силу тяги пружины и перемещает якорь в другое крайнее положение. При двух крайних устойчи­вых положениях якоря связанные с ним подвижные главные контакты, соответст­венно размыкают или замыкают главную цепь. Число таких пар контактов у контакто­ров морских серий может быть от I до 6. Наиболее широко используются контак­торы с двумя и тремя парами главных контактов.

Дугагасительные устройства предназначены для предохранения контактных по­верхностей главных контактов от обжигающего действия дуги, возникающей при размыкании электрической цепи. Нарушение чистоты (окисление, оплав­ление) контактных поверхностей ведет к повышению переходного электросопротивления в месте их соприкосновения, повышению нагрева рабочим током в главной цепи. Такие перегревы могут быть пожароопасные. В зоне расположения главных контактов предусматриваются камеры К с продольными щелями, соответствующие ускорению и облегчению гашения дуги отключаемого тока. Перемещению дуги в дугогаситель­ные камеры осуществляется электромагнитным дутьем, создаваемым дугогасительной ка­тушкою ДК.

Блок - контакты, замыкаемые или размыкаемые одновременно с главными контактами или перемещениями якоря, используются для переключения в цепях управления, которые необходимы при срабатывании контактора. Схема включения контактора показана на рис.13.2.

Рис.13.2. Схема включения контактора

13.2. Магнитные пускатели и станции управления

Магнитный пускатель - устройство, предназначенное для пуска, остановки и реверса электрических двигателей, а также их защиты от перегрузок и снижения напряжения.

Основные элементы магнитного пускателя - контактор, кнопки управления, переключатели, устанавливаются вмести с другими дополнительными элементами на металлическом основании, и защищаются кожухом. На рисунке (рис.13.3) приведена электрическая схема нереверсивного магнитного пускателя, который состоит из трехполюсного контактора КЛ, тепловых реле ТРТ, включенных последова­тельно с обмотками двух фаз статора, кнопок пуск КП и стоп КС.

Для пуска АД необходимо нажать КП, катушка контактора получает питание, контактор КЛ срабатывает и замыкает главные контакты в цепи статора двигателя, а блок контакт БК шунтирует КП, двигатель начинает вращаться. В зависимости от схемы и способа пуска пускатели выполняются с одноступенчатым и двухступенчатым пуском для ограничения тока, реверсивными и нереверсивными, односете­выми и двухсетевыми.

Рис.13.3. Принципиальная схема нереверсивного магнитного

пускателя серии ПММ

14. Сборка электрических машин

Якоря (роторы), завернутые в полиэтиленовую пленку и увязанные шпагатом, с подшипниковыми узлами передают на участок сборки, где их устанавливают в подго­товленную для сборки станину.

На уложенный внутри станины якорь (ротор) надевают траверсу и подшипниковые щиты, предварительно развернув подшипниковые узлы и сняв с них наружные крышки. В начале устанавливают подшипники в подшипниковый щит со стороны вентилятора, а затем с противоположной стороны.

Затем окончательно закрепляют подшипниковые щиты, устанавливают на место траверсу и крышки подшипников, вставляют и притирают щетки. После сбо­рки проверяют вручную, легкость и плавность вращения якоря. Перед началом стендовых испытаний в собранной машине проверяют качество балансировки якоря (пу­тем замера вибрации) и точность сборки подшипниковых узлов (по температуре на­грева подшипников и равномерности шума).

14.1. Стендовые испытания электрических машин

Заключительным этапом являются стендовые испытания электрических машин, в процессе которых проверяют качество ремонта и соответствие параметров машины паспортным данным. Испытания на стенде, как правило, производят в комплекте со штатной аппаратурой управления по программам контроль­ных испы­таний заводов изготовителей. В контрольные проверки и испытания на стенде вхо­дят следующие работы:

- внешний осмотр;

- измерение сопротивление обмоток постоянному току в холодном состоянии;

- измерение сопротивление изоляции относительно корпуса машины и между собой в холодном состоянии;

- проверка правильности установки щеток на нейтраль;

- испытание на нагревание и проверка номинальных данных;

- определение класса коммутации;

- измерение температуры нагрева отдельных частей машины на соответствие ее допустимым нормам;

- измерение сопротивления изоляции обмоток в горя­чем состоянии;

- испытание электрической прочности витковой изоляции обмоток;

- испытание механической прочности деталей и обмоток;

- проверка работы подшипников при нагрузке.

При внешнем осмотре проверяют комплектность электрической машины, отсутствие внутри нее случайно попавших посторонних предметов и легкость вращения ротора от руки.

Сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и между собой в холодном состоянии должно быть не менее 5 Мом.

Испытание машин на нагревание производится при номинальных значениях тока нагрузки, частоты и скорости вращения до практически устано­вившейся температуры отдельных частей машины, но не менее двух часов. Температура счита­ется практически установившейся, если ее изменение в течение часа не превышает 1^оС при неизменных значениях температуры охлаждающего воздуха и параметров нагрузки.

Класс коммутации (степень искрения) машины проверяют в процессе испытаний на нагревание и записывают в протоколе. Класс коммутации оценивается в соответствии с нормами ГОСТ 183-74 (Табл.14.1).

При нормальных режимах работы машины степень искрения должна быть не выше I ½ балла, т.о. критерием для оценки степе­ни искрения служит состояние рабочей поверхности коллектора и щеток.

В соответствии с правилами Регистра замер температуры, изоляции и сопротивления обмоток в горячем состоянии начинают сразу же после ис­пытания на нагрева­ние и заканчивают не позже чем через 5мин. с момента остановки машины.

Таблица 14.1.

Степень искрения (балл)	Характеристика степени искрения	Состояние коллектора и щеток
1	Отсутствие искрения (темная коммутация)	Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках
11/4	Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки (нормальная коммутация для длительного режима работы)	Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках
11/2	Слабое искрение под большей частью щетки (допустимо для кратковременного режима работы)	Появление следов почернения на коллекторе, легко устраняемое протиранием бензином, а также следов нагара на щетках
2	Искрение под всем краем щетки (допускается только при кратковременных толчках)	Появление следов почернения на коллекторе, не устраняемое протиранием, а также следов нагара на щетках (нагар снимается только шлифовкой)
3	Сильное искрение под всеми щетками, переход в огонь (недопустимо ни при каких режимах)	Значительное почернение (разрушение) на коллекторе, а также нагар и разрушение щеток

Сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой в горячем состоянии должно быть не менее 2 Мом.

После испытания на нагревание испытывают электрическую прочность изоля­ции (по формулярным данным 1 мин., 1000В, 50Гц).

Механическую прочность деталей и обмоток машин испытывают на повышенной скорости вращения (20% выше номинальной) в течение 2минут.

Испытание на перегрузку производят в нагретом состоянии машины после замеров температуры и сопротивления изоляции обмоток. Величины пере­грузок и продолжительность испытаний для различных видов машин с длительными и повторно-кратковременными режимами работами приводятся в технической документации. Перегрузки машина должна выдерживать без повреждений и остаточных деформаций.

Температура нагрева машины после испытания на перегрузку не нормируется. Одновременно со стендовыми испытаниями электрических машин проверяют и регулируют пускорегулирующую аппаратуру в комплекте с управляемыми двигателями и генераторами. Результаты испытаний заносят в протокол испытания. Выдержавшие испытания э/о допускается к установке на судно.

15. Методика проверки тепловой защиты

Проверка реле типа ТРТ с номинальным током от 0 до 450 А прибором проверки защиты ППЗ из холодного состояния испытательным током. Время срабатывание реле типа ТРТ с номинальным током от 0 до 450 а не должно превышать:

для реле с Iн до 10A - 2 - 65сек.

для реле с Iн от 10A до 140A - 80сек.

для реле с Iн от 140A до 450A - 65сек.

Проверка реле типа ТРТ с номинальным током свыше 450A производится прибором проверки защиты ППЗ испытательным током из нагретого сос­тояния до установившегося. Время срабатывания реле должно быть в пределах 5-20 минут. Последовательность испытания, реле типа ТРТ с номинальным током до 450A.

- убедится в отсутствия напряжения на пускателе.

- отключить кабель внешнего монтажа от клемм теплового реле;

- подключить к сети и к клеммам теплового реле прибор ППЗ в соответствии с описанием и инструкцией на прибор ППЗ;

- замерить температуру окружающей среды;

- определить величину испытательного тока по формуле:

,

где n - число делений шкалы уставок (брать со знаком "+", если уставка выше "0” со знаком "-" если уставка ниже: "0”.

Iн реле - номинальный ток реле, к – коэффициент, зависящий от температуры ок­ружающей среды (выбирается по таблице 15.1.).

Таблица 15.1.

t, oC	11	12	13	14
k	1,25	1,245	1,235	1,23

установить ток по амперметру, встроенному в прибор ППЗ и засечь время сраба­тывания реле по секундомеру.

Результаты испытания занести в таблицу 15.2.

Таблица 15.2.

№ п/п	Наименование привода	Iн	Iисп	Время срабатывания

Для реле типа ТРТ с номинальным током свыше 450А:

- убедится в отсутствие напряжения на пускателе;

- отключить кабель внешнего монтажа от клемм теплового реле;

- подключить к сети и к клеммам теплового реле прибор ППЗ;

- замерить температуру окружающей среды;

- определить величину тока, создающего тепловой режим по формуле:

- установить по амперметру, встроенному в ППЗ ток Iприв и нагревать

реле в течение 3-4 часов;

- определить величину испытываемого тока по формуле: Iисп=1,35 Iприв;

- установить ток по амперметру ППЗ и засечь время срабатывания. Результаты испытаний занести в таблицу.

При наличии источника большого тока данные ТРТ проверять также, как и преды­дущие. Время срабатывания 65 с.

16. Общие требования по калибровке автоматов.

В зависимости от типа автоматов и способа ремонта щитов, для которых они, пред­назначены, калибровка автоматов может производиться:

- в щите;

- в макете щита;

- вне щита.

Калибровка автоматов производится на калибровочных стендах цеха. Принципи­альные схемы могут меняться в зависимости от условий производства. Для изме­рения тока в цепи расцепителей должны применяться приборы не ниже класса 0,5.

Под калибровкой автоматов понимается проверка и настройка всех его расцепите­лей. Защита автоматами, т.е. отключение любого автомата, осуществляется рас­цепителями (реле), встроенными в автомат, которые, реагируя на определенный не нормальный режим работы, дают механиче­ский импульс на размыкание токоведущих контактов автомата. Данные калиб­ровки автоматов заносят в журнал регистрации. Из-за различий в конструкциях щитов и величинах отключаемых токов влия­ние электромагнитных полей уста­новки на работу расцепителей оказывается по-разному.

Поэтому проверку калибровки автоматов предназначенных для щитов, кото­рые ремонтируют в цехе, следует производить непосредственно в щитах со штат­ной установкой по полной схеме на токи установки +10% согласно требований проектных документов.

Полная схема - когда все полюса обтекаются током. Если щиты не выгружаются для ремонта в цех, а ремонтируются на судне то проверку калибровки автоматов производить в макетах щитов, каркас и установка которых аналогичны тем щитам, куда устанавливаются калиб­руемые автоматы. Калибровку произво­дят по полной схеме на токи установки.

16.1. Калибровка максимальных расцепителей

При калибровки максимальных расцепителей селективная пристройка должна быть выведена из действия.

Порядок калибровки автоматов следующий.

- установить проверенный автомат в щит, макет щита или на стойку;

- собрать схему калибровки автомата (подключить к источнику питания);

- оставить один из расцепителей разблокированным, остальные расцепители заблокировать механически;

- запустить питающий агрегат и включить автомат;

- плавно увеличить ток в цепи автомата до срабатывания расцепителя;

- заметить величину тока срабатывания расцепителя;

Если она отличается от требуемой, величины, подрегулировать расцепитель.

При калибровке максимальных расцепителей:

- после автоматического отключения автомата, не изменяя положение регулятора напряжения агрегата, вновь включить автомат, и убедится, что он надежно отключает цепь. Включение автомата на ток к.з. повторить 3 раза.

- вернуть регулятор напряжения в нулевое напряжение, включить автомат и увеличить ток до величины меньше максимально допусти­мой на 10%. Расцепитель не должен срабатывать.

- заблокировать проверенный расцепитель. Разблокировать следующий расцепитель и проверить его калибровку в аналогичном порядке.

- после проверки всех расцепителей отключить автомат.