Введение

Развитие электрооборудования судов тесно связано с развитием электротехники и электротехнической промышленности и имеет более, чем полуторавековую историю, начало которой положил русский ученый академик Б.С. Якоби. В 1838 году на реке Неве он испытал первое в мире судно с электрической гребной установкой.

Позднее электроэнергия на судах стала использоваться для освещения, а также для питания сигнальных и отличительных огней.

Начало применения электротехники для судовых электроприводов относится к концу XIX в. и связано с установкой электровентиляторов на крейсерах «Лейтенант Ильин» и «Адмирал Нахимов».

В последующие годы процесс электрификации судов непрерывно продолжается, что объясняется ростом надежности электрических машин, их высоким к.п.д., легкостью преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Электрифицируются механизмы машинного отделения, бытовые потребители и ряд других установок и механизмов.

В процессе своего развития электрооборудование судов выполнялось как на постоянном, так и на переменном токе, однако начиная с середины XX в. был взят курс на внедрение трехфазного переменного тока, обладающего рядом существенных преимуществ по сравнению с постоянным. Главным из них является высокая надежность электрических машин, а также простота преобразования переменного напряжения в различные уровни напряжения, а также в напряжение постоянного тока.

Современные суда характеризуются высокой степенью электрификации. Электроэнергия широко используется для управления судном, для работы различных вспомогательных и палубных механизмов, для электродвижения, радио- и электронавигационных приборов, для осуществления внутрисудовой связи и сигнализации, бытовых целей.

Последние достижения автоматического управления, вычислительной и полупроводниковой техники сделали возможным автоматизацию всех производственных процессов на судне.

Ориентируясь на некоторые показатели, такие, как среднее количество устанавливаемого электрооборудования и средняя мощность судовых электроустановок, можно констатировать, что в настоящее время уровень электрификации судов непрерывно повышается.

На современных морских судах устанавливаются сотни электрических машин и десятки тысяч электрических аппаратов и приборов, прокладываются сотни километров кабеля. Мощность судовых электростанций достигает нескольких тысяч киловатт, а мощность отдельных электроприводов составляет несколько сотен киловатт. Можно ожидать, что в недалеком будущем некоторые суда будут иметь электростанции мощностью 50–200 МВт.

1. Судовые электроэнергетические системы (сээс)

1.1. Основные определения и режимы работы сээс

Судовой электроэнергетической системой принято называть систему, которая представляет собой совокупность источников, преобразователей электрической энергии, токораспределительных устройств, электрических сетей и потребителей, объединенных процессом производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

В качестве источников электрической энергии на судах применяются дизель-генераторы, турбогенераторы и валогенераторы (генераторы с приводом от гребного вала) постоянного или переменного тока, а также аккумуляторы. В качестве преобразователей электрической энергии используются как электромашинные (вращающиеся), так и статические агрегаты. Передача и распределение электрической энергии на судах осуществляются с помощью кабелей и шинопроводов. Токораспределительными устройствами являются различные по назначению и конструкции электрические щиты с установленными в них аппаратами и приборами.

Совокупность источников электрической энергии с главным распределительным щитом (ГРЩ) принято называть судовой электростанцией.

Каждая СЭЭС может характеризоваться конфигурацией, структурой, схемой электроснабжения, состоянием и режимами работы, технико-экономическими показателями и параметрами.

Конфигурацией энергосистемы называется топографически представленное (на виде сбоку и на плане судна) расположение входящих в нее электростанций, основных электрических трасс, преобразователей и при необходимости некоторых потребителей.

Структурой энергосистемы называется плоскостная схема, содержащая генераторы электростанций, основные аппараты, приборы, преобразователи и электрические связи между этими элементами. Схема электроснабжения является, по существу, схемой распределения электроэнергии по потребителям. В простых случаях структура энергосистемы может объединяться с системой электроснабжения и представляться в виде схемы получения и распределения электроэнергии.

Среди большого многообразия состояний и режимов работы СЭЭС можно выделить нормальное и аварийное состояния, установившийся и переходный режимы работы.

Нормальным является такое состояние СЭЭС, когда энергосистема обеспечивает производство электроэнергии нормального качества от основных или резервных источников и распределение ее по судовым потребителям при работе их в любом необходимом сочетании.

Аварийным считается такое состояние СЭЭС, когда энергосистема обеспечивает производство электроэнергии требуемого качества от аварийных источников и распределение ее только по части судовых потребителей (ответственного или аварийного назначения). Аварийным будет и такое состояние, которое сопровождается недопустимым для нормальной работы отклонением показателей качества электроэнергии, отключением части работающих источников или потребителей и т. п.

Различают два вида параметров СЭЭС: параметры режимов работы энергосистемы и параметры собственно энергосистемы. К первым относятся мощность, ток, напряжение, частота и т. п., ко вторым – активные и реактивные сопротивления, проводимости и другие параметры в их номинальном значении, которые являются связующими для параметров режимов работы.

Установившимся режимом работы СЭЭС является такой режим, когда энергосистема работает при практически постоянных параметрах или при очень медленных их изменениях в заданных пределах.

Переходным режимом называется режим перехода от одного установившегося режима к другому, что сопровождается быстрым (скачкообразным) изменением параметров.

Конфигурация, структура и схема электроснабжения СЭЭС определяются главным образом архитектурным типом судна, назначением судна, особенностями эксплуатации и обслуживания судна, а также типом силовой установки.

Связанные с этим требования к СЭЭС содержатся в правилах классификационных обществ, международных конвенций и излагаются в техническом задании заказчика на проектирование судна.