книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

ного автомата можно настраивать на одну и ту же величину тока, установив различные выдержки времени.

Генератор переходит в двигательный режим при параллельной работе, если его первичный двигатель не будет развивать враща­ ющий момент (прекращение подачи топлива). Сам по себе пере­ ход в двигательный режим для генератора никакой опасности не представляет, однако в этом случае возникает дополнительная на­ грузка на другие генераторы.

Пределы уставок защиты от обратной мощности и от обратно­ го тока приведены в табл. 11. Эта защита должна действовать и при снижении напряжения на 50%.

На электростанции существует опасность ошибочного включе­ ния невозбужденного генератора или генератора, у которого воз­ буждение недостаточное и напряжение на его зажимах понижен­ ное. Минимальный расцепитель генераторного выключателя не позволяет включать генератор, если напряжение его не достигнет хотя бы 80% номинального значения.

§ 32. Схемы главного распределительного щита

Схемы главных распределительных щитов (ГРЩ) состоят из главных цепей, по которым электроэнергия передается от ге­ нераторов на сборные шины ГРЩ, а затем распределяется между потребителями, и из вспомогательных цепей, обеспечивающих подключение измерительных приборов, элементов защиты, сигна­ лизации и управления.

Главные цепи включают кабельные линии подключения гене­ раторов, генераторные выключатели, сборные шины, кабельные линии (фидеры) потребителей, выключатели потребителей.

Схемы ГРЩ должны отличаться определенной гибкостью. Это значит, что при неисправности, ремонте или профилактическом осмотре можно будет обесточить часть ГРЩ, не лишая при этом питании хотя бы наиболее ответственных потребителей.

Гибкость схемы ГРЩ достигается применением специальной системы сборных шин, секционированием шин, рациональным расположением генераторных панелей и панелей потребителей и соответствующим подключением резервных электроустановок.

140

требители, от которых зависит безопасность мореплавания, живу­ честь судна и устранение возникшей аварии. На тех судах, где имеется аварийная электростанция с дизель-генератором в каче­ стве аварийного источника электроэнергии, потребители первой категории подключаются к аварийному распределительному щиту

(АРЩ).

В т о р у ю к а т е г о р и ю составляют потребители, обслужи­ вающие работу главной силовой установки судна (масляные, топ­ ливные, охлаждающие насосы, компрессоры пускового воздуха и т. д.), и потребители, без которых невозможно обеспечить нор­ мальный ходовой, маневренный и стояночный режимы судна, —

мов работы судна. Их часто называют второстепенными потреби­ телями. Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, при пе­ регрузке генераторов защита прежде всего отключает именно по­ требителей третьей категории. К ним относятся: камбуз, бытовая

ГРЩ судовой электростанции трехфазного переменного тока. Сборные шины ГРЩ разбиты на пять секций. Каждая секция

может объединять одну или несколько панелей. Три генератора

141

подключены к различным секциям, разделенным между собою секционными выключателями ВС1 и ВС2. В качестве секционных выключателей могут применяться воздушные автоматические выключатели, но чаще используются разъединители. При нор­ мальной работе электростанции оба секционных выключателя замкнуты, а в случае необходимости они позволяют снять напря­

жение с той или иной части ГРЩ.

Потребители первой категории подключены к шинам аварий­ ного распределительного щита АРЩ, который, в свою очередь, получает питание от ГРЩ. При исчезновении напряжения на ши­ нах ГРЩ обесточиваются катушки контакторов 1К и 2К- Контак­ ты 1К размыкаются, а 2К замыкаются, и тем самым АРЩ отклю­ чается от ГРЩ и подается сигнал для запуска аварийного ди­ зель-генератора АДГ.

Потребители второй категории подключены к секциям II и IV, при этом основные и резервные агрегаты разнесены по раз­ ным секциям. Так, например, если электропривод основного мас­ ляного насоса получает питание от секции II, то электропривод резервного —- от секции /V.

Секция I объединяет потребителей третьей категории. Пита­ ние на эту секцию подается через автоматический выключатель АВЗ или через контактор. При перегрузке генераторов их защита воздействует на выключатель АВЗ, и секция I лишается питания.

Секция V получает питание через понижающие или раздели­ тельные трансформаторы ТР1 и ТР2, один из которых является резервным. К секции V подключены распределительные щиты на­ ружного, внутреннего освещения судна и освещения машинного отделения. С этой же секции получают питание понижающие тран­ сформаторы низковольтного переносного освещения.

Береговое питание ПБ подводится к секции III.

Существуют схемы ГРЩ и с более сложной системой шин, но и рассмотренная для примера схема позволяет обесточить любую часть ГРЩ, не нарушая питания основных потребителей электро­ энергии.

§ 33. Аварийные электростанции

Аварийная электростанция является важнейшим устройством в борьбе за живучесть судна, и поэтому все положения, касаю­ щиеся аварийных электростанций, полностью определяются Пра­ вилами Регистра СССР.

Гарантированная длительность работы аварийных источников электроэнергии устанавливается в зависимости от типа судна, его водоизмещения и района плавания (табл. 12).

В качестве источников электроэнергии могут использоваться генераторы постоянного или переменного тока с первичными' дви­ гателями внутреннего сгорания или аккумуляторные батареи.

142

На пассажирских судах и промысловых базах требуется, а на остальных судах рекомендуется оборудовать аварийный дизельгенератор системой автоматического пуска при исчезновении на­ пряжения на шинах ГРЩ.

Если аварийным источником являются аккумуляторные ба­ тареи, то они должны автоматически включаться в аварийную сеть при снижении напряжения на ГРЩ ниже 60% номинального.

Мощность аварийного дизель-генератора должна обеспечивать одновременное питание следующих потребителей: аварийного освещения, электроприводов водонепроницаемых дверей, авраль­ ную сигнализацию, щит сигнально-отличительных огней, устрой­ ства дистанционного пуска средств объемного паротушения, пожарного аварийного насоса, осушительного насоса, электро­ приводов спринклерной системы, рулевого электропривода, радио­ станцию и гирокомпас.

Если в качестве аварийного источника используются аккуму­ ляторные батареи, то пожарный и осушительный насосы, элект­ роприводы руля и спринклерной системы, радиостанция и гиро­ компас от аварийной электростанции питания не получают.

Аккумуляторная батарея, как дополнительный источник пи­ тания, должна устанавливаться и в том случае, если основным аварийным источником является дизель-генератор. Емкость этой батареи должна быть такой, чтобы без подзарядки от нее могли получать непрерывное питание в течение 30 мин аварийное осве­ щение и сигнальные огни «не могут управляться» и авральная сиг­ нализация в течение 10 мин. На пассажирских, промысловых и судах специального назначения, кроме того от дополнительной батареи должно осуществляться однократное поочередное закры­ вание водонепроницаемых дверей и питание указателей положе­ ния этих дверей и сигнализация о дистанционном закрывании их.

143

Все оборудование аварийной электроэнергетической установки размещается в одном помещении, расположенном выше палубы переборок, с непосредственным выходом на открытую палубу. Если аварийным источником является аккумуляторная батарея, то она устанавливается в отдельном помещении.

АРЩ связан с ГРЩ, но при этом применяется автоматическая блокировка, которая допускает подачу питания с ГРЩ на АРЩ, но исключает возможность подачи питания наоборот.

§ 34. Электрические аккумуляторы

Электрическим аккумулятором называется обратимый галь­ ванический элемент, который преобразует сообщаемую ему при заряде электрическую энергию от внешнего источника в химиче­ скую, накапливает (аккумулирует) ее и отдает обратно при раз­ ряде на внешнюю электрическую цепь, когда накопленная хими­ ческая энергия снова превращается в электрическую. Процессы заряда и разряда аккумуляторов могут повторяться многократно.

Принципиально аккумулятор представляет собой ванну, на­ полненную электролитом определенного состава, с двумя элект­ родами— положительным и отрицательным, подобранными по ма­ териалу в соответствии с составом электролита.

Аккумулятор характеризуют следующие основные параметры:

Е— э. д. с., или разность потенциалов между незамкнутыми за­ жимами электродов;

U — напряжение на зажимах при прохождении тока / через замк­ нутую цепь аккумулятора;

Q — емкость аккумулятора;

7jq — коэффициент отдачи от емкости; ч] — к. п. д., или отдача по энергии; W — удельная энергия;

I — коэффициент понижения напряжения.

Напряжение на зажимах аккумулятора определяется уравне­ ниями: при заряде

ляет сотые или тысячные доли ома. Однако оно непостоянно и меняется при заряде и разряде; в заряженном аккумуляторе оно наименьшее, в разряженном — наибольшее.

144

Емкость аккумулятора представляет собой количество элект­ ричества, измеряемое в ампер-часах, которое можно получить при разряде аккумулятора до достижения наименьшего допусти­ мого для него напряжения:

При неизменном разрядном токе емкость аккумулятора опре­ деляется выражением

кость прямо пропорциональна общей поверхности положительных пластин;

пористость пластин; при затвердевании активной массы ем­ кость уменьшается;

плотность электролита; увеличение плотности электролита об­ легчает диффузию, и, следовательно, емкость при этом возрастает; температура электролита; чем она выше, тем больше емкость, так как при высокой температуре химические реакции протекают

интенсивнее; величина разрядного тока; чем больше разрядный ток, тем

емкость меньше.

При разряде аккумулятор никогда не может отдать в цепь ко­ личество энергии и количество электричества, полученные им при заряде, так как часть энергии тратится в аккумуляторе на разло­ жение воды, на нагревание электролита, и т. д. Кроме того, акку­ муляторам свойственен саморазряд независимо от того, работает аккумулятор или нет. Отношение количества электричества, от­ данного аккумулятором при разряде, к количеству электричества, полученному им при заряде, называется коэффициентом отдачи по емкости:

Количество электрической энергии, которое вполне заряжен­

ный аккумулятор отдает при своем разряде до положенного пре­ дела, равно

Отношение количества электрической энергии, отданной акку­ мулятором при разряде, к электрической энергии, полученной при заряде, называется коэффициентом полезного действия, или отдачей по энергии:

145

мулятора в качестве положительного электрода служат пласти­ ны, состоящие из перекиси свинца РЬ02, а в качестве отрицатель­ ного— пластины с губчатым свинцом РЬ (рис. 88). Положитель­ ные пластины, соединенные между собой при помощи свинцовой полосы, располагаются между отрицательными пластинами, также соединенными между собой. Электролитом является раствор (25—34%) химически чистой серной кислоты H2S 04 в дистилли­ рованной воде. Сосуды аккумуляторов изготовляются из стекла, эбонита, целлулоида, а иногда из дерева с прокладками из свинца.

При разряде в кислотном аккумуляторе происходит химиче­ ская реакция, выражающаяся уравнением

Pb+Pb02+2H 2S04 = 2PbS04 + 2H20,

на пластинах аккумулятора накапливается сернокислый свинец PbS04, уменьшается концентрация кислоты в электролите и сни­ жается его плотность.

Объем сернокислого 'свинца больше объема исходных продук­ тов, из которых он образуется. Поэтому при интенсивном обра­ зовании сернокислого свинца возможно коробление или выпучи­ вание пластин. Сернокислый свинец со временем кристаллизу­ ется в совершенно нерастворимое вещество. Часть пластины, которая оказалась покрытой этим веществом, не участвует в хи­ мических реакциях, и полезная емкость аккумулятора снижается. Такое явление носит название сульфатации кислотных аккумуля­ торов. Сильно засульфатированный аккумулятор к дальнейшей эксплуатации непригоден.

146

При заряде в кислотном аккумуляторе происходит химическая реакция, описываемая уравнением

2PbS04+ 2 H 20 = РЬ 02 + 2 Н 2S 04 + P b .

Как видно из уравнения, сернокислый свинец разлагается на исходные продукты, а концентрация электролита восстанавли­ вается. Окончанием заряда можно считать такой момент, когда весь сернокислый свинец разложился и концентрация электроли­ та восстановилась до нормальной. При дальнейшем заряде потребляемая аккумулятором электрическая энергия будет расхо­ доваться на разложение воды, имеющейся в электролите. На по­ верхности электролита появляются пузырьки, создающие впечат­ ление кипения электролита. Выделяющийся водород в смеси с воздухом образует взрывчатый гремучий газ, который должен быть удален из аккумуляторного помещения.

Вполне заряженный кислотный аккумулятор имеет э. д. с. около 2,1 В. Внутреннее сопротивление кислотного аккумулятора весьма невелико — примерно 0,005 Ом, поэтому напряжение на зажимах аккумулятора, включенного на разряд, мало отличается от э. д. с. даже при больших токах нагрузки. С увеличением сте­ пени разряда плотность электролита уменьшается, уменьшается также э. д. с., а внутреннее сопротивление увеличивается. Вслед­ ствие этого напряжение аккумулятора в начале разряда понижа­ ется незначительно, а к концу разряда падает быстро (кривая 2, рис. 89). Можно считать, что при нормальном токе разряда на­ пряжение кислотных аккумуляторов изменяется в пределах от 2 до 1,7 В; ниже 1,7 В аккумулятор разряжать не следует, так как его уже невозможно будет зарядить до номинальной емкости. При увеличении тока разряда время разряда аккумулятора сокраща­ ется (кривая 3).

При заряде напряжение аккумулятора вначале быстро подни­ мается до 2,3—2,4 В, а затем возрастает медленнее (кривая /). К концу заряда, когда электролит кипит, внутреннее сопротивле­ ние аккумулятора увеличивается и оказывается необходимым повысить напряжение до 2,6—2,7 В, чтобы поддержать необходи­ мый зарядный ток.

147

В результате разряда в щелочном аккумуляторе образуются вещества Ni(OH)2, Cd(OH)2 или Fe(OFI)2, которые не затверде­ вают, как сернокислый свинец в кислотном аккумуляторе. Поэ­ тому щелочные аккумуляторы не требуют столь тщательного ухо­ да, могут быть длительно не заряженными, мало разрушаются при коротких замыканиях.

Окончанием заряда щелочных аккумуляторов следует считать восстановление всех исходных продуктов. При дальнейшем заря­ де происходит разложение воды электролита и кипение аккумуля­ тора.

При заряде щелочного аккумулятора напряжение на нем из­ меняется в пределах от 1,4 до 1,8 В (кривая 1, рис. 91). а при раз­ ряде нормальным током — от 1,25 до 1 В (кривая 2). При больших разрядных токах напряжение очень быстро уменьшается до 0,7 В (кривая 3). Ниже этого значения напряжения аккумулятор раз­ ряжать не следует.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов составля­ ет 0,03—0,06 Ом, т. е. гораздо больше кислотных. При разряде ак­ кумулятора большими токами внутреннее сопротивление резко возрастает, вследствие чего напряжение щелочных аккумуляторов при разряде уменьшается более интенсивно, чем кислотных. В на­ стоящее время имеются щелочные аккумуляторы, внутреннее соп­ ротивление которых соизмеримо с внутренним сопротивлением кислотных аккумуляторов.

Основные параметры щелочных аккумуляторов имеют следую-

148

же напряжения у щелочных аккумуляторных батарей необходимо последовательно соединить 10 аккумуляторов. Например, батарея типа 10НКН-45 имеет номинальное напряжение 12,5 В. Обозна­ чения этой батареи имеют следующий смысл: 10—число последова­ тельно соединенных банок; Н —накальная, для питания цепей нака­ ла радиоламп; КН—кадмиево-никелевая; 45 — емкость батареи.

Для получения еще большего значения напряжения источника аккумуляторные батареи, в свою очередь, могут соединяться по­ следовательно. Для увеличения емкости при сохранении напря­ жения аккумуляторы и аккумуляторные батареи между собой соединяются параллельно.

Кислотные аккумуляторы в отличие от щелочных способны поддерживать относительное постоянство напряжения при боль­ ших разрядных токах. Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными обладают большой механической прочностью. Они не боятся тряски, вибрации, хорошо переносят короткие замыка­ ния. Срок их службы, а также срок хранения до ввода в дейст­ вие значительно больше кислотных. Уход за щелочными аккуму­ ляторами значительно проще, что особенно важно в судовых условиях, когда аккумуляторы не сосредоточены в одном месте. Недостатком щелочных аккумуляторов является их сравнительно высокая стоимость.

Кислотные аккумуляторные батареи применяются на судах в основном для питания стартеров у двигателей внутреннего сго­ рания. В остальных же случаях предпочтительнее применение щелочных аккумуляторных батарей, которые служат на судах в качестве источников питания схем телефонии, сигнализации, ава­ рийного освещения, лага и радиооборудования.

149