Введение

Технический прогресс современного общества не мыслим без широкого применения электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства.

Началом развития электротехники следует считать 30-е годы XIX века, когда М. Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, позволившее создать генераторы электроэнергии. Первые магнитоэлектрические генераторы постоянного тока были созданы в середине и усовершенствованы в 80-е годы XIX века. Их дальнейшее совершенствование базировалось на исследовании А. Г. Столетовым ферромагнитных материалов, открытии Э. Х. Ленцем принципа обратимости электрических машин и изобретением Б. С. Якоби электродвигателя постоянного тока.

После создания в 1981 году М. О. Доливо-Добровольским трехфазного асинхронного двигателя в электроэнергетических системах стали использовать переменный ток. Очень важны работы русских ученых Н. Ф. Усагина, А. Н. Лодыгина, П. Н. Яблочкова по созданию трансформатора, ламп накаливания и дуговых ламп.

Общее развитие электротехники способствовало внедрению в конце XIX века на судах электрической энергии постоянного тока для освещения помещений и для питания сигнальных дуговых прожекторов, обеспечивающих безопасность плавания. Мощность электростанций составляла десятки киловатт, напряжение от тридцати до сорока вольт.

На многих военных кораблях русского флота в период с 1886 по 1903 годы были установлены электровентиляторы, электрифицированные шпили, рулевые и грузоподъемные устройства, работающие на постоянном токе. В период с 1914 по 1917 годы на кораблях Балтийского и Черноморского флотов применяли асинхронные электродвигатели для привода вентиляторов и других механизмов.

Период с 1920 по 1930 годы характеризуется применением в судовых электростанциях генераторных агрегатов постоянного тока напряжением 110 В с установленной мощностью в несколько сот киловатт. В это время на главных распределительных щитах была еще не совершенная коммутационная и защитная аппаратура (рубильники, предохранители), электровооруженность судов, характеризующая отношение мощность электростанции к водоизмещению судна была не значительной.

В период с 1930 по 1936 годы напряжение судовых электростанции повышается до 220 В, устанавливаются более совершенные генераторные агрегаты, коммутационная и защитная аппаратура. Мощность судовых электростанций достигает уже до 500 КВт.

Характерной особенностью развития судовых электроэнергетических установок за период с 1936 по 1946 годы является внедрение переменного тока, который по сравнению с постоянным имеет технические и эксплуатационные преимущества. В это время создаются новые серии судовых электрических машин, распределительных устройств и аппаратуры, работающих на переменном токе, что способствовало дальнейшему повышению технического уровня автоматизированных электрических установок.

Мощность электростанции современных судов достигает до десяти тысяч киловатт, суда оснащены техническими средствами, обеспечивающими бесперебойное электроснабжение.

Совершенствование судового электрооборудования предусматривает:

• повышение экономичности;

• создание автоматизированных электростанции с автоматическим пуском, управлением и контролем за работой генераторных агрегатов;

• внедрение генераторных установок отбора мощности;

• улучшение качества генерируемой электроэнергии путем совершенствования параметров и характеристик систем стабилизации напряжения и систем автоматического регулирования частоты вращения генераторных агрегатов; аппаратов;

• совершенствование типовых схем конструкций главных распределительных щитов и пультов управления автоматизированных электростанций.

1.ОБЗОР основных параметров судовых электростанций

1.1. Приемники электроэнергии.

Число и мощность, характеристики и параметры приемников электроэнергии влияют на выбор числа и мощности генераторных агрегатов судовых электростанций.

Приемниками электроэнергии на судах являются электрифицированные механизмы и устройства, преобразователи электроэнергии, электронагревательные приборы, светильники, радиотехнические средства, электронавигационные приборы и системы, внутрисудовая связь и сигнализация, системы автоматизации и другие.

Энерговооруженность судна зависит от общей установленной мощности приемников электроэнергии, определяющей суммарную мощность генераторов судовой электростанции. Общая установленная мощность приемников электроэнергии всегда больше суммарной мощности всех генераторных агрегатов, так как во всех эксплуатационных режимах судна работает только определенная часть приемников электроэнергии.

Степень энерговооруженности  судов определяют по формуле:

(1.1.)

где Р – суммарная мощность генераторных агрегатов, кВт.

D - водоизмещение судна, т.

Коэффициент  энерговооруженности судов имеет различные значения в зависимости от вида судна: 50  120 (танкеры); 300  950 (пассажирские суда); 50  200 (грузовые суда); 200  350 (рефрижераторы); 100  500 (ледоколы); 500  1300 (промысловые суда).

Приемники электроэнергии преобразуют электрическую энергию в: механическую, тепловую, световую, электромагнитную.

Приемники классифицируют по технологическому назначению, напряжению, роду тока, степени надежности электроснабжения, степени защищенности элементов электрооборудования, режимам работы видам преобразования электроэнергии.

По технологическому назначению могут быть приемники, обеспечивающие технологические процессы и судовые нужды. К технологическому назначению относятся приемники рефрижераторных и холодильных установок и другие.

К приемникам судовых нужд относятся приводы энергетических установок, палубных и грузоподъемных механизмов, механизмов устройств судовых систем, бытовых механизмов, а также электронагревательные приборы и устройства, радиолокационные и электронавигационные системы и приборы, радиотехнические средства, внутрисудовая связь, преобразователи электроэнергии и другие.

Судовые электроприводы, электрифицированные устройства и другие приемники по назначению и режимам работы делят на следующие основные группы:

• палубные механизмы (грузовые и якорные лебедки, краны, рулевое устройство);

• вспомогательные механизмы энергетической установки (насосы, компрессоры, вентиляторы машинных отделений);

• механизмы судовых систем и устройств (насосы, вентиляторы, компрессоры, кондиционеры);

• бытовые механизмы (мясорубки, овощерезки, картофелечистки);

• электрические светильники и нагревательные приборы; радиолокационные системы;

• радиотехнические средства и приборы электронавигационные, внешней и внутренней связи и сигнализации;

• прочие (преобразователи электроэнергии и другие).

Для основных приемников в различных режимах работы судна (электроприводов энергетических установок, судовых систем, грузоподъемных механизмов и устройств) применяют короткозамкнутые асинхронные электродвигатели с жесткими механическими характеристиками. Перерыв в электроснабжении этих механизмов в большинстве случаев не допустим, так как приводит к нарушению работы энергетических установок и ответственных судовых систем.

Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели имеют пусковые токи в пределах от пяти до семи значений величины номинального тока. Мощность некоторых судовых электродвигателей соизмерима с мощность генераторов, и во время пуска короткозамкнутых асинхронных двигателей возникают значительные пусковые токи, снижающие напряжение и частоту судовой сети. Рабочие характеристики электроприводов грузоподъемных механизмов требуют широкого диапазона частоты вращения при соответствующих моментах сопротивления на валах. Для этих механизмов применяют многоскоростные асинхронные электродвигатели, а иногда электродвигатели постоянного тока, регулируемые посредством специальных преобразователей.

Электроприводы грузоподъемных и палубных механизмов работают в режимах с импульсной кратковременной и повторно-кратковременной нагрузкой, соизмеримой с мощностью генераторов судовой электростанции. Работа этих механизмов характеризуется частыми пусками мощных электродвигателей и внезапным включением больших нагрузок, вызывающих значительное снижение напряжения и частоты генераторов. Снижение напряжения в судовой сети вызывает уменьшение крутящего момента асинхронных двигателей, нарушение режимов работы судовых механизмов и устройств. При недопустимых снижениях напряжения сети отключается электрическая аппаратура (магнитные пускатели, контакторы реле и другие), что приводит к отключению электродвигателей от сети и остановке электроприводов.

Минимальные напряжения силовой цепи постоянного тока для судовых приемников 220 и 110 В, переменного тока при частоте 50 Гц – 380, 220, 127 В, в отдельных случаях при частоте 60 Гц допускается напряжение 440 В.

По роду тока могут быть приемники электроэнергии, работающие от:

• судовой сети переменного тока 50 герц;

• сети переменного тока повышенных или пониженных частоты и напряжения;

• преобразователей и сети постоянного тока.

По степени надежности электроснабжения приемники делят на ответственные и малоответственные. Ответственные приемники обеспечивают движение и управление судном в ходовом и аварийных режимах:

• рулевые электроприводы,

• электроприводы энергетических установок, пожарных и осушительных насосов,

• холодильных установок грузовых трюмов,

• навигационные системы и приборы,

• радиотехнические средства, ограниченные светильники и другие.

Перерыв в электроснабжении этих групп потребителей не допустим. Малоответственные приемники электроэнергии - это электроприводы вентиляции и кондиционирования воздуха жилых и служебных помещений, электронагревательные приборы, электроприборы бытовых механизмов и другие. Эта группа приемников допускает перерыв в электроснабжении.

В зависимости от места расположения приемников электрооборудование может иметь различную степень защищенности:

• Открытое – не защищенное от прикосновений к движущимся и токоведущим частям и от попадания во внутрь посторонних предметов.

• Защищенное – снабженное специальными приспособлениями для защиты от случайных прикосновений к движущимся и токоведущим частям и от аварийных попаданий внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли

• Брызгозащищенное – ограничивающие попадание внутрь брызг любого

направления в количествах, исключающих нарушение его работы.

• Каплезащищенное – ограничивающее попадание внутрь капель падающих по вертикали или под углом не более 60° к вертикали, в количествах исключающих нарушения его работы.

• Пылезащитное – ограничивающее попадание внутрь пыли в количествах, исключающих нарушение его работы.

• Закрытое – допускающее сообщение между внутренним пространством и окружающей средой только через неплотности соединений между отдельными частями или небольшие отверстия.

• Герметичное – исключающее сообщение между внутренним пространством и окружающей средой.

• Взрывозащищенное – предусматривающее конструктивные меры для устранения или затруднения возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды.

Кроме того, имеется специальное электрооборудование тропического исполнения, предназначенное для эксплуатации в районах с тропическим климатом. Указанные исполнения относятся к электрическим устройствам всех назначений, преобразующих, передающих, распределяющих или потребляющих электроэнергию.

Судовые приемники работают в следующих режимах:

• Продолжительном – работа при неизменной нагрузке, продолжающаяся до достижения отдельными частями электрической машины установившейся температуры при неизменной температуре окружающей среды. Большинство приемников продолжительного режима являются асинхронными двигателями насосов, вентиляторов, компрессоров и другие.

• Кратковременном – работа с неизменной нагрузкой не настолько длительна, чтобы отдельные части электрической машины могли достичь установившейся температуры при неизменной температуре окружающей среды, а продолжительность остановки достаточна, чтобы электродвигатель успел охладиться до температуры окружающей среды. Длительность кратковременного режима составляет от 15 до 60 минут. Такими приемниками на судах являются электродвигатели якорно-швартовых лебедок, валоповоротного устройства и другие.

• Повторно-кратковременном – кратковременные рабочие периоды чередуются с кратковременными отключениями при длительности всего цикла не более 10 минут. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения, т. е. Отношением времени работы к продолжительности всего цикла. Электродвигатели имеют продолжительность включения 15, 25, 40 процентов. К таким приемникам на судах относятся грузоподъемные механизмы.

По виду преобразования электроэнергии приемники можно разделить на:

• электродвигатели,

• нагревательные устройства,

• источники света,

• преобразовательные установки и другие.

Характерной особенностью современных судовых энергетических систем является преобладание асинхронной нагрузки, влияющие на режим их работы. Все режимы работы систем характеризуются включением и отключением большого числа приемников электроэнергии, работающих в режиме различной нагрузки. Многие электроприводы судовых механизмов и устройств работают непрерывно с постоянной или изменяющейся нагрузкой (охлаждающие насосы, вентиляторы энергетических установок). Группа мощных электроприводов работает эпизодически кратковременно (пожарные, балластные и топливные насосы). Некоторые электроприводы работают длительно в режиме импульсно-кратковременной нагрузки. От одновременной работы большого числа приемников электроэнергии в эксплуатационных режимах с различным характером нагрузки зависит суммарная нагрузка судовой электростанции.

При выборе мощности и числа генераторов электростанции следует учитывать рассмотренные характеристики и особенности режимов работы приемников электроэнергии, а также требования к её качеству.