41

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТИПЫ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Судовая электрическая сеть является важнейшей составной частью СЭЭС и служит для передачи энергии от источников к потребителям или обеспечивает электрическую связь между различными элементами какой либо системы.

Электрические сети разделяются на первичные и вторичные.

Первичная электрическая сеть соединяет распределительные щиты и отдельные потребители крупной мощности, подключен­ные непосредственно к ГРЩ.

Рис. 110. Однолинейная схема участка первичной и вторич­ной судовой сети:

Грщ — главный распределительный щит; рщ — распределительный щит; врщ — вторичный распределительный щит; п — потребитель; ав — автоматический выключатель; г — генератор

Вторичная электрическая сеть соединяет потребители элек­трической энергии и вторичные распределительные щиты. На рис. 110 изображены участки первичной и вторичной судовой сети.

Система распределения электроэнергии устанавливает спо­соб соединения главного распределительного щита с потреби­телями.

Для повышения надежности судовых сетей необходимо обес­печивать:

- поддержание высокого сопротивления изоляции кабеля, про­водов, распределительных устройств и аппаратуры;

-защиту кабеля при коротких замыканиях и перегрузках;

-надежное крепление кабе­ля и распределительных уст­ройств;

-выполнение комплекса мероприятий по технике безопасности и пожарной безопасности;

-наибольший срок службы кабеля путем рационального расчета его сечения с учетом режимов и длительности работы потребителей.

Перечисленные требования должны читываться при про­ектировании и эксплуатации судовых электрических сетей.

На судах применяются три системы распределения электро­энергии: радиальная (фидерная), магистральная и смешанная.

Р а д и а л ь н о й системой распределения электроэнергии на­зывается такая система, при которой наиболее ответственные и мощные потребители получают питание непосредственно от ГРЩ по отдельным фидерам, а все остальные потребители — от рас­пределительных щитов, питающихся по отдельным фидерам от ГРЩ.

Принципиальная схема этой системы приведена на рис. 111.

Магистральной системой распределения электроэнер­гии называется такая система, при которой все потребители электроэнергии получают питание по нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки.

Принципиальная схема этой системы приведена на рис. 112.

Смешанной системой распределения электроэнергии на­зывается такая система, при которой одна часть потребителей получает питание по радиаль­ной системе, а другая часть — по магистральной.

Принципиальная схема этой системы приведена на рис. 113.

Рис. 113. Принципиальная схема рас­пределения

электроэнергии по сме­шанной системе

При выборе системы рас­пределения электроэнергии на судах учитывается возмож­ность централизованного уп­равления включением и отклю­чением потребителей электро­энергии, обеспечения макси­мальной надежности снабжения электроэнергией потребителей, минимального веса се­тей.

Радиальная система обеспе­чивает централизованное уп­равление питанием потребите­лей электроэнергии с ГРЩ, обладает повышенной надежностью при литании потребителей по отдельным линиям (при этом вес ее незначительно отличается от веса магистральной системы). В магистральной системе при повреждениях магистрали ли­шается питания большая группа потребителей электроэнергии и исключается возможность централизованного управления пита­нием потребителей электроэнергии.

Смешанная система распределения электроэнергии сочетает достоинства радиальной системы и недостатки магистральной системы.

Применение той или иной системы на судах обусловлено мощностью электроэнергетической установки судна, количеством и расположением потребителей электроэнергии. При небольших мощностях иногда применяют магистральную систему.

Радиальная система, обладающая техническими и эксплуа­тационными достоинствами, широко применяется на судах.

При радиальной системе распределения электроэнергии не­посредственно от главного распределительного щита получают питание ответственные и мощные потребители; к ним относятся:

- электроприводы рулевого устройства, шпилей, брашпилей, по­жарных насосов,

- спасательных средств, радиотехнические средства, гирокомпас, коммутатор

- сигнальных и отличительных огней и групповые щиты вспомогательных механизмов, вентиляции, освещения и другие, имеющиеся на судах ответственные потребители.

По Правилам Регистра на морских судах для постоянного тока допускается двухпроводная изолированная система пита­ния потребителей электроэнергии, для переменного однофазно­го — двухпроводная, изолированная, для трехфазного — трехпроводная изолированная.

Передача электрической энергии на судах выполняется от­дельными сетями: силовой, нормального и аварийного освеще­ния, слабого тока, радиотрансляции и т. д.

От силовой сети питаются электроприводы энергетической установки, палубных механизмов, насосов судовых систем, ре­фрижераторных установок, вентиляторов, а также преобразова­телей электрической энергии и т. п.

Сеть нормального освещения состоит из отдельных цепей наружного и внутреннего освещения, сигнальных и отличитель­ных огней и других цепей.

Сеть аварийного освещения разделяется на сети основного и малого аварийного освещения. Сеть основного аварийного осве­щения является составной частью сети нормального освещения, но питается от щита аварийной электростанции.

Сеть малого аварийного освещения питается от аккумулятор­ной батареи и имеет ограниченное число осветительных точек в постах управления, в коридорах и проходах.

В сеть установок слабого тока включаются телефонные уста­новки, звонковая и пожарная сигнализация, машинные теле­графы, рулевые указатели, тахометры и т. п.

Сеть радиотрансляции включает радиотрансляционную аппа­ратуру.

Число отдельных сетей определяется при проектировании в зависимости от типа, назначения и степени электрооборудова­ния судна.

СУДОВЫЕ КАБЕЛИ И ИХ МОНТАЖ

В судовых электрических сетях в зависимости от назначения, места прокладки и условий работы электрооборудования при­меняются кабели и провода разных марок.

Судовые кабели и провода, применяемые на судах, должны сохранять высокие изоляционные качества при повышенной влажности, обеспечивать механическую прочность при трясках, вибрациях и ударных сотрясениях и стойкость изоляции при воз­действии нефтепродуктов, масла и соленой воды и действия окружающей температуры до +50° С. По условиям прокладки в судовых помещениях кабель должен выдерживать многократ­ные резкие изгибы и значительные механические воздействия.

Токопрсводящие жилы кабеля выполняются из ряда тонких проволок, которые обеспечивают механическую прочность и гиб­кость. Токопроводящие жилы кабеля имеют изоляцию, состоя­щую из теплостойкой натуральной и синтетической резины, которая допускает длительный нагрев до 65° С и обеспечивает высокое электрическое сопротивление изоляции. Защита изоляционных оболочек кабеля от попадания влаги, механических повреждений обеспечивается защитными оболоч­ками из прочной негорючей и маслостойкой резины, свинца и оплетки из хлопчатобумажной ткани.

Защитные резиновые оболочки покрываются стальными или медными оплетками, которые защищают кабель от механиче­ских повреждений, а медная оплетка одновременно служит эк­раном от помех радиоприему.

Судовые кабели и провода, применяемые в силовых и осве­тительных сетях, допускают напряжение до 700В для пере­менного тока и 1000В —для постоянного.

Для неподвижных прокладок в этих сетях применяют кабе­ли марок КНР, КНРП, СРМ, КНРЭ, для прокладки к подвиж­ным токоприемникам во внутренних помещениях — кабель РШМ, а на открытых местах — кабель НРШМ.

В сетях установок слабого тока применяются кабели КНРТ, КНРТМ и СРТМ и в качестве экранированных — кабели СРЭШ, КНРЭТ, КНРЭТМ и КНРТЭ.

В сетях и для монтажа распределительных устройств приме­няются провода марки РМ и РГМ.

Марки судовых кабелей расшифровываются следующим об­разом: К — кабель, Н — негорючий, Р — резиновый, П — пан­цирный в стальной оплетке, Э— экранированный в панцирной медной оплетке (буква Э в середине указывает на экранирова­ние отдельных жил, а справа в конце — на экранирование всего кабеля), Т — телефонный, Ш — шланговый, Г — гибкий, С — ос­винцованный, М — морской.

В судовых сетях применяются одножильные, двухжильные, трехжильные и многожильные кабели. При однофазном пере­менном и постоянном токах применяются одножильные и двух­жильные кабели, а при трехфазном переменном токе — только трехжильные.

Для установок слабого тока в основном применяются мно­гожильные кабели. При трехфазном переменном токе совмест­ная прокладка одножильных кабелей вызывает сильный на­грев вихревыми токами металлических переборок и палуб в местах его прокладки.

На современных судах с увеличением степени электрообору­дования судов соответственно увеличилось число и сечение ка­белей судовых сетей, что требует значительной площади для их прокладки. Ограниченные возможности прокладки кабелей в судовых помещениях, а также необходимость ускорения монтажа кабельных сетей привели к выполнению многорядной пучко­вой прокладки кабеля в судовых помещениях.

Для прокладки и крепления пучков кабелей применяются подвески, называемые кассетами.

Монтаж трасс кабелей в кассетах позволяет применить современную технологию прокладки кабеля от прибора к прибору без промежуточной бухтовки по всей длине кабельной трассы, а также облегчает и ускоряет крепление кабелей.

Кассеты нормализованы по типоразмерам в зависимости от числа, диаметров и рядности пучков кабельных трасс.

На рис. 114 изображена кассета, состоящая из П-образного корпуса с двумя лапками и подвижного замка, который пере­двигается по всей длине кор­пуса. Кассета приваривает­ся лапками к корпусным кон­струкциям. Кассеты могут устанавливаться горизонталь­но, наклонно, вертикально; при расположении пучков кабе­ля в несколько рядов допуска­ется приварка кассеты к кас­сете.

Рис. 114. Крепление в кассетах пуч­ков магистральных кабелей по борту машинного отделения

При прокладке отдель­ных кабелей на судах также применяются скоб-мосты, пер­форированные панели и скобы.

При монтаже кабелей су­довых сетей особое внимание уделяется способам уплотнения кабеля в местах прохода их через водонепроницаемые перебор­ки, определяющие живучесть судна при авариях. При пучковой прокладке кабеля уплотнение кабеля в водонепроницаемых пе­реборках обеспечивается установкой кабельных уплотнительных коробок и групповых сальников. Уплотнение пучка кабелей трас­сы в групповых сальниках и коробках производится специаль­ными уплотнительными массами, обеспечивающими водонепро­ницаемость.

РАСЧЕТ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

В процессе проектирования судовых сетей уделяется внима­ние рациональному выбору сечения кабеля с учетом его факти­ческой нагрузки.

Максимальная температура нагрева соответствующего сече­ния кабеля будет определяться значением тока его фактической загрузки. В расчетах кабельной сети можно определять допу­стимый ток нагрузки кабеля с учетом заданной температуры на­гревания или допустимую температуру нагрева жил кабеля при фактическом токе нагрузки.

Обычно для расчетов судовых сетей используют таблицы с величинами токов нагрузки для разных сечений одножильных, двухжильных и трехжильных кабелей и проводов при их одиноч­ной прокладке с расчетом на то, что нагрев кабелей не превы­шает допустимой температуры нагрева токопроводящей жилы + 65° С при температуре окружающего воздуха 40° С.

Предельно допустимый ток загрузки кабелей зависит от про­должительности режима нагрузки (длительный, кратковремен­ный и повторно-кратковременный). Нормы нагрузки кабелей и проводов для выбора сечения кабеля по величине расчетного то­ка приведены в Правилах Регистра.

Расчетный ток определяется по следующим формулам:

постоянный ток

; (1)

однофазный переменный ток

; (2)

трехфазный переменный ток

,

где Р_П — потребляемая мощность потребителей, кВт;

U — номинальное напряжение, в;

k₃ — коэффициент загрузки потребителя;

cosφ — коэффициент мощности потребителя.

Расчетный ток кабеля распределительного щита, питающего группу потребителей, определяется по формуле:

для переменного тока

,

где k₀— коэффициент одновременности работы потребителей;

Σ1 — сумма токов всех потребителей;

Іа — активные токи потребителей;

І_r — реактивные токи потребителей.

Расчетный ток потребителей принимается наибольшим c учетом возможной его максимальной загрузки в режимах по таблице нагрузок генераторов.

Согласно величине расчетного тока, по Т а б л и ц а 54

Температура окружающего воздуха, °С	Значение поправоч­ного коэф- фициента
0	1,61
10	1,48
20	1,34
25	1,26
30	1,1
35	1,1
40	1,0
45	0,89
50	0,78
55	0,63
60	0,45

таблицам допускаемых нагрузок выби­рается сечение кабеля с учетом режима продолжительности «работы, числа жил кабеля, рода тока.

На пучковую прокладку кабельных трасс и окружающую температуру выше и ниже 40° С вводятся соответствующие поправочные коэффициенты для каждо­го выбранного сечения. Правила Реги­стра в зависимости от температуры уста­навливают различные поправочные коэф­фициенты для пересчета расчетного то­ка (табл. 54).

При выборе сечения кабеля для мно­горядной открытой (пучковой) прокладки и скрытой прокладки кабелей Правилами Регистра предусматривают снижение рас­четного тока на 25%.

В отдельных случаях при пучковой прокладке кабеля допу­стимый ток нагрузки определяется по существующей методике расчета. При определении расчетного тока нагрузки при пучко­вой прокладке следует установить, нагружены ли кабели пучка номинальной нагрузкой с учетом фактических режимов работы потребителей, питающихся от проложенных кабелей в пучке.

Расчеты электрических сетей для некоторых типов судов по­казали необоснованность снижения расчетного тока кабеля, про­ложенного в пучках, так как в режимах работы судна кабели фактически не загружены номинальным рабочим током.

Выбранное сечение кабеля проверяется на потерю напря­жения.

Определение потерь напряжения в электрических сетях постоянного и переменного тока

В силовых сетях определяется потеря напряжения от ГРЩ до каждого потребителя электроэнергии. Потребители электро­энергии могут нормально работать при определенном значении напряжения. Снижение напряжения ниже допустимой вели­чины приводит к уменьшению скорости вращения электродви­гателя и соответственно к изменению параметров судовых ме­ханизмов.

Согласно Правилам Регистра, потери (или падение) напря­жения в сетях переменного и постоянного токов от ГРЩ до по­требителей электроэнергии не должны превышать: для силовой сети и нагревательных приборов - 7% от номинального напря­жения, для осветительной сети напряжением 220В — 5%, для осветительной сети напряжением 36 В и ниже—10%, для телефонных установок — 5%.

Определим потери напряжения для сети ооднофазного пере­менного тока с распределенными нагрузками, где учитываются активные и реактивные сопротивления кабелей (рис. 116). Для первого участка сети с нагрузкой I₁ соsφ₁ с учетом активного r₁´, реактивного X₁´ и полного Z₁´ сопротивлений на векторной диаграмме напряжений изображены активное ес=2I₁'r₁´, реак­тивное сd=21₁´ Х₁´ и полное еd = 2I₁´Z₁´ падения напряжений сети.

Потеря напряжения на первом участке сети определяется как алгебраическая разность векторов напряжения в начале и конце первого участка сети Ū—Ū₁. которая с достаточной точностью для расчетов может быть принята за отрезок ее', соответствую­щий проекции вектора полного падения напряжения на ли­нии вектора Ū₁.

Рис.116. Однолинейная схема сети переменного тока с несколькими потребителями и векторная диаграмма потери напряжения для одной нагрузки

При этих допущениях потеря напряжения 1 первом участке сети определяется по выражению

,

где ;

.

Отсюда

Реактивные сопротивления кабелей судовой сети значитель­но меньше активного сопротивления, поэтому при расчетах по­терь напряжения реактивным сопротивлением кабеля можно пренебречь. Тогда получим окончательное выражение для поте­ри напряжения первого участка сети:

%.

В трехфазных сетях переменного тока линейная потеря на­пряжения в % для участка сетей с учетом вышеизложенных по­ложений и допущений для однофазной сети определяется по выражению

% .

Суммарные потери напряжения трехфазной сети с нескольки­ми потребителями определяются по выражениям:

% .

Ниже приводим примерный расчет сечения кабелей и потерь напряжения на участках судовой электрической сети перемен­ного трехфазного тока, изображенной на рис. 117.

Расчет выполняется в следующем порядке:

по таблице электрических нагрузок генераторов судовых электростанций устанавливаем режим, в котором потребители электрической энергии, подключенные к РЩ, имеют максималь­ную нагрузку;

по значениям максимальных потребляемых мощностей потре­бителями определяем расчетный ток фидеров РЩ;

по величинам расчетных токов каждого фидера РЩ выби­раем сечение кабеля по таблицам допустимых нагрузок для од­норядной прокладки кабелей;

сечение питающего кабеля РЩ определяем по суммарному расчетному току всех подключенных потребителей РЩ с учетом коэффициентов одновременности k₀ и запаса k_зап, т. е. І_{Σ Р}. Коэффициент запаса учитывает увеличение загрузки питающе­го фидера РЩ за счет подключения в дальнейшем к запасному фидеру потребителя;

по величине полного расчетного тока І_{Σ Р} по таблицам допу­стимых нагрузок на кабели выбираем сечение кабеля питающего фидера РЩ;

по заданной мощности генератора определяем полный рас­четный ток и соответственно сечение кабеля от генератора до ГРЩ;

Рис. 117. Принципиальная схема участков электрической сети

на основании выбранных сечений и известных длин участков определяем потерю напряжения от ГРЩ до потребителей.

В табл. 55 приведены исходные и расчетные данные отдель­ных фидеров, питающих потребители, и фидера питания РЩ.

В этой же таблице для определения суммарного расчетного тока питающего фидера РЩ определены суммарные потребляе­мые активные и реактивные мощности, средние значения коэф­фициента мощности и расчетная мощность РЩ.

1. Расчетная мощность равна

Р_ΣР = k_ok_запΣР=27∙0,9∙1,07=26кВт.

2. Полный расчетный ток определяется по выражению

По величине расчетного тока выбрано сечение питающе­го кабеля РЩ, равное Зх10 мм^г. Длина кабеля питающего фидера равна l₂ = 30 м.

Для подключения фидера к шинам ГРЩ выбран автомат А3324 с номинальным током 100 A и номиналь­ным током максимального расцепителя 60 A, с уставкой макси­мального расцепителя на ток 420 A.

3. Расчетный ток генератора равен

По величине расчетного тока по таблице допускаемых на­грузок на кабели с однорядной прокладкой выбираем сечение и жильность кабеля от генератора до ГРЩ.

S₁ = 2(3X185) мм² .

4. Потеря напряжения на участке ГРЩ—РЩ составляет:

5. Потери напряжения на участках сети РЩ до потребителейопределяются по выражениям

6. Суммарные потери напряжения от ГРЩ до потребителей равны: