Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Керченский государственный морской технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

СЭЭС шпоры.docx

Скачиваний:

168

Добавлен:

08.12.2018

Размер:

1.85 Mб

Скачать

☆

1 / 241 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

1. История развития СЭЭС. Классы автоматизации судов

Первым примером применения на судах электричества принято считать использование гальванических батарей для вращения гребных колес прогулочной лодки. Эти батареи были установлены на лодке в 1834 г. русским академиком Б. С. Якоби. Они позволяли передвигаться по р. Неве навстречу течению со скоростью около 4 км/ч.

Реальному применению электроприводов на судах долгое время мешало отсутствие надёжных и экономичных источников электроэнергии - генераторов и ее потребителей –

вначале электроосветительных приборов, а затем и электродвигателей.

Лишь после разработки в 70-х гг. 19 века и начала производства электрических ма-

шин постоянного тока работы по внедрению электричества на судах восстановились.

В 1886 г. на крейсерах «Адмирал Нахимов», «Адмирал Корнилов» и «Лейтенант Ильин» были установлены первые электрические вентиляторы.

В 1892 г. на броненосном крейсере «Двенадцать апостолов» установили электропривод рулевого устройства.

В 1897 г. на транспорте «Европа» применили первую электрифицированную лебедку.

В 1898—1903 гг. были электрифицированы рулевые и якорные устройства крейсеров «Громобой» и «Паллада».

В 1903—1904 гг. на Сормовском заводе построили первые дизель-электроходы «Вандал» и «Сармат».

Все судовые электрические установки того времени работали на постоянном токе при напряжении, как правило, не превышавшем 110 В.

Переход на переменный ток на судах стал возможным благодаря работам русского учёного М.О. Доливо-Добровольского, который в 1889 г. построил простой и надёжный асинхронный трёхфазный электродвигатель.

В 1908 г. на минном заградителе «Амур» установили трехфазные двигатели для вентиляторов и водоотливных насосов.

В 1909—1911 гг. переменный ток внедрили на линейных кораблях типа «Севастополь».

В 1920 г. был принят так называемый план ГОЭЛРО (Государственный план электрификации России), разработанный русским учёным-электротехником Кржижановским Г.М., который предусматривал создание в России сети гидро- и теплоэлектростанций с суммарной мощностью 3 млн. кВт. Выполнение этого плана позволило электрифицировать промышленность и сельское хозяйство.

В период 30-40 гг. ХХ столетия происходило быстрое развитие электрификации страны – были построены мощные гидро- и тепловые электростанции, заводы по производству электрических машин и электрооборудования.

В период с 1960 по 1970 г. осуществляется переход к использованию на судах переменного тока. Это стало возможным благодаря началу выпуска специально для судов генераторов 3-фазного переменного тока и асинхронных двигателей серии МАП (морской асинхронный полюсопереключаемый ) с 2-мя и 3-мя скоростями.

Одновременно разрабатывались и внедрялись на судах системы автоматизированого и автоматического управления и контроля различными видами судового электрооборудования.

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. При этом количество и сложность устанавливаемого на судно оборудования не зависит от водоизмещения, а определяется назначением судна. Небольшие по водоизмещению морские буксиры с электродвижением имеют мощные электроэнергетические установки с сложными системами управления .

В зависимости от объема автоматизации механической установки, Правила Регистра устанавливают 3 знака автоматизации в символе класса судна, а именно:

А1 – судно, за исключением пассажирского, объем автоматизации механической

установки которого позволяет эксплуатацию без вахты в машинных помещениях и центральном посту управления;

А2 – судно, объем автоматизации механической установки которого позволяет экс-

плуатацию без вахты в машинных помещениях, но с вахтой в центральном посту управления;

А3 – судно с мощностью главных механизмов 1500 кВт ( 2040 л.с. ) и менее, объём автоматизации механической установки которого сокращен, но позволяет эксплуатацию без вахты в машинных отделениях.

Надзор за судовым электрооборудованием

Все без исключения направления развития морского судоходства – проектирование и постройка судов, безопасность мореплавания, предотвращение загрязнения моря и береговой черты с судов, спасение человеческой жизни на море и др. регламентируются соответствующими Положениями, Конвенциями, Меморандумами и другими международными морскими нормативными документами.

Контролируют выполнение этих документов международные и национальные надзорные организации, к основным из которых принадлежат:

Регистр России;

Английский Ллойд;

Американское бюро судоходства;

Норвежское бюро Веритас;

Французское бюро Веритас;

Японское классификационное общество;

Итальянский Регистр.

Объем надзорной деятельности устанавливается Правилами классификационных

обществ, например, в России и Украине - Правилами Регистра.

Регистр является государственным органом технического надзора и классификации гражданских судов. Кроме того, Регистр по поручению и от имени правительства Украины или по поручению правительств других стран осуществляет в пределах своей компетенции технический надзор за выполнением требований международных конвенций, соглашений и договоров, в которых участвуют упомянутые страны.

Регистр устанавливает технические требования, обеспечивающие:

-условия безопасного плавания судов в соответствии с их назначением;

-охраны человеческой жизни и надлежащей перевозки грузов на море и на внутренних водных путях;

-предотвращения загрязнения с судов, осуществляет технический надзор за выполнением этих требований;

-производит классификацию судов;

удостоверяет валовую и чистую вместимости морских судов и обмерные характеристики находящихся под надзором Регистра судов внутреннего плавания, определенные в результате обмера судов.

Надзорная деятельность осуществляется на основании издаваемых Регистром Правил и имеет целью определить, отвечают ли Правилам и дополнительным требованиям суда и контейнеры, подлежащие надзору, а также материалы и изделия, предназначенные для постройки и ремонта судов и их оборудования.

Применение и выполнение Правил и дополнительных требований является обязанностью проектных организаций, судовладельцев, контейнеровладельцев, судоверфей, а также предприятий, которые изготовляют материалы и изделия, подлежащие надзору Регистра.

Толкование требований Правил и других нормативных документов Регистра является компетенцией только Регистра.

Надзорная деятельность Регистра не заменяет деятельности органов технического контроля судовладельцев, судоверфей и заводов-изготовителей.

Регистр осуществляет технический надзор за следующими морскими судами и подлежащими его техническому надзору судами внутреннего плавания в постройке и в эксплуатации:

.1. пассажирскими, наливными судами, предназначенными для перевозки опасных

грузов, а также буксирами, независимо от мощности главных двигателей и валовой вместимости;

.2. самоходными судами, не указанными в .1, с мощностью главных двигателей 55кВт ( 75 л.с ) и более;

.3. судами, не указанными в .1. и .2., валовой вместимостью 80 рег. т и более, либо

мощностью энергетического оборудования 100 кВт и более.

Регистр осуществляет технический надзор за судовыми холодильными установками с точки зрения безопасности судов, надлежащей перевозки грузов, предотвращения озоноразрушающего действия холодильных агентов на окружающую среду, а также осуществляет классификацию холодильных установок судов.

Регистр осуществляет надзор за судовыми грузоподъемными устройствами грузоподъемностью 1 т и более.

Регистр по особому согласованию может осуществлять также надзор за другими судами, установками и устройствами, не перечисленными выше.

Технологические и специальные устройства судов рыболовных, кабельных, технического флота и специального назначения не подлежат надзору Регистра, за исключением оборудования, перечисленного в соответствующих частях Правил.Регистр осуществляет технический надзор за контейнерами при их изготовлении и эксплуатации.

Регистр рассматривает и согласовывает проекты стандартов и других нормативных документов, связанных с его деятельностью.Регистр может осуществлять экспертизы и участвовать в экспертизах по техническим вопросам, входящим в круг его деятельности.Регистр издает Регистровую книгу морских судов, в которой содержатся основные технические данные судов и сведения об их классификации.За выполненные работы Регистр взимает плату, которая назначается в соответствии с тарифами.

2 Классификация судового электрооборудования

Электроэнергию, производимую судовыми электростанциями, потребляют много-

численные приемники электроэнергии, в совокупности образующие судовое электрооборудование.

В зависимости от назначения, различают следующие виды судового электрообору

дования:

электроэнергетические системы;
электрические приводы;
гребные электрические установки;
системы контроля;
системы и устройства связи, управления и сигнализации;
электрическое освещение и электронагревательные приборы.

Электроэнергетические системы предназначены для производства и распреде-

ления электроэнергии. Эти системы состоят из источников электроэнергии – дизель- и турбогенераторов, электрораспределительных щитов, а также кабельных и проводных распределительных сетей.

Электрические приводы предназначены для приведения в движение разного рода механизмов.

Различают следующие виды судовых электроприводов:

рулевые;
якорно-швартовные ( брашпили и шпили, автоматические швартовные лебедки)
грузоподъёмные ( грузовые лебёдки и краны, лифты );
судовые нагнетатели ( насосы, вентиляторы, компрессоры );
механизмы специального назначения.

К последним относят электроприводы:

подруливающих устройств ( на многих типах современных судов );
систем кренования и дифферента ( на ледоколах и судах ледокольного типа );
успокоителей качки ( на пассажирских судах, судах-паромах );
систем откренивания судов ( на судах типа ро-ро );
буксирных лебедок ( на буксировочных судах и ледоколах ).

Гребные электрические установки (ГЭУ) предназначены для приведения в движение гребного винта ( винтов ).

Различают ГЭУ постоянного, переменного и двойного рода тока. На последних переменный ток сети преобразуется в постоянный ток, который далее полается на гребные электродвигатели постоянного тока. Иначе говоря, в таких ГЭУ используются два рода тока – переменный и постоянный, отсюда название – установки двойного рода тока.

ГЭУ применяют на судах, где требуется плавное и в широких пределах изменение

скорости движения судна, а также частое изменение направления движения судна посред-

ством реверса гребных электродвигателей ).

К таким судам относятся ледоколы, паромы, транспортные суда ледокольного типа, в том числе с атомными паропроизводящими установками.

Системы контроля предназначены для автоматического сравнения измеряемых параметров, характеризующих контролируемый объект, например, главный двигатель, со значениями этих параметров (уставками), принятыми за нормальные или допустимые. На судах системы контроля объединены с системами управления объектов в единое целое - системами централизованного контроля.

Современные микропроцессорные системы контролируют до нескольких тысяч параметров – давление, температуру, уровень, скорость и др.

Разновидностью систем контроля являются системы технической диагностики (СТД), которые на основании результатов измерений выдают обобщенные сведения о состоянии объекта, характере неисправностей и способах их устранения. В СТД широко используются вычислительные и логические устройства.

Системы и устройства связи, управления и сигнализации предназначены для обеспечения внутрисудовой связи, в основном, при помощи телефонов, дистанционного управления судовыми объектами, например, главными двигателями из рулевой рубки, и различных видов сигнализации - служебной, авральной и специальной К последней относятся системы пожарной и трюмной сигнализации.

Электрическое освещение и электронагревательные приборы предназначены для создания необходимых комфортных условий работы и жизни экипажа.

К приборам электрического освещения относятся светильники с лампами накалива

ния и люминисцентными, осветительные и сигнальные прожекторы и др.

К электронагревательным приборам относят приборы сопротивления – электропли

ты, утюги, грелки, калориферы, водо- и маслонагреватели, хлебопекарные печи, котлы для приготовления пищи, а также индукционные ( микроволновые печи ) и радиационные ( лампы инфракрасного излучения ). Последние обеспечивает глубокий прогрев крупных устройств, поэтому их рационально использовать при сушке электрических машин.

Требования к судовому электрооборудованию

Судовое электрооборудование по сравнению с береговым работает в более трудных условиях.

Береговое электрооборудование установлено в определенной географической точке, т.е. оно не перемещается в пространстве и круглый год находится в одном и том же климатическом поясе.

Судовое электрооборудование перемещается вместе с судном, и в течение одного рейса ( 30-40 суток ) может побывать во всех климатических поясах Земного шара ( например, при переходе из Антарктиды в Мурманск ).

Для судового электрооборудования характерны следующие условия эксплуатации:

1. периодическое пребывание в тропиках, арктических водах и средних широтах, при этом средняя продолжительность пребывания в тропиках за год составляет 170 сут;

2. непрерывное пребывание в состоянии повышенной относительной влажности (от 70 до 100 %).

При этом в машинных отделениях в течение длительного времени относительная влажность составляет до 80 % при высоких температурах, а на палубах - меняющаяся влажность вплоть до циклического ежесуточного выпадения росы при средней температуре за сутки до 30 °С;

3. приблизительно постоянное содержание солей в воздухе: 3—5 мг на 1 м;

4. высокое содержание паров нефти в машинных отделениях: до 20 мг на 1 м воздуха;

5. интенсивное скопление конденсата: воды в палубных механизмах и нефтепродуктов в машинно-котельных механизмах;

6. оседание на поверхностях соли — в неблагоприятных условиях до 0,2 мм за сутки;

7. работа в условиях повышенной вибрации и периодических ударных нагрузок, связанных с сотрясением корпуса от ударов волн или при плавании во льдах.

Кроме того, для палубного оборудования добавочными условиями являются:

полное обледенение при пребывании в арктических водах;
периодическое обливание морской водой, эквивалентное поливу из шланга под давлением 9,8*10 Па ( 1at ) с расстояния 1,5 м;

3. в отдельных случаях полное кратковременное погружение под набегающую волну;

4. дополнительный кратковременный нагрев за счет солнечной радиации в тропиках (до 5 °С сверх предельной температуры воздуха) и ионизация под воздействием озона плотностью до 40 мкг/м.

Статистика эксплуатации судов основных транспортных океанских линий показы

вает, что общее время пребывания судна в тропиках составляет примерно 160 сут в год; при этом ходовое время судна - около 150 сут, из них 60 сут в тропиках, стояночное время 210 сут, из них 100 сут в тропиках.

Среднее наибольшее время стоянки в тропиках 10 сут. Средняя температура возду-

ха Мирового океана в зоне тропиков составляет 20 °С при абсолютной влажности 15 г/м.

У берегов Индии и Индонезии средняя температура равна 25 °С при абсолютной влажности 20 г/м.

Поэтому морские нормативные документы предъявляют к СЭО повышенные требования.

Эти требования содержатся в Правилах Регистра и в основном сводятся к следую

щему:

электрическое оборудование на судах должно надежно работать в условиях относительной влажности воздуха 75±3% при температуре +45±2°С или 80±3% при температуре +40±2°С, а также при относительной влажности воздуха 95±3% при температуре +25±2°С;

2. конструктивные части электрического оборудования должны изготовляться из материалов, устойчивых к воздействию морской атмосферы, или должны быть надежно защищены от вредного воздействия этого фактора;

3. электрическое оборудование должно надежно работать при вибрациях с частота

ми от 2 до 80 Гц, а именно: при частотах от 2 до 13,2 Гц с амплитудой перемещений ± 1 мм и при частотах от 13,2 до 80 Гц с ускорением ±0,7 g;

4. электрическое оборудование, установленное на источниках вибрации (дизели, компрессоры и т.п.) или в румпельном отделении, должно надежно работать при вибраци

ях от 2 до 100 Гц, а именно: при частотах от 2 до 25 Гц с амплитудой перемещения ±1,6 мм и при частотах от 25 до 100 Гц с ускорением ±4,0 g;

5. электрическое оборудование должно надежно работать также при ударах с ускорением ± 5,0 g и частоте в пределах от 40 до 80 ударов в минуту;

6. электрическое оборудование должно безотказно работать при длительном крене судна до 15° и дифференте до 5°, а также при бортовой качке до 22,5° с периодом 7 - 9 с и килевой до 10° от вертикали;

7. аварийное оборудование должно, кроме того, надежно работать при длительном крене до 22,5°, дифференте до 10°, а также при одновременном крене и дифференте в ука-

занных выше пределах;

8. электрическое оборудование должно обладать соответствующей механической прочностью и устанавливаться в таком месте, где нет опасности механического повреждения.

Для выполнения перечисленных выше условий судовое электрооборудование должно иметь соответствующее устройство ( конструкцию ).

Классификация электрооборудования в зависимости от степени защищен-

ности обслуживающего персонала от соприкосновения с его токоведущими или вра-

щающимися частями и степени защищённости корпуса электрооборудования от по-

падания внутрь воды

Условные обозначения степени защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования, находящегося внутри её корпуса и степени защищённости корпуса электрооборудования от попадания внутрь воды объединены и состоят из латинских букв IP ( от первых букв английских слов «International Protection», что означает «Международная система защиты корпуса электрооборудования» ) и двух последующих цифр.

Первая цифра обозначает степень защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования.

Цифровые значения степеней такой защиты приведены в таблице В.3.

Таблица В.3.

Степени защиты судового электрооборудования от соприкосновения с токо

ведущими или вращающимися частями

Первая цифра условного обозначения	Степень защиты
0	специальная защита отсутствует
1	от проникновения внутрь корпуса большого участка поверхности человеческого тела, например, руки, и от проникновения твёрдых тел размером свыше 50 мм
2	от проникновения внутрь корпуса пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм
3	от проникновения внутрь корпуса инструментов , проволоки и др. предметов диаметром или толщиной более 2,5 мм и от проникно- вения твердых тел размером более 1,0 мм
4	от проникновения внутрь корпуса проволоки и твёрдых тел разме- ром более 1,0 мм
5	проникновение внутрь корпуса пыли не предотвращено полностью , однако количество попавшей пыли не должно нарушить работу изделия
6	проникновение пыли предотвращено полностью

Вторая цифра обозначает степень защищенности электрооборудования от попада

ния внутрь воды. Цифровые значения степеней такой защиты приведены в таблице В.4.

Таблица В.4.

Степень защищенности электрооборудования от попадания внутрь воды

Вторая циф- ра условно- го обозначе- ния	Степень защиты	Название исполнения кор пуса электрооборудова- ния
0	защита отсутствует	открытое
1	от капель воды, падающих вертикально	каплезащищённое
2	от капель воды при наклоне оболочки до 15º	каплезащищённое
3	от дождя, падающего под углом 60º к вертикали	брызгозащищённое
4	от брызг, попадающих на корпус под лю бым углом	брызгозащищённое
5	от водяных струй, попадающих на кор- пус под любым углом	брызгозащищённое
6	от волн воды	водозащищённое
7	при погружении в воду: вода не должна попасть внутрь корпуса в количестве, достаточном для повреждения изделия, при определённых стандартами значениях давления воды и времени нахождения под водой	погружное ( герме- тичное )
8	то же, что и в п.7, но при длительном погру- жении в воду:	погружное ( герме- тичное )

Правила классификации и постройки морских и речных судов ( Регистр ) устанавливают зависимость степени защищённости электрооборудования от типа судовых помещений. Эта зависимость приведена в таблице В.5.

Таблица В.5.

Зависимость степени защищённости электрооборудования от типа судовых помещений

№№	Тип судового помещения	Характеристика помещения	Степень защиты
1	Помещение главного распределительного щита	Сухое отапливаемое	IP00
2	Жилые, общественные и служебные помеще ния и относящиеся к ним коридоры, вестибюли, трапы, кроме перечисленных ниже	Сухие	IP20
3	Каюты, салоны, детские комнаты и т.п. на пасса жирских судах	Сухие	IP30
4	Умывальные, туалетные, гальюны, раздеваль- ные, камбузы, сушильные, провизионные кладо- вые и т.п.	С повышенной влажностью	IP44
5	Бани, душевые, ванные, прачечные, посудомоеч ные, заготовительные, по обработке продуктов промысла и лова	Особо сырые	IP55
6	Кладовые: шкиперские, прозодежды, запчастей, мастерских, фонарные, малярные, а также там- буры и коридоры, примыкающие к этим помеще ниям	Влажные	IP23
7	Закрытые рулевые, штурманские, радио- и трансляционные рубки и т.п.	Сухие	IP22
8	Аварийных дизель-генераторов и пожарных насосов	С повышенной влажностью	IP23
9	Специальные электрические	Сухие, при возмож- ности отапливаемые	IP10
110	Помещения машинные, котельные и электриче- ского оборудования	С повышенной влажностью	IP23
111	Холодильных машин, рулевых машин, агрегат- ные для палубных механизмов, насосные на сухогрузных судах	С повышенной влажностью	IP23
112	Места, где может скапливаться негорючая пыль ( трюма, склады и т.п. )	Особо сырые	IP55
113	Открытые палубы	Заливаемые водой	IP56
114	Помещения и пространства, где оборудование работает под водой	Затопляемые	IP68
115	Помещения с горючей пылью, угрожающей взрывом	Опасные	IP68

В зависимости от особых условий эксплуатации, дополняющих перечисленные вы-

ше, могут использоваться и иные буквенные обозначения исполнение корпусов судово-

го электрооборудования . Эти обозначения приведены в таблице 6.

Таблица В.6.

Классификация судового оборудования в зависимости от особых условий работы эксплуатации

№п/п	Обозначение исполнения	Наименование исполнения	Характерные признаки конструктивного исполнения
1	ММ	Маломагнитное	Оборудование изготовлено из маломагнит- ных материалов или ограничивается его магнитное поле при помощи встроенных ферромагнитных устройств
2	ВЗГ	Взрывозащищенное	Исполнение корпуса оборудования исклю- чает возможность воспламенения окружаю щей взрывоопасной среды
3	УВ	Ударовибростойкое, ударовибропрочное	Оборудование предназначено для работы в условиях, характеризующихся наличием вибрации и ударов

3 Судовые потребители электроэнергии

Основные сведения

Приемник электроэнергии (потребитель) - это устройство, предназначенное для преобразования электроэнергии в другой вид энергии.

Приемники электроэнергии обеспечивают безопасность плавания, безаварийную работу энергетической установки, сохранность грузов и нормальные бытовые условия экипажа. На многих судах - лихтеровозах, ледоколах, паромах, земснарядах, плавкранах - электроэнергия применяется для привода гребных винтов и специальных технологических механизмов.

Классификация приемников электроэнергии

Приемники электроэнергии классифицируют по трем основным признакам:

1. назначению;

2. степени важности ( ответственности );

3. режиму работы.

По н а з н а ч е н и ю приемники электроэнергии делят на следующие группы:

средства навигации и связи - гирокомпас, лаг, эхолот, радиолокаторы, радиопелен

гаторы, радиостанция;

механизмы судовых систем и устройств - насосы, вентиляторы, компрессоры;

палубные механизмы - грузовые лебедки и краны, рулевое устройство, брашпили, шпили, автоматические швартовные лебедки;

бытовые механизмы и приборы - климатическая установка, оборудование камбуза, прачечной;

электрическое освещение.

По с т е п е н и в а ж н о с т и приемники электроэнергии подразделяют на 3 группы:

особо ответственные приемники, перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей. К ним относятся радио- и навигационное оборудование в соответствии с Правилами по конвенционному оборудованию морских судов, рулевое устройство, пожарный насос, аварийное освещение и др. На грузовых судах валовой вместимостью 300 рег. т и более, а также на некоторых других судах приемники этой группы питаются практически бесперебойно от основной, а при ее обесточивании - от аварийной электростанции;

ответственные приемники, обеспечивающие работу СЭУ, управление судном и сохранность груза. В эту группу входит основная часть судовых приемников электроэнергии - насосы, вентиляторы, компрессоры, якорные и швартовные механизмы, грузовые устройства, средства внутрисудовой связи и сигнализации и др. Эти приемники получают питание во всех режимах работы основной СЭС;

малоответственные приемники, допускающие перерыв питания в аварийных ситуациях или при перегрузке СЭС - бытовая вентиляция, камбузное оборудование и др.

4 Виды СЭЭС

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.

Судовые электроэнергетические системы подразделяются на виды:

1) автономные СЭЭС, которые не имеют непосредственной связи с силовой установкой судна;

2) СЭЭС, имеющие источники электрической энергии с отбором мощности от силовой установки;

3) СЭЭС, объединенные с силовой установкой.

СЭЭС можно различать также по количеству электростанций, входящих в нее, типам и количеству источников электрической энергии на этих электростанциях, по назначению и расположению отдельных электростанций, количеству и видам связи между ними.

Автономные СЭЭС

На рис. 1.1–1.3 представлено три варианта структурных схем автономных СЭЭС. Каждая из этих СЭЭС имеет автономные источники электрической энергии – турбогенераторы или дизель-генераторы, главные распределительные щиты, распределительные щиты, трансформаторы, выпрямители, щит приема питания с берега и другие элементы.

Рис. 1.1. Структурная схема автономной СЭЭС с одной основной электростанцией:

Т/Д – турбина или дизель; Г1–Г4 – генераторы; ЩПБ – щит приема питания

с берега; ГРЩ – главный распределительный щит; РЩ1–РЩ4 – распределительные щиты; Т1–Т2 – трансформаторы; В – выпрямительный агрегат. На рис. 1.1 приведена схема с одной основной электростанцией, а на рис. 1.2 – схема с двумя основными электростанциями. Во втором случае СЭЭС является более надежной, так как при выходе из строя одной из электростанций снабжение электроэнергией обеспечивается от другой. Электростанции имеют между собой одну или две электрические связи, по которым в том или ином направлении может передаваться электроэнергия. Две электростанции (или больше) приходится предусматривать при необходимости в установке на судне большого количества генераторов и значительной их мощности. Например, при мощности электростанции 3000 кВт и напряжении 400 В ударные токи короткого замыкания могут достигать 100–120 кА, что является предельным по динамической устойчивости существующих в настоящее время автоматических выключателей. Следовательно, при мощности более 3000 кВт появляется необходимость в разукрупнении электростанций или принятий других мер по ограничению величины токов короткого замыкания в СЭЭС.

Рис. 1.2. Структурная схема автономной СЭЭС с двумя основными электростанциями (П – потребители электроэнергии)

Если электростанция имеет в своем составе только дизель-генераторы или газотурбогенераторы, то она является полностью автономной. Если же в составе электростанции имеются турбогенераторы, то вместе с ними всегда устанавливаются дизель-генераторы (в качестве резервных, стояночных или аварийных источников), так как турбогенераторы (паротурбогенераторы) обычно работают только тогда, когда функционирует котельная установка. Кроме того, паротурбогенераторы по сравнению с дизель-генераторами требуют значительно большего времени для ввода их под нагрузку с «холодного» состояния.

Согласно требованиям Регистра на большинстве судов транспортного рыбопромыслового флота независимо от количества основных электростанций должна быть также аварийная электростанция. Аварийная электростанция, как показано на рис. 1.3, имеет электрическую связь с одной из основных электростанций, по которой в нормальных режимах работы передается электроэнергия в направлении от основной электростанции к аварийной. При исчез-

Рис. 1.3. Структурная схема автономной СЭЭС с одной основной и одной

аварийной электростанциями:

АРЩ – аварийный распределительный щит; К – контактор; АГ – аварийный генератор

новении напряжения на сборных шинах основной электростанции дается сигнал на автоматический запуск аварийного генератора, а контактор К, переключая свои контакты, подключает к шинам этот генератор. Таким образом обеспечивается непрерывное (с переключением) питание потребителей электроэнергии, подключенных к шинам аварийной электростанции.

СЭЭС с отбором мощности от силовой установки

Отбор мощности от силовой установки для СЭЭС может осуществляться применением в составе электростанций:

1) генераторов (валогенераторов), привод которых осуществляется через механическую передачу от судового валопровода или от вала отбора мощности главного двигателя (рис. 1.4, а);

2) турбогенераторов, которые получают пар от утилизационных котлов, использующих тепло выхлопных газов главных двигателей (рис. 1.4, б).Первые могут применяться как на теплоходах, так и на пароходах, вторые – только на теплоходах. Существуют также комбинированные системы, которые имеют валогенераторы и турбогенераторы отбора мощности. Очевидно, что валогенераторные системы являются системами непосредственного отбора мощности, а турбогенераторы – системами косвенного отбора мощности.


а	б

Рис. 1.4. Структурные схемы СЭЭС с отбором мощности от силовой установки:

Д – дизель; ВГ – валогенератор; ГД – главный двигатель;

Т – турбина; УК – утилизационный котел

Примеение рассматриваемых электроэнергетических систем целесообразно на тех судах, которые почти все ходовое время имеют постоянную или с незначительными колебаниями скорость движения (в пределах от «полного» до «среднего»). При этом валогенераторы (турбогенераторы), работая в ходовых режимах, дают возможность значительно реже включать в работу дизель-генераторы, тем самым увеличивая срок их службы. Электроэнергия, вырабатываемая валогенераторами, как правило, значительно дешевле электроэнергии, вырабатываемой дизель-генераторами. В некоторых случаях при применении валогенераторов возможно уменьшение количества дизель-генераторов. Это дает также возможность снизить стоимость выработки электроэнергии, благодаря тому что термический к. п. д. главных двигателей (дизеля или турбины), как правило, выше к. п. д. дизель-генераторов или турбогенераторов (поскольку мощность последних во много раз меньше главных).

Иногда также стоимость топлива главных двигателей ниже стоимости дизель-генераторов (турбогенераторов).

Утилизация тепла выхлопных газов главных двигателей для получения электрической энергии, отопления помещений, подогрева масла или топлива и т. п. всегда повышает экономическую эффективность судовой энергетической установки. Это связано с дополнительными капитальными затратами, которые должны окупаться в минимально рациональный срок. Опыт, например, показывает, что установка утилизационных котлов и соответствующих им турбогенераторов вместо дизель-генераторов рациональна только при мощности силовой установки не ниже 3600 кВт и использовании турбогенераторов в течение периода, составляющего не менее половины ходового времени.

Основным недостатком систем отбора мощности является зависимость их работы от скорости движения судна.

При применении валогенераторов изменение скорости движения судна, т. е. изменение частоты вращения гребного вала, непосредственно связано с изменением частоты вращения генератора, в результате чего выходные параметры валогенераторов – напряжение и частота тока – уменьшаются от номинальных значений при ходе со скоростью «Полный» до нуля при остановке главных машин. Это, во-первых, затрудняет или делает почти невозможной параллельную работу валогенераторов с автономными генераторами и, во-вторых, требует быстрого включения резервного источника электроэнергии при остановке машин.Стабилизировать выходные параметры валогенераторов и улучшить условия их параллельной работы можно применением специальных преобразователей электроэнергии или устройств, обеспечивающих постоянную частоту вращения генераторов, несмотря на переменную частоту вращения гребного вала. Утилизационные турбогенераторы благодаря тепловой инерции системы, а также возможности регулирования расхода пара имеют более стабильные выходные параметры и могут удовлетворительно работать параллельно с автономными генераторами. При остановке машин они продолжают функционировать в течение 5–20 мин.В настоящее время СЭЭС с валогенераторами широко распространены на судах, где не предъявляется особо жестких требований к изменению выходных параметров. К числу таких судов относятся в основном речные суда, длительность хода которых со скоростью «Полный» или «Средний» составляет не менее 25% общей длительности ходового времени за навигацию.Валогенераторы и утилизационные турбогенераторы широко используются на морских транспортных судах, построенных иностранными фирмами. Применение валогенераторов целесообразно на судах с гребными электрическими установками. При этом привод валогенераторов осуществляется от главных двигателей, частота вращения которых не изменяется.

СЭЭС, объединенные с силовой установкой

СЭЭС целесообразно объединять с силовой установкой в том случае, когда для привода судовых движителей используются электродвигатели. При этом питание потребителей СЭЭС и гребных электродвигателей осуществляется oт общих генераторов (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Структурная схема объединенной СЭЭС: ПУ – преобразовательное

(пусковое) устройство; М1, М2 – гребные электродвигатели (моторы)

Такая объединенная (или единая) электроэнергетическая система находит применение, например, на судах технического флота – земснарядах. На стоянке, когда земснаряд выполняет работы по выемке грунта, генераторы нагружаются в основном электроприводами технологических лебедок. В ходовом режиме генераторы работают на электроприводы движителей (гребных винтов).

Подобная система применяется на рыбопромысловых судах, где имеется мощное технологическое электрооборудование. Напряжение и частота на шинах объединенных электростанций сохраняются стабильными.

Регулирование частоты вращения электроприводов (если это необходимо) осуществляется с помощью индивидуальных преобразователей или специальных пускорегулирующих устройств. При данной системе целесообразно применение судовых крыльчатых движителей или винтов регулируемого шага.

Объединенная СЭЭС применяется на плавучих кранах, где имеются мощные технологические электроприводы и электроприводы судовых крыльчатых движителей. Проектирование объединенных СЭЭС связано с решением комплексных задач, обусловленных требованиями автономных СЭЭС и гребных электрических установок (ГЭУ).

Такие СЭЭС применяются в тех случаях, когда мощность, необходимая для обеспечения общесудовых потребителей электроэнергии, соизмерима с мощностью силовой установки или когда создается такая ГЭУ, от генераторов которой можно питать общесудовые потребители электрической энергии.

5 Параметры сээс

К основным параметрам СЭЭС относят род тока, частоту и напряжение.

Род тока оказывает значительное влияние на особенности и свойства СЭЭС. На современных судах применяют 3-фазный переменный ток и только в отдельных случаях для питания специальных приемников (траловые лебедки промысловых судов) используют постоянный ток. Это объясняется тем, что электрооборудование переменного тока лучше обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к судовым электроустановкам. Основными приемниками электроэнергии на судах являются электродвигатели, потребляющие до 80 % вырабатываемой электроэнергии. Асинхронные 3-фазные электродвигатели (АД) по сравнению с двигателями постоянного тока имеют меньшие массу (на 30-40 %), габаритные размеры (на 20-30 %) и стоимость (в 2-4 раза), более надежны, требуют меньших эксплуатационных расходов. Двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, однако на большинстве судов 70-80 % механизмов не требуют плавного регулирования частоты вращения. В электроприводах, где необходимо регулирование частоты вращения (грузовые лебедки, краны, якорно-швартовные устройства), применяют 2- и 3-скоростные АД с короткозамкнутым, реже - с фазным роторами. Распределительные устройства постоянного и переменного тока по массе, размерам и стоимости примерно одинаковы. Линии электропередачи переменного тока несколько больше по суммарной массе, объему и стоимости, чем постоянного тока, так как на переменном они выполняются трехжильными кабелями, а на постоянном – двух- и одножильными. Частота переменного тока на большинстве судов составляет 50 Гц, а на судах иностранной постройки (Япония, США) - 60 Гц. Переход на повышенную частоту позволяет снизить массу и размеры судового электрооборудования. Так, при частоте 400 Гц суммарная масса и размеры всех элементов СЭЭС вместе с приемниками электроэнергии в 2-3 раза меньше, чем при частоте 50 Гц. Поэтому СЭЭС повышенной частоты (400 Гц) используют на судах, где массогабаритные показатели являются решающими, - это суда на подводных крыльях и воздушной подушке. Повышение частоты СЭЭС транспортных судов и рыбопромысловых проблематично по ряду причин. Электрические машины, трансформаторы и электромагнитные аппараты при частоте 400 Гц по сравнению с частотой 50 Гц создают более высокий уровень шума и радиопомех, имеют большую стоимость и меньшую надежность.

Напряжение СЭЭС большинства транспортных судов составляет 380 В. Увеличение напряжения существенно уменьшает массу кабелей и кабельных трасс вследствие уменьшения площади поперечного сечения, так как с ростом напряжения уменьшается ток, передаваемый по кабелю. Вместе с тем с увеличением напряжения увеличиваются токи коротких замыканий (КЗ), растут масса и размеры РУ, повышается опасность поражения обслуживающего персонала электрическим током. Поэтому окончательному выбору значения напряжения должно предшествовать сравнение технико-экономических показателей нескольких вариантов СЭЭС с разными напряжениями. Правила Регистра судоходства устанавливают следующие значения напряжений переменного и постоянного тока: для источников электроэнергии - 400 и 230 В при частоте 50 Гц, 460 и 270 В при частоте 60 Гц, 230 В на постоянном токе; для приемников электроэнергии - 380, 220, 42, 24 и 12 В при частоте 50 Гц, 250 В при частоте 60 Гц, 220, 24 и 12 В на постоянном токе. Уровень применяемого напряжения зависит от назначения приемника электроэнергии. Для силовых приемников, цепей управления, нагревательных и отопительных приборов служебных помещений используют напряжение 380 В. Напряжение 220 В переменного и постоянного тока применяют для отопительных приборов в каютах, освещения, сигнализации, розеток в сухих помещениях. Переносные инструменты и ручные пульты управления выполняют на напряжение 42 В переменного и 24 В постоянного тока. В помещениях с повышенной влажностью применяют переносные светильники напряжением 24 В, а в особо сырых - напряжением 12 В переменного и постоянного тока. В специальных электрических установках (гребные и др.) Правила Регистра судоходства допускают применение напряжения до 11 кВ переменного и до 1,2 кВ постоянного тока.

Требования к качеству электроэнергии на судне

К а ч е с т в о э л е к т р о э н е р г и и - это совокупность свойств электроэнергии, обусловливающих ее пригодность для нормальной работы судовых приемников. Приемники потребляют электроэнергию от судовых источников непосредственно или через преобразователи. Качество электроэнергии оказывает существенное влияние на режимы работы приемников, источников и линий электропередачи. Поэтому упомянутое качество характеризуют показателями, перечень которых и допустимые значения большинства из них установлены Правилами Регистра СССР.

П о к а з а т е л и к а ч е с т в а электроэнергии определяют в период швартовных и ходовых испытаний отдельно для установившихся и переходных режимов.

В установившемся режиме работы показатели (%) качества электроэнергии следующие:

длительное отклонение напряжения ΔU - относительная разность между фактическим U и номинальным Uзначениями напряжения:

ΔU = [( U - U) / U]*100 ( 1.1 );

длительное отклонение частоты Δf - относительная разность между фактическим f и номинальным f значениями частоты:

Δ f = [( f - f ) / f ]*100 ( 1.2 );

коэффициент kискажения синусоидальности кривой напряжения - отношение квадратного корня из суммы квадратов действующих значений высших гармонических составляющих напряжения U ν к действующему значению основной гармонической составляющей U:

k= [ ]100 ( 1.3 );

коэффициент k несимметрии (небаланса) напряжения в 3-фазной системе - относительная разность между максимальным U и минимальным U min значениями линейного напряжения:

k = [(U - U min) / U]100 ( 1.4 );

В переходных режимах показатели (%) качества электроэнергии следующие:

кратковременное отклонение напряжения Δ U - относительная разность между минимальным U min или максимальным U и номинальным U значениями напряжения:

- Δ U= [(U min - U ) / U ]100 ( 1.5 );

+ Δ U= [(U - U ) / U ]100 ( 1.6 );

кратковременное отклонение частоты Δ f - относительная разность между мини

мальным f min или максимальным f и номинальным f значениями частоты:

- Δ f = [( f min - f) / f ]100 ( 1.7 );

+ Δ f = [( f - f ) / f ]100 ( 1.8 ).

О с н о в н ы е п р и ч и н ы от к л о н е н и я напряжения частоты заключаются в ограниченной мощности СЭЭС и несовершенстве АРН и АРЧ.

Эти отклонения изменяют режим работы приемников электроэнергии. Например,

при снижении напряжения сети до U = 0,95 U вращающий момент АД уменьшается на 10 %, а потребляемый ток увеличивается на 11 %. Колебания напряжения могут вызвать ложные срабатывания защитных устройств источников и приемников электроэнергии, настроенных на номинальное напряжение.

Колебания частоты тока приводят к практически пропорциональным изменениям частоты вращения ТАД и сопряженных с ними механизмов.

Искажение синусоидальности кривой напряжения обусловлено влиянием как источников, так и приемников электроэнергии. В СГ это искажение объясняется невозможностью получения на практике распределения магнитной индукции в воздушном зазоре по синусоидальному закону. Напомним, что для получения синусоидальной ЭДС генератора увеличивают зазор под краями полюсов.

В специфических группах приемников электроэнергии, таких, как статические преобразователи частоты, искажение синусоидальности кривой напряжения объясняется ис-

пользованием в них нелинейных элементов - полупроводниковых диодов, тиристоров и др. Работа этих приемников связана с образованием несинусоидальных токов, замыкаю-

щихся через СГ и линии электропередачи. Возникающие высшие гармонические составляющие тока вызывают дополнительный нагрев СГ, электродвигателей и линий электропередачи, уменьшение вращающего момента АД и приводят к сбоям в работе устройств электроавтоматики.

Один из путей подавления высших гармоник - применение мощных фильтров L и LС-типов.

Несимметрия напряжения в 3-фазных системах обусловлена наличием 1-фазных приемников электроэнергии, основную часть которых составляют светотехнические приборы. Упомянутая несимметрия проявляется как дополнительное увеличение отклонений напряжения и неблагоприятно сказывается на работе АД и особенно радиоэлектронной аппаратуры.

6 Судовые источники электроэнергии

На судах в качестве источников электроэнергии применяются:

Генерирующие агрегаты переменного и постоянного тока.
Генерирующие установки отбора мощности.
Аккумуляторные батареи.

Генераторные агрегаты чаще всего применяются в качестве основного источника питания. Обычно это электромашинные генераторы постоянного и переменного тока жестко связанные по валу с приводным двигателем (ПД).

В качестве приводных двигателей (ПД) генераторных агрегатов судовых электростанций используются дизели, паровые и газовые турбины, причем в каждом конкретном случае при выборе типа ПД учитываются особенности работы судна, состав судовых электроприемников и характерные режимы его работы.

Приводные двигатели.

Дизель - поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Пуск двигателя проводится сжатым воздухом или при помощи электростартера, получающего питание от аккумуляторной батареи. Тем самым обеспечивается автономность работы и быстрота пуска (до 30 с), что позволяет широко использовать ДГ в качестве основных, резервных и аварийных источников электроэнергии. Дизели более экономичны по сравнению с турбинами, достаточно надежны и просты в эксплуатации. Ресурс судовых дизелей относительно высок и составляет 30- 40 тыс. ч. К недостаткам дизелей следует отнести их малую перегрузочную способность (не более 10 % номинальной мощности в течение 1 ч) и неравномерность хода, отрицательно влияющую на устойчивость параллельной работы ДГ. Для уменьшения неравномерности число цилиндров дизеля должно быть четным, кроме того, часто на его валу устанавливают маховик. Для соединения генераторов и дизелей применяют эластичные и жесткие муфты. Генераторы некоторых типов прикрепляют к дизелю фланцем, поэтому они имеют один подшипник.

Паровая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.

Паровые турбины перед пуском должны быть прогреты, причем время прогрева достигает 1 ч. Они менее экономичны, чем дизели, вследствие 2-кратного преобразования энергии, однако имеют повышенную перегрузочную способность (до 20 % номинальной мощности), значительно надежней дизелей и имеют больший ресурс (до 50 тыс. ч). Равномерность вращения ротора обеспечивает устойчивость параллельной работы турбогенераторов. Поскольку паровые турбины имеют частоты вращения до 14 тыс. об/мин, а генераторы - 1000,1500 и 3000 об/мин, между турбиной и генератором устанавливают редуктор.

Газовые турбины соединяют в себе достоинства дизеля и паровой турбины. Газ, имеющий высокую температуру и давление, поступает через сопловой аппарат турбины в область низкого давления за сопловой частью, попутно расширяется и ускоряется. Далее, поток газа попадает на рабочие лопатки турбины, отдавая им часть своей кинетической энергии и сообщая лопаткам крутящий момент. Рабочие лопатки передают крутящий момент через диски турбины на вал. Газовые турбины не требуют прогрева перед пуском, время пуска составляет 30-50 с. Эти турбины имеют небольшие размеры и массу, относительно большой ресурс (до 20 тыс. ч), надежны. К их недостаткам относят большой удельный расход топлива и повышенную шумность.

На подавляющем большинстве промысловых судов в качестве ПД ГА используют дизели. На тех судах, где по условиям эксплуатации в качестве главной энергетической установки применяется комплекс котел-турбина, эффективными считаются турбогенераторы.

При этом в случае использования турбогенераторов в ходовых режимах они получают пар от главных котлов, а в режиме стоянки – от вспомогательного энергетического оборудования.

На крупных судах признано целесообразным комплексное использование судовых турбогенераторных агрегатов. Для повышения к.п.д. главной энергетической установки используются генераторные установки отбора мощности.

Как правило, на судах водоизмещением 3 тыс. тонн и более предусматривается режим параллельной работы генераторных агрегатов. С этой точки зрения применение турбогенераторов более эффективно, так как турбины имеют высокий и постоянный крутящий момент на валу, за счет этого достигается повышенная устойчивость параллельной работы генераторный агрегатов, но дизель-генераторы по отношению к турбогенераторам также обладают повышенными достоинствами: способность быстрого пуска и останова, так как турбогенераторы в силу своей большей инерционности требуют больше времени выхода на номинальные параметры.

7 Судовые источники электроэнергии

На судах в качестве источников электроэнергии применяются:

Генерирующие агрегаты переменного и постоянного тока.
Генерирующие установки отбора мощности.
Аккумуляторные батареи.

Синхронные генераторы (СГ)

На судах широкое применение получили трехфазные СГ, чаще всего с самовозбуждением или независимым возбуждением (при небольшой мощности СГ).

Во втором случае в качестве возбудителя чаще всего применяются ГПТ, соединенные по валу с генерирующим агрегатом, с помощью эластичной муфты. Наибольшее применение получили СГ следующих серий: МС, МСК, МСС, ГМС, ОС, СБГ, где М – морской, первое С – синхронный, второе С – с самовозбуждением, К – с применением кремний-органической изоляции, Г – генератор, О – общесоюзный стандарт, Б – безщеточный.

Рассмотрим особенности основных серий генераторов.

МС – конструкция генератора предусматривает брызгозащищенное исполнение с разомкнутой системой вентиляции. Токоведущие части имеют изоляцию класса В. На одном валу с генератором установлен возбудитель постоянного тока. Данная серия выпускалась до начала 70-х годов в 2-х исполнениях: Мощность Р = 25-200 кВт с числом оборотов 1500 об/мин, и небольшая серия мощностью Р=300-1200 КВт, с n=10 00 об/мин.

С 70-х годов генераторы серии МС были заменены на МСК.

2 МСК – в генераторе этой серии вся аппаратура систем самовозбуждения и стабилизации самовозбуждения выполнена в одном корпусе обычно установленной в верхней части генератора.

Схема с генератором с независимым возбуждением – на рис. 14-а.

При использовании самовозбуждения (рис. 14-б) в обмотке ОВГ протекает ток, отбираемый от самого генератора. В этом случае трансформатор и система выпрямления и стабилизации находятся в отдельном блоке непосредственно в верхней части генератора (рис.12).

В отличие от серии МС здесь обычно используют замкнутую систему вентиляции с применением водяного воздухоохладителя. Это решение наряду с применением кремний-органической изоляции позволило существенно повысить единичную мощность, сгенерированную по отношении к серии МС тех же габаритов. Серия предусматривает генерацию с n=1500 об/мин, 30-150 кВт – небольшая мощность, и большая мощность – 300-800 кВт с n= 1000 об/мин.

Общим недостатком генераторов данной серии является низкий моторесурс дизелей с такой частотой вращения (моторесурс дизеля – 5 тысяч часов, генератора – 25 тысяч).

Существенно сблизить моторесурс удалось за счет введения низкооборотных дизелей.

3 В результате были разработаны серии генераторов МСС и ГМС, которые отличаются только частотой вращения.

Общим недостатком всех рассмотренных серий генераторов является наличие щеточного аппарата в системе возбуждения. Указанного недостатка лишены безщеточные генераторы серий СБГ, схемы возбуждения которых представлена на рис. 14-б и 39.

Обслуживание генераторных источников электроэнергии

Техническая эксплуатация источников электроэнергии Техническая эксплуатация включает в себя техническое использование, ТО и ремонт. Техническое использование. Оно заключается в применении ГА по прямому назначению, включая работы, связанные с проверкой, пуском 32 (включением), остановкой (выключением), наблюдением за работой, контролем и учетом технического состояния. Техническое использование должно проводиться в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей, ПТЭ СТС и отдельными инструкциями по эксплуатации, утвержденными Минморфлотом. Для каждого судна должно быть определено и строго соблюдаться оптимальное число ГА в каждом режиме работы судна, обеспечивающее безопасность плавания при минимальных затратах на производство электроэнергии. Продолжительность параллельной работы ДГ с нагрузками, не превышающими 45-50 % номинальной мощности, должна быть сведена к минимуму. При плавании в сложных условиях (проход узкостей и др.) должны быть заблаговременно подготовлены и при необходимости введены в действие резервные ГА в зависимости от конкретных условий плавания, комплектации СЭС, технического состояния ГА и ожидаемых изменений нагрузки. Необходимое количество используемых ГА определяется старшим механиком с учетом перечисленных условий. Резервные ГА с автоматическим вводом в действие и дистанционным управлением должны находиться в постоянной готовности к действию. Отключение средств автоматизации и переход на ручное управление разрешаются при проверке технического состояния, ТО или ремонте, а также при неисправности этих средств. Подготовка к действию генератора и ПД проводится одновременно. При этом необходимо: убедиться в отсутствии посторонних предметов на генераторе, редукторе и вблизи соединительных фланцев; убедиться в отсутствии загрязнений и посторонних предметов вблизи входных вентиляционных отверстий, проверить наличие защитных кожухов и уровень масла в подшипниках скольжения; осмотреть ручной регулятор напряжения, аппаратуру самовозбуждения и АРН. При подготовке к действию генератора после продолжительного нерабочего периода, а также в условиях повышенной влажности необходимо измерить сопротивление изоляции и при возможности провернуть перед пуском ротор (якорь) вручную на 1-2 оборота, наблюдая за его свободным вращением. Пуск начинают с режима холостого хода, постепенно увеличивая нагрузку до номинальной. Одновременно контролируют все параметры ГА по приборам, проверяют степень искрения, уровень шумов и вибрации, правильность работы аппаратуры. Объем и порядок выполнения операций по вводу в действие генераторов для автономной и параллельной работы, а также вывода из действия установлены ПТЭ СТС. Не реже 1 раза за вахту необходимо проверить: напряжение, нагрузку и частоту тока генератора по соответствующим электроизмерительным приборам; сопротивление изоляции сетей по щитовым мегаомметрам; работу щеточного аппарата; температуру нагрева и чистоту генератора и его аппаратуры. Техническое обслуживание. Целью ТО является обеспечение исправного технического состояния ГА и длительное поддержание их технико-экономико-эксплуатационных характеристик на заданном уровне. Правила технической эксплуатации СТС в зависимости от объема, характера и сроков проведения работ устанавливают три вида ТО: без разборки (ТО № 1); с частичной разборкой (ТО № 2); с полной разборкой (ТО № 3). При ТО № 1 необходимо: вскрыть смотровые и вентиляционные отверстия; осмотреть контактные кольца (коллекторы), щеточный аппарат и обмотки статора и ротора (якоря); затянуть доступные контактные и крепежные соединения; очистить доступные места и фильтры от загрязнений, продуть генератор сжатым воздухом давлением не более 0,2 МПа. При ТО № 2 необходимо выполнить работы в объеме, предусмотренном ТО № 1, и дополнительно: вскрыть и очистить коробку выводов; протереть доступные места ветошью, смоченной в рекомендованном моющем средстве; при необходимости изменить полярность колец СГ; при необходимости просушить обмотки и покрыть изношенные места изоляции эмалью; осмотреть подшипники и их смазку, при необходимости добавить смазку того же сорта. При ТО № 3 необходимо выполнить работы в объеме ТО № 1 и ТО № 2, а также дополнительно: промыть обмотки статора и ротора (якоря); отремонтировать поврежденные места изоляции обмоток, пропитать их лаком и покрыть эмалью, после чего просушить; при необходимости проточить и отшлифовать контактные кольца (коллекторы); проверить динамометром значение нажатия на щетки, при необходимости отремонтировать щеточный аппарат; заменить смазку в подшипниках; при необходимости окрасить внутренние и наружные поверхности статора и ротора; проверить сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой. После выполнения каждого вида ТО необходимо проверить генератор в режиме холостого хода в течение 1 ч. При этом следует контролировать: напряжение генератора, биение колец и работу щеточного аппарата, температуру нагрева корпуса и подшипников, отсутствие постороннего шума и недопустимой вибрации. После выполнения ТО N3 3 дополнительно испытывают генератор при номинальной нагрузке в течение 6 ч. Периодичность ТО синхронных генераторов должна составлять: 2-3 мес при ТО № 1; 6-12 мес при ТО № 2; 48-96 мес при ТО № 3. Периодичность ТО генераторов постоянного тока в среднем в 2 раза меньше. Работы по ТО выполняют члены судового экипажа, ремонтные бригады и береговые подразделения в соответствии с планом-графиком технического обслуживания (ПГТО), утверждаемым службой судового хозяйства пароходства. В ПГТО указывают состав работ, их периодичность, трудоемкость и исполнителей работ. Ремонт. Восстановление до необходимого уровня частично или полностью утраченных технико-эксплуатационных характеристик ГА достигается с помощью ремонта. Существует 2 вида планово-предупредительного ремонта: текущий и капитальный. При текущем ремонте 34 выполняют работы по восстановлению и замене преимущественно быстроизнашивающихся деталей и узлов, а при капитальном - работы по восстановлению и замене частей и узлов, связанные с большими объемами сопутствующих работ. Текущий ремонт проводят во время стоянки судна на заводе и без вывода судна из эксплуатации, а капитальный ремонт - как правило, с выводом судна из эксплуатации. Ремонтные работы проводят члены экипажа, а также работники баз технического обслуживания (БТО) и электроремонтных цехов судоремонтных предприятий. Организация ТО и ремонта должна соответствовать требованиям комплексной системы ТО и ремонта судов (РД 31.20.50-87). Внедрение на судах автоматизированных систем технической диагностики и прогнозирования позволит перейти от регламентированного ТО и ремонта, предполагающего строгую периодичность ТО и ремонтов, к обслуживанию по фактическому состоянию СТС. Это позволит значительно уменьшить трудозатраты и сократить численность экипажей.

8 Судовые источники электроэнергии

На судах в качестве источников электроэнергии применяются:

1Генерирующие агрегаты переменного и постоянного тока.

2Генерирующие установки отбора мощности.

3Аккумуляторные батареи

Генераторные установки отбора мощности (ГУОМ)

В настоящее время на многих промысловых судах используют ГУОМ, предназначенные для повышения эффективности использования главных двигателей в ходовых и промысловых режимах.

По типу использования энергии различают следующие виды ГУОМ:

ГУОМ в виде валогенератора приводимого в действие от вала гребного винта (рис. 6, 7).
ГУОМ в виде утилизационного турбогенератора (рис. 5).
Комбинированный ГУОМ (содержит валогенератор и УТК).

При выборе того или иного варианта использования ГУОМ учитываются следующие требования:

Поддержание требуемого качества и количества электроэнергии (поддержание напряжения и частоты) в заданных пределах независимо от погоды и условий плавания.
Бесперебойное электроснабжение электроприемников в заданных режимах.

Использование энергии главного двигателя для привода генераторов не только облегчают эксплуатацию установки в целом, но, самое главное – повышается экономичность работы, так как главный двигатель, как правило, работает на более дешевом топливе.

Самым главным достоинством ГУОМ является снижение числа часов работы генераторного агрегата.

По роду тока ГУОМ подразделяются: на системы постоянного или переменного тока.

По устройству сопряжения с валом главного двигателя:

зубчатое

электромагнитное или электромеханическое

гидравлическое

электрогидравлическое и др.

На некоторых промысловых судах валогенераторы встраиваются непосредственно в линию вала винта, но при этом необходимо использование спец. устройств для переключения гребного вала и вала генератора.

По режимам работы в ГУОМ должны быть предусмотрены следующие варианты:

1Валогенератор работает с постоянной частотой вращения главного двигателя.

2Применение ВРШ позволяет обеспечить работу с постоянной номинальной частотой вращения двигателя и, следовательно, с постоянной частотой валогенератора, когда скорость судна определяется только углом разворота лопастей винта.

3Применение валогенератора при работе ГД с переменной частотой вращения (наличие Винта Фиксированного Шага). Частота регулируется при изменении частоты вращения ГД – самая сложная задача.

По типу используемого генератора различаются следующие ГУОМ.

1 Генератор постоянного тока со смешанным возбуждением.

2 СГ с независимым или с самовозбуждением.

3 Асинхронный генератор.

Современные рыбодобывающие и транспортные суда оборудуются установками отбора мощности различных типов и конструкций. Как правило все валогенераторы рассчитаны для работы на сеть с напряжением 380 В с частотой 50 Гц

Обслуживание генераторных источников электроэнергии

9 Судовые источники электроэнергии

На судах в качестве источников электроэнергии применяются:

1Генерирующие агрегаты переменного и постоянного тока.

2Генерирующие установки отбора мощности.

3Аккумуляторные батареи

Кислотные аккумуляторы

Состоят из бака (банки) (рис. 15 а,б), заполненного раствором химически чистой серной кислоты в дистиллированной воде. В банке помещаются чередующиеся между собой положительные и отрицательные пластины (электроды), причем в каждой банке количество отрицательных пластин на одну превышает количество положительных пластин при длительном разряде. Бак аккумулятора может выполняться из пластмассы, эбонита и реже из стекла. Отрицательные пластины изготавливают из губчатого чистого свинца, а положительные – из перекиси свинца. Причем положительные пластины изготавливают трех видов: поверхностные, панцирные и решетчатые, а отрицательные: коробчатые и решетчатые.

Поверхностная пластина отливается из чистого свинца и выполняется ребристой. Панцирная отличается наличием трубчатых каналов с прорезями шириной 0,2 мм, расположенных на расстоянии 1,3 - 1,5 мм. В каналах размещается каркас, пространство между которыми заполняется активной массой из чистого свинца, соприкасающейся с электролитом через прорези.

Решетчатые пластины изготавливают из сплава чистого свинца с сурьмой. Коробчатые пластины выполняются в виде двух решеток с крупными ячейками, заполненными активной массой.

Между пластинами располагают прокладку из эбонита или другого пористого материала, причем, пластины опираются на специальные призмы, установленные на дне банки. Между собой банки соединяются специальными пластинами, а на поверхность банки выводится соединительная шина. В настоящее время в качестве прокладок-сепараторов используется хлористый хлорвинил. При этом сепараторы выполняются ребристыми с вертикально расположенными со стороны положительных пластин ребрами. На поверхности банки есть заливные отверстия, снабженные пробками. Все щели между банками и корпусом аккумулятора заполняются специальной кислотой и термостойкой пластикой. Кислотный аккумулятор отличается от других гальванических элементов тем, что протекающие в нем химические процессы обратимы. Допустимый разряд батареи определяется конечным напряжением каждого элемента (банки), которое в условиях нормальной эксплуатации не должно опускаться ниже 1,8 В. В процессе разряда кислотного аккумулятора происходят химические реакции и накопленная химическая энергия превращается в электрическую. Для восстановления свойств аккумулятора, его необходимо зарядить от внешнего источника, в результате чего возникающие электрохимические процессы вновь приводят к поляризации электродов. Эта поляризация заключается в том, что если в раствор серной кислоты поместить два свинцовых электрода и пропустить через них ток, то вследствие электролиза раствора на положительном электроде будет выделяться кислород и окисленный свинец, а на отрицательном – водород. В результате взаимодействия между разнородными электродами и электролитом на зажимах аккумулятора появляется ЭДС, причем ее значение стандартизовано и соответствует 2,1 В. При разряде напряжение на его зажимах определяется выражением:

V = Е - I₀Rвн,при заряде: V = Е + I₀Rвн.

Кислотные аккумуляторы имеют малое внутренне сопротивление, в среднем 0,005 Ом, но оно сильно зависит от плотности электролита и размеров аккумулятора (его емкости). Чем больше емкость, тем меньше его внутреннее сопротивление. С уменьшением плотности электролита, то есть с увеличением разряда аккумулятора, ЭДС на зажимах падает, а внутреннее сопротивление возрастает.

Экспериментально установлено, что существует зависимость значения ЭДС от плотности электролита, которая описывается эмпирической формулой:E = 0,84 + d,

где 0,84 – постоянная составляющая ЭДС, обусловленная свойствами используемых для пластин материалов; d – плотность электролита.

Таким образом, можно сделать вывод, что кривая разрядного напряжения аналогична по своему характеру кривой изменения плотности.

Если рассмотреть кривые разряда и заряда, то они отличаются (рис. 15 в). Кривая разряда-1 в своей значительной средней части приближается к прямой линии с малым наклоном вследствие плавного снижения плотности по мере разряда. В начале характеристики кривая 1 имеет существенное снижение напряжения из-за быстрого снижения плотности электролита до момента установления равенства между расходом кислоты на химическую реакцию и ее поступлением в поры пластины. Последний, более резкий участок снижения обусловлен закупоркой пор, из-за чего ослабляется диффузия электролита.

Кривая заряда -2 характеризуется резким в начале участка подъемом напряжения из-за увеличения плотности в порах активных масс. Далее плотность электролита в банке выравнивается и следует плавное повышение напряжения. Последний подъем напряжения обусловлен поляризацией пластин и увеличением их сопротивления за счет образования пузырьков кислорода и водорода на пластинах, и на последнем участке плотность электролита практически не растет, поэтому не наблюдается повышения напряжения на зажимах. Процесс заряда аккумулятора заканчивается приблизительно через 20 – 25 мин. после отключения зарядного устройства, так как значение ЭДС на зажимах становится неизменным после завершения химических реакций. В зависимости от значения тока, напряжение в конце заряда может достигать 2,5 – 2,8 В. Главная характеристика аккумулятора – его емкость. Она определяется тем количеством электричества, которое аккумулятор отдает при разряде от начального состояния полного заряда до конечного значения, соответствующему допустимому напряжению разряда. Емкость измеряется в амперах-часах и определяется выражением: C = Iptp, где Ip - ток разряда; tp – время разряда.

Коэффициентом отдачи батареи называется отношение электроэнергии, отданной батареей при разряде к сообщенной ей энергией при заряде. Различают коэффициент отдачи по емкости и по энергии. Если коэффициент отдачи по емкости 85 – 90 %, то по энергии – 65 – 70 %.

Обслуживание кислотных аккумуляторов

Новая батарея, не бывшая в эксплуатации, приводится в рабочее состояние в следующей последовательности:

Очищается верхняя поверхность от пыли, солевых образований сухой тряпкой и смазываются техническим вазелином зажимы и междуэлементные соединения.

Готовится электролит, который доводится до плотности 1,4 путем добавления серной кислоты в дистиллированную воду, но не наоборот. При этом учитывается эксплуатационная температура батареи введением соответствующих поправок. Раствор электролита готовится в стеклянной, керамической или свинцовой посуде.

Удаляются пробки и герметические диски. Аккумулятор заливается электролитом с температурой 25⁰С, после чего аккумулятор выстаивает 4 – 6 часов с целью пропитки электролитом активной массы.

Через 6 часов проверяется напряжение на зажимах, уровень электролита в банках и температура во всех элементах. Уровень должен превышать 5 – 12 мм от защитной планки сепараторов. Температура в банках не должна превышать 30⁰С. Заряжать аккумулятор рекомендуется не максимально допустимым током, а нормальным (0,75 Imax) с последующим его снижением (0,25 0,5 Imax) при появлении газовыделения (кипения). Такой двухступенчатый заряд позволяет предохранить пластины с активной массой от коробления при активном газоотделении, когда газовые пузырьки вырывают частички активной массы элементов и пластины деформируются.

При необходимости быстрого заряда аккумулятора возможно использование максимально допустимого тока, но этот режим не рекомендуется использовать как нормальный. Окончание заряда характеризуется увеличением напряжения на элементах до значения 2,6 – 2,8 В, плотности- до значения 1,4 и температуры, не превышающей 45⁰С. Одинаковые до заряда пластины окрашиваются в разные цвета по его завершении. Так положительные пластины становятся темно-коричневого цвета, а отрицательные – светло-серого. В случае дефектов, а также при возникших неисправностях в результате систематических перезарядов, недозарядов, глубоких разрядов, либо при использовании электролита иной плотности и температуры имеет место сульфатация пластин (образование в активной массе пластин поверхностного слоя крупнокристаллического сернокислого свинца, который обладая плохой проводимостью не позволяет проводить заряд аккумулятора полностью). Сульфатация характеризуется пониженной емкостью аккумулятора, повышенным напряжением на банках во время заряда (до 3В и более) и пониженным напряжением в режиме разряда. Для устранения сульфатации используется способ заряда батареи постоянным током при неизменном значении напряжения на зажимах. Для этого в цепь зарядного агрегата вводится регулировочный реостат, с помощью которого поддерживается неизменное значение указанного параметра (2,75В на каждом элементе). Сульфатированные батареи практически не восстанавливают своих свойств полностью. Положительный эффект дает проведение контрольно-тренировочных циклов 1 раз в месяц. Для этого в течении 10 часов нормальным зарядным током проводится заряд батарей и последующий ее разряд током 10-ти часового режима. Заряд проводится в течении 4-х часов, при наступлении постоянства плотности - прерывается на 1 час, а затем вновь продолжается в течении 2-х часов. Через 2 часа заряд прерывается и дается перерыв 1 час. Если при последующем включении через 2 минуты начинается обильное газовыделение – заряд считается законченным, если нет, то заряд продолжается до газовыделения. После этого аккумулятор разряжается током 10-ти часового режима до значения напряжения 1,7В на банке. Полагают, что если батарея дает 90% гарантированной емкости, то она работоспособна, если же в результате контрольного цикла имеет место меньший эффект, то цикл повторяют. Если после повторного цикла батарея не восстановила свои свойства, то она не работоспособна. При проведении контрольных разрядов батареи и в ходе эксплуатации допускаются различные токи разряда, при этом характеристика батареи существенно зависит от значения разрядного тока. Как следует из приведенного графика (рис.16), чем больше значение разрядного тока, тем круче характеристика напряжения на зажимах и тем меньше ее начальное значение (1- ток 1-но часового режима, разряда;…6-ток 10-ти часового режима разряда).

Нормальным считается разряд батареи до значения напряжения на зажимах 1,8В, при этом плотность снижается до значения 1,15 –1,17. Как следует из рисунка, использование режимов сильноточного разряда дает снижение напряжения до меньших значений (до 1,5В). Такой разряд допустим, но приводит к быстрому старению аккумулятора. Конец нормального разряда, кроме указанных параметров, характеризуется изменением цвета пластин. Положительные становятся темно-бурыми, а отрицательные - темно-серыми В заводских инструкциях не рекомендуется разряжать аккумулятор до напряжения на банке 1,83В. После разряда аккумулятора необходимо протереть его верхнюю часть тряпкой, смоченной слабым раствором соды, затем сухой тряпкой и смазать техническим вазелином зажимы и межэлементные соединения. Разряженная батарея ставится на заряд в сроки, указанные в заводской инструкции, но в соответствии с требованиями Регистра не реже одного раза в месяц. Батареи должны подвергаться эксплуатационному и контрольно-тренировочному заряду. В заведовании электромеханика имеется журнал, в который он заносит информацию о проводимых зарядах и разрядах, состоянии электролита по банкам. В помещениях с аккумуляторными батареями запрещается курить, зажигать спички и выполнять сварочные работы. Обязательной принадлежностью является 100% раствор соды. Срок эксплуатации батареи при нормальных условиях 3-4 года.

Выбор и размещение аккумуляторов на судне

Тип аккумулятора выбирается исходя из требуемого напряжения и характера нагрузки, а также назначения аккумулятора. Исходят из того, что кислотным аккумуляторам, имеющим меньшее внутреннее сопротивление, предпочтение отдается, когда требуется обеспечить неизменность напряжения на зажимах при больших уровнях разрядных токов (стартерный режим). Кроме того кислотные аккумуляторы по габаритам и массе меньше щелочных, но по сравнению с щелочными, кислотные аккумуляторы подвержены сульфатации и требуют тщательного ухода. В свою очередь щелочные обладают высокой механической прочностью, не боятся ударов. Требуемая емкость батарей выбирается по расчетной таблице разгрузок, в которую вносятся все приемники электроэнергии с учетом коэффициента одновременности работы и участия в различных режимах работы судна. Для получения требуемого напряжения питания используется последовательное соединение элементов. Параллельное не применяется в виду того, что даже малейшее отклонение в значении внутреннего сопротивления приводит к быстрому саморазряду батареи. Выбранную по емкости батарею проверяют на допустимый разрядный ток путем нескольких разрядных включений в течении одних суток с максимально возможным разрядным током. Количество этих включений определяется типом судна, его силовой установкой, числом приемников, работающих в стартерном режиме и характером их работы.

На различных судах аккумуляторные батареи используются в следующих режимах:

заряд-разряд;
непрерывный подзаряд;
периодический подзаряд;
режим среднего тока.

В режиме "заряд-разряд" аккумуляторное хозяйство выполняется из двух батарей. Одна половина находится в работе и разряжается, вторая находится в режиме заряда. Обеспечивается непрерывное питание электроприемников в течении суток. Недостатки: низкий КПД, малый срок службы, необходимость удвоенного количества батарей и требование непрерывного ухода.

Во втором режиме электроприемники получают питание от параллельно соединенных аккумуляторных батарей и подзарядного агрегата. В нормальных условиях питание электроприемника осуществляется от генератора-преобразователя, часть энергии которого идет и на подзаряд батарей. Как правило, для этого используют пдзарядные агрегаты, питающиеся от судовой сети переменного тока. При исчезновении напряжения в судовой сети электроприемники получают питание от батареи. Такой режим работы дает следующие преимущества:

требуется меньшая емкость аккумуляторных батарей;
повышается срок их службы;
высокий КПД таких установок.

Режим периодического подзаряда. Здесь потребители получают питание от аккумуляторных батарей. По мере ее разряда напряжение на зажимах снижается и автоматически параллельно ей подключается зарядный агрегат, осуществляющий подзаряд батареи. При достижении заданного уровня напряжения агрегат отключается.

В режиме среднего тока зарядный агрегат выдает неизменный ток, независящий от значения нагрузки. В данном случае батарея подзаряжается, когда ток зарядного агрегата больше тока нагрузки и разряжается, когда зарядный ток меньше тока нагрузки.

На судах батареи размещаются в специальных газо- и водонепроницаемых помещениях или в специальных шкафах и ящиках, установленных на открытой палубе. При этом указанные шкафы обеспечиваются вытяжной вентиляцией. Отдельно устанавливаются батареи, используемые для работы двигателя внутреннего сгорания. Они устанавливаются в машинном отделении в специальных шкафах или ящиках. Категорически запрещается размещение кислотных и щелочных аккумуляторов в одном помещении или в одних шкафах.

10 Судовые источники электроэнергии

На судах в качестве источников электроэнергии применяются:

1Генерирующие агрегаты переменного и постоянного тока.

2Генерирующие установки отбора мощности.

3Аккумуляторные батареи

Щелочные аккумуляторы

По сравнению с кислотными аккумуляторами щелочные обладают более высокой механической прочностью, большим сроком службы, менее критичны к температуре, устойчивы к режиму К.З., проще в обслуживании.

Недостатки заключаются в меньшем значении ЭДС элемента, большем падении напряжения при разряде из-за большего, чем у кислотных батарей внутреннего сопротивления, низкая удельная емкость, меньший КПД, высокая стоимость. Кроме того, из-за указанных недостатков щелочные аккумуляторы не могут использоваться в стартерном режиме. Сейчас используется два вида щелочных аккумуляторов: кадмиево-никелевые и железно-никелевые. Их различие заключается в составе активной массы. Для кадмиево-никелевых активная масса содержит губчатого кадмия - 75-80% и железа - 20-25%. У железно-никелевых активная масса состоит из химически активного железа, а точнее из смеси губчатого железа с окислами и добавок окиси ртути. Это касается отрицательных пластин обоих видов аккумуляторов. Активная масса положительных пластин обоих аккумуляторов содержит гидрат окиси никеля Ni(OH)3. Пластины щелочных аккумуляторов собираются на стальных никелерованных стержнях, имеющих стальную рамку, в ячейке которой запрессовывается активная масса. Для исключения замыкания между пластинами устанавливаются эбонитовые стержни. На крышке банки (рис 15 г) щелочного аккумулятора предусмотрено два отверстия. Одно – для вывода полюсов, второе – для вывода накопившихся газов. Корпус банки выполняется из никелерованной стали. Банки помещаются в деревянный или полиэтиленовый ящик. В качестве электролита используется раствор едкого калия или едкого натрия с добавкой моногидрата лития. Плотность электролита составляет 1,19-1,21. Литий добавляется как присадка, увеличивающая срок службы аккумулятора в 2-2,5 раза. Обычно концентрация электролита содержит 20г едкого калия на 1л, или 10г едкого натрия.

При разряде щелочного аккумулятора атомы остатка (OH) стремятся к пластинам из чистого кадмия, а избыточные электроны кислотного остатка идут к пластинам из гидрата окиси никеля, где нейтрализуется катионами калия. Образующиеся в результате химической реакции Cd(OH)2 и Ni(OH)2 не обладают сами по себе негативными свойствами, поэтому щелочные аккумуляторы могут длительное время храниться незаряженными, почти не разрушаются при КЗ и не требуют тщательного ухода. Характерной особенностью щелочных аккумуляторов является практически постоянная плотность их электролита. При повторных зарядах, содержащаяся в электролите вода в виде пузырьков кислорода и водорода испаряется, поэтому количество электролита следует держать постоянным. Обычно плотность электролита выбирается из температуры их эксплуатации, которая может составлять от 15⁰ до 35⁰ длительно, и до 45⁰- кратковременно.

При температуре выше 10⁰С заводские инструкции предлагают использовать электролит плотностью 1,17-1,19. При низких температурах рекомендуется плотность 1,27-1,3.

Поскольку плотность электролита практически постоянна, то она не может использоваться как характеристика заряда или разряда.

Работа щелочного аккумулятора характеризуется следующими параметрами:

ЭДС;
внутреннее сопротивление;
напряжение на зажимах;
емкость;
отдача и саморазряд.

ЭДС зависит от состояния активной массы и почти не зависит от плотности и температуры электролита. Причем значение ЭДС у заряженного, но не работающего аккумулятора постепенно падает из-за распада неустойчивых окислов никеля, образованных при заряде. Так через 4 минуты, после окончания заряда ЭДС равна 1,42В, через 24 часа- 1,37В, через 12 дней- 1,32В. Емкость аккумулятора практически не зависит от значения разрядного тока, но напряжение на зажимах изменяется значительно. Рассмотрим изменение напряжения на зажимах при различных разрядных токах .

Заряжаются аккумуляторы номинальным током до напряжения на зажимах 1,78-1,85В. Щелочные аккумуляторы обладают относительно высоким внутренним сопротивлением (0,03-0,06), что приводит к существенному падению напряжения при разряде и заряде.

Выбор и размещение аккумуляторов на судне

На различных судах аккумуляторные батареи используются в следующих режимах:

заряд-разряд;
непрерывный подзаряд;
периодический подзаряд;
режим среднего тока.

требуется меньшая емкость аккумуляторных батарей;
повышается срок их службы;
высокий КПД таких установок.

11 Судовые источники электроэнергии

На судах в качестве источников электроэнергии применяются:

1Генерирующие агрегаты переменного и постоянного тока.

2Генерирующие установки отбора мощности.

3Аккумуляторные батареи

Судовые трансформаторы

Судовые трансформаторы делятся: по числу фаз - на однофазные и трехфазные; по характеру нагрузки - на осветительные, силовые, измерительные и специальные; по исполнению - на открытые, брызго-(капле-) и водозащищенные.

Магнитопроводы судовых силовых трансформаторов набираются из листов холоднокатанной электротехнической стали толщиной 0,35 мм и подразделяются на шихтованные стержневые и гнутые стыковые. Гнутые стыковые магнитопроводы одно- и трехфазных трансформаторов состоят из двух одинаковых U- или Ш-образных половин прямоугольного сечения, склеенных во время сборки специальной ферромагнитной массой. Стержневые магнитопроводы собираются из пластин в переплет. Формы сечения стержня и ярма магнитопроводов прямоугольная. Обмотки выполняются в виде слоенных прямоугольных катушек, расположенных концентрически одна поверх другой.

Судовые трансформаторы выполняются преимущественно с естественным воздушным охлаждением (сухими). Они выдерживают без повреждений внезапные короткие замыкания при установившемся токе к.з., не превышающем 25-кратного значения амплитуды номинального тока. Длительность протекания тока к.з. принимается не более 0,6 с. Изоляция обмоток трансформаторов - классов B и H. Некоторые типы маломощных трансформаторов имеют изоляцию класса A. Изоляция между первичной и вторичной обмотками и между обмоткой и корпусом в холодном и горячем состоянии должна выдерживать испытательное напряжение 2000 В в течении 1 мин. Сопротивление изоляции между обмотками и корпусом трансформатора должно быть в горячем состоянии не менее 5 МОм, а в холодном - не менее 50 МОм.

По степени защиты согласно ГОСТ 14254-69 различают два исполнения трансформатора: открытое IP00 и каплезащищенное IP45.

Применяются следующие соединения обмоток трансформаторов однофазных: 1/1 - 0; Δ/Υ - 11; Δ/Δ - 0; Υ/Υ - 0 с выводом (Υ0) и без вывода нулевой точки.

Трансформаторы имеют условные буквенные и числовые обозначения: первая буква указывает на число фаз (О - однофазный, Т - трехфазный); следующая за ней буква С означает сухой, вторая буква С показывает, что трансформаторы предназначены для работы в цепях сигнализации и управления; последующая буква З или В указывает на исполнения корпуса (З - брызгозащищенный, В - водозащищенный); буква Д указывает на принудительное охлаждение - дутье; буква М, стоящая перед первым тире, означает морской, а буква П - переносной; последующие цифры указывают мощность трансформатора в киловольтамперах; цифры 0, 4 указывают на частоту тока 400 Гц (трансформаторы частотой тока 50 Гц условного цифрового обозначение не имеют); обозначение ОМ5 указывает на климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69.

Измерительные трансформаторы широко применяют в установках переменного тока: 1) для отделения цепей измерительных приборов (или реле) от сети высокого напряжения для безопасности пользования приборами и упрощения изоляции их токоведущих частей и 2) для преобразования тока или напряжения в значения, более удобные для измерения их стандартными приборами (амперметрами до 5 А и вольтметрами до 150 В).

Измерительные трансформаторы изготовляют мощностью от 5 до нескольких сот вольт-ампер. Столь небольшие номинальные мощности измерительных трансформаторов и требования малых погрешностей при преобразовании токов и напряжений предъявляют особые требования к расчету и конструкции измерительных трансформаторов. Трансформаторы тока. При измерении тока первичную обмотку однофазного трансформатора включают последовательно в измеряемую цепь, а вторичную замыкают на измерительные или релейные устройства с относительно малым сопротивлением.

Первичный и вторичный токи связаны равенством:— полное приведенное сопротивление нагрузки, т. е. в случае трансформации тока — сопротивление прибора или аппарата, подключаемого ко вторичиой обмотке. Первичные номинальные токи трансформаторов тока стандартизованы в пределах 1—40000 А. Вторичные номинальные токи имеют четыре стандартных значения: 1; 2; 2,5; и 5 А. Сопротивления нагрузки, включаемой во вторичную цепь, колеблются в пределах 0,2—2 Ом при номинальном токе 5 А и 5—30 Ом — при номинальном токе 1 А.

Трансформаторы тока должны выдерживать (без чрезмерного перегрева обмоток и их механических деформаций) кратковременные аварийные повышения первичного тока, возможные в условиях эксплуатации. По способу выполнения первичной обмотки различают трансформаторы тока: 1) многовитковые (первичная обмотка имеет два или более витков); 2) одновитковые (первичная обмотка представляет собой стержень или трубу, через которую проходит виток); 3) шинные (первичной обмоткой является шина распределительного устройства). По роду изоляции трансформаторы тока подразделяют на: 1) сухие с воздушной фарфоровой или другой твердой изоляцией; 2) масляные и 3) заполненные заливочной массой.

Трансформаторы тока могут иметь одну, две или несколько независимых вторичных обмоток для раздельного питания измерительных приборов и релейной аппаратуры. Их изготовляют на все номинальные напряжения, применяемые в электрических установках, от 0,66 до 500кВт.

Трансформаторы напряжения. При измерениях напряжения в высоковольтных сетях и питании цепей напряжения релейной аппаратуры применяют понижающие однофазные и трехфазные трансформаторы напряжения

Эксплуатация трансформаторов

При подготовке трансформаторов к действию после продолжительного нерабочего периода, необходимо:

проверить надежность контактных соединений;

проверить исправность защитных заземлений;

измерить сопротивление изоляции обмоток между собой и относительно корпуса.

При вводе в действие трансформаторов для автономной работы необходимо включать и отключать их только со стороны первичного напряжения.

При вводе в действие трансформаторов для параллельной работы необходимо включать их сначала со стороны первичного, затем вторичного напряжения (нагрузки), отключать трансформаторы необходимо.в обратном порядке - сначала со стороны вторичного напряжения, затем со стороны первичного.

При использовании трансформаторов необходимо периодически контролировать:

напряжение и токовую нагрузку по штатным приборам;

температуру нагрева кожуха;

отсутствие повышенного шума (гудения);

исправность защитных заземлений.

При использовании трансформаторов для электрического разделения сетей (камбуза, рыбцеха, электропогрузчиков с кабельным питанием, переносного электроинструмента и др.) особое внимание следует обращать на состояние изоляции и соответствие ее сопротивления нормам, а также на исправность защитных заземлений корпусов этих трансформаторов.

При ежедневном осмотре трансформаторов необходимо:

убедиться в отсутствии посторонних предметов на трансформаторах;

убедиться в отсутствии повышенного нагрева корпусов;

проверить исправность защитных заземлений.

При периодическом ТО трансформаторов необходимо:

измерить сопротивление изоляции обмоток;

снять и очистить защитные кожухи, осмотреть магнитопровод, зажимы и изоляцию обмоток;

протереть поверхности магнитопровода и обмоток бельевой ветошью, а в случае сильного загрязнения - ветошью, смоченной в моющем средстве;

обжать контактные соединения;

просушить обмотки (при необходимости) и покрыть поврежденные места изоляции эмалью;

установить защитные кожухи и проверить затяжку болтов крепления трансформаторов;

проверить исправность защитных заземлений;

включить и проверить в действии.

ТО трансформаторов должно осуществляться при снятом напряжении.

При снижении сопротивления изоляции трансформаторов ниже нормы их сушку следует осуществлять нагретым воздухом, посредством теплоэлектровентиляторов.

Трансформаторы после ТО должны быть проверены под нагрузкой.

Периодичность ТО - не реже одного раза в год.

Для обеспечения безопасности работ, проводимых в цепях измерительных приборов, устройств защиты, все вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения должны иметь постоянное заземление. В сложных схемах релейной защиты для группы электрически соединенных вторичных обмоток трансформаторов тока независимо от их числа допускается осуществление заземления только в одной точке.

При необходимости разрыва токовой цепи измерительных приборов и реле цепь вторичной обмотки трансформатора тока должна быть предварительно закорочена на специально предназначенных для этого зажимах

1 / 241 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
08.02.2016104.45 Кб15СР в ред..doc
#
08.02.2016242.97 Кб74судовые компрессоры.docx
#
20.11.2019375.81 Кб16Судовые турб_М ук_ПР_М_2012.doc
#
11.11.20191.26 Mб6сущность железобетона 13 стрн.doc
#
08.02.201623.4 Кб18Схема ГЭЭ.docx
#
08.12.20181.85 Mб168СЭЭС шпоры.docx
#
08.02.201620.48 Кб6тексты для ЗСЭ-1, 1сем.docx
#
08.02.2016114.18 Кб55тема 9.doc
#
08.02.2016709.78 Кб7Теория БУ 08 2печать брош. часть 1.pdf
#
08.02.201668.83 Кб64терморегулятор Плайгер.docx
#
08.02.20162.48 Mб25тесты.doc