4. Показатели качества электроэнергии

Под качеством электроэнергии принято понимать совокупность свойств, определяющих пригодность электроэнергии для питания судовых электроприемников.

Если ранее (до 50-х годов) критерий качества электроэнергии практически не рассматривался, то сегодня использование сложных систем автоматизации и управления требует высокого качества электроэнергии. Особенно критичны к отклонениям параметров электронные и микропроцессорные устройства. Поэтому Судовой Регистр регламентирует следующие показатели качества:

1) длительное отклонение напряжения в конкретной точке СЭЭС по отношению к номинальному значению:

где U – действительное значение текущего напряжения.

2) длительное отклонение частоты по отношению к номинальному значению:

3) коэффициент несиметрии напряжения основной частоты в трехфазной системе:

,

где Umax и Umin – соответственно максимальное и минимальное значения линейного напряжения трехфазной системы.

4) коэффициент амплитудной низкочастотной модуляции переменного тока:

,

где Uмод – напряжение огибающей модулированного напряжения

5. коэффициент частотной модуляции:

где Тмод – период изменения огибающей модулирования напряжения.

5. коэффициент несинусоидальности (коэффициент искажения синусоиды):

,

где - это сумма квадратов действующих значений всех высших гармоник, начиная со второй.

При  = 2 – высшая гармоническая имеет 50 * 2 = 100 Гц

При  = 3 – высшая гармоническая имеет 50 * 3 = 150 Гц

При  = 1 – высшая гармоническая имеет 50 * 1 = 50 Гц

U₁ – направление (действующее значение) основной частоты (1-й гармонической составляющей).

Коэффициент несинусоидальности характеризует соответствие переменного тока синусоидальному закону изменения.

Все указанные показатели характеризуют работу СЭЭС в нормальных режимах, кроме них еще используются дополнительно показатели качества электроэнергии в переходных режимах:

1. Кратковременное отклонение напряжения:

2. Кратковременное отклонение частоты:

Приведенные показатели справедливы для характеристики СЭЭС переменного тока, в СЭЭС постоянного тока справедливы два первых показателя и еще три:

1) коэффициент пульсации напряжения постоянного тока:

где U_μ - это значение амплитуды низших гармонических составляющих выпрямленного напряжения. Этот показатель применим только в СЭЭС с выпрямленным постоянным током, в СЭЭС с аккумуляторными батареями он неприменим:

Uср. – среднее значение выпрямленного напряжения, определяется схемой выпрямления.

5. Судовые электроприемники (потребители)

К судовым потребителям электроэнергии относят все электрифицированные механизмы и устройства судна, преобразователи электроэнергии, электронагревательные устройства, электрорадионавигационное оборудование и другое специальное электрифицированное оборудование.

Основную группу (около 70 %) составляют электродвигатели приводов судовых систем и механизмов, при этом сумма установленной мощности электроприемников всегда существенно больше суммы установленной мощности источников. Например, на промысловых судах установленная мощность потребителей составляет от 3 до 5 установленной мощности источников. Это объясняется тем, что в различных эксплуатационных режимах одновременно работают только определенные потребители, причем степень их загрузки различна. Под энерговооруженностью судна понимают отношение суммарной установленной мощности генераторных агрегатов (ГА) к водоизмещению судна:

Наиболее энерговооруженными являются промысловые суда, потом пассажирские, рефрижераторные, грузовые, танкеры.

Так, для промысловых судов значение коэффициента  обычно составляет от 600 до 1200 кВт на 1 тыс. тонн водоизмещения.

Все судовые электроприемники существенно различаются в зависимости от назначения судна, характера его работы, района плавания. Регистр классифицирует судовые электроприемники по трем признакам:

1. Назначение

2. Степень важности (ответственности).

3. Режим работы.

По назначению потребители делятся на:

• палубные механизмы и устройства,

• механизмы общесудовых систем и устройств (вентиляторы, насосы, котлы),

• радиотехнические средства,

• электронавигационное оборудование,

• внутрисудовая связь,

• бытовые системы и приборы,

• электроосвещение.

По степени ответственности делятся на:

Особо ответственные потребители, перерыв в питании которых может привести к гибели судна и людей (системы и средства управления судном, радионавигационное оборудование, средства радиосвязи, пожарные и осушительные насосы и др. приемники, оговоренные регистром). В соответствии с требованиями Регистра, питание таких приемников должно осуществляться от двух независимых источников (например, от шин основной и аварийной электростанций, от раздельно работающих секций ГРЩ и т.д.). Для таких электроприемников Регистр допускает перерыв в электроснабжении только на время автоматического ввода в работу резервного источника питания.

Просто ответственные потребители, непосредственно обслуживающие электроэнергетическую установку, а также системы, механизмы и устройства, обеспечивающие движение судна, управление им и сохранность груза. На промысловых судах, кроме указанных потребителей, в эту группу входят электроприемники, соответствующие назначению судна: промышленное оборудование, морозильное и технологическое оборудование.

Неответственные или малоответственные потребители, для которых Регистр допускает отключение не только в различных аварийных ситуациях, но и при возникновении перегрузки СЭЭС, то есть эти приемники могут быть длительно отключены в наиболее загруженных режимах (бытовые приборы и устройства, камбузное оборудование, системы повышенной комфортности).

По режиму работы:

• Потребители, работающие непрерывно с постоянной или с плавно изменяющейся в небольших пределах нагрузкой (различные вентиляторы, охладительные насосы. В эту же группу входят электроприводы работающие непрерывно, но кратковременно: пожарные и осушительные насосы, топливные и т.д.). Время работы таких приемников составляет 17 часов в сутки.

• Электроприводы и устройства, работающие в повторяющемся кратковременном режиме: краны, лебедки, компрессоры, рефустановки и др., т.е. те потребители, суммарное время работы которых от 17 до 2,5-3,5 часов.

• Эпизодически работающие электроприемники, у которых суммарное время работы составляет менее 3,5 часов в сутки.

Кроме указанных классификационных групп, судовые потребители делятся по роду тока:

• судовые приемники переменного тока с частотой 50 Гц, работающие по шкале номинального напряжения.

• потребители пониженного напряжения и пониженных и повышенных частот, не 50 Гц.

• потребители постоянного тока.

В зависимости от расположения на судне и условий его работы применяется оборудование различного исполнения.

• открытое исполнение, т.е. незащищенное от прикосновения к движущимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрь посторонних предметов и воды,

• защищенное исполнение, имеет оборудование, имеющее спец. средства и приспособления для защиты от случайных прикосновений к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания вовнутрь пыли, грязи и посторонних предметов:

• брызгозащитное исполнение имеет оборудование, оснащенное средствами, ограничивающими попадание внутрь брызг с любого направления в количестве, исключающих нарушение его работы.

• водозащитное исполнение – то же, но с ограничениями попадания вовнутрь воды при его обливании.

• пылезащитное оборудование – то же, но в отношение пыли.

• закрытое исполнение, т.е. оборудование, в котором допускается сообщения между внутренними пространствами только через неплотности уплотнения или через вентиляционные каналы.

• герметичное исполнение, т.е. оборудование, в котором полностью исключается сообщение между внутренними пространствами и окружающей средой.

• взрывозащитное исполнение, или оборудование, в котором предусмотрены средства и меры недопущения воспламенения в окружающей среде от внутренних процессов и наоборот.

Для маркировки вида исполнения исполнительных систем применяется международная классификация IP ХХ: Х = 0…6 – характеризует попадание внутрь посторонних предметов, Х = 0…8 – попадание воды).

Кроме указанных видов исполнения, выпускается оборудование, предназначенное для эксплуатации в условиях повышенной влажности и повышенной температуры.

Учитывая особенности работы оборудования в условиях моря, Регистр судоходства возможность использования только оборудования, имеющего специальное морское исполнение. (Наличие буквы М в обозначении).

Кроме того, в зависимости от назначения и места установки оборудования на судне, Регистр устанавливает определенные требования на термо- и влагоустойчивость.

• Для оборудования, устанавливаемого на открытых палубах, должны быть гарантирована нормальная работа при температуре окружающей среды от –30 до +55 град. Цельсия и относительной влажности 95  3 %.

• Тоже для оборудования, устанавливаемого в помещениях (температура от –10 до + 40, влажность 753%).

Кроме того, к судовому оборудованию предъявлен ряд специальных требований, обусловленных особенностью работы в море:

• крен до 15 градусов,

• дифферент до 5 градусов,

• бортовая качка с амплитудой до 22 градусов.

• килевая качка с амплитудой до 10 градусов.

• вибрация с частотой 5-30 Гц с амплитудой не более 1 мм.

• вибрация с частотой 8-50 Гц и ускорением 3g .

Кроме указанных требований, аппаратура и электрооборудование не должны допускать самопроизвольное изменение состояния (коммутацию) при бортовой качке до 450 .

Кроме того, общим является требование к массогабаритным показателям оборудования, которые по возможности должны быть минимальными с контактной компоновкой, унифицированным и взаимозаменяемым удобным и безопасным в обслуживании.