Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Развитие электрооборудования судов тесно связано с развитием электротехники и электротехнической промышленности и имеет более чем полуторавековую историю, начало которой положил русский ученый академик Б.С. Якоби. В 1838 году на реке Неве он испытал первое в мире судно с электрической гребной установкой. Позднее электроэнергия на судах стала использоваться для освещения, а также для питания сигнальных и отличительных огней.

Начало применения электротехники для судовых электроприводов относится к концу XIX в. и связано с установкой электровентиляторов на крейсерах «Лейтенант Ильин» и «Адмирал Нахимов».

В последующие годы процесс электрификации судов непрерывно продолжается, что объясняется ростом надежности электрических машин, их высоким КПД, легкостью преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Электрифицируются механизмы машинного отделения, бытовые потребители и ряд других установок и механизмов.

В процессе своего развития электрооборудование судов выполнялось как на постоянном, так и на переменном токе, однако начиная с середины XX в. был взят курс на внедрение трехфазного переменного тока, обладающего рядом существенных преимуществ по сравнению с постоянным. Главным из них является высокая надежность электрических машин, а также простота преобразования переменного напряжения в различные уровни напряжения, а также в напряжение постоянного тока.

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.

1. Приемники электрической энергии, их применение

По степени важности приемники электроэнергии подразделяют на 3 группы:

1. особо ответственные приемники, перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей.

К ним относятся радио- и навигационное оборудование, рулевое устройство, пожарный насос, аварийное освещение и др. На судах приемники этой группы питаются практически бесперебойно от основной, а при ее обесточивании - от аварийной электростанции;

2. 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;

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

Для обеспечения непрерывности электроснабжения приемников электроэнергии применяют следующие способы:

1. установка на судне аварийной электростанции, от шин которой получают питание особо ответственные приемники электроэнергии;

2. резервирование приемников, один из которых, находящийся в работе, считается основным, а другой - резервным. К таким приемникам относятся, например, рулевые электроприводы, устанавливаемые в румпельном отделении в двойном количестве;

3. питание приемников по отдельным фидерам, из которых один проложен от ГЭРЩ, а другой - от вторичного РЩ или АЭРЩ. При этом фидеры получают питание от разных секций ГЭРЩ, разнесенных на достаточное расстояние друг от друга. Например, рулевые приводы получают питание по двум фидерам, один из которых подключен к ГЭРЩ, а второй - к АЭРЩ. Эти фидера проложены вдоль разных бортов судна;

4. автоматическое переключение питания одиночного приемника электроэнергии с одного фидера на другой, и др.

2. Обеспечение непрерывности электроснабжения при помощи аварийной СЭС

Рассмотрим структурную схему СЭЭС с одной основной и одной аварийной СЭС (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема СЭЭС с одной основной и одной аварийной СЭС

В состав схемы входят:

1. главный электрораспределительный щит (ГРЩ), от которого получают питание ответственные и малоответственные П1…П11 приемники электроэнергии;

2. аварийный электрораспределительный щит (АРЩ), от которого получают питание особо ответственные приемники П12…П14;

3. аккумуляторная батарея (АБ) аварийного освещения, от которой получают питание, в основном, светильники малого аварийного освещения (МАО) и некоторые другие приемники электроэнергии (авральная сигнализация и т.п.) П15…П17.

Внутрь ГРЩ и АРЩ встроены контакторы переменного тока соответственно К1 и К2, катушки которых подключены к шинам ГРЩ (К1) и АРЩ (К2).

Контактор К1 - трехполюсный, контактор К2 - двухполюсный.

При нормальной работе основной электростанции катушка контактора К1 получает питание от шин ГРЩ, поэтому контактор К1 включен и его три контакта замкнуты.

Через эти контакты к шинам ГРЩ подключены шины АРЩ.

Следовательно, при наличии напряжения на шинах ГРЩ есть напряжение и на шинах АРЩ. Поэтому группы приемников электроэнергии - П1…П11 и П12…П14 получают питание от основных генераторов G1…G4 СЭС.

Поскольку катушка контактора К2 получает питание от шин АРЩ, этот контактор включен, а его размыкающие контакты разомкнуты. Поэтому приемники П15…П17 отключены от аккумуляторной батареи АБ.

При выходе из строя основной электростанции напряжение на шинах ГРЩ пропадает, поэтому контактор К1 отключается и размыкает свои контакты. Тем самым шины ГРЩ и АРЩ рассоединяются.

По Правилам Регистра, после обесточивания шин ГРЩ должен произойти автоматический пуск АДГ (в течение не более 45с) с последующим его включением на шины АРЩ. Следовательно, в течение 45с шины АРЩ обесточены, поэтому контактор К2 отключен, а через его замкнувшиеся контакты К2 от батареи АБ аварийного освещения получают питание приемники П15…П17, в том числе светильники аварийного освещения напряжением 12 (24) В.

После пуска АДГ и его включения на шины АРЩ восстанавливается питание приемников П12…П14. Кроме того, повторно включается контактор К2, его контакты размыкаются, отключая от АБ приемники П15…П17. Аварийные светильники 12 (24) В отключены.

При выходе из строя аварийной электростанции контактор К2 отключается и через его замкнувшиеся контакты К2 вновь получают питание приемники П15…П17 напряжением 12 (24) В.

Контактор К1 выполняет важную функцию - рассоединяет шины ГРЩ и АРЩ при выходе из строя основной электростанции. Если бы этого контактора не было, т.е. шины ГРЩ и АРЩ были бы постоянно соединены, то при обесточивании основной электростанции и включении АДГ на шины АРЩ все без исключения судовые приемники П1…П14 стали бы получать питание от шин АРЩ.

Поскольку мощность АДГ невелика (обычно не более 150 кВт), одновременное включение на шины АРЩ этих приемников привело бы к перегрузке АДГ и его отключению.

3. Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания приемников электроэнергии

Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания на контактных элементах.

Переключение питания с одного фидера на другой используется в схемах управления рулевыми электроприводами (рис. 2).



Рис. 2. Схема автоматического переключения питания рулевыми приводами

По Правилам Регистра, питание на рулевой привод подается от шин ГЭРЩ через 2 автоматических выключателя, расположенных на разных половинах ГЭРЩ.

При подготовке РЭП к работе электромеханик вначале включает один автоматический выключатель, например, выключатель левого борта, а затем другой, правого борта.

При включении АВ левого борта появляется напряжение на линейных проводах Л1, Л2, Л3 левого борта. При этом катушка контактора КМ1 получает питание от линейных проводов Л2 и Л3 левого борта. Контактор КМ2 включается, его главные контакты КМ1 замыкаются, подавая питание в схему РЭП. Одновременно размыкается вспомогательный контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2 правого борта.

Поэтому при включении АВ правого борта контактор КМ2 включиться не может - в цепи его катушки разомкнут контакт КМ1.

Если исчезнет питание на фидере левого борта, например, вследствие отключения АВ этого борта, катушка контактора КМ1 обесточивается, контактор отключается.

Он размыкает главные контакты КМ1, но одновременно замыкает вспомогательный контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2. Последний включается, замыкает главные контакты КМ2, восстанавливая подачу питания в схему РЭП, и одновременно размыкает вспомогательный контакт КМ2 в цепи катушки контактора КМ1.

Отсюда следует, что для восстановления подачи питания по фидеру левого борта надо не только включить АВ левого борта, но и отключить АВ правого борта (чтобы замкнулся контакт КМ2 в цепи катушки контактора КМ1).

После этого можно повторно включить АВ правого борта.

Далее работа схемы повторяется.

Рассмотренная схема построена на контактных элементах - электромагнитных контакторах КМ1 и КМ2.

Обеспечение непрерывности электроснабжения переключением питания приемников электроэнергии на бесконтактных элементах.

Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от контактных к бесконтактным элементам, например, симметричным тиристорам, или, иначе, симисторам (рис. 3).

Рис. 3. Схема бесконтактного автоматического переключения сетей

В состав силовой части схемы входят:

1. сети основная и резервная;

2. группы симисторов VS1…VS3 и VS4…VS6;

3. приемники электроэнергии ПЭ.

В состав схемы управления входят:

1. Т1, Т2 - понижающие трансформаторы Т1, Т2, предназначенные для питания цепей управления симисторами;

2. UZ1, UZ2 - выпрямительные мостики, для получения постоянного тока цепей управления;

3. VD1, VD2 - cтабилитроны ( пороговые элементы );

4. VD3…VD15 - полупроводниковые диоды;

5. D1 - cимметричный триггер R-S-типа;

6. D2 - элемент задержки переключения симисторов;

7. С1…С3 - конденсаторы;

8. SB - выключатель управления.

Схема работает так.

Вначале питание подается в основную сеть.

На выходе UZ1 появляется напряжение, достаточное для пробоя стабилитрона VD1.

Через пробитый VD1 образуется цепь тока управления вспомогательного тиристора VS7: «плюс» на правом выводе UZ1 - пробитый VD1 - диод VD3 - резистор R3 - управляющий электрод - катод VS7 - «минус» на левом выводе UZ1.

Тиристор VS7 открывается, вследствие чего пробивается стабилитрон VD2, через который и резистор RP1 образуется цепь тока: «плюс» на правом выводе UZ1 - пробитый VD2 - открытый VS7 - потенциометр RP1 - «минус» на левом выводе UZ1.

На RP1 создается падение напряжения.

При включении выключателя управления SB это напряжение устанавливает триггер D1 в исходное состояние, при котором на прямом выходе триггера D1 появляется напряжение, отпирающее вспомогательный тринистор VS8 в цепях управления силовыми тринисторами VS1…VS3.

Последние открываются, напряжение основной сети поступает к приемникам ПЭ.

После этого включают резервную сеть.

При снижении напряжения основной сети на 10% и более стабилитрон VD2 запирается, и триггер переключается во второе состояние, при котором на инверсном выходе триггера D1 появляется напряжение, отпирающее вспомогательный тринистор VS9 в цепях управления силовыми тринисторами VS4…VS6.

Включение этих тринисторов искусственно задерживается на небольшой промежуток времени (несколько десятых секунд) для того, чтобы ранее успели закрыться тринисторы VS1…VS3.

Коммутирующий конденсатор С1 предназначен для запирания вспомогательных тринисторов VS8 и VS9.

Конденсаторы С2 и С3 являются фильтрующими, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения мостиков UZ1 и UZ2.

Рассмотренные автоматические переключатели сетей выпускаются серийно. Их маркировка состоит из букв АПС, номера серии (величины) - от 2 до 6, шифров значений напряжений (2 - 220 В, 3 - 380 В) и частоты (1 частота 50 Гц, 2 - частота 400 Гц).

Например, АПС331 расшифровывается так: АПС - автоматический переключатель сетей, первая цифра 3 - третьей величины (тока), вторая цифра 3 - для сетей напряжением 380 В, 1 - частота 50 Гц.

Бесконтактные АПП (устройства автоматического переключения питания) отличаются от рассмотренного АПС только наличием защиты асинхронного двигателя.

Аварийные источники.

В соответствие с Правилами по оборудованию морских судов, которые распространяются на все пассажирские, наливные суда, суда, предназначенные для перевозки опасных грузов, а также буксиры, независимо от мощности главных двигателей и от валовой вместимости судов, аварийные источники на грузовых судах должны обеспечивать питание следующих потребителей:

1. аварийного освещения:

- всех коридоров, трапов и выходов из служебных помещений, а также в кабинах пассажирских лифтов и их шахтах; машинных помещений, помещений генераторных агрегатов; всех постов управления, а также главного и аварийного распределительных щитов; помещений аварийного дизельгенератора; рулевой рубки;

- штурманской рубки и радиорубки; мест хранения аварийного имущества, пожарного инвентаря, снаряжения пожарных и установки ручных пожарных извещателей; помещения рулевого привода; у пожарного и спринклерного насосов, аварийного осушительного насоса и мест установки пусковых устройств этих механизмов; помещения грузовых насосов;

- ангаров и посадочных мест для вертолетов; помещения гирокомпаса; медицинских помещений;

2. сигнально-отличительных фонарей, фонарей сигнала «Не могу управляться» и других фонарей, требуемых частью III «Сигнальные средства» Правил по оборудованию морских судов;

3. средств внутренней связи и оповещения, а также авральной сигнализации;

4. радио- и навигационного оборудования в соответствии с требованиями частей IV «Радиооборудование» и V «Навигационное оборудование» Правил по оборудованию морских судов, если аварийным источником энергии является дизельгенератор;

5. системы сигнализации обнаружения пожара;

6. ламп дневной сигнализации, звуковых сигнальных средств (свистков, гонгов и др.), вызывной ручной сигнализации и остальных видов сигнализации, требуемых в аварийных состояниях;

7. механизмов и устройств;

8. электрических приводов водонепроницаемых дверей с их указателями и предупредительной сигнализацией;

9. электрические приводы устройств, удерживающие противопожарные двери;

10. электрический привод спускового устройства спасательных шлюпок;

11. других систем, работа которых будет признана Регистром необходимой для обеспечения безопасности судна и находящихся на нем людей.

Если аварийным источником электрической энергии является аккумуляторная батарея, она должна: работать без подзарядки при сохранении изменений напряжения на зажимах в пределах 12 % номинального напряжения в течение полного периода разрядки, при этом изменение напряжения на зажимах аккумуляторной батареи, подключенной к электронному преобразователю напряжения, определяется допустимым изменением напряжения на зажимах преобразователя.

Если аварийным источником электрической энергии является генератор, он должен:

- приводиться в действие двигателем внутреннего сгорания;

- запускаться автоматически при исчезновении напряжения в основной сети контролируемого на шинах АРЩ, а также автоматически включаться на шины АРЩ.

Емкость батареи, являющейся переходным источником электрической энергии, должна быть достаточной для обеспечения в течение 30 мин питания следующих потребителей:

- освещения и необходимых сигнально-отличительных фонарей;

- всех средств внутренней связи и оповещения, необходимых в аварийных условиях;

- системы авральной сигнализации, сигнализации обнаружения пожара и сигнализации предупреждения о пуске системы объемного пожаротушения;

- ламп дневной сигнализации, звуковых сигнальных средств (свистки, гонги и др.); генератор электроснабжение рулевой аварийный

- устройств закрытия водонепроницаемых дверей, сигнализации их положения и предупреждения их закрытия.

Заключение

Условия работы электрооборудования на судах осложняются высокой относительной влажностью воздуха до 98%, температурой наружного воздуха, креном и дифферентом, вибрацией и сотрясениями, вызываемые ударами судна о волны. Подобные условия работы вызывают необходимость создавать специальное судовое оборудование, соответствующее условиям его эксплуатации.

Работа судна во многом зависит от работы судовой электростанции (СЭС). Поэтому к электрооборудованию предъявляются следующие требования:

- высокая надежность;

- водозащищенность и взрывобезопасность;

- минимальный вес и габариты;

- удобство в обслуживании;

- высокий КПД;

- минимальные помехи радиоприему и низкая шумность;

- минимальная стоимость и максимальная унификация.

Число, мощность, характеристики и параметры приемников электроэнергии влияют на выбор числа и мощности генерирующих агрегатов (ГА).

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

Энерговооруженность судна зависит от общей установленной мощности приемников электроэнергии, определяющей суммарную мощность СЭС. Общая установленная мощность приемников электроэнергии всегда больше суммарной мощности всех ГА, так как во всех эксплуатационных режимах судна работает только определенная часть потребителей электроэнергии.

Судовые электроприводы по назначению и режимам работы делят на следующие основные группы: палубные механизмы, вспомогательные механизмы энергетической установки, механизмы судовых систем и устройств, бытовые механизмы, электрические светильники и нагревательные приборы, ЭРНП, внешней и внутрисудовой связи и сигнализации, другие потребители.

По степени надежности электроснабжения приемники электрической энергии делят на особо ответственные приемники, перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей, ответственные приемники, обеспечивающие работу СЭУ, управление судном и сохранность груза, и малоответственные приемники, допускающие перерыв питания в аварийных ситуациях или при перегрузке СЭС.

В качестве аварийных источников электроэнергии на судах, вместимостью более 5 тысяч рег. тонн, предусматривается установка аварийного дизель-генератора (АДГ).

Запас топлива для работы АДГ предусмотрен не менее 6 часов работы для грузовых судов и не менее 36 часов на пассажирских судах.

Пуск АДГ и прием нагрузки генератором осуществляется автоматически, в течение 45 секунд после обесточивания судна.

АДГ размещают выше палубы переборок, обычно на корме в диаметральной плоскости судна. АДГ, стартерные батареи и распределительный щит АДГ находятся в одном помещении.

Каждый аварийный дизель-генератор с автоматическим пуском должен быть оборудован пусковым устройством с запасом энергии, достаточным, по крайней мере, для трех последовательных пусков. Должен быть предусмотрен также второй источник энергии для производства дополнительно еще трех пусков в течение 30 минут, если не предусмотрено ручное пусковое устройство.

Если АДГ в течение 45 сек не включается, то должен быть предусмотрен переходный источник электроэнергии, включающийся немедленно при обесточивании.

Если таким источником является аккумуляторная батарея, она должна работать без подзарядки при сохранении изменений напряжения на зажимах в пределах 12% номинального напряжения в течение полного периода разрядки.

Литература

1. Баранов А.П. Автоматическое управление судовыми электроэнергетическими установками. - М.: Транспорт, 1981, 255с.

2. Лейкин В.С. Судовые электрические станции и сети. - М.: Транспорт, 1982. - 256c.

3. Роджеро Н.И. Справочник судового электромеханика и электрика. -- М.: Транспорт, 1986. -- 319c.

Размещено на Allbest.ru

...