Какие источники электроэнергии применяются на судах внутреннего и смешанного река море плавания

Обновлено: 15.04.2024

На судах наиболее распространены двух- и трехпроводная системы распределения электроэнергии постоянного и переменного тока. Причем использование корпуса судна в качестве одного проводника запрещено, поэтому системы называются изолированными.

При использовании двухпроводной системы распределения электроэнергии постоянного тока все электрические потребители (ЭП) — осветительные и электронагревательные приборы, двигатели и т. д. включены по одинаковой схеме (рис. 1, а).

По трехпроводной системе на переменном токе (рис. 1,б) коммутируются электродвигатели, электронагревательные приборы (отопление и камбузное оборудование) и другие потребители, включенные на полное линейное напряжение генератора.

По двухпроводной системе на переменном токе (рис. 1,в) питаются электроосветительные и некоторые электронагревательные приборы, другое оборудование, включенное на пониженное напряжение генератора.

Канализацию электроэнергии на судах строят по магистральному или фидерному (радиальному) принципу.

В магистральной сети (рис. 2,а) к одному фидеру, идущему от ГРЩ, подключено последовательно несколько распределительных щитов РЩ, от которых питаются приемники электроэнергии. Преимущество этой системы — уменьшение числа кабелей и размеров ГРЩ, а недостатки — невозможность централизованного управления каждым приемником электроэнергии и контроля его питания, а также трудность отыскания места повреждения сети или потребителя.

В фидерной сети (рис. 2, б) распределительные щиты РЩ и щиты питания ЩП потребителей снабжаются электроэнергией непосредственно от ГРЩ по отдельным кабелям. В этом случае обеспечиваются централизованное управлением ГРЩ, автономность, контроль питания потребителей и облегчается нахождение мест повреждений в сети. Недостатком системы является увеличение размеров ГРЩ, а также числа, массы и стоимости прокладываемых кабелей.

В смешанной (фидерно-магистральной) сети (рис. 2, в) часть приемников питается по фидерной, а остальные — по магистральной сети. Практически эту систему и применяют на судах.

Ответственные потребители (механизмы энергетической установки, рулевой электропривод, пожарные насосы, брашпиль) получают питание по отдельному фидеру непосредственно от ГРЩ, а остальные — по магистральному принципу.

По назначению подключенных потребителей различают сети силовые, осветительные и слабого тока. Силовые сети передают энергию электродвигателям и нагревательным устройствам, осветительные — светильникам, сети слабого тока — средствам контроля, управления, сигнализации, телефонным и радио-трансляционным установкам.

В силовых сетях применяют кабели крупных сечений, по которым передается до 90% всей вырабатываемой электроэнергии на судне. Кабели работают в условиях включений и отключений. Силовые кабели на судах используют неодинаково. Больше всего под нагрузкой находятся кабели механизмов машинно-котельных отделений, рулевых электроприводов; меньше всего — кабели якорных и швартовных электроприводов и отдельных насосов.

Сети освещения делятся на сети основного и аварийного освещения и при питании переменным током обычно отделены от силовой сети трансформаторами (см. рис. 2,в). Сети основного освещения состоят из линий наружного, внутреннего, переносного освещения и сигнально-отличительных огней. Большое аварийное освещение — это сеть, получающая питание от АРЩ.

На практике большое аварийное освещение устраивают следующим образом. Часть светильников общего освещения, установленных в ответственных местах судна, получают питание от ГРЩ, но через щит аварийной электростанции. Таким образом эти светильники в обычных условиях используют наравне с остальными, но в аварийной ситуации они могут работать, получая питание от щита аварийной электростанции. Применяют также аварийные светильники с индивидуальными аккумуляторами, включаемыми автоматически при исчезновении напряжения в сети.

Для слаботочных сетей обычно применяют многожильные кабели с числом жил до 48 и сечениями 1; 1,5; 2,5 мм 2 .

Сети делятся на первичные и вторичные. К первичным относятся все сети, передающие энергию от ГРЩ до РЩ или к отдельным потребителям, а ко вторичным — сети, передающие энергию от РЩ к отдельным потребителям.

Для повышения надежности, экономичности и безопасности судовых сетей предусматриваются следующие меры: эксплуатационное напряжение не должно превышать 380 В переменного и 220 В постоянного тока; резервирование питания (по двум кабелям) ответственных потребителей; защита от механических воздействий, непрерывный контроль изоляции, строгое выполнение правил технической эксплуатации и безопасности труда.

Источники электроэнергии на судне принято делить на основные (первичные), вторичные, вспомогательные, резервные, стояночные и аварийные. Основными источниками электроэнергии обычно являются электромашинные генераторы, включающие в свой состав первичный двигатель и приводимый им в действие электрогенератор. В качестве вторичных источников электроэнергии используются различного рода преобразователи. Роль аварийных и вспомогательных источников электроэнергии в основном исполняют аккумуляторные батареи (как независимый источник электроэнергии) и аварийные (или резервные) дизельгенераторы.

Первичные двигатели предназначены для выработки механической энергии и передачи ее генератору с целью преобразования этой энергии в электрическую. В качестве первичных двигателей в судовых ЭЭС могут использоваться: дизельные двигатели (дизельгенераторы), паровые турбины (турбогенераторы), газовые турбины (газотурбогенераторы). Вместе с тем, роль первичного двигателя для электрогенератора может исполнять и основной двигатель судна, который передает энергию на валогенератор через главную линию вала и редуктор.

Дизельгенераторы – ДГ являются одними из самых распространенных типов электрогенераторов в судовых ЭЭС. Дизельгенераторы могут использоваться в функции основных, вспомогательных, резервных, стояночных, и даже аварийных источников электроэнергии на судах с дизельной и газотурбинной ЭУ, а также в качестве аварийных и резервных источников электроэнергии на судах с котлотурбинными и ядерными энергетическими установками. Дизельгенераторы обладают сравнительно высокими значениями КПД – до 40 %, высокой степенью автоматизации, быстрым запуском, надежностью и простотой эксплуатации, автономностью работы. К недостаткам дизельгенераторов можно отнести малую перегрузочную способность – около 10 – 15 % от номинальной мощности в течение не более 1 часа. Так как обеспечить равномерную загрузку одного мощного дизельгенератора в различных режимах работы судна практически невозможно, в составе ЭЭС обычно применяют несколько дизельгенераторов меньшей мощности, работающих параллельно. В качестве первичных двигателей дизельгенераторов используют средне- или высокооборотные дизели, имеющие частоту вращения от 500 до 1500 об/мин.

Турбогенераторы – ТГ широко применяются в качестве основного источника электроэнергии на судах с котлотурбинными, турбоэлектрическими и ядерными энергетическими установками. На некоторых типах судов могут устанавливаться стояночные турбогенераторы, потребляющие пар от вспомогательной котельной установки. Судовые турбогенераторы обладают следующими достоинствами: равномерностью вращения, большой быстроходностью, высокой надежностью и долговечностью (ресурс до 100000 часов), повышенной перегрузочной способностью (до 20 % от номинальной мощности) и устойчивой параллельной работой. К недостаткам турбогенераторов можно отнести относительно невысокий КПД турбопривода и достаточно большой промежуток времени для готовности к приему нагрузки. Частоты вращения роторов турбин турбогенераторов составляют обчно от 1500 до 6000 об/мин.

Газотурбогенераторы – ГТГ применяются в основном в качестве основного источника электроэнергии на судах с ГТУ. ГТГ сочетают в себе достоинства паровой турбины и дизельного двигателя: надежность в работе, высокую маневренность при переходе с режима на режим, быстрый запуск (от 30 до 50 с), быстрый прием нагрузки, небольшие массу и габариты. К недостаткам ГТГ можно отнести: сравнительно высокий удельный расход топлива, повышенную шумность, большие размеры воздухоприемных и газовыхлопных трактов, невысокие ресурсные показатели.

Валогенераторы – ВГ представляют собой электрогенераторы, приводимые в действие от главной линии вала судна. Использование на судах в составе ЭЭС валогенераторов представляется целесообразным по нескольким причинам:

из-за более высоких значений КПД главных двигателей по сравнению со вспомогательными;
меньшего расхода топлива;
возможности стабилизации нагрузки двигателей (особенно для главных двигателей некоторых типов судов, работающих с недогрузкой – рыболовных траулеров, буксиров, судов ледового плавания);
продления ресурса вспомогательных двигателей;
снижения трудозатрат на обслуживание энергетической установки.

Валогенераторы имеют высокий КПД (всего на 5 – 8 % ниже КПД главного двигателя). Кроме того, валогенераторы могут работать в качестве гребного электродвигателя, работающего на главную или вспомогательную линию вала судна от ГРЩ или вспомогательного дизельгенератора. Основным недостатком валогенераторов является возможность обесточивания судна при внезапной остановке главного двигателя.

Выбор типа первичных двигателей для электрогенераторов в основном зависит от типа главных двигателей судна. Так, на судах с дизельными энергетическими установками в качестве первичных двигателей в основном используют дизельные двигатели. На судах с газотурбинными установками в качестве первичных двигателей могут использоваться как дизельные двигатели, так и газовые турбины. На судах с котлотурбинными и ядерными энергетическими установками в качестве первичных двигателей электрогенераторов используют паровые турбины. Кроме того, дизели часто используют в качестве первичных двигателей резервных или аварийных источников электроэнергии.

В качестве судовых электрогенераторов могут использоваться генераторы постоянного тока, синхронные генераторы переменного тока с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

В основе работы электромашинных генераторов (как постоянного, так и переменного тока) лежат законы электромагнитной индукции и взаимодействия движущегося проводника с магнитным полем. При пересечении силовых линий магнитного поля в движущемся проводнике индуцируется электродвижущая сила – ЭДС. Под воздействием возникшей ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать ток, снимаемый с клемм генератора.

Генераторы должны обладать высокой надежностью в работе, обеспечивать устойчивую параллельную работу при изменениях нагрузки и требуемое качество электроэнергии, иметь высокий КПД, обеспечивать защиту от попадания внутрь капель воды, паров масла и пыли.

Генераторы переменного тока – являются основными источниками электроэнергии для сетей переменного тока. В настоящее время в судовых ЭЭС широко применяются генераторы переменного тока с самовозбуждением серий МСС, ГМС, МСК, и генераторы переменного тока с независимым возбуждением типа ТК. Буквы в обозначении марки генераторов означают: Г – генератор; С – синхронный; М – морской; вторая буква С – с самовозбуждением; К – с кремнийорганической изоляцией.

Синхронные генераторы серии МСК изготавливают с самовентиляцией по замкнутому циклу и с водяными воздухоохладителями. Система самовозбуждения генераторов МСК включает в себя выпрямители и другие устройства, выполняется в виде единого блока, устанавливаемого непосредственно на корпусе генератора. Генераторы серии МСС отличаются от генераторов серии МСК меньшей частотой вращения и наличием небольшого генератора начального подмагничивания. Генераторы серии ГМС имеют брызгозащищенное исполнение с самовентиляцией по разомкнутому циклу.

Основным преимуществом генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока является меньшие массогабаритные характеристики электрических машин.

Генераторы постоянного тока – являются источниками электроэнергии для сетей постоянного тока, а также применяются в качестве автономных источников питания отдельных электроприводов и устройств, работающих на постоянном токе. В судовых ЭЭС используются генераторы постоянного тока независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Аккумуляторные батареи являются химическими источниками тока и широко применяются в судовых ЭЭС в качестве резервных и аварийных источников электроэнергии, а также могут применяться в качестве основных источников электроэнергии для отдельных устройств и систем судна. В основе принципа действия аккумуляторов лежат три электрохимических явления: электролитическая диссоциация, электролиз и возникновение потенциала на электроде, помещенном в раствор электролита.

Аккумуляторы являются независимыми автономными источниками питания, вырабатывающими постоянный ток без пульсаций. Но в силу физических и химических особенностей протекающих в них процессов аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков: необходимость систематического ухода и контроля за их состоянием, частых подзарядов, контроля состояния и замены электролита; низкий КПД; большие стоимость и массу. В судовых условиях обычно применяются следующие типы аккумуляторов: кислотные, щелочные (железо-никелевые, кадмиево-никелевые) и серебряно-цинковые.

Для получения требуемого напряжения в сети постоянного тока, производится последовательное соединение между собой аккумуляторов в группы. Напряжение группы аккумуляторов равно напряжению одного аккумулятора умноженному на число соединенных последовательно аккумуляторов. Для увеличения емкости, группы аккумуляторов соединяют параллельно в аккумуляторные батареи – АБ. Размещаются аккумуляторные батареи в специальных газо- и водонепроницаемых помещениях – аккумуляторных ямах или выгородках, снабженных обслуживающими системами: вентиляции, охлаждения, механического перемешивания электролита, контроля содержания водорода в воздухе помещения, нейтрализации (дожигания) водорода и др.

Литература

Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]

Электроэнергетической системой (ЭЭС) называется совокупность устройств, предназначенных для генерирования электроэнергии, ее преобразования, передачи и распределения между потребителями.

По назначению ЭЭС можно разделить на главные, обеспечивающие электроэнергией главные гребные электродвигатели судна – ГЭД (в энергетических установках с главной электрической передачей), вспомогательные и специального назначения. В зависимости от рода тока все судовые электроэнергетические системы разделяют на ЭЭС переменного и постоянного тока. В свою очередь судовые ЭЭС переменного тока можно разделить на системы стандартной (промышленной) частоты – 50 Гц, и высокочастотные электроэнергетические системы (как правило – 400 Гц), а также по значению напряжения основной силовой сети.

Энерговооруженность судна зависит от общей установленной мощности потребителей электроэнергии, назначения судна, а также основных режимов потребления энергии в соответствии со специфическим назначением судна.

В состав ЭЭС судна в общем случае входят следующие основные компоненты:

источники электроэнергии, к которым относятся все средства генерирования электроэнергии: первичные двигатели, электрогенераторы, химические источники тока – аккумуляторные батареи;
устройства преобразования электроэнергии. К ним относятся статические и машинные преобразователи электроэнергии, трансформаторы;
распределительные устройства, предназначенные для распределения выработанной и преобразованной электроэнергии по конечным потребителям. К ним относятся главные распределительные щиты – ГРЩ, которые, в свою очередь, могут состоять из отдельных специализированных секций; распределительные щиты – РЩ; щиты отдельных потребителей, а также пульты управления;
силовые сети, представляющие собой кабельные линии связи между источниками электроэнергии, распределительными устройствами и потребителями электроэнергии. В общем случае ЭЭС судна может состоять из следующих электрических сетей: основной силовой сети, сети постоянного и переменного тока, сети нормального и аварийного освещения, сети переносного освещения и других локальных сетей в соответствии с характеристиками потребителей электроэнергии (например, сетей электропитания систем автоматики, специальных сетей и др.);
потребители электроэнергии;
средства управления, электрической защиты потребителей и сетей, сигнализации.

Организационно и технически источники электроэнергии и основные распределительные устройства скомпонованы в судовые электростанции – СЭС. Судовая электростанция обычно включает в свой состав: источники электроэнергии; распределительные устройства – секции ГРЩ и распределительные устройства отдельных, наиболее важных потребителей; пульты управления и контроля режимов работы ЭЭС; коммутационную и защитную аппаратуру; автоматические выключатели; аппаратуру измерения, контроля и регулирования параметров электроэнергии.

По своему основному назначению все судовые электростанции можно разделить на три вида: главные электростанции – обеспечивающие электроэнергией гребные электродвигатели (ГЭД) на судах с электродвижением; общесудовые электростанции – обеспечивающие электроэнергией потребители главной энергетической установки и общесудовые потребители на всех режимах работы судна; аварийные электростанции – обеспечивающие работу отдельных, наиболее важных потребителей при выходе из строя общесудовых электростанций.

Для обеспечения максимальной живучести судна при аварийных повреждениях общесудовые и главные электростанции размещают в наиболее защищенных частях судна, как правило – в машинных отделениях или непосредственно вблизи них. Аварийные электростанции располагают в помещениях, расположенных выше самой верхней непрерывной палубы вне шахт машинных отделений, и имеющих непосредственный выход на открытые палубы судна.

По установленной мощности СЭС можно разделить на электростанции малой мощности – 250 ÷ 1500 кВт; электростанции средней мощности – 1500 ÷ 6000 кВт; и электростанции большой мощности – свыше 6000 кВт. По способу управления электростанции делятся на автоматические и автоматизированные с дистанционным управлением.

Число электростанций на судне зависит от его основного назначения и энерговооруженности, а их число может быть от одной до трех. При наличии на судне нескольких электростанций, их обычно называют по месту размещения основных источников электроэнергии. Например, на судне с двумя электростанциями, их называют носовой и кормовой или электростанциями левого и правого бортов; при наличии на судне трех элкутростанций их назвают носовой, средней и кормовой или электростанциями левого, правого борта и средней.

Литература

Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]

В качестве источников электроэнергии на судах применяют генераторы с автономным приводом (генераторные агрегаты), генераторы отбора мощности и аккумуляторы. Если принятый для судовой электростанции род тока или величины напряжения и частоты отличаются от номинальных параметров некоторых потребителей, то применяют преобразователи электрической энергии.

Генераторные агрегаты (ГА) являются важнейшими элементами электрических станций и состоят из первичного двигателя и генератора.

Первичными двигателями могут быть дизели, паровые поршневые машины, паровые и газовые турбины. Поэтому ГА соответственно называют дизель-генераторами, парогенераторами, турбогенераторами и газотурбогенераторами.

В настоящее время в основном применяют дизель-генераторы и турбогенераторы. Парогенераторы используют редко даже на малых судах из-за их громоздкости и низкого к. п.д., а газотурбогенераторы только начинают внедрять.

Генераторные агрегаты разделяют на основные (к ним можно отнести и резервные), стояночные, аварийные и специального назначения, например для питания траловых лебедок промысловых судов.

Генераторы отбора мощности от главных судовых двигателей обеспечивают электроэнергией потребителей в ходовом режиме. Использование главного двигателя как единого источника энергии ведется двумя путями: использование отбора мощности от главного двигателя для привода валогенераторов; использование утилизации энергии выхлопных газов для питания турбогенераторов.

Установка на судах генераторов отбора мощности обусловлена целым рядом преимуществ и имеет большое практическое значение.

Аккумуляторы на судах используют в качестве аварийных источников электроэнергии, основного источника малого аварийного освещения, в качестве буферного источника тока при использовании валогенераторов, для пуска двигателей внутреннего сгорания и т. д. На судах применяют кислотные и щелочные аккумуляторы.

Преобразователи электрической энергии превращают один род тока в другой или одни величины напряжения и частоты в другие. Они бывают вращающиеся и статические.

К вращающимся относятся двухмашинные и одноякорные преобразователи. Двухмашинные преобразователи состоят из двух электрических машин (двигателя и генератора), установленных на общей фундаментной раме и соединенных с помощью муфты.

Двухмашинные преобразователи занимают много места, тяжелы, сравнительно дороги и обладают низким к. п. д. Поэтому чаще используют одноякорные преобразователи.

Одноякорные преобразователи — это машины постоянного тока, у которых с одной стороны якоря расположен коллектор, а с другой — контактные кольца (три — у трехфазных и два — у однофазных преобразователей), соединенные с обмоткой якоря. Одноякорный преобразователь может преобразовывать постоянный ток в переменный, или наоборот. Если одноякорный преобразователь вращать каким-нибудь двигателем, то он будет одновременно генерировать как постоянный, так и переменный ток.

К статическим преобразователям относятся: ионные и электронные преобразователи; неуправляемые и управляемые полупроводниковые преобразователи. На судах наибольшее распространение получили полупроводниковые преобразователи. По типу применяемых вентилей они подразделяются на купроксные, селеновые, германиевые и кремниевые.

ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ

Любой генераторный агрегат, как уже отмечалось, состоит из первичного двигателя и генератора.

Первичные двигатели. Выбор типа первичного двигателя судовых генераторов обычно определяется типом главной судовой установки. Если главный двигатель на судне — дизель, то в качестве первичных двигателей генераторов используют дизели.

В случае установки в качестве главных двигателей паровых турбин, первичными двигателями генераторов являются паровые турбины. Однако на этих судах, как правило, устанавливают и дизель-генераторы. Они обеспечивают судно электроэнергией при аварийных ситуациях и стоянке в порту, когда работа турбогенераторов невозможна или экономически нецелесообразна.

Использование дизелей в качестве первичных двигателей судовых; генераторов целесообразно, так как они экономичны, компактны, автономны и требуют сравнительно несложной и небольшой п о времени подготовки к пуску.

В настоящее время в основном применяют дизели с частотой вращения 500—750 об/мин и 1000—1500 об/мин. Высокооборотные дизель-генераторы легче малооборотных, занимают меньше места, дешевле и имеют более высокий к. п. д. Однако они обладают меньшим моторесурсом и очень шумны. Дизели допускают возможность работы с перегрузкой 10% номинальной мощности в течение одного часа.

Судовые дизель-генераторы (ДГ) по способу соединения с первичными двигателями разделяют на:

ДГР—дизель-генератор рамный, у которого дизель и генератор конструктивно не связаны; генератор имеет два подшипниковых щита и присоединяется к дизелю с помощью жесткой или эластичной муфты;

ДГФ — дизель-генератор фланцевый, генератор которого крепится к дизелю при помощи фланца и может иметь один-два щита;

ДГМ — дизель-генератор маховичный; генератор в этом случае имеет один подшипник со стороны, противоположной дизелю, а его вал жестко соединен с коленчатым валом.

Турбогенераторы по сравнению с дизель-генераторами имеют большие сроки службы и надежность. Вращаются они равномерно, поэтому параллельная работа турбогенераторов более устойчива, чем дизель-генераторов. Вместе с тем они менее экономичны, перед пуском турбину необходимо сравнительно долго прогревать, а в случае аварии котельной установки судно оказывается обесточенным. Турбогенераторы в основном имеют рамное исполнение и турбина соединяется с генератором непосредственно, либо через редуктор (табл. 2 и 3).

Табл. 3. Технические данные некоторых отечественных турбогенераторов

В последнее время на судах начали применять газовые турбогенераторы, которые соединяют в себе достоинства паровой турбины и дизеля. Газовые турбогенераторы имеют небольшие массу и габариты, приходящиеся на единицу мощности установки. Они надежны в работе, быстро запускаются и имеют сравнительно большой срок службы (10 000 ч). В то же время газовые турбогенераторы имеют большую шумность, большой удельный расход топлива и другие недостатки, которые сдерживают широкое их применение на судах.

Основные требования Правил Регистра, предъявляемые к первичным двигателям генераторов:

номинальная частота вращения должна отличаться от критической первичного двигателя не менее чем на 20%;
первичные двигатели генераторных агрегатов, работающих параллельно, должны иметь тождественные механические характеристики;
регуляторы частоты вращения первичных двигателей при набросах и сбросах полной нагрузки должны обеспечивать автоматическое поддержание номинальной частоты вращения в следующих пределах: мгновенное изменение — не более 10% номинального значения;
установившаяся частота вращения не должна отличаться от номинальной более чем на 5%;
время достижения новой установившейся частоты вращения — не более 5 с;
конструкция регуляторов первичных двигателей должна предусматривать возможность дистанционного изменения частоты вращения в пределах ±10% номинального значения;
если первичный двигатель, кроме основного регулятора частоты вращения, имеет предельный регулятор, то последний должен автоматически прекращать подачу пара (топлива) при увеличении частоты вращения на 15% выше номинальной;
турбогенераторы с принудительной смазкой должны выполняться таким образом, чтобы в случае падения давления в системе смазки турбина останавливалась, а генератор отключался от шин распределительного щита.

Судовые генераторы. В качестве генераторов судовых электростанций используют генераторы как постоянного, так и переменного тока. Генераторы постоянного тока параллельного возбуждения должны иметь автоматические регуляторы напряжения, обеспечивающие стабилизацию напряжения с точностью ±2,5% номинального значения. Однако на электростанциях постоянного тока обычно применяют генераторы смешанного возбуждения (компаундные). Саморегулирование напряжения выполняется с помощью обмотки возбуждения в зависимости от тока нагрузки без каких-либо внешних регулирующих устройств.

Согласно Правилам Регистра изменение напряжения генераторов смешанного возбуждения при изменении нагрузки от 20 до 100% номинального значения не должно превышать 5% для генераторов мощностью включительно до 15 кВт, 4% — от 15 до 50 кВт, 3% —свыше 50 кВт.

На судах наибольшее распространение получили генераторы постоянного тока серии П. Они изготавливаются на мощности от 3 до 200 кВт, напряжением 115, 230, 320 и 460 В, имеют теплостойкую стеклослюдяную изоляцию и выполняются в брызгозащищенном исполнении.

В качестве генераторов переменного тока в судовых электростанциях, как правило, используют синхронные генераторы. Наибольшее распространение получили такие серии синхронных генераторов, как МС, МСК, МСС, ГСС (табл. 4). Генераторы МС имеют машинный возбудитель, а остальные, указанные в табл. 4, генераторы являются самовозбуждающимися.

Табл. 4. Основные данные ССГ

Напряжение и частота генераторов переменною тока при изменении нагрузки и ее характера (cos ф) изменяются в значительных пределах. Поэтому первичный двигатель генераторного агрегата снабжают регулятором частоты вращения, а синхронный генератор — регулятором напряжения.

Судовые синхронные генераторы (ССГ) чаще всего изготавливают в брызгозащищенном исполнении. Они могут иметь разомкнутую или замкнутую систему охлаждения. Разомкнутая система охлаждения генератора, в свою очередь, может быть с самовентиляцией, когда вентилятор является частью машины, и с независимым охлаждением, когда вентилятор размещается вне машины. При разомкнутой системе охлаждения через генератор проходит воздух, поступающий из окружающей среды. Этот воздух загрязнен и содержит значительный процент паров нефтепродуктов, что приводит к загрязнению, ухудшению вентиляции и, следовательно, нагреву генератора. Кроме того, при этом быстро разрушается электроизоляция обмоток генератора. Поэтому для устранения указанных недостатков в настоящее время в генераторах (например, типы МСК: М — морской, С — синхронный, К — кремнийорганическая изоляция) применяют систему охлаждения по замкнутому циклу с охлаждением воздуха в водяном воздухоохладителе. Воздухоохладитель состоит из батареи ребристых трубок, через которые прокачивается забортная вода. При этой системе охлаждения исключается попадание внутрь генератора паров нефтепродуктов и пыли. Недостатком замкнутой системы охлаждения генераторов является усложнение конструкции генератора и увеличение его стоимости.

Согласно Правилам Регистра у судовых генераторов переменного тока напряжение должно поддерживаться в пределах ±2,5% номинального значения. Генератор должен иметь резерв по возбуждению, чтобы в случае его перегрузки током, равным 150% номинального значения при cos ф = 0,6, в течение 2мин поддерживалось номинальное напряжение с точностью 10%.

Напряжение генератора переменного тока, работающего в нормальном эксплуатационном режиме, не должно снижаться ниже 85% и повышаться выше 120% номинального значения при внезапном изменении симметричной нагрузки. По окончании переходного процесса напряжение генератора должно в течение не более 1,5 с восстанавливаться в пределах ±3% номинального значения.

В общем судовые генераторы постоянного и переменного тока должны иметь минимальную массу и габариты; обладать высокой надежностью в работе; обеспечивать получение электроэнергии требуемого качества, т. е. они должны поддерживать напряжение, а в случае переменного тока и частоту, в заданных пределах во всех режимах работы; иметь высокий к. п.д.; быть удобными в эксплуатации; быть готовыми работать в специфических морских условиях и т. д.

В настоящее время уделяется большое внимание разработке и исследованию новых способов прямого получения электроэнергии из тепловой или химической энергии топлива. Для судовой электроэнергетики в этом плане практический интерес могут представить электрохимические, термоэмиссионные, термоэлектрические и магнитогидродинамические генераторы.

Генераторные агрегаты являются важнейшими элементами судовых электрических станций, поэтому вопросу их эксплуатации должно уделяться особое внимание.

Исправное состояние электрических генераторов, работающих с номинальной нагрузкой при номинальных значениях напряжения и частоты вращения, характеризуется: нормальным нагревом генератора и отдельных его частей; отсутствием искрения под щетками; нормальным сопротивлением изоляции всех его токоведущих частей; допустимой нормой вибрации его корпуса.

Чрезмерный нагрев генераторов приводит к порче электрической изоляции его обмоток и токоведущих частей, вследствие чего может возникнуть КЗ. Поэтому в процессе эксплуатации обслуживающий персонал должен постоянно следить за температурой нагрева генераторов. При недопустимом нагреве генератора его следует немедленно вывести из работы и устранить причину этого ненормального состояния. Температуру корпуса генератора и отдельных его частей можно измерить термометром, шарик которого обернут станиолем. Термометр прикладывают к наружной части генератора и прикрывают снаружи ватой.

В связи с внедрением на судах комплексно-автоматизированных электростанций, датчики температуры помещают в отдельные важнейшие части генератора. Например, использование термопар в обмотках статора генератора и вывод соответствующих показаний температур (с аварийной сигнализацией) на дисплей центрального поста управления, значительно упрощает мониторинг температур обмоток статора.

Допустимая температура нагрева генератора зависит от класса изоляции его токоведущих частей.

Все судовые электрические машины в соответствии с Правилами Регистра должны работать в продолжительном режиме при номинальной нагрузке практически без искрения, т. е. при классе коммутации от 1 до 1х1/4 (табл. 5).

Таблица 5. Шкала искрения электрических машин

Во время эксплуатации необходимо следить за правильной установкой щеткодержателей и щеток, а также за состоянием поверхности колец и коллекторов.

Щетки должны прилегать к кольцам или коллектору всей рабочей поверхностью. Величина давления на щетки указывается в инструкции, обычно она лежит в пределах 1,5—2,3 Н/см 2 .

Проверить давление на щетки можно динамометром. Кольца генераторов переменного тока прирабатываются неодинаково. На отрицательном кольце образуются полоски пористого материала, и оно имеет шероховатую поверхность. Объясняется это переносом материала контактного кольца в щетку и электрохимическим процессом в месте контакта щетки и кольца под действием атмосферной влаги. Поэтому в процессе эксплуатации требуется периодически менять полярность колец путем переключения концов возбуждения на щеткодержателях или в коробке выводов.

Контактные кольца и коллекторы следует ежедневно протирать сухой суконной ветошью и только в случае сильного загрязнения — ветошью, смоченной спиртом. Кольца и коллекторы после промывки нужно насухо протереть сухой ветошью. При нарушении поверхности колец и коллекторов их шлифуют специальным пемзовым камнем либо стеклянной бумагой.

Износ щеток зависит от ухода за ними, условий охлаждения, материала контактных колец, плотности тока и частоты вращения. Характеристики некоторых щеток приведены в табл. 6.

Таблица 6. Основные технические характеристики щеток

Примечания: 1. Переходное падение напряжения указано при рекомендуемой плотности тока. 2. При работе электрических машин в условиях повышенной вибрации и больших частотах вращения (свыше 1500 об/мин) удельное нажатие на щетку может быть повышено до 0,5 кгс/см 2 .

Проверить давление на щетки можно динамометром. Кольца генераторов переменного тока прирабатываются неодинаково. На отрицательном кольце обр.

Качество изоляции обмоток и токоведущих частей генераторов имеет важное значение в обеспечении безаварийной работы судовой электростанции. Судовые генераторы имеют в основном изоляцию классов В, F и Н с предельно допустимыми температурами соответственно 130, 155 и 180°С.

Величина сопротивления изоляции понижается при воздействии на нее влаги, масла, пыли, повышенных температур, вибрации и других факторов. Поэтому генераторы в процессе эксплуатации нужно периодически чистить, а если обмотки загрязнены маслом или топливом, то при чистке необходимо пользоваться моющими средствами. Для промывки обмоток генераторов применяют бензин, смесь авиационного топлива ТС-1 и фреона 113 в соотношении 4:1, смесь бензина со спиртом (20% бензина и 80% спирта), уайт-спирит и другие моющие средства.

Контроль сопротивления изоляции обмоток и токоведущих частей генератора осуществляют с помощью переносного мегомметра. Нормальным считается сопротивление изоляции, равное 2 МОм в горячем и 5МОм в холодном состоянии генератора. Согласно Правилам Регистра наименьшее допустимое значение сопротивления изоляции 0,7 МОм.

Вибрация генератора нарушает нормальную работу его щеточного аппарата и приводит к механическим повреждениям. Правилами Регистра оговорена допустимая для судовых генераторов вибрация.

В настоящее время на судах применяют в основном синхронные генераторы с самовозбуждением (табл. 7).

Судовая электроэнергетическая установка состоит из источников электроэнергии, электрических цепей, распределительных устройств и потребителей электроэнергии. При общем рассмотрении ее можно представить состоящей из электроэнергетической системы и потребителей. Одной из важнейших частей электроэнергетической системы является судовая электрическая станция (СЭС), которая преобразовывает различные виды энергии в электрическую и предназначена для питания всех потребителей электроэнергии во всех режимах работы судна. В состав СЭС входят генераторные агрегаты (первичные двигатели и генераторы), распределительные устройства с приборами управления, контроля и защиты.

По назначению СЭС делят на основные, аварийные и специальные. Основная электростанция предназначена для питания всех потребителей электроэнергии в нормальных условиях эксплуатации судна. Аварийная электростанция питает ограниченное число ответственных потребителей электроэнергии при выходе из строя основной. Специальные электростанции служат для питания каких-либо специальных потребителей электроэнергии, например гребных электрических установок или электропривода траловых лебедок.

По роду тока различают электростанции постоянного и переменного тока.
По типу первичных двигателей генераторных агрегатов СЭС разделяют на дизель-генераторные, турбогенераторные, с отбором мощности от главного двигателя и смешанные.
По установленной мощности различают (условное деление) судовые электростанции малой (до 500 кВт), средней (500— 2000 кВт) и большой (свыше 2000 кВт) мощности.
По роду потребителей электроэнергии различают электростанции для осветительной, силовой и смешанной нагрузок.
По способу управления различают неавтоматизированные, частично автоматизированные и автоматизированные электростанции.

На неавтоматизированных электростанциях все операции по контролю и управлению режимами работы генераторных агрегатов выполняет обслуживающий персонал. Однако все СЭС должны обеспечивать получение качественной электроэнергии. Поэтому для генераторных агрегатов неавтоматизированных электростанций предусматривается автоматическое выполнение следующих операций: поддержание частоты вращения первичных двигателей в определенном диапазоне; поддержание температуры охлаждающей воды и масла в заданных пределах; стабилизация напряжения генератора на заданном уровне; аварийная сигнализация и защита первичных двигателей и генераторов. Генераторные агрегаты снабжены необходимой контрольно-измерительной аппаратурой.

В настоящее время эксплуатируются в основном автоматизированные электростанции. Объем автоматизации этих электростанций колеблется в значительных пределах и для современных судов сводится к следующим операциям: поддержание генераторных агрегатов в состоянии готовности к немедленному запуску и приему нагрузки; программный дистанционный запуск и остановка генераторных агрегатов, выполняемые автоматически или вручную; синхронизация и включение генераторов на шины ГРЩ; регулирование напряжения и частоты вращения вала генераторных агрегатов; распределение реактивной и активной нагрузок между параллельно работающими генераторами; защита генераторных агрегатов при появлении неисправностей; отключение второстепенных потребителей электроэнергии при перегрузке генераторных агрегатов; аварийно-предупредительная сигнализация; определение состояния изоляции электрических цепей.

К автоматизированным относятся такие электростанции, на которых все процессы контроля, защиты, регулирования и управления автоматизированы. Автоматизированные электростанции являются важнейшим звеном комплексно-автоматизированных судов.

Характерные особенности судовых электростанций: ограниченная по сравнению с береговыми станциями мощность и полная автономность; малая длина электрических цепей, ограниченная размерами судна; соизмеримость мощностей генераторов и потребителей электроэнергии; эксплуатация в специфических морских условиях.

На подавляющем большинстве судов имеется одна электростанция, однако их может быть и две.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: