Электроэнергетические системы судна. Устройства распределения электроэнергии.

Судовые электрические сети представляют совокупность устройств, с помощью которых осуществляется передача электроэнергии от источников к приёмникам. В состав этих устройств входят кабель, провода, электрораспределительные устройства и арматура (щиты, соединительные ящики, крестовые коробки, штепсельные разъёмы и т.п.) Судовые электрические сети подразделяются на силовые, аварийные и сети приёмников.

Силовые сети предназначены для распределения электроэнергии от ГРЩ основной электростанции до преобразователей или приёмников электроэнергии. На судах внутреннего плавания распространение получили радиальная, магистральная и смешанная системы.

При радиальной или фидерной системе канализации мощные и обычно ответственные приёмники получают питание непосредственно от ГРЩ, а остальные от электрораспределительных щитов по отдельным фидерам. П

Перечень приёмников, которые должны получать питание по отдельным фидерам:

- ЭП рулевого устройства; - якорного устройства; - пожарных насосов; - щиты основного освещения; - и т. д.

Преимущества данной системы канализации электроэнергии – надёжность работы и независимость приёмников один от другого. Недостатки – повышенный расход кабеля, значительный объём электромонтажных работ, относительно большое число проходов через переборки.

При магистральной системе канализации электрической энергии все приёмники получают питание по одной или нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки.

Преимущества такой системы – меньший расход кабеля, меньший объём электромонтажных работ и минимальное число проходов через переборки. Недостатки – меньшая надёжность и взаимная зависимость приёмников одной магистрали. Магистральная система применяется для питания неответственных приёмников.

По смешанной магистрально-фидерной системе одна часть приёмников получает питание по фидерам, а другая – по магистралям. Эта система позволяет учесть достоинства и недостатки вышеуказанных систем и обеспечить достаточную надёжность работы при уменьшении расхода кабеля объёма электромонтажных работ.

Аварийные электрические сети служат для подачи и распределения электроэнергии от аварийного или кратковременного аварийного источника до аварийных приёмников, перечень которых оговаривается РРРФ.

Электрическая сеть приёмников предназначается для распределения электроэнергии от определённого электрораспределительного щита или преобразователя до одноимённых приёмников.

Электрические сети различаются так же по роду тока, значению напряжения, числу проводов.

По роду тока – постоянного и переменного токов.

По значению напряжения – до 1000 В и свыше 1000 В

По числу проводов постоянного тока:

1. Однопроводная система.

Позволяет экономить до 50% кабелей. РРРФ разрешает применять однопроводную систему при напряжении не выше 24 В и только после специального рассмотрения.

2. Двухпроводная изолированная система.

Требует большого расхода кабелей для её реализации. РРРФ как и другие органы надзора, разрешают применение двухпроводной системы распределения без всяких ограничений.

3. Трёхпроводная изолированная система.

По сравнению с двухпроводной позволяет иметь на судне два значения напряжения, отличающиеся одно от другого в 2 раза.

По числу проводов переменного тока:

1. Однофазная двухпроводная изолированная система.

Обычно используется как часть трёхфазной системы и служит для передачи энергии однофазным приёмникам. Может использоваться самостоятельно для распределения электрической энергии для переносного освещения 12 В, переносного инструмента и т. д.

2. Трёхфазная трёхпроводная изолированная система.

Применяется для питания трёх- и однофазных приёмников, когда номинальные напряжения у них одинаковы. РРРФ допускается к применению без ограничений.

3. Трёхфазная четырёхпроводная изолированная система.

Для питания трёх- и однофазных приёмников в том случае, когда номинальное напряжение однофазных приёмников в раз меньше номинального напряжения трёхфазных, например, 220 и 380 В. Руководящий технический материал требует, чтобы при этой системе у генератора отключались все четыре провода.

4. Трёхфазная четырёхпроводная неизолированная система.

С нейтральной точкой источника, электрически соединённой с корпусом судна. В этой системе нарушение изоляции в какой-либо фазе приводит к короткому замыканию, срабатыванию аппаратуры защиты и отключению повреждённого участка. РРРФ разрешается только для судов, у которых основным источником электроэнергии является береговая энергосистема.

Распределительными устройствами ЭЭС называют конструкции, на которых установлены: коммутационная, защитная и измерительная аппаратура, регулирующие и сигнальные устройства. Распределительные устройства выполняют следующие основные задачи:

− включение, отключение и защиту электрических установок и сетей;

− контроль, регулирование и измерение электрических параметров источников энергии;

− сигнализацию положения коммутационных аппаратов и состояния электрических цепей.

К распределительным устройствам судовых ЭЭС относятся:

− главные распределительные щиты (ГРЩ) – предназначенные для управления и контроля за работой генераторов, регулирования их параметров и подачи питания судовым потребителям или фидерам судовых потребителей электроэнергии;

− распределительные щиты (РЩ) и групповые щиты (ГЩ) – предназначенные для распределения энергии по судовым потребителям и обеспечения защиты потребителей и их фидеров в определенном месте (отсеке) судна;

− контрольные щиты (КЩ) – предназначенные для дистанционного контроля за работой источников тока, потребителей электроэнергии и распределения электроэнергии;

− пульты или панели управления (ПУ) – предназначенные для дистанционно управления коммутационной и другой аппаратурой а также пуском и основными переключениями источников электроэнергии и электрических сетей.

− щиты генераторов, батарей и щиты приема питания с берега – предназначенные для коммутации конкретного источника электроэнергии и его защиты, подачи электроэнергии в ЭЭС с берега при стоянке судна в базе;

− распределительные коробки и соединительные ящики.

Распределительные устройства выполняются в виде металлических ящиков с открывающимися или съемными дверцами. Внутри ящиков размещаются токопроводящие шины, коммутирующая и измерительная аппаратура. На лицевую сторону ящиков выносятся приборы и органы управления и коммутации – рукоятки автоматических переключателей, кнопочные посты, штурвалы и т.д.

Судовые электрические сети.

Судовая электрическая сеть состоит из кабелей и проводов, соединяющих источники электроэнергии с распределительными устройствами, а распределительные устройства – с потребителями электроэнергии, расположенными в разных частях судна.

По степени важности и назначению различают следующие сети:

− основную (или первичную) силовую сеть – соединяющую основные, резервные и аварийные источники электроэнергии с ГРЩ, РЩ и наиболее мощными и ответственными потребителями энергии;

− вторичную силовую сеть – соединяющую потребители электроэнергии и вторичные распределительные щиты;

− сети питания отдельных систем и судовой автоматики;

− сеть постоянного тока;

− сеть нормального освещения;

− сеть аварийного освещения;

− сеть установок слабого тока – предназначенную для коммутации электроэнергии на установки и приборы управления судном, средств внутренней связи, сигнализации, приборов измерения;

− сеть радиотрансляции;

− другие специфические сети, зависящие от характеристик и назначения потребителей электроэнергии, подключенным к ним (например, сеть сигнально-отличительных огней, сеть сварочной аппаратуры и др.).

Принцип построения электрической сети зависит от класса и назначения судна, мощности его энергетической установки, количества и расположения потребителей электроэнергии. Различают следующие схемы распределения энергии (рис. 6.9.1):

− магистральные, в которых все потребители получают питание по нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки;

− фидерные (радиальные), в которых наиболее ответственные потребители получают питание непосредственно от ГРЩ по отдельным фидерам, а все остальные потребители – от распределительных устройств (щитов), питающихся по отдельным фидерам от ГРЩ;

− магистрально-фидерные (смешанные), в которых часть потребителей получает питание по магистральной системе, а наиболее важные потребители – по фидерной.

Магистральные и смешанные системы распределения электроэнергии обычно используются в силовых сетях сравнительно небольшой мощности. Фидерная схема распределения электроэнергии обладает высокой надежностью, так как выход из строя любого отдельного фидера не нарушает питания остальных потребителей. В магистральной схеме распределения электроэнергии при повреждении отдельной магистрали электропитания лишается достаточно большая группа потребителей и исключается возможность централизованного управления питанием потребителей электроэнергии. Однако магистральная схема построения электрической сети имеет меньшую массу по сравнению с фидерной.

Различные силовые сети одного и того же судна могут иметь различные схемы распределения электроэнергии. Например, основная силовая сеть может строиться по фидерной или смешанной схеме, а сеть освещения – по магистральной схеме распределения электроэнергии.

Рис. 6.9.1. Схемы построения электрических сетей (распределения электроэнергии)

а) магистральная схема распределения электроэнергии;

б) фидерная схема распределения электроэнергии;

в) смешанная схема распределения электроэнергии.

Г – генераторы; ГРЩ – главный распределительный щит; АС – секционные автоматы; АГ – автоматы генераторов; РЩ – распределительные щиты; МК – магистральные коробки.

Потребители электроэнергии.

Все потребители электроэнергии судовой ЭЭС можно классифицировать по следующим признакам:

По назначению судовые потребители электроэнергии разделяют на следующие основные группы:

− средства судовождения и связи;

− механизмы, аппараты, устройства СЭУ (насосы, компрессоры, вентиляторы, нагреватели и т.д.);

− механизмы судовых устройств (якорного, швартовного, грузового, шлюпочного и т.д.);

− механизмы общесудовых систем (насосы, компрессоры, вентиляторы);

− потребители слабого тока (внутрисудовая связь, световая и звуковая сигнализация, рулевые и машинные телеграфы и т.д.);

− приборы освещения;

− бытовые потребители (электрогрелки, камбузное и прачечное оборудование, оборудование бытовых помещений и т.д.);

− специальные потребители (системы автоматики, и т.д.).

По степени важности, характеру и длительности работы судовые потребители электроэнергии разбиваются на следующие категории:

− I категория – потребители, требующие постоянного и непрерывного питания (не допускающие перерывов в питании). Питание таких потребителей обеспечивается электромашинными преобразователями, электродвигатели которых получают питание через автоматические переключатели сети – АПС, или через автоматические переключатели-пускатели – АПП;

− II категория – потребители, допускающие перерывы в питании на время срабатывания АПС или АПП; К потребителям I и II категорий обычно относятся средства навигации и связи, основные механизмы СЭУ, системы управления и защиты реакторов, средства, обеспечивающие живучесть судна и безопасность плавания (пожарные насосы, рулевые машины и т.д.), и т.д.;

− III категория – потребители, для которых допускаются перерывы в питании на время ручного переключения. К этим потребителям, как правило, относятся менее важные потребители общесудовых систем и СЭУ;

− IV категория – потребители, для которых допускаются длительные перерывы в питании. К ним относятся бытовые электроприборы, нагреватели, камбузное оборудование и т.д.

По роду тока различают потребители постоянного и переменного тока.

Потребители постоянного тока в свою очередь делятся на группы в зависимости от требований к стабильности напряжения (напряжение в сетях постоянного тока может изменять значение от 170 до 320 В). Одна часть потребителей может работать только при стабилизированном напряжении, другая – при напряжении, изменяющемся в определенных пределах.

Потребители переменного тока делятся на группы по напряжению (127, 220, 380 В), и по частоте (50, 400 и более Гц).

Средства автоматического регулирования и защиты сээс.

Для защиты источников электроэнергии, приводов и потребителей от коротких замыканий, перегрузки по току, недопустимом снижении напряжения применяются защитные аппараты. К ним относятся автоматические выключатели (автоматы) и предохранители.

Автоматические выключатели представляют собой аппараты, предназначенные для размыкания электрических цепей при перегрузке, коротком замыкании или провалах напряжения. Кроме того, автоматы служат для нечастых включений и отключений цепей в нормальных условиях.

В судовых условиях в основном применяются два типа автоматов:

− автоматы селективной защиты, обеспечивающие отключение потребителей электроэнергии или отдельных участков электрической сети при токе короткого замыкания со следующими временными задержками: 1,0с, 0,63с, 0,38с, 0,18с. Селективные автоматы включаются в цепи генераторов, преобразователей, цепи питания с берега, ГРЩ и цепи питания наиболее мощных потребителей электроэнергии;

− установочные автоматы, обеспечивающие мгновенное отключение потребителей электроэнергии при токах короткого замыкания, и более длительное отключение (от 1ч до 3с) при перегрузках.

Предохранители – устанавливаются в сетях постоянного и переменного тока, и предназначены для защиты потребителей от токов, превышающих допустимые значения для данного потребителя. Как правило, в судовых ЭЭС используются плавкие предохранители трубчатого и патронного типов.

Для регулирования и измерения основных параметров ЭЭС используются различные приборы – синхронизаторы, устройства регулирования напряжений и токов, устройства равномерного распределения нагрузок, устройства автоматического включения резерва, электромагнитные реле и различные контрольно-измерительные приборы.