7.1. Требования к судовому электрооборудованию

Электрооборудование судна состоит из генераторной установки, распределительных устройств и потребителей.

Электроэнергия используется для управления двигателями вспомогательных механизмов, палубных устройств, освещения, вентиляции и системы кондиционирования воздуха.

Постоянная подача электроэнергии необходима для безаварийной работы судовых механизмов и устройств и обеспечения безопасности судна. Для обеспечения выполнения стоящих задач судно оборудуется основным и аварийным электрооборудованием.

Аварийное электрооборудование может быть выполнено как автоматически запускающийся аварийный генератор переменного тока, так и в виде аккумуляторных батарей.

В целом электрооборудование включает в себя генераторные агрегаты, контрольные и распределительные устройства, двигатели с системами пуска и аварийной установки.

На современных судах в качестве питания электрооборудования применяется переменный ток, вытеснивший постоянный.

Система питания переменным током имеет серьёзные преимущества: меньшая построечная стоимость, меньшая масса, простота обслуживания.

Однако, система питания постоянным током имеет преимущество в управлении электродвигателями, так как обеспечивает широкий диапазон скоростей в системе генератор-двигатель.

Двигатели и генераторы как переменного, так и постоянного тока, должны использоваться в режиме номинальной мощности при заданной длительности работы приводного механизма. Тем не менее, они выбираются исходя из возможностей значительных кратковременных перегрузок и средних перегрузок большой длительности.

В зависимости от условий эксплуатации двигатели и генераторы имеют различные типы защитных корпусов. В судовых условиях, как правило, применяются электродвигатели и генераторы в брызгозащитном или герметичном исполнении.

Брызгозащитный корпус обеспечивает защиту от прямого попадания брызг и водяных паров, и обеспечивает работу в затопленном состоянии до 1 минуты. Герметичность позволяет обеспечить работу оборудования в затопленном состоянии не менее 1 часа.

Взрывобезопасные корпуса противостоят взрыву самовоспламеняющегося газа, который находится внутри корпуса. При взрыве в таком корпусе не происходит дальнейшего распространения пламени.

Для безотказной работы оборудования любого типа необходимо обеспечить его чистоту. Электрические соединения должны быть надёжными и не иметь искрения при работе. Главные, наиболее нагруженные, элементы необходимо периодически проверять и, при необходимости, заменять. Оборудование, работающее от сети переменного тока, электрически более опасно, чем оборудование, работающее от сети постоянного тока. Правила техники безопасности необходимо строго соблюдать при любой проверке и осмотре оборудования.

При загрязнении деталей электрооборудования возможен пробой изоляции, утечка тока и замыкание на землю. Высокая влажность и масляные загрязнения так же отрицательно влияют на сопротивление изоляции. При регулярном изменении сопротивления изоляции выявляются участки цепи, нуждающиеся в ремонте.

Вентиляционные отверстия и решётки должны быть чистыми для обеспечения нормального охлаждения и вентиляции оборудования.

Аккумуляторные батареи используются на большинстве судов в качестве быстро подключаемого аварийного источника питания. Кроме того, батареи применяются для питания малым напряжением постоянного тока специального оборудования. На судах применяются свинцово-кислотные и щелочные аккумуляторные батареи.

Выбор необходимой батареи производится с учётом достоинств и недостатков свинцово-кислотных и щелочных батарей.

Для достижения заданного напряжения в свинцово-кислотной батарее необходимо меньшее число элементов, по сравнению со щелочной, кроме этого, свинцово-кислотные батареи имеют меньшую стоимость. С другой стороны, срок службы свинцово-кислотных батарей ограничен, и они требуют периодической подзарядки, так как разряжаются даже без нагрузки. Разряженная свинцово-кислотная батарея достаточно быстро выходит из строя.

Щелочные батареи сохраняют свой заряд без внешней нагрузки, а разряженную батарею можно хранить длительный срок без опасности выхода из строя. Хотя щелочная батарея дороже свинцово-кислотной, срок её службы значительно больше.

В зависимости от ёмкости батарея может питать электрическую цепь в течение определённого времени.

Ёмкость измеряется в ампер-часах. Ампер-часы – это число часов, в течение которых батарея способна поддерживать номинальный ток в цепи.

Батареи должны находиться в заряженном состоянии, в связи с чем необходимо периодически производить их заряд. Для свинцово-кислотных батарей рекомендуется использовать непрерывный заряд, который заключается в том, что через батарею протекает малый ток всё время, пока она находится в ненагруженном состоянии.

Степень разряда батареи определяется при помощи ареометра, которым определяется плотность электролита. Когда плотность достигает предельного значения (для щелочных батарей – 1,16 кл/л, для свинцово-кислотных 1,280 кл/л при 15 °С) необходимо заменять батарею.

Во время работы батареи желательно контролировать напряжение на каждом элементе, значения должны быть одинаковыми.

В случае аварии главных генераторов и "обесточивании" судна осуществляется переход на аварийное питание. Для этого можно использовать аккумуляторные батареи, но, в подавляющем большинстве случаев, применяются аварийные генераторы, для привода которых используются дизели, расположенные вне машинного отделения.

При работе аварийного генератора обеспечивается питание двигателей аварийных насосов, пожарных насосов, рулевого привода, герметичных дверей, специального оборудования пожаротушения, а так же питание аварийного освещения для закрытых помещений, навигационных огней, системы связи и тревоги.

Электроснабжение потребителей осуществляется через аварийный распределительный щит, находящийся в одном помещении с аварийным генератором. Пуск аварийного генератора осуществляется автоматически при снижении напряжения сети.

Питание навигационных огней должно осуществляться при любых аварийных ситуациях, для чего их цепи питания имеют специальное конструктивное исполнение.

При использовании отдельных цепей питания навигационных огней без подключения посторонних потребителей можно предупредить их отключение в аварийной ситуации.

Питание осуществляется через тумблер режимов работы, позволяющий осуществить переключение на другой источник питания в случае отказа в основной силовой цепи. Если навигационные огни гаснут, то подаётся аварийный световой или звуковой сигнал.

Основным узлом, обеспечивающим распределение электроэнергии, поступающей от генераторов и передачи её потребителям, является главный распределительный щит (ГЭРЩ) (рис. 90.)

Обычно ГЭРЩ состоит из отдельных секций: генераторных, управления и распределительных. Каркасы секций ГЭРЩ сваривают из угловой, а лицевые панели изготавливают из листовой стали.

Количество секций ГЭРЩ определяется составом источников питания и потребителей судовой электростанции. Вся коммутационная аппаратура – автоматы, рубильники, переключатели и все токоведущие части устанавливаются за лицевой панелью. На лицевую панель выводятся шкалы измерительных приборов, приводы автоматов, рукоятки переключателей, кнопки управления, штурвалы реостатов, индикаторы световых сигналов. Для каждого генератора на ГЭРЩ должны предусматриваться коммутационные, защитные и измерительные приборы: тахометр и мегаомметр, синхронизирующее устройство с переключателем, вольтметр, амперметр.

Схемами ГЭРЩ предусматривается раздельная или параллельная работа генераторов. Под раздельной работой понимают работу каждого генератора на свою группу потребителей в случае, если параметры генераторов или первичных двигателей не удовлетворяют условиям параллельной работы. Современные схемы ГЭРЩ обеспечивают продолжительный режим параллельной работы всех генераторов судовой электростанции.

Рис. 90. Общий вид главного распределительного щита судовой электростанции:

I, II – генераторные панели; III, IV – распределительные панели; 1 – регулятор возбуждения с дистанционным приводом; 2 – регулятор возбуждения без дистанционного привода; 3 – автоматический выключатель; 4 – трёхполюсный переключатель; 5 – универсальные переключатели; 6 – пакетные выключатели; 7 – установочные автоматические выключатели; 8 – сигнальные лампы.

На рис. 91 показана принципиальная схема ГЭРЩ, типичная для электростанции трёхфазной системы переменного тока судна. Схема определяет назначение и характер аппаратуры, устанавливаемой на ГЭРЩ.

Рис. 91. Принципиальная схема ГЭРЩ

Главные шины ГЭРЩ имеют секционные переключатели Q1, Q2, Q3, позволяющие обеспечить раздельную работу генераторов в случае невозможности параллельной работы и проведение ремонта и чистки ГЭРЩ без вывода судна из эксплуатации.

Потребители распределяются так, чтобы при отключении одной стороны ГЭРЩ, оставшиеся подключёнными к другой стороне потребители обеспечивали нормальную эксплуатацию судна. Для сети освещения и бытовых нужд судна имеются отдельные шины напряжением 127 или 220 В, получающие питание от трансформаторов с соответствующим вторичным напряжением.

Каждый генератор снабжён системой саморегулирования напряжения АРН, и, с помощью контакторов синхронизации К1 – К4, через реактор L, может быть включён на параллельную работу.

В этом случае посредством контакторов возбуждения КВ1 – КВ4 включаются системы возбуждения отдельных генераторов. Генераторы защищены автоматическими выключателями QF1 – QF4 от перегрузки токов короткого замыкания, обратной мощности и минимального напряжения. Имеются так же шины неответственных потребителей, подключённые к главным шинам через автоматический выключатель QF5. Эти шины отключаются автоматически при перегрузке работающих генераторов.