Вопросы электропожаробезопасности на судах обычно рассматриваются в связи с качеством и повреждением изоляции элементов энергетических систем. Практика показывает, что во многих случаях возгорания судового электрооборудования происходят также вследствие конструктивных недоработок, выявляющихся в процессе длительной эксплуатации. Случаи возгорания наиболее часты и опасны в местах концентрации сильноточного электрооборудования, в частности на главных распределительных щитах, щитах ГЭУ и т. п. Рассмотрим причины и последствия некоторых из них.
Пожар в пульте ГЭУ ледокола «Красин».
Установленные на ледоколах «Ермак» и «Красин» ГЭУ постоянного тока состоят из трех двухъякорных ГЭД, получающих электроэнергию от девяти дизель-генераторов. Номинальные параметры каждого двухъякорного ГЭД: мощность 2X4410 кВт, напряжение
2X1200 В, ток 3850 А (якоря соединяются последовательно), частота вращения 115 об/мин. Каждый генератор ГЭУ имеет длительную номинальную мощность 3080 кВт при номинальных напряжении 800 В, токе 3850 А и частоте вращения 380 об/мин. Возбуждение генераторов и ГЭД осуществляется статическими возбудительными агрегатами — тиристорными мостами. В контур каждого двухъякорного ГЭД могут быть включены последовательно от одного до трех дизель-генераторов. Каждый генератор включается в контур или выключается из него трехполюсным выключателем с пневматическим приводом (производства фирмы «Сименс-Шуккерт») с номинальными током 3850 А и напряжением 1500 В. Трехполюсный генераторный выключатель обеспечивает включение и выключение каждого генератора без размыкания цепи контура аналогично выключателям, установленным в ГЭУ ледокола «Москва» (см. рис. 1).
Когда контакты 1 выключателя разомкнуты, контакт 2 замкнут. При таком положении контактов генератор из контура выключен, но цепь оставшихся в контуре других генераторов и ГЭД замкнута контактом 2. Включению генератора в контур соответствует замкнутое состояние контактов 1 и разомкнутое— контактов 2. Генератор включается в контур невозбужденным. На обмотку возбуждения генератора напряжение подается контактором, срабатывание которого обусловлено замыканием вспомогательного контакта выключателя и промежуточного реле. Выключению генератора из контура предшествует снятие напряжения питания с обмотки возбуждения. Командный импульс на отключение выключателя подается, с выдержкой времени в 1 с после размыкания контактором цепи питания обмотки возбуждения. Иначе говоря, контакт 2 выключателя бывает замкнутым только при невозбужденном генераторе.
Трехполюсный выключатель генераторов имеет шесть токоподводов на 2000 А и шесть контактных групп, т. е. каждый контакт на схеме рис. 1 в действительности состоит из двух контактных групп, соединенных параллельно. Выключатель имеет главные и дугогасительные (предваряющие) контакты, показанные на рис. 2. На неподвижные главные контакты 1 и на замыкающий их роликовый контакт 2 нанесено серебряное покрытие. Подвижный дугогасительный (предваряющий) контакт 4 крепится к поворотному роликовому рычагу стальным болтом М8, который входит в отверстие с резьбой в медном основании контакта 4. При замыкании дугогасительных контактов — подвижного 4 и неподвижного 5 — усилие, действующее на подвижный контакт, воспринимается болтовым соединением.
Рис. 84. Поврежденный автоматический выключатель генератора.
В ноябре 1976 г. при работе ледокола «Красин» на полной мощности в одном из контуров ГЭУ (ГЭД3 — ГЭД4 — Г3 — Г6—Г9) сработала максимальная токовая защита с трехкратной уставкой относительно номинального тока. Одновременно из панели А7 щита ГЭУ появились пламя и дым. После снятия напряжения пожар был потушен с помощью углекислотных огнетушителей.
Причиной возгорания было повреждение резьбы в отверстии подвижного дугогасительного медного контакта на автоматическом выключателе генератора Г6. На одной из параллельных контактных систем (рис. 84) отвалившийся подвижной дугогасительный контакт замкнул накоротко якорь генератора при номинальном напряжении на нем. Произошло короткое замыкание на одном из параллельных контактов 2 (см. рис. 1), вызвавшее полное расплавление отвалившегося подвижного контакта, повреждение выключателя и возгорание изоляционных материалов автоматического выключателя и щита. При осмотре на соседней контактной группе был также обнаружен отвалившийся дугогасительный контакт с выпавшим из отверстия крепежным болтом (см. рис. 84), т. е. короткое замыкание могло возникнуть и на втором из параллельных контактов.
При коротком замыкании сработавшая защита должна была отключить возбуждение генератора и ГЭД, а автоматический выключатель отключить из контура поврежденный генератор. Вследствие заклинивания механизма переключения контактов автоматический выключатель не сработал, что способствовало возникновению пожара.
Рис. 85. Функциональная схема единой электроэнергетической системы судов типа «Алтай».
При обследовании выявлены следующие повреждения оборудования. На панелях А6, А7 и А8 щита ГЭУ нарушена изоляция кабелей и проводов, на панели А6 повреждена аппаратура управления автоматом. На генераторе Г6 обгорели щетки, оплавились щеткодержатели и кромки коллекторных пластин, на поверхности коллектора видны обширные темные кольцевые полосы, вырывы меди. На окружающих поверхностях налет копоти. При осмотре нерасплавленного подвижного контакта выявлено, что в отверстии для болтового соединения резьба в меди на глубину 50 мм полностью сорвана.
Трудозатраты на восстановление нормального технического состояния генератора составили около 220 чел.-ч.
Причиной аварии явилось несовершенство конструкции узла крепления дугогасительных контактов. Следует отметить, что фирмой — изготовителем этих автоматов не оговорены усилия затягивания крепящих контакты болтов. Поэтому не исключена возможность нарушения резьбы в меди стальным болтом.
Пожары на главных распределительных щитах судов типа «Алтай».
На судах этого типа применена единая электроэнергетическая система, включающая в себя общесудовую ЭЭС и ГЭУ переменного тока (рис. 85). Напомним, что в состав электростанции входит пять основных дизель-генераторов мощностью по 700 кВт и стояночный дизель-генератор мощностью 300 кВт. Каждый из основных генераторов может быть включен на шины общесудовых нужд (400 В) и на шины ГЭУ (400 В), к которым подключается синхронно-асинхронный ГЭД мощностью 2800 кВт при номинальном токе статора 4400 А. В установившихся режимах работы шины ГЭУ и шины общесудовых нужд включены через генераторные автоматы параллельно.
Особенностью цепи питания ГЭД на этих судах является применение сдвоенных автоматических выключателей типа АМ550-4. Суммарный номинальный ток автомата равен 5500 А, расцепителя — 4000 А. Автомат состоит из двух секций, фазные контакты которых соединены параллельно и рассчитаны на номинальный ток 2750 А в каждой секции. Со стороны привода обе секции автомата соединены механически.
В июле 1976 г. на полном ходу БМРТ «Алтай» (мощность ГЭД равнялась 2400 кВт, частота вращения винта 167 об/мин, ток статора 3750 А) в центральном посту управления на панели № 1 щита ГЭУ, где установлен автомат ГЭД, произошел выброс огня и дыма, сопровождаемый сильным шумом. Была объявлена пожарная тревога и дистанционно отключена подача топлива к дизелям. Пожар был ликвидирован силами судовой аварийной группы с применением углекислотных огнетушителей.
В результате воздействия огня и попадания расплавленного металла оказались непригодными к дальнейшей эксплуатации трансформаторы тока, напряжения и дифференциальной защиты ГЭД, переключатели серводвигателей, резисторы в цепи обмотки возбуждения ГЭД и гашения поля возбудителя, измерительные приборы. Выгорела изоляция на всех кабелях питания ГЭД и проводах внутреннего монтажа на аварийной панели ГРЩ. Осмотр автомата показал, что на одной секции состояние поверхностей контактов нормальное, без следов отключения больших токов; контакты оказались в положении «Отключено». Вторая секция автомата полностью выгорела, большинство металлических деталей под действием электрической дуги расплавилось. Рычажный привод автомата поврежден и заклинен в положении «Включено».
Наиболее вероятной причиной повреждения автомата и пожара специалисты считают длительную перегрузку током контактов одной секции автомата (рабочий ток 3750 А при номинальном 2750 А) вследствие отключения другой секции из-за неисправности расцепителя. Перегрузка и перегрев контактов оставшейся в работе секции автомата вызвали возгорание кулачков подвижных контактов и изоляционной панели, загрязнение воздушных и изоляционных участков между фазами и возникновение короткого замыкания. Длительное действие дуги, вызвавшей названные повреждения автомата и оборудования панели щита ГЭУ, поддерживалось током от синхронного ГЭД, ротор которого вращался винтом при инерционном движении судна.
Несовершенство конструкции установленного в цепи ГЭД двухсекционного автоматического выключателя явилось одной из основных причин аварии в ГЭУ.
Для устранения повреждений судно было отбуксировано в порт. Убытки от простоя вместе с затратами на ремонт составили около 100 000 руб.
В августе 1973 г. на однотипном судне «Копет-Даг» во время хода на полной мощности ГЭУ также произошло возгорание на секции № 1 ГРЩ, где установлен автомат ГЭД. Все параметры электрооборудования соответствуют названным выше. Аварии предшествовали некоторые изменения в схеме, представленной на рис. 85. Приводной асинхронный двигатель электромашинного возбудителя № 2 ГЭД, работавшего в схеме, получал питание от шин стояночного генератора.
Авария развивалась следующим образом. При выведении из работы основного дизель-генератора ДГЗ, чтобы компенсировать снижение генерируемой энергии, параллельно с основными дизель-генераторами при нагрузке 60 кВт был включен стояночный дизель-генератор. Поскольку длительная параллельная работа стояночного дизель-генератора с основными не рекомендована инструкцией по эксплуатации, шины потребителей были разобщены автоматическим выключателем АС3. Это привело к набросу нагрузки на стояночный дизель-генератор до 80— 90% номинальной, частота вращения резко уменьшилась, а затем возросла из-за дистанционного воздействия на регулятор топлива дизеля. При достижении предельной уставки регулятора по частоте вращения 570 об/мин (при номинальной 500 об/мин) подача топлива на дизель была отключена. Частота и напряжение переменного тока на шинах стояночного генератора снизились до нуля, поэтому постоянный ток в цепи возбуждения ГЭД, подключенной к работающему на выбеге электромашинному возбудителю, также стал резко уменьшаться. ГЭД стал выходить из синхронизма и переходить в асинхронный режим работы, что сопровождалось ростом тока в цепи статора через контакты автоматического выключателя ГЭД. В это время с лицевой стороны панели № 1 ГРЩ появилось искрение и затем пламя и дым.
Возгорание было ликвидировано с помощью углекислотных огнетушителей типа ОУ-8. Поврежденными на панели № 1 ГРЩ оказались все монтажные провода, частично силовые кабели, трансформаторы тока, напряжения и дифференциальной защиты, измерительные приборы и автоматический выключатель ГЭД. Осмотр последнего показал, что, как и в рассмотренном выше случае, секции автомата отключались неодновременно, поскольку контакты одной секции не повреждены. На второй секции расплавлены дугой неподвижные и подвижные контакты, кронштейны и валики автомата, изоляционные материалы выгорели. И в этом случае возгорание из-за перегрева переросло в короткое замыкание с несколько иным расположением, интенсивностью и продолжительностью горения дуги. Автоматические выключатели генераторов, работавших на шины, в этом случае отключались.
Для устранения повреждений судно также было отбуксировано в порт. Убытки от аварии с учетом простоя составили около 60 000 руб.
Оба случая указывают на конструктивный недостаток двухсекционных автоматов как основную причину возгораний на ГРЩ. Известные затруднения в обеспечении одинакового распределения токов параллельных контактов и настройки автоматов усугубляются практической невозможностью во время эксплуатации тщательно проверить техническое состояние и характеристики автоматических выключателей. Отсутствие четких рекомендаций по этим вопросам в инструкциях фирмы-изготовителя, а также технических средств для контрольных испытаний автоматов на судах создает затруднения в их эксплуатации.
