Раздел II
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Глава V ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И СЕТИ
§ 27. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Судовые электрические станции (СЭС) преобразуют химическую энергию топлива в электрическую, осуществляют контроль за качеством и количеством вырабатываемой электроэнергии и распределяют ее между потребителями.
Электростанция современного судна представляет собой самостоятельный энергетический комплекс, насыщенный сложными агрегатами, устройствами, аппаратами и приборами. Основными элементами любой СЭС являются первичные двигатели, генераторы и главный распределительный щит (ГРЩ). Вспомогательное оборудование станции обеспечивает подачу топлива или пара, охлаждающей и питательной воды, масла, воздуха и т. д.
Для удобства изучения СЭС классифицируются по назначе нию, типу первичных двигателей и роду тока.
В зависимости от назначения выделяют станции: судовых электроэнергетических систем, гребных электрических установок (ГЭУ) и аварийные.
Электростанции судовых электроэнергетических систем, о которых и пойдет речь в данной главе, снабжают энергией электрические приводы вспомогательных механизмов машинного отделения, палубных механизмов, вентиляторов, рефрижераторных и климатических установок и т. д.
Электростанции ГЭУ обеспечивают энергией электроприводы гребных валов. Мощность таких станций достигает нескольких десятков тысяч киловатт. Тип судов с ГЭУ получил название электроходов.
На морских судах устанавливают аварийные электростанции согласно, требованиям Регистра СССР. При выходе из строя основной электростанции они обеспечивают электроэнергией те потребители, от которых зависят живучесть судна и безопасность мореплавания.
Развитие и совершенствование судов теснейшим образом связано с ростом их электрооснащенности, что в свою очередь предопределяет увеличение мощности СЭС судовых электроэнергетических систем (СЭЭС).
В процессе эксплуатации электростанции ведется постоянный контроль параметров* характеризующих исправность первичных двигателей генераторов, вспомогательных устройств, качество вырабатываемой электроэнергии, степень загрузки генераторов. При необходимости вводят в работу дополнительные источники электроэнергии или выводят из работы лишние агрегаты. Все эти операции, входящие в обязанности вахтенного механика, на современных судах полностью или частично автоматизированы.
В зависимости от типа первичных двигателей существуют дизель-электрические, турбоэлектрические и газо-турбоэлектрические станции.
По роду тока судовые электростанции могут быть переменного и постоянного тока. На всех современных судах электростанции СЭЭС работают на переменном токе, хотя до конца 40-х годов суда электрифицировались преимущественно на постоянном токе. Вместе с тем постоянный ток в той или иной степени используют и на современных судах, например при аварийном электрообеспечении или в некоторых электроприводах. В первом случае источниками постоянного тока являются аккумуляторные батареи, во втором — различные преобразователи.
При изучении СЭС следует помнить о том, что она является составной частью СЭЭС, которая, кроме того, включает в себя электросети, различные преобразователи и потребители электроэнергии. Это значит, что комплектация, мощность и конструктивные отличия СЭС определяются типом и назначением судна и особенностями главной энергетической установки, а ее эксплуатационные характеристики зависят от режимов работы судна.
§ 28. ГЕНЕРАТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ
Источником электроэнергии СЭС является генераторный агрегат, состоящий из первичного двигателя и электрического генератора. Совокупность этих двух совершенно различных машин представляет собой единое целое.
По электроприборам, контролирующим работу генератора, можно судить о режиме работы первичного двигателя, его исправности. Работа первичного двигателя влияет на качество вырабатываемой электроэнергии.
Под качеством электроэнергии понимается поддержание постоянства частоты тока и напряжения на шинах ГРЩ в заданных пределах. В связи с этим к первичным двигателям предъявляют следующие требования: колебания установившейся частоты вращения не должны превышать 1 % номинальной частоты вращения генераторного агрегата; при мгновенном сбросе 100%-ной нагрузки или мгновенном набросе 70%-ной нагрузки изменение частоты вращения не должно превышать 10% номинальной частоты вращения генераторного агрегата, а новая установившаяся частота вращения не должна отличаться от предшествующей более чем
на +5%; неравномерность угловой скорости дизель-генераторов переменного тока, рассчитанных на параллельную работу, должна быть такой, чтобы амплитуда угловых колебаний вала была не больше 3,5°/р (где р — число пар полюсов генератора).
Первичные двигатели должны иметь дистанционный привод для изменения частоты вращения в пределах 10%.
В качестве первичных двигателей СЭС в настоящее время распространены дизели, являющиеся наиболее экономичными. Важные их достоинства — автономность и постоянная готовность к запуску. Вместе с тем дизели имеют относительно малый моторесурс и отличаются высоким уровнем шума.
На судах, где в качестве главных двигателей используют паровые турбины, первичными двигателями генераторов являются паровые турбины. Они значительно надежнее дизелей и имеют больший срок службы. Параллельная работа турбогенераторов устойчивее, чем дизель-генераторов. Однако турбины менее экономичны, зависят от работы паровых котлов и перед запуском должны быть прогреты.
В последнее время широко распространяются газовые турбины, которые в известной степени объединяют достоинства дизелей и паровых турбин и найдут применение в качестве первичных двигателей генераторов.
В электростанциях переменного тока используют синхронные трехфазные генераторы. На судах еще встречаются генераторы с возбудителями (танкеры типа «Казбек», суда типа «Ленинский комсомол», «Бежица», аварийные дизель-генераторы на судах типа «Михаил Калинин» и др.), но наибольшее распространение находят синхронные генераторы с самовозбуждением.
Синхронные генераторы с дизелями в качестве первичных двигателей имеют явнополюсную конструкцию ротора и небольшую частоту вращения (500 об/мин). Синхронные турбогенераторы рассчитаны на более высокую частоту вращения (1000, 1500 и 3000 об/мин) и могут иметь ротор неявнополюсной конструкции.
Отсутствие коллектора у синхронных генераторов делает их значительно более надежными в эксплуатации в сравнении с генераторами постоянного тока. Однако и в их конструкции есть относительно слабый узел — это кольца со щетками, через которые передается постоянный ток в обмотку возбуждения, расположенную на роторе. Механические и электрохимические процессы под щетками вызывают сравнительно быстрый износ колец. Сам по себе скользящий контакт всегда является нежелательным элементом, так как он повышает вероятность отказа в электроустановке. Поэтому на современных судах все чаще начинают применять так называемые бесщеточные синхронные генераторы (БСГ). Принцип действия БСГ состоит в том, что энергия, необходимая для возбуждения генератора, передается на ротор электромагнитным способом в виде переменного тока, который преобразуется в постоянный ток выпрямителем, расположенным непосредственно на роторе. Некоторые зарубежные фирмы выпускают судовые БСГ с начала 60-х годов.
В судовых электростанциях применяют генераторы с влаго- и маслостойкой изоляцией не ниже класса Е; исполнение генераторов брызгозащищенное. Наиболее распространены самовентилируемые генераторы, но встречаются также генераторы с замкнутым циклом принудительной вентиляции с воздухоохладителями. Судовые генераторы рассчитывают для работы в условиях относительной влажности воздуха 75±3% при температуре окружающего воздуха плюс 42±2°С.
Генераторы переменного тока должны после нагрева до установившейся температуры, соответствующей номинальной нагрузке, выдержать 50%-ную перегрузку по току в течение 120 с и иметь такой запас по току возбуждения, который позволял бы при этом поддерживать номинальное напряжение с точностью 10% при cosφ=0,6. Каждый генератор переменного тока имеет отдельную независимую систему автоматического регулирования (стабилизации) напряжения.
