Глава II.
СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
§ 5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Судовые электрические станции предназначены для производства, первичного распределения и передачи электроэнергии. На судовой электростанции возможно также преобразование рода тока, напряжения и частоты вырабатываемой электроэнергии.
По назначению различают основные (внутрисудовых нужд и специальные) и аварийные электростанции. Первые работают во всех (или специальном) эксплуатационных режимах судна, за исключением его длительной стоянки у причала, когда электроэнергию получают с берега. Вторые обеспечивают электроэнергией определенный состав потребителей при вынужденной остановке основных электроэнергетических агрегатов электростанций.
В зависимости от рода тока различают электростанции постоянного или переменного тока, а также с генерирующими установками и постоянного и переменного тока.
Мощность судовых электростанций может быть от единиц до нескольких сотен и даже тысяч киловатт.
По составу потребителей электростанции могут быть предназначены для питания только установок электрического освещения, связи и сигнализации или только силовой нагрузки, или же смешанной, осветительной и силовой нагрузок. Особо выделяют электростанции гребных электрических установок.
Автономный электроэнергетический агрегат судовой электростанции состоит из генератора электрической энергии и механического двигателя.
Наибольшее распространение получили дизель-генераторные агрегаты, обладающие достаточно высоким коэффициентом полезного действия, автономностью, компактностью и постоянной готовностью к действию.
Недостатками дизелей являются чувствительность к перегрузкам, сравнительно небольшой моторесурс и высокий уровень создаваемого ими шума.
На некоторых речных судах привод генераторов производится от вала отбора мощности главных двигателей (навешенные генераторы) или от главного валопровода (валогенераторы), что значительно повышает эффективность силовой установки судна.
Общая мощность судовой электростанции, число и единичную мощность отдельных агрегатов определяют по таблице нагрузок электростанции, исходя из характерных для данного судна эксплуатационных режимов.
Основными режимами для транспортного судна принято считать: ходовой, стоянка без грузовых операций, стоянка с проведением грузовых операций, шлюзование, швартовка и снятие с якоря (маневры), аварийный.
Под аварийным режимом при определении мощности судовой электростанции понимают пожар на судне или получение им пробоины.
При выборе мощности генераторов судовой электростанции для судов технического флота и специального назначения (плавучих кранов, доков, земснарядов, ледоколов, пожарных судов, паромов и др.), кроме названных эксплуатационных режимов, надо учитывать специальный режим, характерный для данного судна. Например, для земснарядов — выемка грунта, для ледоколов — форсирование льда, для рыболовных судов — траление, выемка трала и т. д.
По каждому эксплуатационному режиму определяют состав потребителей и подсчитывают их суммарную потребную мощность. Надо хорошо знать назначение и условия работы всех потребителей.
В аварийном режиме работают потребители, обеспечивающие ход судна, его маневренность, безопасность плавания и безотказность управления, а также работу аварийно-спасательных средств. Все неответственные потребители отключаются.
Единичную мощность генераторов определяют исходя из суммарных нагрузок по режимам.
Основными по продолжительности являются ходовой и специальный (рабочий) режимы работы судна. Применительно к ним, в первую очередь, и необходимо выбирать единичную мощность генераторов. Загрузка генераторов должна быть по возможности близкой к номинальной (в пределах 70—80%).
При длительных стоянках в портах и РЭБ нагрузка на шинах электростанции бывает незначительной, в этом случае чаще всего судовые потребители получают электроэнергию с берега. По эксплуатационным соображениям, а также с целью сокращения штатного количества сменно-запасных частей генераторы по возможности выбирают однотипными, с одинаковыми электрическими параметрами.
Кроме основных, на судовой электростанции предусматривают запасной дизель-генератор, мощность которого должна быть достаточной для полного покрытия нагрузки в нормальном ходовом и аварийном режимах работы судна в случае выхода из строя любого основного генератора.
Судовые электростанции размещают в машинном отделении судна. Иногда дизель-генераторы внутрисудовых нужд устанавливают в специальных отсеках.
Аккумуляторные электростанции размещают в специальных помещениях (отсеках). На пассажирских судах и танкерах разрядов «М» и «О» аккумуляторные батареи и распределительные устройства располагают на палубе надстройки или выше ее, вне шахты машинно-котельного отделения. На судах иного назначения и других районов плавания их можно устанавливать в помещениях, расположенных ниже палубы.
§ 6. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ АГРЕГАТАМ
Мощность первичного двигателя определяется мощностями электрического генератора и его возбудителя, развиваемыми ими не только при номинальном режиме, но и при перегрузках до 110%.
Важнейшим требованием, предъявляемым к электроэнергетическому агрегату судовой электростанции, является сохранение постоянными напряжения на зажимах генератора и частоты тока при различных изменениях нагрузки на шинах электростанции. Поэтому механические двигатели генераторов должны иметь устойчивую частоту вращения.
Степень неравномерности хода механического двигателя устанавливается Правилами Речного Регистра РСФСР.
Двигатели снабжают регуляторами для автоматического поддержания постоянной частоты вращения с тем, чтобы при сбросах и набросах номинальной активной нагрузки мгновенное отклонение частоты вращения не превышало ±10% ее номинального значения, а установившаяся частота вращения не отличалась от номинальной более чем на ±5%. Время достижения установившейся частоты вращения ограничивается 5 с.
Дизель-генераторы, предназначенные для параллельной работы, выбирают с тождественными скоростными характеристиками и электрическими параметрами (родом тока, напряжением, частотой тока, желательно мощностью).
Первичные двигатели синхронных генераторов снабжают регуляторами с устройством для плавного дистанционного изменения частоты вращения на ходу двигателя.
Пределы изменения частоты вращения двигателя выбирают с расчетом обеспечения условий включения генератора в параллельную работу, перераспределения нагрузки между генераторами и отключения агрегата.
Судовые генераторы рассчитывают на длительную работу при номинальных параметрах и обеспечение паспортной мощности при отклонениях напряжения на их зажимах в пределах ±5% номинального.
Генераторы постоянного тока снабжают ручными регуляторами напряжения, посредством которых на их зажимах поддерживают номинальное напрях<ение при всех нагрузках от холостого хода до 110% номинальной.
Отклонения напряжения от поминального допускают в пределах ±3% при мощности генераторов до 100 кВт и ±2% при их мощности свыше 100 кВт.
Наиболее удовлетворяют требованиям постоянства напряжения генераторы со смешанным возбуждением. При плавном и резком переходах от холостого хода к полной нагрузке и обратно допускается изменение напряжения на их зажимах без подрегулирования не более чем на 7% номинального у дизель-генераторов мощностью свыше 100 кВт и на 10% у дизель-генераторов мощностью до 100 кВт при установившейся после изменения нагрузки частоте вращения первичного двигателя.
Мощность возбудителя выбирается с таким расчетом, чтобы при токе нагрузки l,5 и коэффициенте мощности 0,5 на зажимах генератора в течение 2 мин обеспечивалось поддержание номинального напряжения.
При автоматическом регулировании напряжение на зажимах генераторов как постоянного, так и переменного тока должно сохраняться постоянным с точностью ±3% при всех нагрузках от холостого хода до номинальной и установившейся частоте вращения механического двигателя. Для синхронных генераторов указанная точность регулирования обеспечивается изменением коэффициента мощности в пределах от 1 до 0,4. Кроме того, провал напряжения при мгновенном подключении к генератору полной нагрузки или снятии с него 50% нагрузки не должно превышать 20% номинального. Восстановление номинального напряжения с точностью ±3% ограничивается 1,5 с.
Судовые генераторы предназначены для длительной устойчивой параллельной работы. При этом активная и реактивная нагрузки между ними должны распределяться пропорционально номинальным мощностям с отклонением в пределах не более ±10% при изменении суммарной нагрузки на шинах станции в пределах от 20 до 100%. Первичные двигатели генераторов, работающих параллельно, выбирают обязательно с тождественными скоростными характеристиками.
