Глава 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
§ 1. ПРИЕМНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Число, мощность, характеристики и параметры приемников электроэнергии влияют на выбор числа и мощности ГА судовых ЭС.
Приемниками электроэнергии на судах являются электрифицированные механизмы и устройства, преобразователи электроэнергии, электронагревательные приборы, светильники, радиотехнические средства, электронавигационные приборы и системы, внутрисудовая связь и сигнализация, системы автоматизации и др.
Энерговооруженность судна зависит от общей установленной мощности приемников электроэнергии, определяющей суммарную мощность генераторов судовой ЭС. Общая установленная мощность приемников электроэнергии всегда больше суммарной мощности всех ГА, так как во всех эксплуатационных режимах судна работает только определенная часть приемников электроэнергии. Степень энерговооруженности р судов определяют по формуле
где 2Р — суммарная мощность ГА, кВт;
D — водоизмещение судна, т.
Коэффициент р энерговооруженности судов имеет различные значения в зависимости от вида судна: 50—120 (танкеры); 300— 950 (пассажирские суда); 50—200 (грузовые суда); 200—350 (рефрижераторы); 100—500 (ледоколы); 500—1300 (промысловые суда).
Приемники электроэнергии преобразуют электрическую энергию в механическую, тепловую, световую, электромагнитную. Имеются электрические установки, преобразующие электроэнергию иных параметров (частоты, напряжения и рода тока).
Приемники классифицируют по технологическому назначению, напряжению, роду тока, степени надежности электроснабжения, степени защищенности элементов электрооборудования, режимам работы, видам преобразования электроэнергии.
По технологическому назначению могут быть приемники, обеспечивающие технологические процессы и судовые нужды'. К технологическим относятся приемники рефрижераторных и холодильных установок и др.
К приемникам судовых нужд относятся приводы энергетических установок, палубных и грузоподъемных механизмов, механизмов и устройств судовых систем, бытовых механизмов, а также электронагревательные приборы и устройства, радиолокационные и электронавигационные системы и приборы, радиотехнические средства, внутрисудовая связь, преобразователи электроэнергии и др.
Судовые электроприводы, электрифицированные устройства и другие приемники по назначению и режимам работы делят на следующие основные группы: палубные механизмы (грузовые и якорные лебедки, краны, рулевое устройство); вспомогательные механизмы энергетической установки (насосы, компрессоры, вентиляторы машинных отделений); механизмы судовых систем и устройств (насосы, вентиляторы, компрессоры, кондиционеры); бытовые механизмы (мясорубки, овощерезки, картофелечистки); электрические светильники и электронагревательные приборы; радиолокационные системы, радиотехнические средства и приборы электронавигационные, внешней и внутрисудовой связи и сигнализации; прочие (преобразователи электроэнергии и др.).
Для основных приемников в различных режимах работы судна (электроприводов энергетических установок, судовых систем, грузоподъемных механизмов и устройств) применяют короткозамкнутые асинхронные электродвигатели с жесткими механическими характеристиками. Перерыв в электроснабжении этих механизмов в большинстве случаев недопустим, так как приводит к нарушению работы энергетических установок и ответственных судовых систем.
Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели имеют пусковые токи в пределах 5—7 /н. Мощность некоторых судовых электродвигателей соизмерима с мощностью генераторов, и во время пуска короткозамкнутых асинхронных электродвигателей возникают значительные пусковые токи, снижающие напряжение и частоту судовой сети. Рабочие характеристики электроприводов грузоподъемных механизмов требуют широкого диапазона изменения частоты вращения при соответствующих моментах сопротивления на валах. Для этих механизмов применяют многоскоростные асинхронные электродвигатели или иногда электродвигатели постоянного тока, регулируемые посредством специальных преобразователей.
Электроприводы грузоподъемных и палубных механизмов работают в режимах с импульсной кратковременной и повторно-кратковременной нагрузкой, соизмеримой с мощностью генераторов судовой электростанции. Работа этих электроприводов характеризуется частыми пусками мощных электродвигателей и внезапным включением больших нагрузок, вызывающих значительное снижение напряжения и частоты генераторов. Снижение напряжения в судовой сети вызывает уменьшение крутящего момента асинхронных электродвигателей, нарушение режимов работы судовых механизмов и устройств. При недопустимых снижениях напряжения сети отключается электрическая аппаратура (магнитные пускатели, контакторы, реле и др.), что приводит к отключению электродвигателей от сети и остановке электроприводов.
Минимальные напряжения силовой цепи постоянного тока для судовых приемников 220 и 110 В, переменного тока при частоте 50 Гц — 380, 220 и 127 В, в отдельных случаях при частоте 60 Гц допускается напряжение 440 В.
По роду тока могут быть приемники электроэнергии, работающие от: судовой сети переменного тока частотой 50 Гц; сети переменного тока повышенных или пониженных частоты и напряжения; преобразователей и сети постоянного тока.
По степени надежности электроснабжения приемники делят на ответственные и малоответственные. Ответственные приемники обеспечивают движение и управление судном в ходовом и аварийном режимах: рулевые электроприводы, электроприводы энергетических установок, пожарных и осушительных насосов, холодильных установок грузовых трюмов, навигационные системы и приборы, радиотехнические средства, ограниченные светильники и др. Перерыв в электроснабжении этих групп приемников недопустим. Малоответственные приемники электроэнергии — это электроприводы вентиляции и кондиционирования воздуха жилых и служебных помещений, электронагревательные приборы, электроприборы бытовых механизмов и др. Эта группа приемников допускает перерыв электроснабжения.
В зависимости от места расположения приемников электрооборудование может иметь различную степень защищенности:
открытое — не защищенное от прикосновений к движущимся и токоведушим частям и от попаданий внутрь посторонних предметов;
защищенное — снабженное специальными приспособлениями для защиты от случайных прикосновений к движущимся и токоведущим частям и от случайных попаданий внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли;
брызгозащищенное — ограничивающее попадание внутрь брызг любого направления в количествах, исключающих нарушение его работы;
каплезащищенное — ограничивающее попадание внутрь капель, падающих по вертикали или под углом не более 60° к вертикали, и количествах, исключающих нарушения его работы;
водозащищенное — ограничивающее при обливании водой попадание ее внутрь в количества, исключающих нарушения его работы;
пылезащищенное — ограничивающее попадание внутрь пылн в количествах, исключающих нарушения его работы;
закрытое — допускающее сообщение между внутренним пространством и окружающей средой только через неплотности соединений между отдельными частями или небольшие отверстия;
герметичное — исключающее сообщение между внутренним пространством и окружающей средой;
взрывозащищенное — предусматривающее конструктивные меры для устранения или затруднения возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды.
Кроме того, имеется специальное электрооборудование тропического исполнения, предназначенное для эксплуатации в районах с тропическим климатом. Указанные исполнения относятся к электрическим устройствам всех назначений, преобразующих, передающих, распределяющих или потребляющих электроэнергию.
Судовые приемники работают в следующих режимах:
продолжительном — работа при неизменной нагрузке, продолжающаяся до достижения отдельными частями электрической машины установившейся температуры при неизменной температуре окружающей среды. Большинство приемников продолжительного режима на судах являются асинхронными электродвигателями насосов, вентиляторов, компрессоров и др.;
кратковременном — работа с неизменной нагрузкой не настолько длительна, чтобы отдельные части электрической машины могли достигнуть установившейся температуры при неизменной температуре окружающей среды, а продолжительность остановки настолько велика, что электродвигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды. Длительность кратковременного режима составляет 15, 30, 60 мин. Такими приемниками на судах являются электродвигатели якорно-швартовных лебедок, валоповоротного устройства и др.;
повторно-кратковременном — кратковременные рабочие периоды чередуются с кратковременными отключениями при длительности всего цикла не более 10 мин. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения (ПВ), т. е. отношением времени работы приемника к полному времени цикла. Электродвигатели имеют ПВ, %: 15, 25, 40. К таким приемникам на судах относятся грузоподъемные механизмы.
По виду преобразования электроэнергии приемники можно разделить на: электродвигатели, нагревательные устройства, источники света, преобразовательные установки и др. Подавляющее большинство приемников электроэнергии на судах составляют асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, трансформаторы, статические преобразователи и др.
Характерной особенностью современных судовых электроэнергетических систем (СЭС) является преобладание асинхронной нагрузки, влияющей на режимы их работы. Все режимы работы систем характеризуются включении и отключением большого числа приемников электроэнергии, работающих в режимах различной нагрузки. Многие электроприводы судовых механизмов и устройств работают непрерывно с постоянной или изменяющейся нагрузкой (охлаждающие насосы и вентиляторы энергетических установок). Группа мощных электроприводов работает эпизодически кратковременно (пожарные, балластные и топливные насосы). Некоторые электроприводы работают длительно в режиме импульсной повторно-кратковременной нагрузки.
Рис. 1. Суточный график загрузки электростанции теплохода в годовом режиме
От одновременной работы большого числа приемников электроэнергии в эксплуатационных режимах с различным характером нагрузки зависит суммарная нагрузка судовой электростанции. Например, в суточном графике нагрузки электростанции теплохода имеются пики, обусловленные включением и отключением нагрузок в эксплуатационных режимах работы судна (рис. 1). На графике указаны минимальные и максимальные мощности ЭС и характер их изменения в зависимости от цикличности нагрузки в час.
При выборе мощности и числа генераторов ЭС следует учитывать рассмотренные характеристики и особенности режимов работы приемников электроэнергии, а также требования к ее качеству.
