Η. Η. Никифоровский, Б. И. Норневский
СУДОВЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СТАНЦИИ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ДОПОЛНЕННОЕ И ПЕРЕРАБОТАННОЕ
Утверждено Управлением учебных заведений Министерства морского флота в качестве учебного пособия для электромеханической специальности высших инженерных морских училищ
Изд-во «Транспорт», 1974 г.
Учебное пособие содержит основные сведения по электрооборудованию и режимам работы судовых электрических станций. В нем рассмотрены переходные процессы нормального и аварийного режимов работы судовых электрических систем, вопросы расчета мощности и комплектации станций, выбор элементов оборудования распределительных устройств, средства защиты судовых электрических систем. Даны основные сведения по схемам станции, особенностям распределительных устройств на судах современных типов и вопросам электробезопасности. Большое внимание в книге уделено автоматическому поддержанию уровня и частоты изменения напряжения генераторов судовой станции, различным способам включения генераторов на параллельную работу, работе основных устройств автоматизации судовых электрических систем.
Учебное пособие предназначено для курсантов электромеханических факультетов высших инженерных морских училищ. Книга может быть полезна студентам других высших учебных заведений, где изучаются аналогичные дисциплины, а также инженерно-техническим работникам морского флота, связанным с эксплуатацией судовых электрических систем.
Предисловие
Книга является дополненным и переработанным изданием учебного пособия «Судовые электрические станции», изданного авторами в 1964 г. Она отвечает программе курса «Судовые электрические станции и их эксплуатация», читаемого на электромеханических факультетах высших инженерных морских училищ Министерства морского флота СССР. Данному курсу предшествует изучение дисциплин: «Теоретические основы электротехники», «Электроизмерительные приборы и судовые электрические измерения», «Судовые электрические машины». Ряд положений по последней дисциплине получил значительное развитие в главах 3, 4, 7 и 8. Авторы стремились к изложению материала в форме, удобной для понимания. Объем книги позволил включить лишь основные сведения по каждому из рассматриваемых вопросов.
При написании ряда глав книги авторы пользовались известными работами О. Б. Брона, Г. В. Буткевича, В. А. Веникова, Л. П. Веретенникова, П. С. Жданова, А. М. Залесского, Л. Г. Мамикоянца, И. М. Марковича, И. А. Сыромятникова, С. А. Ульянова, А. М. Федосеева и др. В книге отражены и некоторые работы научно-исследовательских институтов министерств морского флота и судостроительной промышленности, Ленинградского электротехнического института имени В. И. Ульянова (Ленина) и Ленинградского высшего инженерного морского училища имени адмирала С. О. Макарова и ряд работ, выполненных авторами книги.
В книге главы 2, 4, 7, 10 и § 1.8—1.9 главы 1 написаны Б. И. Норневским, главы 3, 5, 6, 8, 9, 11 и § 1.1—1.7 главы 1 — Η. Н. Никифоровским.
Введение
Ведущая роль в техническом прогрессе принадлежит электрификации. Это — основа, на которой развиваются автоматика, радиотехника, электроника, кибернетика, все наиболее совершенные средства, определяющие технический уровень производства.
Ведущую роль электрификации в развитии всех отраслей народного хозяйства подчеркивает и Программа Коммунистической партии Советского Союза, принятая на XXII съезде КПСС. В Программе указывается, что «Электрификация, являющаяся стержнем строительства экономики коммунистического, общества, играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, в осуществлении всего современного технического прогресса» .
Бурно развивается и качественно преобразуется электроэнергетика Советского Союза, вместе с ней растет и непрерывно совершенствуется электроэнергетика на судах морского флота СССР.
Выдающиеся изобретения конца XIX в. открыли широкую дорогу применению электрической энергии на судах морского флота. Сначала электрическое освещение, затем электрические вентиляторы (1886 г.), электрический рулевой привод (1892 г.), электрифицированные шпили и грузоподъемные механизмы (1897—1903 гг.) прочно завоевали себе место на судах, вытесняя паровой привод.
В настоящее время невозможно представить себе судно без его широкой электрификации. В числе потребителей электрической энергии на судне — средства, обеспечивающие навигацию и управление судном, многочисленные приводы механизмов, обслуживающие силовую установку судна, приводы палубных механизмов (лебёдки, шпили, брашпили и др.), многочисленные устройства, обслуживающие нужды пассажиров и экипажа (освещение, камбуз, отопление, вентиляторы, насосы и др.).
Количество потребителей электроэнергии судовой станции непрерывно увеличивается, мощности потребителей растут, соответственно растут и мощности судовых электрических станций.
Если в 1940 г. средняя величина суммарной мощности генераторов на судовых станциях составляла 180 кВт, то к 1970 г. она поднялась до 625 кВт на станцию. Суммарная мощность судовых станций составляет теперь 4 млн. кВт, а выработка электроэнергии на них превышает 1,5 млрд. кВт-ч в год. Все чаще мощности судовых электрических станций превышают тысячу киловатт на судно. Рост мощностей станций будет наблюдаться и в последующие годы.
Развитие нашего флота всегда опиралось на передовую отечественную науку и промышленность. Высокий уровень развития судовой электротехники во многом обязан трудам и работам коллективов НИИ, вузов, КБ, пароходств и заводов. Отечественная промышленность изготовляет современные судовые машины, аппараты и приборы с характеристиками, удовлетворяющими требованиям Правил Регистра СССР. Резко возрос выпуск разнообразных средств автоматизации.
На судах прочные позиции завоевал переменный ток, что повысило надежность электрооборудования судов и облегчило его эксплуатацию.
Электрификация и на ее основе автоматизация современных судов проводятся в больших масштабах. К настоящему времени в составе отечественного флота имеется несколько типов судов с высоким уровнем автоматизации. Это теплоходы типов «Новгород», «Нововолынск», «Владимир Ильич», «Новомиргород» и теплоходы «Светлогорск», «Котовский» и др. Современные суда с развитой автоматизацией имеют центральный пост управления и контроля, в котором сосредоточены: органы управления главными механизмами, дизель-генераторами, турбогенераторами; средства индикации контролируемых параметров механизмов, устройств и систем; устройства сигнализации о режимах работы, о срабатывании защит. Кроме того, на автоматизированных судах предусмотрено дистанционное автоматизированное управление главным двигателем с ходового мостика, нет постоянной вахты в машинном отделении, но есть еще вахта в помещении центрального поста управления.
На судовых электрических станциях современных судов автоматизация обеспечивает: стабилизацию напряжения и частоты, синхронизацию и включение генераторов на шины станции, распределение реактивной и активной нагрузок между генераторами, разгрузку генераторов при перегрузке, действующие защиты при ненормальных и аварийных режимах и другие автоматические устройства, а также дистанционное автоматизированное управление и контроль.
Все чаще применяют системы управления, позволяющие автоматически запускать и останавливать генераторы в зависимости от нагрузки на станцию и затем перераспределять нагрузку после автоматического включения генератора на шины станции (теплоходы типа «Новомиргород», теплоход «Котовский» и др.).
Основные направления развития и совершенствования судовой электроэнергетики следующие.
- Расширение применения комплексной автоматизации судовых электрических станций и систем, применение такой степени их автоматизации, при которой не только отдельные операции, но и различные (оптимальные) режимы работы обеспечиваются автоматически.
Перспективно развитие автоматизации на базе применения электронных управляющих машин, работающих на основе совершенных алгоритмов управления.
- Повышение надежности, гибкости и экономичности электрических установок и станций путем расширения электрификации судов на переменном токе, переход к повышенным частотам, выбор при проектировании рациональной схемы и оптимальной комплектации станции, выбор оправданной мощности ее генераторов и трансформаторов и необходимого резерва агрегатов и линий. Для повышения экономичности предстоит: расширить использование главного двигателя как единого источника энергии, т. е. применять валогенераторы и в связи с этим совершенствовать устройства преобразования и стабилизации частоты и напряжения при переменной частоте вращения генератора; расширить применение на крупных судах утилизационных турбогенераторов.
- Повышение качества вырабатываемой электрической энергии, т. е. стабилизирование параметров режима (напряжения, частоты, мощности), для чего предстоит: улучшить системы автоматической стабилизации напряжения и частоты и системы автоматического распределения активной мощности между параллельно работающими генераторами, повысить напряжение генераторов и приемников; усовершенствовать все виды противоаварийных защит (противоаварийной автоматики); расширить применение логических схем.
- Совершенствование конструкции машин, аппаратов и приборов путем применения новых материалов (сверхпроводники новых видов, изоляция), износоустойчивых металло-керамических размыкающихся контактов, более совершенных дугогасительных устройств в коммутационных аппаратах. Перспективно развитие бесконтактных аппаратов.
- Совершенствование ремонта и эксплуатации электрооборудования путем своевременной смазки, очистки, покраски, просушки, замены износившихся деталей, своевременной регулировки и настройки машин и аппаратов, ухода за аккумуляторами.
Перспективно применение схем, особенно схем автоматики с самоконтролем, различных автоматических устройств поиска неисправностей. Очень важно развивать и совершенствовать средства технической диагностики состояния судовых электроэнергетических систем и их отдельных элементов.
Пополнение отечественного флота специалистами высокой квалификации создает условия для непрерывного повышения культуры эксплуатации электрооборудования судна.
Открытие новых источников энергии и преобразование тепловой, ядерной, солнечной и химической энергии в электрическую входят в число важнейших задач ближайшего двадцатилетия. Решение этих задач революционизирует энергетические установки судна и вместе с тем открывает широкие перспективы дальнейшей всесторонней электрификации судов.
