ГЛАВА 1
СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 1. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА СУДАХ
Электрическая энергия на судах нашла себе применение свыше восьмидесяти лет тому назад.
На пароходах «Ильмень» и «Ижора», спущенных на воду в 1870 г., для целей навигации впервые были установлены прожекторы с электрическими дуговыми лампами.
Для питания прожекторов на этих пароходах были смонтированы парогенераторы — паровые машины, приводившие во вращение электрические генераторы постоянного тока, мощностью около одного киловатта, при напряжении 50 в.
Это и положило начало зарождению судовых электроэнергетических установок.
Успешное использование электрической энергии для питания прожекторов на пароходах «Ильмень» и «Ижора» послужило основанием для применения ее и на других судах.
На первых судах с прожекторными установками на два прожектора, расположенных в носовой и кормовой части судов, обычно устанавливался один парогенератор с переключателем, позволявшим питать один из двух прожекторов.
Затем на два прожектора стали устанавливать два генератора, так, что оба прожектора могли работать одновременно.
Изобретение электрических свечей Π. Н. Яблочковым привело к широкому использованию новых источников света для палубного освещения судов. В начале восьмидесятых годов свечи Яблочкова устанавливаются на всех крупных судах и кораблях отечественного флота.
В качестве источников электрической энергии начали применять, и генераторы переменного тока с возбудителями постоянного тока.
Напряжение источников тока в ту пору составляло 30—50 в.
Весьма положительный опыт применения свечей Яблочкова для освещения палуб в дальнейшем привел к их использованию для целей освещения кают-компаний, машинных отделений, а также и для сигнальных и отличительных огней.
В этот период мощность генераторных установок на судах достигла величины порядка 5—6 кВт.
Изобретение Лодыгиным ламп накаливания дало новый толчок развитию судовой электротехники, увеличению мощности судовых электроэнергетических установок.
Благодаря широкому внедрению на судах для целей освещения различных помещений ламп накаливания быстро стала расти мощность генераторных установок.
Во второй половине восьмидесятых годов электрическая энергия используется уже не только для целей освещения судов, но и для вентиляции судовых помещений.
В начале девяностых годов электрическая энергия начинает применяться для электрифицированных лебедок и для электрических элеваторов военных кораблей.
Естественно, что применение электрической энергии на кораблях военного флота опережало применение ее на судах гражданского флота.
Преимущества электрического освещения, электроприводов позволяли существенно повысить тактико-технические качества военных кораблей и потому электрификация корабельных установок диктовалась жизненной необходимостью.
Уже в 1891 г. мощность генераторных агрегатов на броненосце «Наварин» составляла 169 кВт. Повысилось и напряжение источников питания до 105 в.
Для защиты электрических установок судов применяются плавкие предохранители.
Стала применяться и параллельная работа генераторов на судах. Преимущественное распространение в ту пору имел постоянный ток.
В середине девяностых годов уже электрифицируются рулевые устройства и шпили. Электрический привод находит себе применение в башенных артиллерийских установках кораблей. Мощность электроэнергетических установок достигает на кораблях величины порядка 500 кВт и выше. На них вводится резерв мощности в целях повышения живучести электрических установок. На больших кораблях создаются по две электрических станции.
В ту пору по объему электрификации и мощности электроэнергетических установок отечественный флот занимал первое место в мире среди флотов других государств.
Последующие годы знаменуются еще большим развитием электрификации судов. Электрифицируются механизмы машинно-котельных отделений, бытовые приемники. Паровые приводы сохраняются лишь у относительно небольшого количества механизмов.
На смену неэкономичным паровым машинам приходят более экономичные паровые турбины. Турбогенераторы применяются в качестве основных источников питания на кораблях.
Кроме турбогенераторов, в качестве резервных агрегатов начинают применяться дизель-генераторы.
Вместе с этим увеличивается и мощность судовых и корабельных электрических станций.
На больших кораблях постройки 1911 г. (линейные корабли типа «Севастополь») мощность корабельных станций достигает 2280 кВт. На этих кораблях применяются генераторы двойного тока (постоянного и переменного).
Напряжение на стороне постоянного тока у этих генераторов было 220 В, на стороне переменного тока 135 в.
В 1913 г. линейный корабль «Императрица Мария» впервые в мире полностью оборудуется установками переменного тока. Мощность его электроэнергетической установки составляла 1840 кВт при линейном напряжении трехфазного тока 225 в.
Несмотря, однако, на то, что некоторые корабли имели электрическое оборудование постоянного и переменного тока (линейные корабли типа «Севастополь» — 1911 г. и типа «Измаил» — 1915 г.), а некоторые (линейный корабль типа «Императрица Мария»—1913 г.) были полностью электрифицированы на переменном токе, постоянный ток продолжал оставаться основным родом тока на кораблях и судах.
Вопрос о переводе электрического оборудования вновь строящихся судов на переменный ток вновь возник в конце тридцатых годов.
Одной из основных причин, послуживших к этому, явились затруднения, вызванные необходимостью создания относительно мощных электроэнергетических установок судов на постоянном токе 220 В при больших соответственно токах. Существенную роль в решении вопроса о роде тока применительно к судовым установкам сыграла и большая надежность основного электрического оборудования переменного тока. В середине сороковых годов установилась точка зрения о целесообразности применения переменного тока на вновь строящихся судах. Объем электрификации на современных судах достиг весьма больших размеров. В настоящее время все основные механизмы судов имеют электрический привод.
Ниже приводятся некоторые данные, характеризующие степень электрификации современных судов речного флота.
Озерный буксир-толкач мощностью 300 л. с. (проект)
Электроэнергетическая установка постоянного тока буксира предусматривает: один дизель-генератор для питания потребителей электрической энергии судна на стоянке, мощностью 13,5 кВт, при 1460 об/мин. 230 в; один ходовой валогенератор 13,5 кВт, 1460 об/мин, 230 в.
Кроме того, на судне имеются два навешенных низковольтных генератора мощностью 1,2 кВт.
Аккумуляторная батарея, состоящая из 10 двенадцативольтовых аккумуляторов 6СТЭ-144, предназначена для пуска главного двигателя, стояночного дизель-генератора и питания сети освещения. Батарея соединена в пять параллельных групп по две последовательно.
Зарядка аккумуляторов предусмотрена от навешенных генераторов.
Озерный танкер грузоподъемностью 1100 т (проект)
Электроэнергетическая установка танкера предусматривает три дизель- генератора и один вало-генератор трехфазного переменного тока 50 Гц, 230 в.
Два дизель-генератора мощностью по 24 кВт, 1500 об/мин и один дизель- генератор (аварийный) 7,4 кВт, 1500 об/мин. Вало-генератор, предназначенный для питания потребителей электрической энергии в ходовом режиме, при ходе судна с постоянной скоростью, синхронный 50 Гц, 1000 об/мин, 230 в.
Схема установки предусматривает раздельную работу дизель-генераторов на разные системы шин и выборную работу главного дизель-генератора и вало-генератора на общие шины.
На судне предусмотрено два трансформатора: один мощностью 7,5 кВА 230/133 в, для питания сети освещения, второй — 400/230 в для питания с берега.
Аккумуляторная батарея, предназначенная для питания малого аварийного освещения, состоит из двух щелочных аккумуляторов 10-НКН-60, соединенных последовательно (24 в). Заряд ее предусмотрен от зарядного агрегата радиостанции.
Грузо-пассажирский озерный теплоход мощностью 800—1200 л. с. (проект)
Электроэнергетическая установка теплохода предусматривает пять дизель-генераторов трехфазного переменного тока 50 Гц, 230/133 в: трех — мощностью по 75 кВт, 1500 об/мин; одного — 25 кВт, 1500 об/мин и одного 12 кВт, 1500 об/мин.
Схема установки допускает параллельную работу генераторов.
Для питания аварийного освещения предусматривается щелочная аккумуляторная батарея 24 в, емкостью 100 Ач.
Для пуска дизелей предусматривается аккумуляторная батарея, состоящая из 8 свинцовых стартерных аккумуляторов по 12 в, 135 Ач каждая.
Заряд аккумуляторов предусматривается от трех навешенных на первичные двигатели низковольтных генераторов.
Одночерпаковый штанговый скалоуборочный снаряд производительностью 100 м3/час постройки 1954 г.
Электроэнергетическая установка скалоуборочного речного снаряда состоит из: трех дизель-генераторов трехфазного переменного тока 200 кВт, 1500 об/мин, 400 в; одного стояночного дизель-генератора 12 кВт, 1500 об/мин, 400 в.
Все генераторы могут работать параллельно на общие шины.
Для обеспечения потребителей электрической энергии скалоуборочного снаряда в самом тяжелом режиме, достаточно параллельной работы двух любых генераторов по 200 кВт. Третий генератор является, таким образом,, резервным. Генератор 12 кВт питает приемники электрической энергии снаряда на стоянке.
Для пуска двигателей на скалоуборочном снаряде предусмотрена стартерная аккумуляторная батарея 24 в, состоящая из шести стартерных аккумуляторных батарей 6СТК-135, соединенных по две последовательно в три параллельные группы. Для зарядки этой батареи используются навешенные на дизели зарядные генераторы постоянного тока.
Сеть освещения снаряда имеет напряжение 127 в. Для ее питания установлен трансформатор 380/127 в (ТС-15), мощностью 15 кВА.
Для питания аварийного освещения имеется аккумуляторная батарея, состоящая из четырех аккумуляторных батарей 10НКН-60, соединенных по две последовательно в две параллельные группы. Заряд этой батареи осуществляется двухмашинным зарядным агрегатом, асинхронный короткозамкнутый двигатель которого получает питание от судовой сети переменного тока.
Озерный ледокольный буксир мощностью 1800 л. с. типа «Дон»
Электроэнергетическая установка постоянного тока буксира состоит из двух, навешенных на главные дизели, генераторов постоянного тока 60 кВт, 115 в и одного стояночного дизель-генератора постоянного тока мощностью 30 кВт, 116 в.
Схема предусматривает параллельную работу генераторов 60 кВт.
На судне установлены также две стартерные аккумуляторные батареи: для главных дизель-генераторов 32ТК-450, 450 Ач, 65 в; для стояночного дизель-генератора СТ-135, 135 Ач, 12 в.
§ 2. ПРИЕМНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА СУДАХ
Приемниками электрической энергии судовых электрических станций являются: электрическое освещение, сигнальные и навигационные устройства, средства связи, электрические двигатели электрифицированных судовых механизмов — электроприводы, нагревательные устройства, камбузы.
Электрическое освещение применяется в машинных отделениях, котельных, каютах, служебных помещениях, на палубах, в грузовых трюмах и других местах. Электрические источники света также применяются для сигнальных и отличительных огней, судовых прожекторов.
К средствам связи и сигнализации относятся радиоустановки, телефоны, электрические телеграфы, рулевые указатели, электрические тахометры, звонковая и световая сигнализация и др.
Навигационными устройствами, потребляющими электрическую энергию, являются эхолоты, электрические лаги и другие приборы.
К числу судовых электрических приводов относятся: приводы рулевых устройств, шпилей, брашпилей, грузовых лебедок, насосов разного назначения, компрессоров, вентиляторов и т. п.
По характеру нагрузки приемники могут быть разделены на приемники с постоянной или мало изменяющейся нагрузкой, как, например, освещение, вентиляторы, насосы и т. п. и приемники с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы, как, например, шпили, брашпили, рулевое устройство, лебедки и т. п.
В зависимости от назначения судна, на нем преобладают приемники того или иного типа.
Преобладание приемников электрической энергии с кратковременным и повторно-кратковременным графиком нагрузки утяжеляет работу судовых генераторных агрегатов. Большие кратковременные броски тока при пуске крупных короткозамкнутых асинхронных электродвигателей судовых электроприводов, мощность которых соизмерима с мощностью генераторов, также утяжеляют работу судовых генераторных агрегатов переменного тока.
Для обеспечения устойчивости работы судовых электроэнергетических установок в таких случаях требуются быстродействующие системы возбуждения синхронных генераторов, быстродействующие регуляторы скорости вращения первичных двигателей.
