§ 4. ЧАСТОТА И НАПРЯЖЕНИЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА СУДАХ
В настоящее время в судовых электроэнергетических установках постоянного тока применяются напряжения на зажимах генераторов: 7, 14, 28, 115, 230 в. Напряжения на зажимах приемников соответственно при этом принимаются равными: 6, 12, 24, 110 и 220 В.
В судовых электрических установках переменного тока применяется промышленная частота 50 периодов в секунду и напряжения на зажимах генераторов: 7, 14, 28, 133, 230, 400 в. На зажимах приемников применяются напряжения 6, 12, 24, 127, 220 и 380 в.
Как правило, для судовых электроэнергетических установок с электрическим оборудованием постоянного тока рекомендуется применять напряжение 24, 110 и 220 В. Для судов с электрическим оборудованием переменного тока рекомендуется применять напряжение 220 и 380 в.
Для электрических устройств судов таких, как рулевые и другие электроприводы, работающие по системе генератор — двигатель, для зарядных генераторов аккумуляторных батарей и т. п., не имеющих непосредственной связи с судовой сетью, возможно применение и других, нестандартных, напряжений.
Для нагревательных устройств и для целей освещения, сигнализации, связи, цепей дистанционного управления, применяется напряжение 6, 12, 24, 110 и 220 В постоянного тока и 6, 12, 24, 127 и 220 В переменного тока.
На нефтеналивных судах применяются напряжения: для силовых сетей не более 220 В, для прочих сетей не более 110 В постоянного и 127 в переменного тока при перевозке нефтепродуктов с температурой вспышки ниже 65°.
При выборе величины напряжения для судовых электроэнергетических установок приходится учитывать два прямо противоположных фактора: вес электрического оборудования и его габариты с одной стороны и надежность действия и безопасность обслуживания — с другой.
С точки зрения уменьшения габаритов и весов кабелей, проводов, аппаратов защиты, коммутационных аппаратов, контакторов, распределительных устройств — целесообразно в судовых установках применять повышенное напряжение для силовых и осветительных сетей.
С точки зрения повышения надежности действия и безопасности обслуживания электрического оборудования судов целесообразно применять более низкие напряжения.
Влияние величины напряжения на веса и габариты электрического оборудования сказывается различно, в зависимости от характера оборудования.
Веса и габариты электрических машин переменного тока от величины напряжения практически не зависят в пределах величин напряжения, применяемых на судах.
Веса и габариты электрических машин постоянного тока в некоторой степени зависят от величины напряжения.
При увеличении напряжения машины постоянного тока уменьшается, при неизменной мощности, величина тока якоря. При меньшем значении тока якоря может быть уменьшена длина коллектора машины, приблизительно пропорционально току. Однако, по конструктивным соображениям, а иногда и по соображениям унификации оборудования, возможность уменьшения длины машины за счет уменьшения длины коллектора далеко не всегда используется. Уменьшение длины коллектора и машины целесообразно выполнять тогда, когда получается ощутимый эффект.
В связи с этим машины от ПН-2,5 до ПН-290 включительно выполняются одной длины, независимо от величины напряжения. Машины от ПН-400 до ПН-1750 имеют разные длины и веса в зависимости от величины напряжения. Наибольшее уменьшение веса машин типа от ПН-400 до ПH-1750 даже в пределах изменения номинального напряжения от 110 до 440 в составляет всего около 9%. При напряжении же 110 и 220 В, это соотношение оказывается еще меньше и не превосходит 5%.
Уменьшение величины номинального значения тока при повышении напряжения приводит к уменьшению сечения токоведущих элементов аппаратов. Это обстоятельство оказывает весьма существенное влияние на веса таких аппаратов, как контакторы, предохранители, рубильники, автоматические выключатели. Их веса и габариты на единицу пропускаемой мощности изменяются приблизительно обратно пропорционально напряжению сети. Так, если за единицу принять вес аппаратов при напряжении 127 в, то при напряжениях 220, 380 и 500 в будем иметь веса аппаратов при этих напряжениях равными приблизительно 0,58, 0,33 и 0,25.
Естественно, что у аппаратов, у которых при повышении номинального напряжения приходится для облегчения гашения дуги снижать величину номинального тока, также как и у аппаратов, у которых дугогасительное устройство различно при различных напряжениях и расстояние между токоведущими элементами выбрано с учетом величины номинальных напряжений, таких соотношений весов не получается. Влияние величины напряжений оказывается в этих случаях меньше.
Сказанное подтверждается данными табл. 9, 10 и 11.
Соотношения весов кабелей, приходящихся на один киловатт передаваемой мощности для одного и того же сечения кабеля обратно пропорционально напряжению (при выборе сечения кабеля по допускаемой плотности тока), так как кабели рассчитаны независимо от величины напряжения на один и тот же ток нагрузки в пределах применяемых на судах напряжений до 500 в.
Таблица 9
Весовые показатели трехполюсных контакторов переменного тока при разных напряжениях сети
Таблица 10
Весовые показатели пакетных трехполюсных выключателей при применении их в сетях трехфазного переменного тока, при cos φ = 1
Таблица 11
Весовые показатели предохранителей типа ПР для цепей трехфазного переменного тока
Приведенные примеры показывают целесообразность повышения напряжения судовой сети с точки зрения весовых показателей. Учитывая, однако, требования надежности действия установок и безопасность обслуживания, на судах малого водоизмещения, с малыми длинами кабелей и малыми мощностями электроэнергетических установок, следует применять меньшие величины напряжения. На судах среднего водоизмещения компромиссным решением является применение среднего напряжения. На судах большого водоизмещение с мощными электроэнергетическими установками и большим протяжением кабельных сетей, по весовым и габаритным соображениям следует применять повышенное напряжение.
Величина напряжения для сетей освещения играет существенную роль. При применении постоянного тока в судовых установках выбор величины напряжения для осветительных сетей практически исключается в связи с тем, что они получают питание от генераторов, питающих силовые сети. В связи с этим напряжение для сети освещения должно применяться таким же, как и для силовой сети.
При применении переменного тока появляется возможность сеть освещения питать от тех же генераторов, что и силовую, как и в установках постоянного тока, но через осветительные трансформаторы, величину вторичного напряжения которых в таком случае представляется возможным выбирать.
С точки зрения источников света, для целей освещения целесообразно принимать низкое напряжение. Лампы накаливания низкого напряжения имеют большую световую отдачу и большую механическую прочность. Однако при применении низкого напряжения увеличивается сечение кабелей и величина относительного падения напряжения в них. Большие сечения кабелей и значительные падения напряжения крайне затрудняют вопросы проектирования и монтажа установки. В конечном счете большие падения напряжения приводят к неизбежному снижению световой отдачи ламп накаливания, удаленных от точки питания световых источников.
Увеличение напряжения на зажимах ламп выше номинальной величины приводит к их быстрому сгоранию. В связи с этим, кроме малых судов, низкое напряжение в судовых установках для целей освещения применяется редко.
В некоторых случаях на судах небольшого водоизмещения для сети освещения применяется напряжение 220 В. Это имеет место тогда, когда напряжение 220 В аргументируется силовыми потребителями, и для осветительных сетей не имеет смысла вводить другое напряжение.
Для судов среднего водоизмещения оказывается целесообразным применение напряжения осветительных сетей 110 В, которое дает известные преимущества в отношении светового потока, менее опасно по сравнению с напряжением 220 В и, вместе с тем, не слишком утяжеляет установку.
Напряжение 220 В целесообразно применять на судах с большим протяжением сетей освещения, т. е. на судах большого водоизмещения.
