Электроэнергетические системы судна. Устройства распределения электроэнергии.
Судовые электрические сети представляют совокупность устройств, с помощью которых осуществляется передача электроэнергии от источников к приёмникам. В состав этих устройств входят кабель, провода, электрораспределительные устройства и арматура (щиты, соединительные ящики, крестовые коробки, штепсельные разъёмы и т.п.) Судовые электрические сети подразделяются на силовые, аварийные и сети приёмников.
Силовые сети предназначены для распределения электроэнергии от ГРЩ основной электростанции до преобразователей или приёмников электроэнергии. На судах внутреннего плавания распространение получили радиальная, магистральная и смешанная системы.
При радиальной или фидерной системе канализации мощные и обычно ответственные приёмники получают питание непосредственно от ГРЩ, а остальные от электрораспределительных щитов по отдельным фидерам. П
Перечень приёмников, которые должны получать питание по отдельным фидерам:
— ЭП рулевого устройства; — якорного устройства; — пожарных насосов; — щиты основного освещения; — и т. д.
Преимущества данной системы канализации электроэнергии – надёжность работы и независимость приёмников один от другого. Недостатки – повышенный расход кабеля, значительный объём электромонтажных работ, относительно большое число проходов через переборки.
При магистральной системе канализации электрической энергии все приёмники получают питание по одной или нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки.
Преимущества такой системы – меньший расход кабеля, меньший объём электромонтажных работ и минимальное число проходов через переборки. Недостатки – меньшая надёжность и взаимная зависимость приёмников одной магистрали. Магистральная система применяется для питания неответственных приёмников.
По смешанной магистрально-фидерной системе одна часть приёмников получает питание по фидерам, а другая – по магистралям. Эта система позволяет учесть достоинства и недостатки вышеуказанных систем и обеспечить достаточную надёжность работы при уменьшении расхода кабеля объёма электромонтажных работ.
Аварийные электрические сети служат для подачи и распределения электроэнергии от аварийного или кратковременного аварийного источника до аварийных приёмников, перечень которых оговаривается РРРФ.
Электрическая сеть приёмников предназначается для распределения электроэнергии от определённого электрораспределительного щита или преобразователя до одноимённых приёмников.
Электрические сети различаются так же по роду тока, значению напряжения, числу проводов.
По роду тока – постоянного и переменного токов.
По значению напряжения – до 1000 В и свыше 1000 В
По числу проводов постоянного тока:
1. Однопроводная система.
Позволяет экономить до 50% кабелей. РРРФ разрешает применять однопроводную систему при напряжении не выше 24 В и только после специального рассмотрения.
2. Двухпроводная изолированная система.
Требует большого расхода кабелей для её реализации. РРРФ как и другие органы надзора, разрешают применение двухпроводной системы распределения без всяких ограничений.
3. Трёхпроводная изолированная система.
По сравнению с двухпроводной позволяет иметь на судне два значения напряжения, отличающиеся одно от другого в 2 раза.
По числу проводов переменного тока:
1. Однофазная двухпроводная изолированная система.
Обычно используется как часть трёхфазной системы и служит для передачи энергии однофазным приёмникам. Может использоваться самостоятельно для распределения электрической энергии для переносного освещения 12 В, переносного инструмента и т. д.
2. Трёхфазная трёхпроводная изолированная система.
Применяется для питания трёх- и однофазных приёмников, когда номинальные напряжения у них одинаковы. РРРФ допускается к применению без ограничений.
3. Трёхфазная четырёхпроводная изолированная система.
Для питания трёх- и однофазных приёмников в том случае, когда номинальное напряжение однофазных приёмников в раз меньше номинального напряжения трёхфазных, например, 220 и 380 В. Руководящий технический материал требует, чтобы при этой системе у генератора отключались все четыре провода.
4. Трёхфазная четырёхпроводная неизолированная система.
С нейтральной точкой источника, электрически соединённой с корпусом судна. В этой системе нарушение изоляции в какой-либо фазе приводит к короткому замыканию, срабатыванию аппаратуры защиты и отключению повреждённого участка. РРРФ разрешается только для судов, у которых основным источником электроэнергии является береговая энергосистема.
Распределительными устройствами ЭЭС называют конструкции, на которых установлены: коммутационная, защитная и измерительная аппаратура, регулирующие и сигнальные устройства. Распределительные устройства выполняют следующие основные задачи:
− включение, отключение и защиту электрических установок и сетей;
− контроль, регулирование и измерение электрических параметров источников энергии;
− сигнализацию положения коммутационных аппаратов и состояния электрических цепей.
К распределительным устройствам судовых ЭЭС относятся:
− главные распределительные щиты (ГРЩ) – предназначенные для управления и контроля за работой генераторов, регулирования их параметров и подачи питания судовым потребителям или фидерам судовых потребителей электроэнергии;
− распределительные щиты (РЩ) и групповые щиты (ГЩ) – предназначенные для распределения энергии по судовым потребителям и обеспечения защиты потребителей и их фидеров в определенном месте (отсеке) судна;
− контрольные щиты (КЩ) – предназначенные для дистанционного контроля за работой источников тока, потребителей электроэнергии и распределения электроэнергии;
− пульты или панели управления (ПУ) – предназначенные для дистанционно управления коммутационной и другой аппаратурой а также пуском и основными переключениями источников электроэнергии и электрических сетей.
− щиты генераторов, батарей и щиты приема питания с берега – предназначенные для коммутации конкретного источника электроэнергии и его защиты, подачи электроэнергии в ЭЭС с берега при стоянке судна в базе;
− распределительные коробки и соединительные ящики.
Распределительные устройства выполняются в виде металлических ящиков с открывающимися или съемными дверцами. Внутри ящиков размещаются токопроводящие шины, коммутирующая и измерительная аппаратура. На лицевую сторону ящиков выносятся приборы и органы управления и коммутации – рукоятки автоматических переключателей, кнопочные посты, штурвалы и т.д.
1-48 / 22 распределение энергии на судах
Судовые электрические сети представляют совокупность устройств, с помощью которых осуществляется передача электроэнергии от источников к приёмникам. В состав этих устройств входят кабель, провода, электрораспределительные устройства и арматура (щиты, соединительные ящики, крестовые коробки, штепсельные разъёмы и т.п.) Судовые электрические сети подразделяются на силовые, аварийные и сети приёмников.
Силовые сети предназначены для распределения электроэнергии от ГРЩ основной электростанции до преобразователей или приёмников электроэнергии. На судах внутреннего плавания распространение получили радиальная, магистральная и смешанная системы.
При радиальной или фидерной системе канализации мощные и обычно ответственные приёмники получают питание непосредственно от ГРЩ, а остальные от электрораспределительных щитов по отдельным фидерам. РРРФ установил перечень приёмников, которые должны получать питание по отдельным фидерам:
— ЭП рулевого устройства; — якорного устройства; — пожарных насосов; — щиты основного освещения; — и т. д.
Преимущества данной системы канализации электроэнергии – надёжность работы и независимость приёмников один от другого. Недостатки – повышенный расход кабеля, значительный объём электромонтажных работ, относительно большое число проходов через переборки.
При магистральной системе канализации электрической энергии все приёмники получают питание по одной или нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки.
Преимущества такой системы – меньший расход кабеля, меньший объём электромонтажных работ и минимальное число проходов через переборки. Недостатки – меньшая надёжность и взаимная зависимость приёмников одной магистрали. Магистральная система применяется для питания неответственных приёмников.
По смешанной магистрально-фидерной системе одна часть приёмников получает питание по фидерам, а другая – по магистралям. Эта система позволяет учесть достоинства и недостатки вышеуказанных систем и обеспечить достаточную надёжность работы при уменьшении расхода кабеля объёма электромонтажных работ.
Аварийные электрические сети служат для подачи и распределения электроэнергии от аварийного или кратковременного аварийного источника до аварийных приёмников, перечень которых оговаривается РРРФ.
Электрическая сеть приёмников предназначается для распределения электроэнергии от определённого электрораспределительного щита или преобразователя до одноимённых приёмников.
Электрические сети различаются так же по роду тока, значению напряжения, числу проводов.
По роду тока – постоянного и переменного токов.
По значению напряжения – до 1000 В и свыше 1000 В
По числу проводов постоянного тока:
- Однопроводная система.
Позволяет экономить до 50% кабелей. РРРФ разрешает применять однопроводную систему при напряжении не выше 24 В и только после специального рассмотрения.
- Двухпроводная изолированная система.
Требует большого расхода кабелей для её реализации. РРРФ как и другие органы надзора, разрешают применение двухпроводной системы распределения без всяких ограничений.
- Трёхпроводная изолированная система.
По сравнению с двухпроводной позволяет иметь на судне два значения напряжения, отличающиеся одно от другого в 2 раза. По числу проводов переменного тока:
- Однофазная двухпроводная изолированная система.
Обычно используется как часть трёхфазной системы и служит для передачи энергии однофазным приёмникам. Может использоваться самостоятельно для распределения электрической энергии для переносного освещения 12 В, переносного инструмента и т. д.
- Трёхфазная трёхпроводная изолированная система.
Применяется для питания трёх- и однофазных приёмников, когда номинальные напряжения у них одинаковы. РРРФ допускается к применению без ограничений.
- Трёхфазная четырёхпроводная изолированная система.
Для питания трёх- и однофазных приёмников в том случае, когда номинальное напряжение однофазных приёмников в раз меньше номинального напряжения трёхфазных, например, 220 и 380 В. Руководящий технический материал требует, чтобы при этой системе у генератора отключались все четыре провода.
- Трёхфазная четырёхпроводная неизолированная система.
С нейтральной точкой источника, электрически соединённой с корпусом судна. В этой системе нарушение изоляции в какой-либо фазе приводит к короткому замыканию, срабатыванию аппаратуры защиты и отключению повреждённого участка. РРРФ разрешается только для судов, у которых основным источником электроэнергии является береговая энергосистема.
Судовые электрические станции и сети — Генерирование и распределение электроэнергии
ГЕНЕРИРОВАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЩИТЫ
§ 25. ГЕНЕРИРОВАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В составе СЭС имеется подсистема генерирования и распределения электроэнергии, предназначенная для производства, преобразования, распределения и передачи электроэнергии приемникам. В состав ПГРЭ включены источники тока, преобразовательные, распределительные устройства и линии передач, приемники электроэнергии.
Рассмотрим принципы построения схем ПГРЭ, основные требования, предъявляемые к ним, и необходимые исходные данные.
При разработке схем ПГРЭ используют следующие исходные данные: число и типы ГА, их мощность; число и мощность ответственных и малоответственных приемников электроэнергии; мощность, потребляемую приемниками в эксплуатационных режимах работы судна; расположение на судне ГА, распределительных щитов и приемников; число и мощность приемников, подключаемых к ГРЩ и вторичным распределительным щитам.
К схемам ПГРЭ предъявляют следующие основные требования: бесперебойное снабжение качественной электроэнергией в необходимом количестве во всех эксплуатационных режимах работы судна; быстрый ввод в действие и прием нагрузки ГА; резервирование мощности генераторов в соответствующих режимах; маневренное управление электроснабжением приемников в нормальных и аварийных режимах функционирования ЭС (минимальное число переключений при переходе с одного режима на другой); равномерное распределение нагрузки между ГА; визуальный или автоматический контроль за состоянием их параметров, работой сигнализации; защита элементов и участков судовой сети от коротких замыканий, перегрузок и недопустимого снижения напряжения; типизация схемных углов для создания конструктивно и функционально законченных унифицированных элементов, блоков и секций на единой элементной базе; применение скоростных (индустриальных) методов монтажа линии передач и аппаратуры; минимальные масса и размеры элементов электрооборудования.
В настоящее время на судах транспортного и промыслового флотов применяется множество вариантов схем ПГРЭ, различных по составу элементов и функциональным связям. Однако можно установить общие принципы построения узлов и взаимных связей между ними, которые могут быть обобщены в типовой схеме ПГРЭ.
Принципиальная схема ПГРЭ (рис. 48) для трех ГА состоит из унифицированных схемных узлов. При наличии множества ГА в схеме следует увеличить число унифицированных схемных узлов.
В типовой схеме ПГРЭ показаны построения схемных узлов цепей главного тока ГА, ГРЩ и отходящих фидеров электроснабжения ответственных 1 и малоответственных 2, 3 приемников.
Коммутация цепей главного тока осуществляется автоматическими выключателями, предназначенными для подключения к шинам ГРЩ генераторов (выключатели ВГ1—ВГЗ), фидеров питания с берега (выключатели электроснабжения с берега ВБ, приемники 4), щита 5 аварийной электростанции ВАЭ и фидеров электроснабжения приемников (выключатели ВФ).
Шины ГРЩ разделены на отдельные секции /—V, которые могут соединяться между собой секционными выключателями ВС1—ВСЗ. Секционирование шин обеспечивает электроснабжение ответственных приемников от разных секций шин ГРЩ и соответственно источников тока, а также отключение отдельных секций при коротких замыканиях и для текущего ремонта. Схема ГРЩ предусматривает автономную работу ГА на свои секции шин (выключатели ВГ1 — ВГЗ), параллельную работу всех генераторных агрегатов (выключатели ВГ1 — ВГЗ и ВС1 — ВСЗ).
Ответственные приемники 1 электроэнергии, обеспечивающие движение и безопасность плавания судна, распределяются равномерно между секциями шин ГРЩ по принципу ответственности. Малоответственные приемники группируют и подключают к блоку малоответственных приемников БМП, который через контакторы К1 — КЗ подключается к шинам ГРЩ. При недопустимых перегрузках ГА отключается БМП, чем достигается снижение нагрузки генераторного агрегата. Отдельные малоответственные мощные приемники 2 подключаются непосредственно к секциям шин ГРЩ посредством выключателей ВФ.
Рис. 48. Принципиальная схема ПГРЭ
Рис. 49. Принципиальные схемы генерирования и распределения электроэнергии
на судах
На ГРЩ предусматривают секции шин пониженного напряжения (400/127 или 400/220 В), предназначенные для электроснабжения светильников, нагревательных и бытовых приборов. Число секций пониженного напряжения на ГРЩ зависит от числа и мощности приемников.
ГРЩ состоит из отдельных конструктивно оформленных секций, назначение и состав аппаратуры каждой секции будут рассмотрены далее.
Для полного представления о схемах ПГРЭ приведем некоторые разработанные характерные схемы транспортных и промысловых судов. В отдельных схемах ПГРЭ вместо секционных автоматических выключателей применяют разъединители, и на одну секцию шин ГРЩ могут подключаться два генератора вместо одного по типовой схеме.
Схемы ПГРЭ промысловых (рис. 49, а) и транспортных (рис. 49, б) судов несколько различаются, что обусловлено сочетанием на электростанциях ВГ и автономных ДГ. В остальном они построены по рассмотренным принципам. В ходовых режимах приемники промыслового судна получают электроэнергию от ВГ, а в других режимах —от автономных дизельных генераторов.
Во всех ПГРЭ в основном принята радиальная схема распределения электроэнергии, при которой наиболее ответственные и мощные приемники получают питание непосредственно от ГРЩ, а остальные — от вторичных распределительных щитов (ВРЩ), питающихся по отдельным фидерам от ГРЩ. ВРЩ расположены в судовых помещениях, где сосредоточено наибольшее число мощных приемников электроэнергии для уменьшения длины линии передач и потерь электроэнергии в них.
Применяемые на схеме обозначения: ВВГ, ВГ — выключатели ВГ и ДГ; СПБ, П — станция и переключатель питания с берега; ФБ — фидер электроснабжения с берега. Приемники: 1 — промыслового и технологического оборудования; 2 — безопасности мореплавания; 3 — освещения, бытового и навигационного оборудования; 4, 5, 6 — ответственные, малоответственные, пониженного напряжения.
§ 51. Судовые электрические сети, кабели и провода
сеть основного аварийного освещения, питающую цепи, работающие в аварийном режиме — сигнальные и отличительные огни, светильники коридоров и путей эвакуации, постов управления, шлюпочных палуб и т. п.;
сеть малого аварийного освещения, питающую от аккумуляторных батарей светильники постов управления, приборов, проходов и трапов, районов около спасательных шлюпок и т. д.;
сеть слабого тока, питающую цепи телефонов, судовых телеграфов, радиосвязи, пожарной сигнализации и пр.;
сеть переносного освещения, питающую переносные лампы освещения, вспомогательные бытовые или подсобные приборы и т. п.; сеть электронавигационных приборов, питающую гирокомпасы, эхолоты, электромеханические лаги, радиолокацию и пр.
Системы распределения электрической энергии от ГРЩ к потребителям по конструктивному выполнению разделяются на магистральную, радиальную (фидерную), кольцевую и смешанную.
При магистральной системе питание от ГРЩ к потребителям подается по одной магистрали через магистральные коробки (МК) или через вторичные распределительные щиты (ВРЩ).
Радиальная система предусматривает питание каждого ВРЩ или ответственного или мощного потребителя по отдельным фидерам (проводам или кабелям).
Кольцевая система характерна двусторонним питанием потребителей электроэнергии по круговому кабелю или проводу. Эта система обладает повышенной живучестью и предусматривается преимущественно на судах специального назначения. При кольцевой системе ответственный потребитель электроэнергии обеспечивается двойным питанием: первый кабель питания прокладывается по одному борту судна, а второй —п о другому. Оба кабеля в специальных режимах плавания судна находятся под напряжением, и в случае выхода из строя одного из них потребитель автоматически переключается на питание от другого кабеля.
Смешанная система предусматривает питание одной части потребителей по магистральной системе, другой части — по радиальной.
Судовые кабели и провода, проводящие электроэнергию на судне от источников к потребителям, изготовляют из мягкой медной проволоки, изоляция жилы которой может быть различной: из резины, поливинилхлорида и других пластмасс, лакоткани и минеральных изоляционных материалов с оболочкой из свинца, трудносгораемой резины и т. п. Кроме того, кабели должны иметь броню, защитную панцирную оплетку из стальной оцинкованной проволоки или других стойких материалов для защиты от механических повреждений (одновременно служащую и экраном от радиопомех). В отсеках и судовых помещениях кабель прокладывается по специальным мостам, панелям и кассетам, а на открытых участках — по газовым трубам или защищается металлическими кожухами.
При прохождении кабеля через водонепроницаемые переборки и палубы ставятся специальные переборочные или палубные кабельные коробки или сальники, которые по наружной поверхности привариваются к переборкам или палубам. Внутри для уплотнения пространства между кабелем и стенками кабельные коробки заполняются специальными массами.
Выбор марки кабеля или провода для судовых сетей зависит от их назначения и вида помещений, в которых они прокладываются.