Отличительные признаки и структура СЭЭС

Судовой электроэнергетической системой (СЭЭС) называется совокупность электротехнических устройств, объединенных процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии, предназначенных для питания судовых приемников электроэнергии. Из данного определения следует, что СЭЭС состоит из источников электроэнергии, линий электропередачи, электрораспределительных щитов и преобразователей электроэнергии. Приемники электроэнергии в состав СЭЭС не входят. Каждый из них имеет специфические особенности, которые рассматриваются в теории других предметов. Однако они оказывают существенное влияние на структуру и основные параметры СЭЭС. Поэтому в схемах ЭЭС приемники электроэнергии всегда указываются общепринятыми условными обозначениями.

Совокупность линий электропередачи с распределительными щитами называется электрической сетью.

В качестве источников электроэнергии на судах используют генерато­ры постоянного и переменного тока, имеющие привод от турбин или дизелей, а также аккумуляторные батареи. Линии электропередачи выполняют с помощью кабелей или шинопроводов. Электрораспределительные щиты представляют собой устройства, предназначенные для подключения линий электропередачи. В качестве преобразователей электрической энергии применяют трансформаторы, выпрямители и др.

Электрораспределительный щит, к которому подключены основные источники электроэнергии и судовая силовая электрическая сеть, называется главным распределительным щитом (ГРЩ).

Электрораспределительный щит, к которому подключены аварийный источник электроэнергии и аварийная сеть, называется аварийным распределительным щитом (АРЩ). Совокупность аварийного источника электроэнергии с аварийным распределительным щитом принято называть аварийной судовой электростанцией.

Основная электростанция (ОЭ) предназначена для обеспечения судна электроэнергией во всех нормальных эксплуатационных режимах работы.

Аварийная электростанция (АЭ) обеспечивает судно электроэнергией в аварийных режимах работы (например, при затоплении основной электростанции).

Согласно требованиям Регистра, аварийная электростанция разме­щается в помещении, находящемся вне зоны затопления судна (на главной палубе или выше). Основная электростанция обычно находится в районе машинного отделения судна.

На рис. 1.1 представлено расположение некоторых помещений и обо­рудования силовой установки (СУ) и СЭЭС грузового теплохода. Главным двигателем СУ данного теплохода является дизель, установленный в машинном отделении вместе с вспомогательными механизмами ВМ, предназначенными для обеспечения его работы. Четыре дизель-генератор­ных агрегата ДГ основной электростанции расположены по бортам судна на платформе ПЛ машинного отделения. Главный распределительный щит ГРЩ основной электростанции вместе с пультом управления ПУ силовой установки и СЭЭС установлен в ЦПУ, который выделен противошумными переборками в особое помещение на платформе машинного отделения.

Аварийная электростанция расположена в отдельном помещении в кормовой части надстройки теплохода.

СЭЭС отличаются большим разнообразием. Структура СЭЭС тесно связана с назначением судна, его архитектурой, условиями эксплуатации, видом силовой (энергетической) установки, мощностью приемников электроэнергии и т. д. Однако в общем случае структуру СЭЭС различают по следующим двум признакам: количеству электростанций и связи СЭЭС с силовой установкой судна. По первому признаку СЭЭС делят на системы с одной, двумя и более электростанций, по второму — на автономные, с отбором (использованием) мощности от силовой установки и единые (объединенные) с силовой установкой судна.

Автономная СЭЭС, имеющая одну основную ОЭ и одну аварийную АЭ электростанции (рис. 1.2), применяется на большинстве судов речного,

Рис. 1.1. Расположение помещений и оборудования СУ и СЭЭС грузового теплохода: а - вид теплохода сбоку (РХ - рубка ходовая; Н - надстройка; К - корпус; РО - румпельное отделение; АЭ - аварийная электро­станция; МО- машинное отделение; ГТ - грузовой трюм; ГП — главная палуба); б - вид машинного отделения в продольном разрезе (ЦПУ -центральный пост управления; ТР - трап; ГД - главный двигатель); в - план машинного отделения; г - план помещения аварийной электростанции (АДГ - аварийный дизель-генератор; АРЩ - аварийный распределительный щит)

озерного и морского плавания. При этом источниками электроэнергии являются, как правило, дизель-генераторы, реже турбогенераторы. В качестве аварийного источника используют только дизель-генераторы или аккумуляторные батареи (на небольших по водоизмещению судах). На пассажирских, наливных, промысловых и подобных по назначению судах значительного водоизмещения устанавливают как аварийный дизель-генератор (иногда более одного), так и аккумуляторную батарею.

ГРЩ и АРЩ, согласно требованиям Регистра РФ, соединяются линией передачи электроэнергии, которую принято называть перемычкой. Перемычка ПЕ предназначена для передачи электроэнергии в направлении от ГРЩ и АРЩ. При исчезновении напряжения на шинах ГРЩ осуществляется автоматический пуск аварийного дизель-генератора АДГ, отключение ПЕ от АРЩ и подключение к нему АДГ.

Структурой каждой СЭЭС предусмотрен щит питания с берега ЩПБ, с помощью которого осуществляется прием на ГРЩ электроэнергии от береговой электросистемы при стоянках судна в порту (иногда осуществляется передача электроэнергии от СЭЭС на береговую электросеть).

Отдельными линиями электропередачи непосредственно к ГРЩ подключаются приемники электроэнергии П, мощность которых соизмерима с мощностью генераторов, а также приемники ответственного назначения. Остальные приемники подключаются к ГРЩ через отдельные распределительные щиты РЩ1, РЩ2.

К АРЩ аварийной электростанции подключаются приемники электрической энергии, необходимые для обеспечения эвакуации пассажиров, внутренней и внешней связи в аварийном режиме судна (затопление отсе­ков, погружение, пожар).

Автономная СЭЭС, имеющая две основные и одну или две аварийные электростанции (рис. 1.3), применяется на крупных морских пассажир­ских, научно-исследовательских и промысловых судах, ледоколах, судах с атомной энергетической установкой, судах-катамаранах и др. При этом в качестве основных источников электроэнергии чаще используют турбо­генераторы, в качестве аварийных — дизель-генераторы и аккумуляторные батареи.

ГРЩ1 и ГРЩ2 основных электростанций соединены перемычками ПЕ1, ПЕ2, по которым допускается передача электроэнергии в обоих направлениях. При наличии двух аварийных электростанций каждая из них соединена перемычкой (ПЕЗ, ПЕ4) с ГРЩ основной электростанции ана­логично схеме на рис. 1.2.

В СЭЭС с отбором мощности от силовой установки источником электроэнергии основной электростанции является один или несколько вало-генераторов BG, т. е. генераторов, привод которых осуществляется от гребного вала ГВ судна или от вала отбора мощности главного двигателя ГЦ (рис. 1.4). Такие СЭЭС применяются в основном на судах, ходовой режим которых характеризуется постоянством скорости и значительным временем движения, а также постоянством частоты вращения валогенера-торов. К ним относятся некоторые транспортные и промысловые суда (особенно суда с движителями типа ВРШ).

СЭЭС с валогенераторами по сравнению с СЭЭС, представленными на рис. 1.2, 1.3, дают возможность уменьшить расход топлива и масла для получения электроэнергии, а также повысить календарный период расхода технического ресурса основных источников электроэнергии дизель-гене­раторов (использование валогенераторов в сочетании с турбогенераторами нецелесообразно) и уменьшить затраты на их обслуживание. Это объяс­няется тем, что удельный расход топлива (количество граммов топлива на один киловатт-час энергии) у главных двигателей обычно меньше, чем у дизель-генераторов; при работе валогенераторов дизель-генераторы на­ходятся в состоянии покоя.

Привод BG обычно осуществляется от ГД с помощью жесткой механи­ческой передачи МП. В связи с этим при снижении на 10-15 % частоты вра­щения ГД и соответственно частоты вращения (а также частоты тока и на­пряжения) валогенератора последний должен отключаться с передачей на­грузки на предварительно запущенный и подключаемый к ГРЩ дизель-ге­нератор. При установке ГД в режим „стоп" BG перестает функциониро­вать как источник электроэнергии и его необходимо заменить дизель-ге­нератором. По этим причинам валогенераторы только условно относят к основным источникам электроэнергии и рассматривают в качестве до­полнительных источников СЭЭС.

Применение валогенераторов в составе СЭЭС не эффективно на судах с реверсивными главными двигателями.

Рис. 1.4. Схема структурная Рис. 1.5, Схема структурная

СЭЭС, в составе основной СЭЭС, в составе основной

электростанции которой электростанции которой

имеется валогенератор имеется утилизационный турбогенератор

Необходимо отметить, что валогенераторы всегда имеются на дизелях с электростартерным пуском (в этом случае их называют „навешенные генераторы"), которые предназначены для зарядки стартерных аккумуля­торов (работая с ними параллельно). Эти генераторы вместе с аккумуля­торами используются на малых судах для питания приборов контроля и сигнализации, а также освещения небольших помещений, сигнально-от­личительных огней и т. п.

СЭЭС с использованием энергии силовой установки имеют в составе источников электроэнергии турбогенератор (T-G3), работающий в сочета­нии с паровым утилизационным котлом ПУК (рис. 1.5). Такие СЭЭС при­меняют в основном на крупных транспортных судах (с ГД мощностью свыше 10 000 кВт), совершающих длительные ходовые рейсы с постоян­ной скоростью и номинальной загрузкой главного двигателя.

Известно, что тепловая энергия выхлопных газов ВГ дизелей состав­ляет около 40 % энергии сжигаемого в них топлива. Данную энергию мож­но использовать в ПУК для получения пара, который поступает в турбо­генератор, вырабатывающий электроэнергию. Применение такого комп­лекса существенно уменьшает расход топлива на получение электро­энергии. Параметры электроэнергии (частота тока, напряжение) такого турбогенератора значительно стабильнее параметров электроэнергии вало-генератора.

При установке главного двигателя в режим „стоп" турбогенератор продолжает вырабатывать электроэнергию в течение нескольких минут, что упрощает процесс переключения нагрузки на дизель-генераторы (ос­новные источники электроэнергии). Подобный турбогенератор при некоторых ограничениях может длительно работать параллельно с ди­зель-генераторами (валогенераторы это не обеспечивают). Однако вслед­ствие зависимости от работы главных двигателей такие турбогенераторы (так же как и валогенераторы) относятся Правилами Регистра к числу дополнительных источников электроэнергии. Недостатком комплекса паровой утилизационный котел—турбогенератор по сравнению с соответ­ствующим по мощности дизель-генератором является его большая стоимость. При этом на судне должны быть специальные помещение и оборудование, а также соответствующие специалисты и др.

Единой (объединенной с силовой установкой) СЭЭС называется сис­тема (или установка), обеспечивающая получение, преобразование и рас­пределение электроэнергии по приемникам, в число которых входят электроприводы судовых движителей. В этом случае имеет место сочета­ние судовой гребной электрической установки ГЭУ и СЭЭС (по варианту / или II на рис. 1.6). При варианте / источники электроэнергии ПД1 —G1 и ПД2-С2 подключаются к щиту гребной электрической установки ЩГЭУ. Питание гребных электродвигателей Ml и М2 производится от ЩГЭУ через преобразователи электроэнергии ПР1 и ПР2 или без них. Питание общесудовых приемников электроэнергии осуществляется от ГРЩ, подключенного к ЩГЭУ через трансформатор TU или мотор—гене­ратор M—G, что зависит от качества электроэнергии на шинах ЩГЭУ. Качество электроэнергии характеризуется в основном искажением сину­соидальной формы и нестабильностью значений 1/_г и f_x. При больших из­менениях оно считается неудовлетворительным, при небольших — удов­летворительным.

В данном случае качество электроэнергии на шинах ЩГЭУ ухудшает­ся, главным образом, работой преобразователей ПР1 и ПР2.

При удовлетворительном качестве электроэнергии устанавливают трансформатор, при неудовлетворительном — мотор—генератор.

Удовлетворительное (наилучшее) качество электроэнергии на шинах ЩГЭУ характерно для случая использования движителей типа ВРШ с при­водными синхронными двигателями, подключенными к ЩГЭУ без каких-либо преобразователей (скорость хода судна при этом изменяется поворо­том лопастей движителя). Неудовлетворительное качество электро­энергии неизбежно при использовании движителей типа ВФШ с приводны­ми двигателями постоянного тока и управляемыми преобразователями, которые выпрямляют и изменяют напряжение, подводимое к двигателям, а также при использовании ВФШ с приводными синхронными двигателями и управляемыми преобразователями частоты электроэнергии, подводимой к двигателям. Для улучшения качества электроэнергии в таких случаях к шинам ЩГЭУ подключают фильтрокомпенсирующие устройства.

При очень плохом качестве электроэнергии на шинах ЩГЭУ и невозможности его улучшения СЭЭС выполняется по варианту II (см. рис. 1.6) с источниками электроэнергии G3 и G4, не зависимыми от G1 и G2, привод которых осуществляется двигателями ПД1 и ПД2. Данный вариант применяется в случае, когда номинальное значение частоты f _i на шинах ЩГЭУ отличается от значения, равного 50 Гц или при регулировании напряжения U_x изменением тока возбуждения генераторов G1 и G2 (что имеет место при использовании двигателей постоянного тока и неуправляемых преобразователей-выпрямителей). Генераторы G3 и G4 иногда называют валогенераторами, так как их работа связана с приводными двигателями силовой установки (см. рис. 1.4).

Если ГЭУ работает с переменной частотой f_x (п), то объединение ее с СЭЭС нецелесообразно.

В составе единой СЭЭС любого варианта необходимо предусматривать установку одного или двух дизель-генераторов ПД — G, предназначенных для обеспечения судна электроэнергией в стояночных режимах, а также для запуска в работу основных источников электроэнергии ПД1 - G1 иПД2- G2 (турбогенераторов или дизель-генераторов).

Применение единых СЭЭС дает возможность уменьшить количество источников электроэнергии и повысить эффективность эксплуатации судов.

Единые СЭЭС применяют на ледоколах, паромах и самоходных судах технического флота (плавкранах, земснарядах, гшавмастерских и др.).

Дата добавления: 2014-01-07