3. Электроэнергетическая система судна

3.1. Типовые схемы главного тока, ГРЩ, АРЩ. Задачи автоматизации судовых электроэнергетических систем

Судовые электрораспределительные устройства — комплектные электротехнические устройства в виде щитов с аппаратами управления, защиты и сигнализации, предназначенные для приёма и распределения электроэнергии между приёмниками.

- главный распределительный щит (ГРЩ), предназначенный для присоединения источников электроэнергии к судовой сети, управления их работой и распределения электроэнергии;

Главный распределительный щит (ГЭРЩ) служит для приема электро-энергии от генераторов и передачи ее другим щитам и ответственным потребителям. Как правило, ГЭРЩ состоят из отдельных секций: генераторных, управления, распределительных. Количество секций ГЭРЩ определяется составом источников питания и потребителей судовой электростанции. Вся коммутационная аппаратура — автоматы, рубильники, переключатели — и все токоведущие части устанавливаются за лицевой панелью. На лицевую панель выводятся шкалы измерительных приборов, приводы автоматов, рукоятки переключателей, кнопки управления, штурвалы реостатов, глазки сигнальных ламп. Для каждого генератора на ГЭРЩ должны предусматриваться коммутационные, защитные и измерительные приборы.

- аварийный распределительный щит (АРЩ),предназначенный для присоединения аварийных источников электроэнергии к судовой сети, управления их работой и распределения энергии; АРЩ служат для подключения питания отдельных ответственных потребителей судна к аварийному источнику электроэнергии. Они могут в неаварийных условиях получать питание от ГЭРЩ и щитов, на которые подается питание только от основных генераторов.

АРЩ имеют коммутационную и защитную аппаратуру, измерительные приборы и автоматические устройства для отключения АРЩ от ГЭРЩ, если такое питание предусмотрено; пуска аварийного генератора; подключения аварийного источника электроэнергии к шинам АРЩ; контроля исправности действия схемы автоматического включения аварийного генератора.

АРЩ комплектуется из отдельных металлических панелей на общем металлическом каркасе. Компоновка, габаритные размеры и состав аппаратуры АРЩ зависят от параметров и схемы аварийной электростанции.

В настоящее время на судах автоматическое управлениеиспользуется в самых различных установках и системах и, в частности, в электроэнергетических.

Наиболее полно автоматизированное звено СЭС – это электростанция. Это объясняется тем, что переходные процессы здесь протекают настолько быстро, что управление ими без применения средств автоматизации стало практически невозможно.

Работа судовой электростанции в нормальном режиме оценивается главным образом качеством вырабатываемой ею электроэнергии. В системах постоянного тока оно определяется качество стабилизации напряжения, а в системах переменного тока – качеством стабилизации напряжения, частоты и формой кривой напряжения.

Опыт эксплуатации существующих электроэнергетических систем показал, что их автоматизация значительно повышает качество электроэнергии и надежность электроснабжения потребителей, обеспечивает устойчивость параллельной работы генераторов и сокращает количество обслуживающего персонала.

Если проследить историю развития автоматизации судовых систем, то можно отметить три этапа: на первом этапе производилась автоматизация отдельных механизмов и устройств, на втором – отдельных систем, на втором – отдельных систем, а на третьем этапе осуществляется переход от автоматизации отдельных судовых систем к комплексной автоматизации судна. В этом случае системы, вырабатывающие и распределяющие электроэнергию, обеспечивающие судовождение и т.п., должны иметь единый центр управления.

Для определения рационального объема автоматизации каждого судна решающее значение имеет вид обслуживания механизмов и систем машинного отделения, в связи с чем Регистром введено два основных класса автоматизации: класс А1 определяет степень автоматизации на судах с безвахтенным обслуживанием машинных отделений; класс А2 – на судах с сокращенной вахтой в машинном отделении на ходу и стоянке (например, дистанционное вахтенное обслуживание машинного отделения одним оператором из ЦПУ).

3.2. Судовые электрогенераторы, гребные электродвигатели и

преобразователи частоты

Если в состав судовых энергетических установок входят высоко­оборотные главные механизмы (паровые и газовые турбины, бы­строходные двигатели внутреннего сгорания и пр.), то для пере­дачи мощности от двигателя к гребному винту кроме зубчатых редукторов применяют электропривод. Создание электрической связи между главным двигателем и гребным винтом происходит по следующей схеме: главный двигатель приводит в действие электрогенератор, а электрический ток, вырабатываемый этим генератором, —электродвигатель, соединенный с гребным валом. Преимуществами использования электропривода на судах яв­ляются: отсутствие длинных валопроводов, так как гребные элек­тродвигатели легко размещаются в корме судна; возможность Применять более простые нереверсивные быстроходные двигатели, число которых выбирают независимо от числа гребных винтов; высокие маневренные качества и возможность работы судна на малых скоростях при неполном числе действующих первичных двигателей; возможность использования вырабатываемой генера­торами энергии для работы судовых вспомогательных механизмов. Однако электропривод имеет и недостатки: большую массу, низкий (на 8—13/о ниже, чем у зубчатой передачи), более вы­сокую стоимость и пр. Поэтому принцип электродвижения при­меняют либо на специальных судах с повышенными маневренными качествами и частыми реверсами (на буксирах, ледоколах, паро­мах, плавучих кранах), либо в тех случаях, когда выгодно ис­пользовать мощность главного двигателя для обеспечения работы общесудовых механизмов (на плавучих кранах, земснарядах, рыбопромысловых судах, плавучих мастерских).

На судах с электродвижением, для которых более важны ма­невренные качества, применяют главным образом генераторы и гребные электродвигатели постоянного тока, а на судах, у которых определяющей является экономичность, — переменного. В каче­стве первичных двигателей чаще используют быстроходные че­тырехтактные дизели, реже паровые или газовые турбины.

Судовые энергетические установки с электродвижением раз­мещают в одном или двух отсеках. Гребной электродвигатель всегда размещают ближе к корме, насколько позволяют обводы и условия выемки гребного вала. Первичные двигатели и элек­трогенераторы устанавливают или в том же отсеке, где и гребные двигатели, или, чаще, в отдельном отсеке, расположенном в но­совой части ближе к середине судна 

Обычно используемые на судне двигатели не имеют системы управления и напрямую подключаются к сети. Прямой пуск приводит к просадкам напряжения, требует дополнительных генераторов для запуска и значительно сокращает ресурс работы самих двигателей. Чаще всего оборудование проектируется на максимальную нагрузку, что приводит к избыточному потреблению энергии. Большую часть данных проблем можно решить за счет применения частотно-регулируемого привода. Использование преобразователей частоты для управления двигателями на борту судна дает ряд преимуществ. Частотный регулятор снижает пусковые токи, что уменьшает просадки напряжения в системе, исключается необходимость иметь дополнительные генераторы запуска. Преобразователи частоты за счет изменения скорости вращения двигателя уменьшают энергопотребление. Тем самым экономится большое количество электроэнергии и как следствие топлива.