Аппараты, приборы и устройства, устанавливаемые на ГРЩ, можно по их назначению подразделить на коммутационные, защитные и измерительные.
В качестве коммутационной аппаратуры, выполняющей также функции защиты, в схемах судовых ГРЩ широкое применение находят воздушные автоматические выключатели — автоматы различных типов. Автоматы предназначены для защиты электрических установок от токов короткого замыкания и перегрузок, а также для нечастых оперативных включений и отключений этих цепей при номинальны^ режимах.
Автоматы, устанавливаемые на ГРЩ, можно разделить на две группы:
1) автоматы, предназначенные в основном для подключения генераторов и соединения секций ГРЩ;
2) автоматы, предназначенные для подключения к ГРЩ фидеров потребителей.
Наибольшее распространение из автоматов первой группы получили универсальные автоматические воздушные выключатели серии AM.
Автоматы AM являются современными малогабаритными аппаратами, обладающими высокой коммутационной способностью и селективностью (избирательностью) действия. Они выпускаются на токи от 800 до 5500 А, напряжение 400 В переменного тока и 560 В постоянного тока в двух- и трехполюсном исполнении.
На рис. 1 представлен автоматический выключатель серии AM в разрезе. К внешней цепи автомат подключается с помощью болтов зажимами, которые подводят напряжение цепи к неподвижным главным контактам 8 и 21, выполненным из меди с серебряными накладками 9 и 17.
Рис. 1. Разрез автоматического выключателя серии AM.
Цепь главных неподвижных контактов замыкается или размыкается главными подвижными контактами, выполненными в форме медных роликов, контактная часть которых окантована серебром. Количество роликов может быть разным: от двух до восьми в одном полюсе в зависимости от величины автомата. Движение главным подвижным контактам сообщается с помощью контактного вала с пластмассовым кулачком. При повороте контактного вала в сторону отключения автомата ролик опускается вниз, разрывая главную цепь автомата.
Включение и отключение автомата осуществляется рычажным приводом, связанным с контактным валом посредством промежуточных передач и механизма свободного расцепления. Последний представляет собой систему шарнирно связанных рычагов, которые получают движение от привода через включающий или отключающий валик.
Чтобы предохранить главные контакты от обгорания, вызываемого действием электрической дуги при размыкании цепи, автомат снабжают дугогасительным устройством. В состав этого устройства входят дугогасительные контакты — неподвижный и подвижный дугогасительная камера. Дугогасительная камера выполняется для каждой пары дугогасительных контактов из дуго-стойкого материала и состоит из двух половинок, заключенных в железный кожух. Внутренние стенки дугогасительной камеры образуют узкую щель в виде лабиринта.
Дугогасительные контакты при включенном состоянии автомата шунтируют цепь главных контактов. При отключении автомата вначале размыкаются главные контакты, а затем — дугогасительные. Электрическая дуга, возникающая при размыкании дугогасительных контактов, под воздействием аэродинамических сил втягивается в щель дугогасительной камеры, где растягивается, охлаждается и гаснет. Железный сердечник, вставленный в камеру, способствует дроблению дуги и ее гашению. Таким образом, конструкция автомата полностью исключает действие дуги на главные контакты.
Для дистанционного отключения автомат снабжен отключающим расцепителем, в состав которого входит катушка с якорем. Когда в катушку поступает напряжение, якорь притягивается, освобождает рычаг, который поворачивает отключающий валик. При взведении автомата отключающий расцепитель возвращается в исходное положение. С незначительными дополнениями отключающий расцепитель может использоваться как минимальный расцепитель, отключающий автомат при снижении напряжения ниже допустимого.
Для автоматического отключения цепи при токах перегрузки и короткого замыкания автомат снабжен максимальным расцепителем, в состав которого входит магнитопровод, охватывающий главный контакт и якорь.
Магнитопровод максимального расцепителя намагничивается током, протекающим по главным контактам автомата. Когда ток достигает значения выше допустимого, максимальный расцепитель отключает автомат через селективную пристройку, позволяющую осуществлять избирательную защиту цепи с независимой выдержкой времени. Регулировочный винт, соединенный с возвратными пружинами, позволяет осуществлять регулировку величины тока срабатывания автомата.
При возникновении в главной цепи автомата тока срабатывания якорь 20 притягивается и своим роликом, установленным в верхней части, нажимает на рычаг, насаженный на селективный валик. В результате осуществляется воздействие на селективную пристройку (на рисунке не видна), представляющую собой механизм анкерного типа, который с выдержкой времени совершает поворот отключающего валика.
Конструкция автомата обеспечивает его высокую коммутационную способность и надежность действия. Этим объясняется широкое применение автоматов серии AM в схемах судовых ГРЩ.
Автоматы AM имеют дистанционное и непосредственное управление. Схема для дистанционного управления автоматом AM приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема дистанционного включения автомата серии AM.
Автомат включается дистанционно электродвигателем Д при нажатии кнопки включения Кн. У отключенного и готового к действию автомата через размыкающий блокировочный контакт БК и размыкающий контакт В1 конечного выключателя получает питание катушка блокировочного реле РБ, которое, сработав, замыкает свой замыкающий контакт РБ в цепи катушки реле управления РУ. При нажатии на кнопку Кн реле РУ срабатывает и своими контактами РУ шунтирует кнопку Кн, которую теперь можно отпустить, а также замыкает цепи включающего двигателя Д и катушки тормоза ВТ. Расторможенный двигатель через систему передач включает автомат, замыкая главные контакты К и изменяя состояние блокировочных контактов БК. В процессе включения автомата катушка блокировочного реле РБ получает питание как по ранее указанной цепи, так и через замкнувшийся контакт В2 конечного выключателя. После включения автомата контакты В1 и В2 размыкаются, что предупреждает опасность повторного включения автомата при наличии короткого замыкания в сети, пока кнопка Кн еще нажата. Затем, двигаясь по инерции, контакт В1 вновь замыкается и подготавливает схему к новому включению автомата.
Автоматическое отключение автомата производится с помощью отключающего расцепителя РО, управление которым осуществляется максимальными реле РМ. Выдержка времени при отключении обспечивается замедлителем расцепления ЗМ.
Универсальные автоматы с аналогичной схемой управления могут быть выполнены как на переменном, так и на постоянном токе, причем их время включения составляет в первом случае 0,3 с, а во втором — 0,5 с.
Аналогичный принцип действия, конструкцию и назначение имеют автоматические селективные выключатели серий АС и АГ, также широко применяемые в схемах судовых ГРЩ.
К группе автоматов, используемых для подключения к ГРЩ фидеров потребителей, относятся установочные воздушные выключатели серии А3300.
Все детали автомата серии А3300 собраны в пластмассовом кожухе, состоящем из основания и крышки. Неподвижный контакт укреплен на медной шине, которая выводом присоединена к внешней цепи. Подвижный контакт закреплен на медном якоре, установленном на контактодержателе. Подвижный контакт с помощью гибкого провода, токовой шины и нижнего вывода связан со вторым полюсом внешней цепи. Над контактами каждого полюса автомата расположена дугогаси-тельная камера, выполненная из изоляционных стенок со стальными пластинками. Главная цепь замыкается или размыкается с помощью рукоятки и механизма свободного расцепления.
Помимо рукоятки на механизм свободного расцепления через рычаг может воздействовать расцепитель, в состав которого входят собачка, валики и пружины, удерживающие собачку в определенном положении, а также удерживающая рейка и токовые элементы.
Удерживающая рейка выполнена в виде стального опрессован-ного пластмассой валика с кулачками и пазами. В один паз заведена фиксирующая пружина, в другой при повороте валика входит конец собачки, находящейся в зацеплении с ним. При повороте удерживающей рейки собачка проходит в паз рейки и освобождает рычаг механизма свободного расцепления, что приводит к размыканию контактов автомата.
Поворот удерживающей рейки осуществляется с помощью теплового или электромагнитного элементов, образующих комбинированный расцепитель автомата.
Тепловой элемент состоит из шин и двух биметаллических пластинок, обтекаемых током. При тепловой перегрузке цепи, включаемой автоматом, нагрев пластинок вызывает их изгиб в разные стороны. Вследствие этого биметаллические пластинки регулировочными винтами поворачивают удерживающую рейку.
Рис. 3. Конструкция установочного автомата серии А3300.
Рис. 4. Конструкция автомата серии АК.
Электромагнитный элемент комбинированного расцепителя включает в себя сердечник, якорь, возвратную пружину и токовую катушку. Электромагнитный элемент отключает автомат при коротком замыкании в той фазе, в которой включен элемент. При возникновении тока короткого замыкания якорь электромагнитного элемента притягивается к сердечнику, воздействует на кулачок удерживающей рейки, поворачивает ее, вызывая отключение автомата так, как это было описано выше.
Для подключения фидеров потребителей к ГРЩ широко используются автоматы серии АК.
Все детали автомата размещены в корпусе, закрытом крышкой и дном. Питание к аппарату подводится через клеммы. Главная цепь автомата, включающая в себя неподвижный и подвижный контакты, замыкается или размыкается с помощью механизма управления. Механизм построен на принципе свободного расцепления и обеспечивает мгновенное замыкание или размыкание контактов со скоростью, не зависящей от скорости движения рукоятки управления. Автомат снабжен электромагнитным расцепителем с гидравлическим замедлением, который обеспечивает обратнозависимую от тока выдержку времени срабатывания автомата при перегрузке.
В качестве переключателей амперметров и вольтметров на ГРЩ устанавливаются универсальные переключатели серии УП, которые применяются также в качестве командоаппаратов для включения контрольных цепей автоматов и для управления серводвигателями приводных двигателей генераторов.
Переключатель типа УП5100 имеет подвижные и неподвижные контакты, входящие в контактные секции, отделенные друг от друга пластмассовыми перегородками. Размыкание и замыкание контактов осуществляется с помощью пластмассовых шайб, форма которых подбирается такой, чтобы обеспечить набор всех возможных схем включения, обусловленных назначением переключателя. Общее число цепей, в зависимости от величины переключателя, может быть от двух до 16. Переключение цепей осуществляется пластмассовой рукояткой.
Рис. 5. Конструкция переключателя типа УП5100.
Каждая секция переключателя имеет два разрыва цепи. Если необходим однополюсный разрыв цепи, то используется неподвижный контакт и выход подвижного контакта.
Переключатели типа УП5100 применяются в цепях с напряжением до 500 В постоянного и переменного тока. Длительная нагрузка замкнутых контактов составляет до 20 А, десятисекундная — до 75 А, трехсекундная — до 250 А.
К защитной аппаратуре, установленной на ГРЩ, относятся, в частности, реле обратной мощности, применяемое в схемах ГРЩ переменного тока, и реле обратного тока, применяемое в схемах ГРЩ постоянного тока.
Реле обратной мощности (РОМ) устанавливается на ГРЩ для защиты синхронных генераторов от перехода в двигательный
режим при их параллельной ра боте. В качестве РОМ в схемах ГРЩ используется индукционное реле типа ИМ 149, принцип действия которого поясняется схемой, приведенной на рис. 45.
Реле имеет две магнитные системы с обмотками. Токовая обмотка питается через трансформатор тока, первичной обмоткой которого является шина одной фазы генератора. Обмотка напряжения подключается на линейное напряжение генератора. В магнитном поле этих обмоток расположен алюминиевый диск, который может поворачиваться на своей оси на определенный угол, обусловленный сопротивлением спиральной пружины. Ось диска посредством шестерен (на рисунке не показаны) связана с подвижным контактом.
При нормальном режиме работы синхронного генератора, защищаемого с помощью РОМ, действие потоков обоих магнитопрово-Дов на подвижную систему реле уравновешивается пружиной. В случае перехода генератора в двигательный режим фаза тока токовой обмотки реле изменяется, равновесие вращающего момента диска и момента сопротивления пружины, удерживающей Диск, нарушается. В результате при некоторой величине обратной мощности, обусловленной настройкой реле, диск поворачивается и замыкает контакты, которые подают питание на отключающий расцепитель автомата.
Аналогичный принцип действия и устройство имеет реле перегрузки типа ИМ145, используемое в ГРЩ переменного тока в качестве защиты синхронных генераторов от перегрузки.
Электроизмерительные приборы, устанавливаемые на ГРЩ, Должны быть морского исполнения.
Рис. 6. Принципиальная схема РОМ.
Для измерения сопротивления изоляции судовой электроэнергетической системы на современных ГРЩ применяется устройство «Электрон». Это устройство предназначено для непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции судовых электрических сетей однофазного и трехфазного переменного тока напряжением до 400 В, частотой 50—500 Гц с незаземленной нейтралью, находящихся как под напряжением, так и в обесточенном состоянии.
Градуируя измерительный прибор в мегомах, можно по его показаниям судить о величине сопротивления изоляции.
Внешний вид устройства «Электрон», устанавливаемого в одной из секций ГРЩ, показан на рис. 7.
Устройство заключено в брызгозащищенный сварной анодированный корпус из сплава АМг, окрашенный снаружи молотковой эмалью светло-серого цвета. На задней стороне устройства на специальных конструкциях установлены трансформатор питания, переключатель уставок, сигнальная лампа и монтажные панели. На лицевой стороне крышки закреплены измерительный прибор магнитоэлектрической системы типа Ml45 на 50 В со шкалой, градуированной в мегомах (от нуля до МОм), кнопка «Замер» для включения измерительного прибора, кнопка «Контроль» для контроля исправности сигнальной цепи и глазок сигнальной лампы. В крышке имеется окно, через которое видна уставка шкалы переключателя.
Устройство обеспечивает непрерывный автоматический контроль сопротивления изоляции и автоматически включает световую и звуковую сигнализацию при снижении сопротивления изоляции ниже величины, заданной уставкой.
Питание устройства «Электрон» осуществляется от судовой сети переменного тока напряжением 127 или 220 В и частотой 50 Гц.
Аппараты, устройства и приборы главных распределительных устройств размещены по секциям ГРЩ. На некоторых судах функции управления и контроля за работой судовой электроэнергетической установки совместно с ГРЩ осуществляются пультами управления, устанавливаемыми в центральном посту управления (ЦПУ). Конструктивно пульты управления выполняются аналогично ГРЩ, но имеют наклонные панели, на которых, как на наклонных столах, располагаются шкалы приборов, рукоятки приборов и устройств управления.
Рис. 7. Внешний вид устройства «Электрон».
Часто пульт управления судовой электростанцией совмещается с пультом управления главной силовой установкой судна.