Основные параметры судовых электроэнергетических систем


Категория Судовые электростанции

Основными параметрами судовой электроэнергетической системы являются род тока, напряжение и частота. Совместно с другими параметрами они определяют надежность, вес, габариты, стоимость и эксплуатационные показатели электрооборудования судовой электроэнергетической системы.

Род тока. Правилами Регистра СССР допускается применение на судах постоянного и переменного тока. При выборе рода тока в процессе проектирования судовых электроэнергетических систем сравнивают систему постоянного тока и трехфазную трехпроводную систему (с изолированной нейтралью) переменного тока.

При этом сопоставляют следующие основные показатели:
— надежность работы электродвигателей и аппаратов управления; масса и габариты электрооборудования;
— стоимость электрооборудования;
— обеспечение требуемых характеристик электродвигателей судовых механизмов.

Надежность работы электродвигателей и аппаратов управления. В судовых электроэнергетических системах постоянного тока обычно используются двигатели со смешанным возбуждением, в системах переменного тока — асинхронные двигатели с коротко-замкнутым ротором. Двигатели постоянного тока по сравнению с асинхронными являются менее надежными в работе из-за наличия у них коллектора и щеточного механизма, на долю которых приходится более 40% всех неисправностей. Асинхронные корот-козамкнутые двигатели компактнее, проще в устройстве и обслуживании, а следовательно, и надежнее в работе. Отсутствие у них коллектора также устраняет один из основных источников помех радиоприему на судах.

Пуск асинхронных двигателей осуществляется с помощью магнитных пускателей, более простых и надежных по сравнению с пусковыми реостатами двигателей постоянного тока. Асинхронные двигатели имеют также и более продолжительный срок службы. Отсутствие открытых токоведущих частей (коллектора и щеток) повышает безопасность обслуживания электродвигателей.

Источниками электроэнергии постоянного тока на судах обычно являются генераторы со смешанным возбуждением,„источниками переменного тока — синхронные генераторы, которые также надежнее генераторов постоянного тока.

Применение переменного тока позволяет с помощью трансформаторов отделить сеть освещения от силовой сети. Это повышает надежность работы силовой сети, так как в этом случае короткие замыкания, которые чаще происходят в наиболее разветвленной сети освещения, имеют с силовой сетью лишь магнитную связь и поэтому оказывают на нее меньшее воздействие.

Кроме того, применение переменного тока позволяет упростить подачу питания с берега, где переменный ток является основным родом тока.

Масса и габариты электрооборудования. Сравнивая массу и габариты различных элементов систем переменного и постоянного тока, можно сделать следующие выводы:

масса асинхронных короткозамкнутых двигателей меньше массы двигателей постоянного тока в среднем на 30—50%, а габариты—на 20—30%;

масса и габариты распределительных устройств переменного тока несколько больше массы и габаритов распределительных устройств постоянного тока, что объясняется наличием трех шин и дополнительных приборов, необходимых для контроля частоты, cos ф и активной мощности в установках переменного тока;

передача электроэнергии переменного тока в основном осуществляется трехжильными кабелями, а энергии постоянного тока — двухжильными. В результате этого масса кабельной сети постоянного тока при одинаковом напряжении меньше массы сети переменного тока. Однако в случае использования переменного тока имеется возможность применить более высокое напряжение, при котором масса кабельной сети будет меньше массы кабельной сети постоянного тока более низкого напряжения.

Стоимость электрооборудования. Благодаря тому, что электродвигатели и аппараты управления переменного тока конструктивно проще и на их изготовление расходуется меньше цветных металлов и других материалов, они являются более дешевыми, чем двигатели и аппараты постоянного тока. Применение переменного тока по сравнению с постоянным дает уменьшение стоимости электрооборудования в среднем на 30—40% на малых и средних судах и на 50—60% — на крупных.

Большая надежность электрооборудования переменного тока обусловливает меньшие затраты на его ремонт во время эксплуатации. Более высокий к. п. д. асинхронных двигателей обеспечивает их повышенные эксплуатационные показатели.

Обеспечение требуемых характеристик электродвигателей. Основными потребителями электроэнергии на судах являются электродвигатели судовых механизмов. Сравнивая двигатели постоянного тока с асинхронными, можно сделать вывод о том, что в настоящее время двигатели постоянного тока имеют более плавное регулирование скорости в широких пределах. Однако на большей части современных судов 70—80% электрифицированных механизмов такого регулирования скорости не требуют. К ним относятся насосы, вентиляторы, компрессоры. С регулированием скорости в различных пределах работают брашпили, лебедки, краны и другие специальные механизмы.

Для нерегулируемых приводов наиболее рациональным является использование асинхронных короткозамкнутых двигателей, как наиболее простых, дешевых и надежных в работе. Механизмы со ступенчатым регулированием скорости могут приводиться асинхронными полюсопереключаемыми двигателями серии МАП, которые обеспечивают от двух до четырех устойчивых скоростей. В тех случаях, когда необходима высокая плавность регулирования скорости в широких пределах, до настоящего времени все еще применяют двигатели постоянного тока. При небольшом количестве таких электроприводов на судне они могут работать от местных преобразователей переменного тока в постоянный (например, система генератор — двигатель Г—Д).

В последнее время вместо системы Г—Д все шире стали применяться тиристорные преобразователи, которые можно использовать для плавной регулировки скорости в широких пределах как двигателей постоянного тока, так и асинхронных двигателей. В последнем случае они обеспечивают регулирование частоты и напряжения питающей сети.

Таким образом, сравнение постоянного и переменного тока показывает, что по большинству показателей переменный ток является наиболее предпочтительным. Постоянный ток в качестве основного рода тока на судне может быть рационален, например, на судах с ГЭУ на постоянном токе с возможным отбором мощности для общесудовых потребителей.

Величина напряжения. Номинальное напряжение, принимаемое для судовых электроэнергетических систем, зависит от установленной мощности судовой электростанции и расстояний, на которые необходимо передавать электроэнергию судовым потребителям.

Правилами Регистра СССР устанавливается верхний предел напряжения, равный:
400 в – на зажимах генераторов переменного тока;
380 В – у потребителей (силовых) переменного тока;
230 В — на зажимах генераторов постоянного тока;
220 В — у потребителей постоянного тока;
220 В — в сетях освещения постоянного и переменного тока;
24 В — для переносных ламп (ручных) в помещениях с повышенной влажностью;
12 В — для переносных ламп (ручных) в особо сырых помещениях.

Электрические машины постоянного и переменного тока в пределах допустимых напряжений имеют массу и габариты, зависящие главным образом от их мощности и не зависящие от номинального напряжения.

Распределительные устройства на 380 В имеют несколько меньшие массу и габариты, чем устройства на 220 В, что объясняется возможностью использовать в первом случае аппараты на меньший ток.

Применение как можно более высокого напряжения дает ощутимый выигрыш в массе и стоимости судовой кабельной сети. Поэтому на крупных судах, где имеются протяженные магистрали с мощными потребителями на конце, обычно выбирается максимально возможное напряжение, равное 380 В при переменном токе и 220 В — при постоянном.

Однако следует иметь в виду, что повышение напряжения связано с увеличением вероятности поражения людей электрическим током.

Частота тока судовой сети. В судовых электроэнергетических системах в настоящее время обычно используется общепромышленная частота 50 Гц. Для радионавигационных устройств и других

потребителей, работающих при повышенной частоте, применяются специальные преобразователи частоты.

Увеличение мощности электроэнергетической системы на вновь строящихся судах создает трудности в размещении электрооборудования на судне. Таким образом, возникает необходимость уменьшения массы и габаритов судового электрооборудования, чего можно добиться повышением частоты тока судовой электрической сети, например, до 400 Гц. При этом масса синхронных генераторов мощностью 100—300 кВт уменьшается в 2—3, размеры длины корпуса — в 2,3—3,5 и внешнего диаметра активного железа статора — в 1,4—1,8 раза.

Повышение частоты судовой электроэнергетической системы, кроме того, позволит:
— ограничить токи короткого замыкания в установке;
— увеличить cos <р при недогрузках асинхронных двигателей;
— уменьшить (обратно пропорционально частоте) время протекания переходных процессов и др.


Читать далее:

Категория Судовые электростанции