Правилами Регистра применение однопроводной системы, когда для электрической цепи прокладывается только один провод, а в качестве другого используется корпус судна, не разрешается.
При этой системе значительно увеличивается опасность поражения током обслуживающего персонала при сравнительно небольшой экономии цветных металлов. Однопроводная система встречается на иностранных судах.
При двухпроводной системе постоянного тока оба провода («плюсовой» и «минусовой») должны быть изолированы от корпуса судна. Двухпроводная система может применяться как для постоянного, так и для переменного (однофазного) тока.
Трехпроводная система (три фазных провода) распределения электроэнергии применяется при переменном токе.
Четырехпроводная система (три фазных и один нулевой провод) применяется исключительно при переменном токе. (Регистром, как правило, данная система не допускается.) Электродвигатели при этом подключаются к трем фазным проводам, а электрические лампы - между любым фазным и нулевым проводами.
Так же как и при двухпроводной системе все провода трехпроводной и четырехпроводной систем (в том числе нулевой провод) должны быть изолированы от корпуса судна.
Главный распределительный щит
Для контроля, управления и распределения получаемой от генераторов электроэнергии необходимо иметь специальное распределительное устройство, где были бы сосредоточены необходимые для этой цели приборы и аппараты. Таким устройством на судовой электростанции является главный распределительный щит.
Он состоит из металлического каркаса и отдельных панелей, укрепленных на каркасе при помощи болтов или винтов. Панели должны быть сделаны из огнестойкого и негигроскопического материала (гигроскопичность — способность материала впитывать влагу).
Наибольшее распространение получили панели из листового железа и гетинакса. Применение деревянных панелей для установки оборудования ни в какой части щита не допускается. Из пропитанного парафином дерева устраиваются лишь ограждающие щит поручни.
По конструкции щиты можно подразделить на две группы: щиты открытого типа и щиты закрытого типа. На щитах открытого типа все приборы и аппараты располагаются на лицевой стороне, на щитах закрытого типа на лицевой стороне размещаются лишь электроизмерительные приборы, а от других приборов и аппаратов на лицевую сторону выводятся рукоятки (маховики, ручки), сами же приборы и аппараты и все токоведущие части монтируются на задней стороне щита.
Согласно правилам Регистра на морских судах допускается установка лишь щитов закрытого типа. Количество панелей главного распределительного щита определяется числом генераторов электростанции и количеством судовых потребителей тока. Обычно предусматривают самостоятельные панели для каждого генератора (эти панели называются генераторными) и для отдельных групп потребителей тока (силовая сеть, сеть рабочего освещения, сеть нагревательных приборов и т. д.). Часто для уменьшения габаритов распределительного щита нижнюю часть генераторной панели используют в качестве распределительной.
Электрическая аппаратура, устанавливаемая на главном распределительном щите, подразделяется по своему назначению на следующие группы:
1) коммутационные аппараты, служащие для включения, выключения и переключения (рубильники, выключатели и переключатели);
2) защитные аппараты, служащие для защиты электрических машин и проводников от чрезмерной перегрузки током и от других нарушений нормальной работы электроустановок (плавкие предохранители, автоматические выключатели и реле);
3) электроизмерительные приборы — амперметры, вольтметры, высокоомные вольтметры для измерения сопротивления изоляции.
Кроме того, на щите устанавливаются регулировочные реостаты для генераторов, сигнальные лампы и лампы освещения щита.
Принципиальные схемы распределительных щитов
Подавляющее большинство современных судов имеет электростанции, состоящие из нескольких (чаще всего двух или трех) генераторов, предназначенных для длительной параллельной работы. В этом случае все генераторы присоединяются к общим непрерывным сборным шинам. Довольно часто для возможности раздельной работы генераторов общие шины при помощи секционных разъединителей или автоматов делят на отдельные секции, число которых может быть равно количеству генераторов или меньше его (например, две секции при трех генераторах). Такое деление шин на секции удобно и с точки зрения возможности отключения какой-либо секции на ходу судна для неотложного ремонта.
На рис. 1 приведена полная принципиальная схема генераторной панели главного распределительного щита (ГРЩ) судовой электростанции с генераторами постоянного тока смешанного возбуждения.
Рис. 1. Принципиальная схема генераторной панели ГРЩ
Якорь генератора Г присоединен к сборным шинам через трехполюсный
Защита генератора от обратного тока осуществляется реле обратного тока РОТ. Сериесная катушка этого реле включена в положительный полюс генератора, а шунтовая катушка подключена к напряжению генератора через нормально открытый контакт коммутатора автоматического выключателя. При срабатывании реле обратного тока его нормально открытый контакт замыкается и подает напряжение на катушку отключающего реле ОР, которое выключает автоматический выключатель.
Второй нормально открытый контакт коммутатора используется для подключения желтой сигнальной лампы ЛЖ, показывающей включенное положение автомата. Третий нормально закрытый контакт коммутатора включает зеленую сигнальную лампу ЛЗ в выключенном положении автомата. Цепи сигнальных ламп отключающего реле и шунтовой катушки реле обратного тока защищены плавкими предохранителями.
При расстоянии между генератором и щитом свыше 12 м правила Регистра, помимо наличия автоматического выключателя на ГРЩ, требуют установки в непосредственной близости от генератора плавких предохранителей, которые защищают последний от коротких замыканий в кабеле между генератором и ГРЩ.
К клеммам генератора через плавкие предохранители подключена сигнальная лампа ЛБ, показывающая наличие напряжения у генератора при выключенном автоматическом выключателе; лампа эта часто используется и для освещения генераторной панели ГРЩ.
Регулирование напряжения генератора осуществляется ручным регулятором напряжения PH.
При снятии напряжения с генератора ползунок регулятора напряжения устанавливают на холостой контакт Л1. При этом шунтовая обмотка возбуждения генератора Ш1 — Ш2 оказывается замкнутой сама на себя через сопротивление PC. Разрядное сопротивление PC предназначено для гашения токов самоиндукции, возникающих в обмотке Ш1 — Ш2 при ее выключении.
Если генератор размагнитится, то его можно намагнитить от другого работающего генератора напряжением с шин ГРЩ. При замыкании выключателя В и постановке ползунка регулятора напряжения на холостой контакт Л1 через шунтовую обмотку генератора проходит ток того же направления, что и при работе генератора; последний при этом намагничивается, сохраняя нужную полярность, После намагничивания выключатель В отключают и, вращая маховик регулятора напряжения по часовой стрелке, переводят генератор на работу с самовозбуждением. Сопротивление ДС в цепи намагничивающего устройства служит для ограничения тока намагничивания.
Напряжение генератора контролируется вольтметром V1, подключенным через плавкие предохранители к плюсу и минусу генератора до автоматического выключателя, считая от генератора.
Вольтметр часто включается через переключатель, который позволяет при выключенном автомате одним и тем же прибором измерять напряжение генератора и напряжение на шинах ГРЩ. Такое включение вольтметра удобно при вводе генераторов в параллельную работу.
Нагрузка генератора измеряется амперметром А, шунт которого Ш включен в положительный полюс с тем, чтобы замерить весь ток, проходящий через якорь генератора. При включении амперметра в минусовой полюс он не будет учитывать токи, проходящие через уравнительный провод.
Высокоомный вольтметр V2 с переключателем ПВ служит для измерения величины сопротивления изоляции установки.
На рис. 2 дана полная принципиальная схема генераторной панели главного распределительного щита переменного тока.
Рис.2. Принципиальная схема генераторной панели ГРЩ переменного тока
Селективный трехфазный автомат А снабжен электромагнитным замедлителем расцепления.
При размыкании контактов максимальных реле РМ магнитный поток катушки замедлителя ЗР, питающейся постоянным током через селеновый выпрямитель 1ВС, спадает постепенно, вследствие чего автомат остается включенным еще некоторое время после срабатывания максимальных реле, снабженных в свою очередь часовыми механизмами.
Отключающее реле ОР получает питание через контакты реле обратной мощности РОМ, которое защищает генератор от перехода в двигательный режим аналогично тому, как это осуществляет реле обратного тока.
Обмотка возбуждения синхронного генератора ОВГ питается постоянным током от возбудителя В через рубильник гашения поля РГП. При выключении обмотки возбуждения контакты рубильника сначала подключают к ней сопротивление гашения поля СГП, играющее роль разрядного, а затем отключают питание.
Регулирование напряжения генератора в период первоначального возбуждения при пуске осуществляется ручным регулятором напряжения РРН, включенным в цепь шунтовой обмотки возбудителя ОВВ. Постоянство напряжения во время работы генератора поддерживается автоматическим угольным регулятором напряжения РУН. Токовая цепь регулятора получает питание от трансформатора 1TT, а цепь напряжения — от клемм генератора.
Переключение с ручного управления напряжением на автоматическое осуществляется переключателем регуляторов напряжения ПРН, контакты которого показаны на схеме в положении, соответствующем автоматическому регулированию.
От клемм генератора (до автомата) получает питание серводвигатель СД, который управляет топливным регулятором дизеля. Включая серводвигатель переключателем ПСД короткими импульсами в ту или иную сторону, можно в некоторых небольших пределах изменять скорость вращёния дизеля, что необходимо при синхронизации генераторов.
Токовые катушки измерительных приборов (амперметры и ваттметры) получают питание от трансформаторов тока 2ТТ и 3ТТ. Ток можно измерить при помощи амперметрового переключателя АП в любой из трех фаз генератора. Катушки напряжения ваттметра, вольтметра и частотомера подключены к напряжению генератора через плавкие предохранители. Универсальный переключатель ВП дает возможность измерить напряжение и частоту между двумя любыми фазами генератора.
Схемы распределительных панелей щитов постоянного и переменного тока в принципе одинаковы.
На рис. 3 приведена принципиальная схема распределительной панели постоянного тока. В качестве коммутационных аппаратов и аппаратов защиты на ней смонтированы: рубильник Р, установочные автоматы УА и пакетные выключатели П с предохранителями ПР.
Рис.3. Принципиальная схема распределительной панели постоянного тока
Для ответственных потребителей на распределительных панелях ставят индивидуальные амперметры, для замера тока менее важных потребителей применяют групповой амперметр с переключателем, при помощи которого амперметр подключается поочередно к каждому из шунтов потребителей.
При переменном токе вместо шунтов в цепи потребителей устанавливают трансформаторы тока.
В этом случае, прежде чем отключить прибор от трансформатора тока, амперметровый переключатель должен замкнуть накоротко клеммы вторичной обмотки трансформатора тока.
Делают это для того, чтобы избежать на зажимах трансформатора тока высокого напряжения и чтобы магнитопровод трансформатора не перегревался.
Кроме генераторных и распределительных панелей, на щитах переменного тока обычно предусматривается общая для всех генераторов панель управления. На этой панели сосредоточены все приборы (вольтметр, частотомер, синхроноскоп), необходимые для синхронизации генераторов. При помощи переключателей эти приборы могут быть подключены к шинам и к любому генератору. На этой же панели часто устанавливают мегомметр для измерения величины сопротивления изоляции установки.
Аварийные щиты проще по схеме и меньше по габаритам. По конструкции они аналогичны главным распределительным щитам.
Схема распределительного щита аварийной электростанции с одним генератором представлена на рис. 4. Для того чтобы могла быть обеспечена возможность питания аварийного освещения также и от главных генераторов судна, необходимо подвести к распределительному щиту аварийной электростанции отдельную магистраль от сборных шин главного распределительного щита.
Рис.4. Схема распределительного щита аварийной электростанции
При этом схема должна быть выполнена таким образом, чтобы генератор Г аварийного агрегата не мог по ошибке оказаться включенным на сборные шины главного распределительного щита (во избежание возможной при этом перегрузки и выхода аварийного агрегата из строя).
В представленной схеме это достигнуто установкой переключателя П, позволяющего подключить сборные шины распределительного щита аварийной электростанции либо к магистрали, идущей от главного распределительного щита, либо к генератору аварийного агрегата, но устраняющего возможность подключения генератора аварийной станции к магистрали, идущей от главного щита. Существуют и другие схемы, не допускающие ошибочного включения генератора аварийной электростанции на сборные шины главного распределительного щита. Для упрощения схемы на ней не показаны регулировочный реостат генератора и обмотка возбуждения.
