Судовые электрические станции и их эксплуатация

ОРГАНИЗАЦИЯ, УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ИСПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

В общем случае под эксплуатацией судового электрооборудования понимается совокупность организованных действий по приведению оборудования в рабочее состояние, поддержание его в этом состоянии и использование по назначению с требуемой эффективностью.

Практически в настоящее время эксплуатация судового электрооборудования сводится к обслуживанию и уходу за ним, а также к выполнению необходимых ремонтных работ.

Обслуживание подразумевает работу по содержанию электрооборудования в чистоте и сохранности, обеспечению его немедленной готовности к действию, а также операции, связанные с пуском, остановкой и изменением режима работы. К обслуживанию также относятся систематические осмотры электрооборудования и контроль сопротивления его изоляции.

Уход за судовым электрооборудованием включает профилактические осмотры и чистку.

Обслуживание судового электрооборудования и уход за ним осуществляют в соответствии с «Правилами технической эксплуатации судового электрооборудования», знать и выполнять которые обязаны все работники, связанные в своей деятельности с эксплуатацией, ремонтом, разработкой, проектированием и созданием судового электрооборудования.

В процессе эксплуатации электрооборудование изнашивается (имеются нормы износа). Износ и аварийные повреждения приводят к неисправностям электрооборудования; судовой электротехнический персонал должен вовремя обнаруживать и устранять появившиеся неисправности, что исключает развитие тяжелых аварий.

Ремонт судового оборудования производят согласно плану- графику технического обслуживания (ТО), разработанному на основе результатов профилактических осмотров, актов освидетельствования судна Регистром, инспекторских осмотров, проведенных пароходством, актов, предписаний и требований органов надзора (ВОХР, Госсанинспекции, Технической инспекции профсоюза рабочих морского флота). Мелкий ремонт обычно производят на судне. 

Значительные неисправности устраняют во время заводского ремонта — по ремонтной ведомости, в которой указаны содержание и объем ремонта. Наблюдение за ходом и качеством ремонта ведет судовой электротехнический персонал.

Обслуживание, уход и своевременный ремонт судового электрооборудования должны обеспечить: исправное состояние, бесперебойную и безаварийную работу судовой электростанции,электроприводов судовых механизмов и другого электрического оборудования во всех режимах работы судна; безопасность плавания; безопасность обслуживающего персонала; пожарную безопасность; продление срока службы электрооборудования.

Судовой электротехнический персонал осуществляет техническую эксплуатацию электрооборудования и несет прямую ответственность за его исправность. Общую ответственность за правильную эксплуатацию и техническое состояние электрооборудования несет старший (главный) механик судна.

Техническая документация включает различные журналы и формуляры. Основным документом на судне без электродвижения является журнал технической эксплуатации, являющийся составной частью формуляра технического состояния электрооборудования и отражающий общее состояние судового электрооборудования в период эксплуатации, время работы механизмов и агрегатов, а также работы по уходу за электрооборудованием. Запись в этом журнале ведут электромеханики.

Кроме того, на каждом судне имеется общий формуляр, в котором перечислено все установленное на судне электрооборудование, его основные технические данные и куда записывают данные, связанные с эксплуатацией электрооборудования.

Кроме общего формуляра, на судне имеются аккумуляторный журнал, журнал замеров сопротивления изоляции, журнал регистрации отказов, дефектов и недостатков оборудования, а также формуляры заводов-изготовителей на каждый электропривод. К каждому формуляру приложены схемы и протоколы испытания данного, электрооборудования.

Условия работы электрооборудования на судах резко отличаются от береговых и являются более тяжелыми. Судовому электрооборудованию приходится работать в условиях качки (килевой и бортовой), вибрации, ударных сотрясений, значительной влажности и т. д.; поэтому к нему предъявляют определенные требования.

Судовое электрооборудование должно надежно работать в условиях:

• длительного крена до 15°, дифферента до 5°, а также при бортовой качке до 22,5° и килевой до 10° от вертикали;
• относительной влажности воздуха 75±3% при температуре окружающей среды +45±2°С или 80 ±3% при температуре + 40±2°С, а также при относительной влажности воздуха 95±3% при температуре + 25±2°С;
• изменения температуры окружающего воздуха на открытой палубе от —30 до + 45°С, а в помещениях от —10 до +45°С при неограниченном районе плавания;
• вибраций — общей (создаваемой работой гребных винтов) и местной (вызванной работой отдельных механизмов), которая может быть до 30 Гц при ускорении до 5 м/с²;
• ударных сотрясений (тряски), вызванных ударом судна о волны или случайные предметы;
• воздействия морской соленой воды, тумана, паров соляра, масел и других нефтепродуктов.

Электрооборудование, применяемое на судах, может быть открытого, защищенного, каплезащищенного, брызгозащищенного, водозащищенного, водонепроницаемого и погружного (работающего в затопляемых помещениях) исполнения. Наибольшее распространение получили защищенное, брызгозащищенное, водозащищенное и водонепроницаемое исполнения.

Защищенное исполнение предотвращает непроизвольное прикосновение к токоведущим, движущимся и нагретым (до 60°С и выше) частям.

Брызгозащищенное исполнение предотвращает попадание внутрь корпуса капель и брызг, падающих со всех сторон в течение 10 мин и создаваемых специальным устройством с давлением воды в подводящей трубе не менее 98066,5 Па (1 кгс/см²).

Водозащищенное исполнение предотвращает попадание внутрь электрооборудования воды при обливании его из шланга внутренним диаметром 12,5 мм с расстояния соответственно 3 и 1,5 м в течение 15 мин при давлении воды не менее 98066,5 Па (1 кгс/см²).

Особо важное значение придается электроизоляции судового электрооборудования. Она выполняется на основе слюды, а в последнее время все чаще используют изоляцию, выполненную на основе стекловолокна и кремнийорганических пропиточных материалов. Эта изоляция — маслостойкая, негигроскопичная, обладает хорошей механической прочностью, выдерживает высокие температуры. Правила Регистра, в зависимости от допустимых температур, предусматривают шесть классов изоляции:

А—105°С, для различных пропитанных органических материалов и органических составов (эмалей), применяемых для изготовления эмалированных проводов (ПЭЛ);

Е — 120°С, для некоторых органических синтетических пленок и пластмасс (эмалевая изоляция проводов ПЭВ);

В — 130°С, для материалов на основе слюды, асбеста и стекловолокна с органическими связывающими веществами (миканит, микалента, асбестовая бумага и лента, стеклоткани, стеклоленты);

F — 155°C, для материалов на основе слюды, асбеста и стекловолокна, содержащих связывающие синтетические вещества повышенной термической стойкости;

Н — 180°С, для материалов на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с кремнийорганическими связывающими и пропитывающими составами;

С —свыше 180° С, слюда, стекло, кварц, асбест и т. д.

Токоведущие части судового электрооборудования с целью повышения стойкости против коррозии и механической прочности выполняют только из меди или латуни.

ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

На современных судах морского флота к многочисленным и разнообразным потребителям электроэнергии относятся: электрифицированные механизмы и устройства, освещение, бытовые потребители, радиосвязь, сигнализация и т. п. Потребители электроэнергии можно классифицировать по различным признакам: по назначению, характеру работы по режимам и продолжительности этой работы, важности, характеру нагрузки (коэффициенту мощности).

По назначению судовые потребители электроэнергии можно разделить на следующие группы: палубные механизмы и устройства (шпиль, брашпиль, грузовые устройства, рулевое устройство и т. д.); вспомогательные механизмы машинно-котельных отделений (охлаждающие насосы забортной и пресной воды, масляные и топливные насосы, сепараторы топлива и масла и т. д.); механизмы судовых систем и устройств (пожарный насос, балластный насос, санитарный насос пресной воды и т. д.); общесудовая и производственная вентиляция и кондиционирование; бытовые механизмы и устройства (мясорубка, камбузная плита, хлебопекарня, кипятильник и т. д.); освещение; электронавигационные приборы и радиотехнические средства; прочие потребители (механические мастерские и лаборатории, сигнализация и т. д.).

Для малых судов деление на группы обычно не производят.

По характеру работы в режимах и ее продолжительности потребители электроэнергии разбивают на три категории: потребители, работающие в данном режиме работы судна постоянно, периодически и эпизодически.

К постоянно работающим потребителям электроэнергии относят механизмы и устройства, непрерывная работа которых в данном режиме работы судна необходима. Например, для ходового режима постоянно работающими потребителями будут: рулевое устройство; вспомогательные механизмы, обслуживающие главную силовую установку и т. п.

К периодически работающим потребителям обычно относят механизмы и устройства, обеспечивающие поддержание некоторых технологических параметров в заданных пределах. Включение и выключение таких потребителей производятся, как правило, автоматически. Сюда могут быть отнесены рефрижераторные установки, гидрофоры, компрессоры и т. п. Удельный объем этих потребителей в настоящее время непрерывно увеличивается в связи с автоматизацией судов.

К эпизодически работающим потребителям относят механизмы и устройства, непродолжительное включение которых диктуется редко возникающей необходимостью. Сюда относят: балластный и осушительный насосы, пожарный насос (кроме аварийного режима), валоповоротное устройство и др.

По важности потребители электроэнергии разделяют на ответственные и второстепенные. При этом разделении учитывают влияние потребителей на безопасность плавания судна, сохранность груза и жизнеобеспечение экипажа. К ответственным потребителям электроэнергии относят: рулевое устройство; брашпиль; пожарные и осушительные насосы; компрессоры и насосы спринклерной системы; холодильные установки грузовых трюмов; вспомогательные механизмы, обслуживающие главную энергетическую установку; гирокомпас, радиостанцию; освещение; навигационные приборы; сигнально-отличительные огни и др.

По характеру нагрузки различают потребители с активной (cos ф = 1), реактивной (cos ф = 0) и смешанной нагрузками.

Объем электрооборудования судов в зависимости от назначения и водоизмещения колеблется в значительных пределах. Он определяется общей установленной мощностью потребителей электроэнергии и суммарной мощностью генераторов судовой электростанции. Общая мощность потребителей электроэнергии всегда больше суммарной мощности генераторов. Это объясняется тем, что в разных режимах работы судна работают определенные группы разноименных потребителей и с неполной загрузкой. Кроме того, в самой группе одноименные потребители (например, масляные или топливные насосы) все одновременно не работают. При расчете судовой электростанции это учитывают, вводя коэффициенты одновременности k0 и загрузки k3 потребителей.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Основными параметрами электроэнергетических систем являются род тока, напряжение и частота. Рациональный выбор указанных параметров имеет большое значение с точки зрения эксплуатации, надежности, стоимости, массы и габаритов судового электрооборудования. До 40-х годов на судах применяли в основном постоянный ток. В последующие годы, в связи с ростом мощностей судовых электроэнергетических установок, а также созданием надежного, экономичного и удобного в эксплуатации электрооборудования на переменном токе, область применения постоянного тока ограничивается.

Основные потребители электроэнергии на судах — электроприводы. Электродвигатели постоянного тока имеют коллектор и щеточное устройство, которые служат причинами частых неисправностей и аварий. Они имеют сложные конструкцию и пусковую аппаратуру и требуют тщательного ухода.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели переменного тока просты и надежны, не требуют тщательного ухода при эксплуатации, имеют меньшую массу, габариты и стоимость по сравнению с электродвигателями постоянного тока.

Синхронные генераторы переменного тока с самовозбуждением и автоматическим регулированием напряжения при одинаковых (с генераторами постоянного тока) мощности и частоте вращения имеют меньшие габариты, удобнее в эксплуатации, более просты и надежны.

Пусковая и коммутационная аппаратура электродвигателей и генераторов переменного тока — проще, надежнее, имеет меньшую стоимость и удобнее в эксплуатации.

При переменном токе напряжение сети освещения можно понизить. Понижающие трансформаторы дают возможность отделить сеть освещения, где часто случаются повреждения и замыкания, от силовой сети, надежность которой при этом повышается. При стоянке в порту судно с электростанцией на переменном токе может получать электроэнергию от береговых электростанций.

Машины переменного тока имеют меньшую пожаро- и взрывоопасность, так как у них нет коллектора и щеточного устройства, где часто возникает искрение.

Вместе с тем, переменному току присущи и определенные недостатки: худшие регулировочные свойства у двигателей переменного тока, особенно с точки зрения плавности регулирования; большие пусковые токи короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, мощность которых часто соизмерима с мощностью синхронных генераторов, что приводит к глубоким провалам напряжения сети и др.

Главный недостаток переменного тока — плохие регулировочные свойства короткозамкнутых электродвигателей — в настоящее время преодолевается применением многоскоростных электродвигателей и частотных преобразователей. Обнадеживающие результаты получены в случае тиристорного управления электродвигателями переменного тока.

Правила Регистра допускают применение на судах постоянного и переменного тока. Электростанциями постоянного тока оборудованы сейчас в основном малые суда: катера, буксиры, некоторые промысловые и небольшие сухогрузные суда.

Каждый из потребителей электроэнергии рассчитан на определенное номинальное напряжение Uном. Номинальным напряжением потребителей и источников электроэнергии называют напряжение, на которое они рассчитаны, нормально работают и дают наибольший экономический эффект. Чем выше напряжение электроэнергетической системы, тем меньше расход меди на обмотках машин и аппаратов, распределительных устройствах и, особенно, в кабелях и проводах. Согласно Правилам Регистра Uном на зажимах источников электроэнергии не должны превышать следующих величии:, 400 В при переменном трех фазном токе с частотой 50 Гц или 460 В с частотой 60 Гц; 230 В при переменном однофазном токе с частотой 50 Гц или 270 — с частотой 60 Гц; 230 В при постоянном токе.

Более высокие напряжения не применяют по соображениям электробезопасности (табл. 1).

Табл. 1. Наибольшее допустимое номинальное напряжение (Uн, В) на зажимах потребителей электроэнергии  при постоянном (I) и переменном (II) токе

В России и Европе судовые электроэнергетические установки рассчитаны на промышленную номинальную частоту fном = 50 Гц (в США и Японии 60 Гц). Питание устройств радиолокации и гироскопии осуществляется через преобразователи частотой 400 Гц. Рост мощностей электроэнергетических установок приводит к значительному увеличению массы и габаритов электрооборудования, поэтому в последние годы имеется тенденция к повышению частоты до 400—500 Гц.