В судовых электрических установках по разным причинам могут возникать перегрузки, короткие замыкания, снижение уровня изоляции или замыкания на корпус, которые могут привести к значительным повреждениям как самих установок, так и питающих их цепей.
Для исключения или уменьшения последствий, к которым приводят подобные нарушения, устанавливают различные виды защиты и устройства измерения и контроля изоляции.
Защита электрических цепей должна обладать высокой надежностью, достаточной чувствительностью, быстродействием и селективностью.
Что такое селективность защиты? Виды селективности
Селективность (избирательность) защиты — такое ее действие, при котором отключается только поврежденный участок цепи. Селективность может быть достигнута различными путями: подбором уставок по уровню перегрузки; по времени срабатывания; комбинацией уставок по уровню перегрузки и времени срабатывания.
Селективность защиты по времени достигается при выполнении условия: время срабатывания защитных аппаратов уменьшается по мере удаления от источника питания.
Селективность защиты по уровню перегрузки может быть достигнута при условии, что уставки автомата на ток перегрузки уменьшаются по мере удаления от источника питания.
Нормально действующая при перегрузках и КЗ селективная защита выполняется правильным подбором зависимых ампер-секундных характеристик защиты отходящих от ГРЩ и РЩ линий установочными автоматами или предохранителями и селективными АВВ с независимой выдержкой времени на генераторах, т. е. защитой, построенной по комбинированному принципу: по уровню перегрузки и по времени.
При этом предпочтительна защита отходящих от ГРЩ и РЩ линий установочными автоматами с комбинированными расцепителями, тепловые расцепители которых защищают линию от перегрузок свыше 1,3 Iн, а максимальные — от токов КЗ.
Для обеспечения селективности необходимо, чтобы ток КЗ потребителя был меньше тока срабатывания максимального расцепителя на ГРЩ. Поскольку это условие не всегда выполнимо, прибегают к специальным мерам: устанавливают на РЩ быстродействующие предохранители или на ГРЩ ставят селективный автомат вместо установочного (для мощных потребителей).
Выбор плавкой вставки предохранителей для потребителей, не имеющих больших пусковых токов (реостатный пуск двигателей, электронагревательные, осветительные и другие установки) производят по условию Iв = Iн, т. е. номинальный ток плавкой вставки должен быть примерно равен номинальному току потребителя. Плавкие вставки к предохранителям, защищающим асинхронные электродвигатели с КЗ ротором и прямым пуском, выбирают по условию:
где Iп — пусковой ток двигателя; а — коэффициент, принимаемый для обычных условий пуска 2,5, а для тяжелых условий (частые или затяжные пуски) а = 1,6—2.
Предохранители к фидеру, питающему РЩ с несколькими двигателями прямого пуска, производят по условию пуска наиболее крупного из них при работе остальных. Выбранная таким образом вставка должна защищать и кабель.
Выбор установочных автоматов производят по условию Iнр > Iн, т.е. номинальный ток расцепителя автомата должен быть примерно равен или несколько больше номинального тока потребителя.
Необходимость в выборе расцепителей установочных автоматов по пусковому току отпадает, так как время срабатывания теплового и ток срабатывания максимального расцепителей обеспечивают возможность пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Кроме защиты от КЗ и перегрузок в судовых энергосистемах при питании их с берега, предусматривается защита от работы на двух фазах.
Для этой цели широко применяется устройство ЗОФН, состоящее из блока трансформаторов тока включаемых в линию питания с берега, и блока реле. При обрыве фазы релейный блок обеспечивает подачу сигнала и включение независимого расцепителя автомата питания с берега.
Рис. 1. Схемы измерения сопротивления изоляции щитовыми приборами: а — вольтметром для цепи постоянного тока; б — мегомметром для цепи трехфазного тока
Защита генераторов от значительных перегрузок и токов КЗ осуществляется с помощью автоматических воздушных выключателей и устанавливаемых в этих АВВ расцепителей, а также с помощью реле обратного тока или обратной мощности.
Кроме того, часто предусматривают защиту генераторов от перегрузки, выполняемую с помощью электромагнитных токовых реле, подключаемых к трансформаторам тока. При сравнительно небольших токах перегрузки (I = 1,1 Iн) реле срабатывают и включают реле времени с достаточно большой выдержкой времени (t = 8 с), чтобы не реагировать на кратковременные толчки нагрузки, вызываемые пусковыми токами двигателей.
По истечении выдержки времени реле отключает неответственные потребители I очереди. Если перегрузка не исчезает, то второе реле времени отключит часть неответственных потребителей II очереди. При исчезновении перегрузки питание потребителей восстанавливается в обратном порядке.
Для этой цели устанавливают унифицированное автоматическое устройство разгрузки генераторов (УРГ).
Измерение и контроль сопротивления изоляции на судах могут выполняться следующими способами: измерение переносным мегомметром при отключенных источниках питания; измерение щитовыми приборами (вольтметрами или мегомметрами) под напряжением; измерение и непрерывный автоматический контроль изоляции с подачей звукового сигнала при ее снижении ниже уставки; контроль методом ламп накаливания.
Для измерения сопротивления изоляции кабеля, электродвигателя или любого другого оборудования на судне важно предварительно отключить питание в измеряемом участке цепи или схемы, поэтому для быстрого измерения наличия напряжения используют переносной указатель напряжения, который работает в любых цепях постоянного и переменного тока, а также способен выявлять целостность электрических обмоток электродвигателей, реле и других катушек. Кроме этого с помощью указателя напряжения можно проверять диоды и тиристоры на пробой, что также немаловажно при поиске низкой изоляции на судне.
Перед проверкой сопротивления изоляции портативным мегомметром проверь отсутствие напряжения с помощью указателя напряжения или мультиметра!
В установках постоянного тока широкое применение получил метод трех отсчетов вольтметра (рис. 1, а). При этом методе высокоомным вольтметром V с помощью переключателя УП производят три замера напряжения: U1 — между положительным полюсом цепи и корпусом судна (УП в положении 1-1); U2 — между отрицательным полюсом и корпусом (положение 3—3); U — напряжение на шинах (положение 2—2).
Сопротивления изоляции между положительным полюсом и корпусом Rx1, между отрицательным полюсом и корпусом Rx2 и общее сопротивление изоляции цепи Rx определяют соответственно по формулам:
где Rв — сопротивление вольтметра, которое для напряжения 110 В составляет 50 кОм, для 220 В — 100 кОм.
Напряжение U можно принимать равным номинальному напряжению цепи — тогда достаточно двух замеров U1 и U2.
На вольтметре, кроме шкалы в вольтах, нанесена шкала в мегомах, рассчитанная по формуле для Rx. Поэтому величину сопротивления изоляции определяют по шкале сопротивлений против отметки U1 + U2 на шкале напряжений (после измерения U1, U2 и их суммирования).
В установках переменного тока для контроля и измерения сопротивления изоляции получили применение схемы, использующие принцип наложения постоянного тока на контролируемую цепь. На рис. 1, б приведена схема включения щитового мегомметра с добавочным устройством в цепь трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью.
Работа схемы основана на измерении постоянного тока, протекающего через сопротивление утечки (изоляцию) контролируемой сети и состоит из дополнительного устройства и измерительного прибора. Дополнительное устройство состоит из понижающего трансформатора Тр, выпрямителя В, сглаживающего фильтра С1 — L — С2 и делителя напряжения R1 — R2. Оно предназначено для получения остоянного тока, протекающего при включенном автомате (АВ) по цепи, указанной стрелками на схеме. Измерительный прибор (ИП) магнитоэлектрической системы, отградуированный в мегомах, подключен одним зажимом к корпусу, а другим, через резистор и автомат АВ, к фазе С цепи. Постоянный ток, пройдя через сопротивление изоляции трех фаз, суммируется в измерительном приборе, который показывает общее сопротивление и изоляции Rиз всех фаз.
Сопротивление изоляции каждого фидера кабельной цепи должно быть в процессе сдаточных ходовых испытаний: для силовой цепи не менее 1 МОм; для цепи освещения не менее 0,3 МОм при напряжении до 125 В и не менее 1 МОм при напряжении от 125 до 500 В; для установок слабого тока не мене 0,3 МОм при напряжении цепи 125 В и 1 МОм при напряжений от 125 до 500 В.
Обслуживание цепей. В процессе эксплуатации судовые цепи тщательно осматривают, не реже двух раз в год.
К основным неисправностям электрических цепей относятся: понижение сопротивления или пробой изоляции, механические повреждения жил, изоляции и защитных оболочек кабелей. При возникновении повреждения кабель отключают и с помощью мегомметра проверяют целостность жил, сопротивление изоляция жил между собой и на корпус.
Поврежденные кабели ремонтируют или заменяют новыми. Сращивание кабелей посредством пайки токоведущих жил не допускается, а выполняется с помощью холодной опрессовки с последующей вулканизацией резиновой изоляции и оболочки. Все нетоковедущие части арматуры цепей, щитов и металлические оплетки кабелей должны быть надежно заземлены. После осмотра все кабели, конструкции их крепления и кожухи, закрывающие кабельные трассы, окрашивают.
