Распределительный щит: назначение, конструктивные особенности, монтаж

Встретить распределительные щиты можно где угодно - многоквартирные дома, предприятия, торговые центры, торговые суда и не только. Задача данных устройств заключается в приеме и в дальнейшем распределении электрической энергии по объекту. Кроме этого, их применяют для защиты сети от коротких замыканий и перегрузки.

Конструктивные особенности

Распределительный щит состоит из 3-х частей:

1. Вводная;
2. Секционная;
3. Линейные панели.

В первой части расположены вводные автоматы. Именно они принимают электрическую нагрузку, а после отправляют к приборам учета. В секционной панели находится автоматический выключатель. К нему подключено несколько секций одного вида. Что касается линейной панели, то тут могут стоять самые разнообразные устройства. 

К примеру, источник бесперебойного энергоснабжения, контрольно-измерительные приборы, автоматические вводы резерва и выключатели нагрузки.

Системы распределения электроэнергии на судне

Потребители электроэнергии могут быть присоединены к ГРЩ, АРЩ или РЩ. Питание РЩ и отдельные потребителей от ГРЩ осуществляется по следующим системам: кольцевой, магистральной, фидерной, смешанной (магистрально-фидерной).

Кольцевая система (рис. 1, а): от ГРЩ отходит одна ши несколько замкнутых кабельных линий большого сечения (кольцевых магистралей) с врезанными в них магистральными коробками МК или щитами, от которых получают питание потребители.

Особенность кольцевой системы состоит в том, что повреждение любого участка кольца не нарушает питания потребителей, что повышает надежность электроснабжения.

При установке двух или нескольких электростанций на судне их объединяют кольцом, что еще более повышает живучесть энергосистемы. На судах эта система не нашла применения.

Магистральная система распределения электроэнергии (рис. 1, б): от ГРЩ по судну проложены магистральные кабельные линии, одна — по левому, другая — по правому борту. От магистралей через врезанные в них магистральные коробки МК получают питание потребители электроэнергии, причем, наиболее ответственные из них имеют возможность подключаться к магистралям правого и левого бортов.

Судовые электрические цепи и их расчет

Комплекс электрических кабелей, распределительных устройств и арматуры цепи, служащей для подачи электроэнергии потребителям, называется электрической цепью.

На современных судах имеется большое число самостоятельных электрических цепей различного назначения, которые рассмотрены ниже; их основные виды выделены полужирным шрифтом.

Силовая цепь предназначена для подвода электроэнергии к силовым потребителям, т. е. к электроприводам судовых механизмов всех назначений и мощным электронагревательным приборам. На судах может быть несколько самостоятельных цепей освещения.

Цепь основного или нормального освещения служит для питания светильников общего, местного и специального назначения нормальном для судна режиме и подключается к ГРЩ. Основное требование к цепи — обеспечение норм освещенности и качества освещения (равномерность в пространстве и времени, достаточная надежность и бесперебойность). Цепь основного освещения на средних и крупных судах с электростанцией переменного тока получает питание от отдельной секции ГРЩ, питающейся, в свою очередь, от основных шин через понижающие трансформаторы 380/220 или 380/127, реже 220/127 В. От этой секции получают питание групповые щиты освещения. Эта часть цепи носит назначение первичной цепи освещения. Кабельные линии от групповых щитов к светильникам образуют вторичную цепь освещения.

Судовые распределительные устройства и требования к ним

Распределительными устройствами (РУ) называются конструкции, в которых смонтированы коммутационная, защитная, регулирующая, сигнальная аппаратура и электроизмерительные приборы. Они предназначены для управления электрическими цепями, их защиты и контроля. Степень насыщенности РУ оборудованием определяется их назначением и выполняемыми функциями.

Классификация РУ. По назначению РУ можно подразделить на: главные распределительные щиты (ГРЩ), аварийные распределительные щиты (АРЩ), пульты управления (ПУ), распределительные щиты (РЩ), щиты отдельных потребителей (ЩП), контрольные щиты (КЩ), специализированные щиты и щиты освещения (ЩО).

ГРЩ предназначены для управления, защиты, контроля и регулирования параметров электроэнергетической установки и распределения электроэнергии по судну в целом.

АРЩ выполняет ту же роль, что и ГРЩ, но для аварийных источников питания и потребителей, работающих в аварийном режиме.

ПУ предназначены для дистанционного контроля и управления работой генераторных агрегатов и ответственных потребителей.

РЩ служат для распределения электроэнергии в пределах определенного района судна или среди небольшой группы близких по назначению потребителей и получают питание от ГРЩ, АРЩ или от группового РЩ. Групповым РЩ называют распределительное устройство, служащее для питания нескольких РЩ и получающее питание непосредственно от ГРЩ или АРЩ.

Аварийный распределительный щит (АРЩ) и аварийный дизель-генератор (АДГ). Схемы автозапуска и взятия на шины АДГ

Аварийные источники электроэнергии, дизель-генераторы и аккумуляторные батареи, предназначены для питания ответственных судовых потребителей при исчезновении напряжения на ГРЩ.

Аккумуляторные батареи используют также в качестве аварийных источников электроэнергии, которые кратковременно обеспечивают питание необходимых ответственных потребителей с момента исчезновения напряжения на ГРЩ до начала работы аварийного дизель-генератора.

Согласно Правилам Регистра аварийный источник электроэнергии должен быть установлен на каждом судне, кроме грузовых судов ограниченных (II и III) районов плавания и валовой вместимостью 300 и менее peг. т и судов, где основным источником электроэнергии является аккумуляторная батарея, если она по емкости и расположению отвечает требованиям, предъявляемым к аварийным источникам.

Параллельная работа судовых генераторов. Главное условие включения генераторов переменного тока на параллельную работу

На судах обычно применяют параллельную работу генераторов, которая может быть продолжительной или кратковременной. При продолжительной параллельной работе генераторы работают в течение времени, требуемого эксплуатационными условиями. Кратковременная параллельная работа генераторов предусматривается на время перевода нагрузки с одного генераторного агрегата на другой.

Параллельная работа генераторов по сравнению с раздельной имеет целый ряд преимуществ: обеспечивается оптимальная загрузка электростанции, так как дополнительные генераторы включают только тогда, когда этого требуют эксплуатационные условия; нагрузка с одного генератора на другой переводится без перерыва питания; обеспечивается возможность пуска мощных двигателей при допустимых значениях провала напряжения; имеется возможность снизить расход топлива за счет лучшего использования мощности генераторных агрегатов; обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей в случае выхода из строя одного из генераторов и другие.

Основные и аварийные электростанции на судне

Судовая электроэнергетическая установка состоит из источников электроэнергии, электрических цепей, распределительных устройств и потребителей электроэнергии. При общем рассмотрении ее можно представить состоящей из электроэнергетической системы и потребителей. Одной из важнейших частей электроэнергетической системы является судовая электрическая станция (СЭС), которая преобразовывает различные виды энергии в электрическую и предназначена для питания всех потребителей электроэнергии во всех режимах работы судна. В состав СЭС входят генераторные агрегаты (первичные двигатели и генераторы), распределительные устройства с приборами управления, контроля и защиты.

По назначению СЭС делят на основные, аварийные и специальные. Основная электростанция предназначена для питания всех потребителей электроэнергии в нормальных условиях эксплуатации судна. Аварийная электростанция питает ограниченное число ответственных потребителей электроэнергии при выходе из строя основной. Специальные электростанции служат для питания каких-либо специальных потребителей электроэнергии, например гребных электрических установок или электропривода траловых лебедок.

Главный распределительный щит: характеристики и виды

ГРЩ представляет собой устройство, которое необходимо для приема и отправки электроэнергии по всем необходимым точкам. Оно может быть подключено к разнообразным сетям заземления. Это обеспечивает дополнительную безопасность работы всего оборудования. Главный распределительный щит (ГРЩ) используется и для защиты всех линий от перегрузок и перепадов напряжения.

Современные устройства способны отслеживать утечки тока на разных промежутках электрической цепи. Кроме того, они фиксируют короткие замыкания и способствуют снижению их возникновения.

Судовые аккумуляторы (виды, назначение, заряд, разряд, эксплуатация и обслуживание)

В судовых электростанциях аккумуляторные батареи резервируют электрическую энергию на случай отключения генераторов, обеспечивая при этом энергией сети аварийного освещения, радио- и телефонии, сигнализации, аварийного питания систем дистанционного управления главными дизелями, рулевого управления и станций сигнальных огней; аккумуляторы используются также для стартерного пуска дизелей.

Применение химических источников тока (аккумуляторов) вызвано необходимостью иметь постоянно готовый к действию источник энергии при аварийном режиме работы судовой электростанции, а также для питания электрических сетей, требующих постоянного напряжения.

Системы управления судовыми дизель-генераторами

В работе судовых электростанций автоматические системы управления дизель-генераторами обеспечивают пуск:

• одного из основных дизель-генераторов в случае увеличения нагрузки свыше 80 % мощности работающего генератора;
• основного дизель-генератора и перевод на него нагрузки с валогенератора во время маневровых режимов работы судна, когда значительно изменяются напряжение и частота тока на шинах ГЭРЩ; 
• одного резервного дизель-генератора;
• аварийного дизель-генератора при чрезмерном понижении или исчезновении напряжения на шинах основной станции. Время запуска при этом не должно превышать 15 с.

Система автоматического пуска аварийного дизель-генератора обеспечивает его запуск в случае уменьшения напряжения или частоты сети ниже допустимых значений, а также при выходе из строя второго (работающего) дизель-генератора.

Системы распределения электроэнергии на судах и типы сетей

На судах наиболее распространены двух- и трехпроводная системы распределения электроэнергии постоянного и переменного тока. Причем использование корпуса судна в качестве одного проводника запрещено, поэтому системы называются изолированными.

При использовании двухпроводной системы распределения электроэнергии постоянного тока все электрические потребители (ЭП) — осветительные и электронагревательные приборы, двигатели и т. д. включены по одинаковой схеме (рис. 1, а).

По трехпроводной системе на переменном токе (рис. 1,б) коммутируются электродвигатели, электронагревательные приборы (отопление и камбузное оборудование) и другие потребители, включенные на полное линейное напряжение генератора.

Распределительные устройства судовых электростанций

Различают системы распределения электроэнергии: одно-, двух-, трех- и четырехпроводную.

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.

Контроль изоляции судовых электрических сетей

При исправном состоянии изоляции электрических сетей обеспечиваются безаварийная и надежная работа электрооборудования, безопасность обслуживания, а также пожарная безопасность.

Надежность судовых сетей зависит от состояния изоляции кабелей, распределительных устройств и аппаратуры между токоведущими частями и между последними и корпусом судна.

Состояние изоляции судовой сети в основном характеризуется электрическим сопротивлением токам утечки в сети через изоляцию. В судовых условиях состояние изоляции проверяется измерением ее сопротивления относительно корпуса и между электрическими цепями.

Величина сопротивления изоляции зависит от температуры нагрева кабеля и элементов электрооборудования, температуры и влажности окружающей среды. При увеличении температуры и влажности сопротивление изоляции значительно уменьшается. Общее сопротивление изоляции между токоведущими частями и корпусом элементов электрооборудования судовой сети измеряется при включенных потребителях и источниках под напряжением. Сопротивление кабельной сети и отдельных участков может измеряться при отключенных потребителях и источниках тока.

При определении сопротивления изоляции между отдельными жилами одного и того же кабеля необходимо отключить потребители, так как при подключенных потребителях измеряется также сопротивление изоляции приемников, которое значительно меньше нормального сопротивления изоляции жил кабелей.

Системы распределения электроэнергии и типы судовых электрических сетей

Судовая электрическая сеть является важнейшей составной частью СЭЭС и служит для передачи энергии от источников к потребителям или обеспечивает электрическую связь между различными элементами какой-либо системы.

Электрические сети разделяются на первичные и вторичные.

Первичная электрическая сеть соединяет распределительные щиты и отдельные потребители крупной мощности, подключенные непосредственно к ГРЩ.

Рис. 1. Однолинейная схема участка первичной и вторичной судовой сети:

ГРЩ — главный распределительный щит; РЩ — распределительный

щит; ВРЩ — вторичный распределительный щит; П — потребитель;

АВ — автоматический выключатель; Г — генератор

Вторичная электрическая сеть соединяет потребители электрической энергии и вторичные распределительные щиты. На рис. 1 изображены участки первичной и вторичной судовой сети.

Отработка эксплуатационных навыков по измерению сопротивления изоляции судового электрооборудования и определению мест повреждения изоляции в кабелях

Цель работы

Освоение различных методов замера сопротивления изоляции и определения мест повреждения изоляции в кабелях.

Ознакомление с приборами и устройствами измерения сопротивления изоляции в судовых электрических сетях и установках, находящихся под напряжением и без напряжения.
Анализ и сравнение различных методов измерения сопротивления и определения мест повреждения изоляции на основании проведенных экспериментальных исследований.

Программа работы

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия переносного мегомметра. Произвести замеры сопротивления изоляции фидеров, отходящих от ГРЩ и других элементов электрооборудования.
2. Ознакомиться со схемами измерения сопротивления изоляции сетей, находящихся под напряжением. Произвести замеры сопротивления изоляции фидеров, отходящих от ГРЩ, находящихся под напряжением.
3. Ознакомиться с принципом действия устройств непрерывного контроля сопротивления изоляции сетей переменного тока. Произвести испытание этих устройств при различных их уставках по сопротивлению изоляции контролируемой сети.
4. Определить место повреждения изоляции кабеля при различных случаях ее повреждения наиболее распространенными методами.

Отработка эксплуатационных навыков по управлению судовыми синхронными генераторами

Цель работы

Ознакомление с конструкцией ГРЩ, его коммутационно-защитной и измерительной аппаратурой, электрогенерирующими агрегатами и их системами регулирования и управления. Испытание электрической станции в различных режимах работы. Исследование различных способов включения генераторов на параллельную работу. Отработка навыков по настройке САР напряжения и частоты вращения генерирующих агрегатов.

Программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией ГРЩ, дать эскиз его общего вида.
2. Ознакомиться с электрогенерирующими агрегатами, их конструкцией и техническими характеристиками.
3. Ознакомиться с конструкцией, устройством, техническими характеристиками коммутационно-защитной и измерительной аппаратуры ГРЩ.
4. Произвести испытания электростанции в условиях работы каждого электрогенерирующего агрегата в отдельности.
5. Произвести испытания электростанции в процессе синхронизации различными способами.
6. Произвести испытания электростанции в условиях параллельной работы агрегатов.
7. Произвести испытания защиты генераторов от обратной мощности.
8. Обработать результаты испытаний и дать их анализ.

Обслуживание электрооборудования в условиях судна

Техническая эксплуатация электрооборудования

Срок службы и надежность работы судового электрооборудования во многом зависят от его грамотной технической эксплуатации, вахтенного и технического обслуживания. Техническую эксплуатацию электрооборудования осуществляет электрогруппа во главе с электромехаником судна в соответствии с Правилами технической эксплуатации судового электрооборудования.
В вахтенное обслуживание входят: подготовка к пуску и включению, пуск и включение, наблюдение за нормальной работой, остановкой и отключением судового электрооборудования. Вахтенное обслуживание обеспечивает требуемый условиями эксплуатации судна режим работы и управление электрооборудованием.
В техническое обслуживание входят: поддержание электрооборудования в исправном техническом состоянии, контроль за его использованием и состоянием, профилактические осмотры, чистка, ремонт, сушка электрооборудования в объеме и в сроки, предусмотренные планом-графиком технического обслуживания, составленным электромехаником и утвержденным старшим механиком судна.

Обслуживание распределительных устройств и уход за ними в условиях судна

Главный распределительный щит является одним из основных элементов судовой электроустановки, поэтому правильное его обслуживание и тщательный уход за ним является обязательным условием обеспечения надежности действия всей электроустановки в целом.

Под обслуживанием распределительных устройств подразумевается включение и выключение генераторов и потребителей, регулирование напряжения генераторов, наблюдение за нагрузкой работающих генераторов и электродвигателей по показаниям измерительных приборов, контроль за состоянием изоляции электроустановки в целом, поддержание распределительных устройств в надлежащей чистоте, периодический (не реже раза в сутки) внешний осмотр распределительных щитов, запись в вахтенном электротехническом журнале показаний приборов и времени включения и выключения генераторов и потребителей электроэнергии.

Правильность нулевого положения стрелок амперметров, вольтметров и ваттметров следует систематически проверять. У отключенных фазометров и частотомеров стрелка может занимать произвольное положение, так как эти приборы не имеют противодействующих пружин. У отключенного щитового мегомметра стрелка должна находиться в положении «—».

Щитовые мегомметры и вольтметры для измерения сопротивления изоляции разрешается включать только на время измерения. Оставлять их включенными (вольтметр в положении «плюс — корпус») запрещается.

Книга "Судовые электроэнергетические системы" Яковлев Г. С. 1987

Судовые электроэнергетические системы
Яковлев Г. С. 

Оглавление

Глава 1

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

СУДОВ И СЭЭС

§ 1.1. Основные отличительные признаки современных судов 5

§ 1.2. Отличительные признаки и структура СЭЭС 13
§ 1.3. Показатели качества судов и СЭЭС 20
§ 1.4. Режимы работы и показатели качества электроэнергии СЭЭС 24
§ 1.5. Особенности проектирования судов и СЭЭС 26

Глава 2

ВЫБОР РОДА ТОКА, ЧАСТОТЫ И НАПРЯЖЕНИЯ СЭЭС

§ 2.1. Выбор рода тока 31
§ 2.2. Выбор номинальной частоты 35
§ 2.3. Выбор номинального напряжения 36

Глава 3

ИСТОЧНИКИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ СЭЭС

§ 3.1. Классификация, параметры и конструктивные особенности судовых генераторов 39
§ 3.2. Преобразователи электрической энергии 43
§ 3.3. Системы автоматического регулирования частоты вращения и напряжения генераторов 50
§ 3.4. Параллельная работа судовых генераторов 62
§ 3.5. Основные свойства аккумуляторов 72

Глава 4

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

§ 4.1. Определение электрических нагрузок генераторов электроэнергии СЭЭС 82 
§ 4.2. Выбор количества номинальной мощности генераторов 91
§ 4.3. Определение электрических нагрузок и выбор аккумуляторов 94
§ 4.4. Выбор преобразователей электроэнергии 99

Глава 5

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СЭЭС

§ 5.1. Устройство сетей распределения электроэнергии 101
§ 5.2. Проектирование сетей распределения электроэнергии 104
§ 5.3. Выбор кабелей электрических сетей 107
§ 5.4. Определение потери напряжения в электрических сетях 113

Выбор секционных расцепителей

Вначале выбирают номинальный ток максимальных расцепителей, а затем номинальный ток автомата.

Номинальный ток расцепителей автоматов, включенных в различные питающие линии, выбирают по расчетным рабочим токам этих линий, исходя из условия Iном. р. > Iраб.

После этого необходимо выбрать ток трогания расцепителей в зоне КЗ во избежание ложных срабатываний автоматов в моменты пуска электродвигателей по условию Iтр. р. > 1,2*Iпуск. дв.