Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления на уровне управления

Судовая электроэнергетическая система. Судовая электроэнергетическая система, являющаяся одними из наиболее сложных комплексов судовых технических средств, должна обеспечивать бесперебойное производство и распределение электроэнергии.

Судовые специалисты, занимающиеся эксплуатацией этих систем, нередко обязаны принимать решения при быстрой смене окружающей обстановки и режимов работы агрегатов и механизмов, а также в условиях нехватки времени на выполнение каждой операции. От их правильных действий во многом зависит живучесть судна.

Перечисленные обстоятельства предъявляют повышенные требования к уровню профессиональной подготовки будущих судовых специалистов.

На судне «Мирзага Халилов» применен 3-фазный переменный ток. Электрооборудование переменного тока лучше обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к судовым электроустановкам. Основными приемниками электроэнергии на судне являются электродвигатели, потребляющие до 80% вырабатываемой электроэнергии — асинхронные 3-фазные электродвигатели. Двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, однако на судне 70−80% механизмов не требуют плавного регулирования частоты вращения.

В ЭП, где необходимо регулирование частоты вращения (грузовые лебедки, краны, якорно-швартовные устройства), применены 2- и 3-скоростные АД с фазным роторами. Частота переменного тока на судне составляет 50 Гц.

При стоянке судна питание на шины ГРЩ поступает от щита питания с берега (ЩПБ) через автоматический выключатель. В эксплуатационном режиме электростанции работает ДГ в зависимости от частоты вращения главного двигателя. Автоматические выключатели находятся во включенном состоянии, управление работой электростанции осуществляется из рулевой рубки.

Краткий перечень элементов электроэнергетических системы приведен в ниже в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Перечень элементов электроэнергетических систем.

На рисунке 3.1. представлена упрощенная схема цепей источников питания ГРЩ.

Рисунок 3.1. Упрощенная схема цепей источников питания ГРЩ Где, ШПБ — щит приема с берега, Г1-Г2 — генераторы, ГРЩ — главный распределительный щит, П — потребители, АРЩ — аварийный распределительный щит. АГ — аварийный дизель генератор.

Судовая СЭС способна принимать ток с берега ЩПБ (Щит приёма с берега). Ток идёт через ГРЩ к АРЩ оттуда к потребителям.

Дизель генератор Г1 и Г2 способны работать в параллели, также кратковременно можно переносить нагрузку к АГ для работы в чрезвычайных ситуациях.

Перед выходом судна в рейс запускается ДГ, по мере готовности которого к приему нагрузки в цепи катушек реле напряжения и контактора замыкается контакт реле включения нагрузки системы автозапуска ДГ.

При понижении частоты ниже 45 Гц срабатывает реле, контакты замыкаются в цепях автозапуска ДГ и сигнализации в рулевой рубке. ДГ запускается, его генератор подключается на шины ГРЩ, как описано выше. Местный и дистанционный контроль за работой электростанций ведется по амперметрам и вольтметрам, сигнальным лампам генераторов, а также по тахометрам дизелей. Защита силовых цепей источников питания и приемников электроэнергии обеспечивается автоматическими выключателями, защита цепей управления — предохранителями.

Емкость аккумуляторных батарей при работе преобразователя рассчитана на управление судном в течение 15 мин.

В практике эксплуатации генератора на судне применена работа с генератором этой же серии по принципу действия и схеме системы возбуждения.

При параллельной работе генераторов необходимо получить пропорциональное распределение активной и реактивной мощности, при работе с сетью заданные активную и реактивной мощности от генератора. В обоих случаях изменения активной мощности производятся системой возбуждения, для чего в системе имеется устройство параллельной работы.

Другая возможность параллельной работы — с уравнительными соединениями УС, при этом резисторы всех генераторов соединяются параллельно при разомкнутых переключателях.

Если нагрузки генераторов и напряжения на резисторах одинаковы, уравнительные соединения не влияют на работу. При неравномерном распределении нагрузок генераторов должны были бы быть различные напряжениями резисторов. Но благодаря уравнительным соединениям между блоками устройство параллельной работы УПР, при этом появляются уравнительные токи, воздействующие на корректор генераторов так, что у перегруженного по реактивной мощности генератора ток возбуждения уменьшается, а у недогруженного генератора-увеличивается.

Аппараты токовой защиты К аппаратам токовой защиты относятся все устройства защиты, контролирующие ток в цепи. Это предохранители, автоматические выключатели, максимальные и минимальные токовые реле. К аппаратам токовой защиты можно отнести и тепловые реле, которые из-за специфики их работы и широкого распространения могут быть выделены в отдельный класс тепловой защиты.

Аппараты токовой защиты защищают потребителей от перегрузок, неполнофазных режимов, а электрические цепи от коротких замыканий.

Минимальные реле тока и максимальные реле тока Минимальные реле тока предназначены для защиты двигателей от неполнофазных режимов (обрыва фазы статорной обмотки двигателя). На судне используются три реле минимального тока, включенные во все фазы питания электродвигателя, а замыкающие контакты этих реле соединены последовательно с цепью управления магнитного пускателя. При нормальной работе электродвигателя все три реле минимального тока включены. При обрыве любой фазы соответствующий ток прекращается и реле отключается, разрывая цепь управления магнитного пускателя. При этом электродвигатель отключается. Для зашиты применяется реле минимального тока ЭТ-521.

Большие функциональные возможности заложены в максимальном реле тока. Они выполняют функции защиты потребителей от больших перегрузок по току. Для защиты электродвигателей применено реле РЭ-570Т, для защиты электрических цепей от короткого замыкания на зажимах потребителей и в самой цепи используется реле РТ-40.

При нормальной работе потребителя максимальное реле тока не включается. При большой нагрузке или коротком замыкании одно или все реле, включенные в различные фазы питания, сработают и своими размыкающими контактами разорвут цепь управления магнитного пускателя. Основным недостатком максимальных реле тока является то, что они не реагируют на обрывы фаз и их нельзя отрегулировать на небольшие перегрузки по току в цепи.

Максимальное реле тока РТ-40. В нем предусмотрено два способа регулировки тока срабатывания изменением предварительного натяжения противодействующей пружины (в 4 раза) и переключением обмоток (в 2 раза). Время срабатывания реле не более 0,1 сек. при токе равном 1,2 Iсp, g и не более 0,03 с при токе 3 Iср, е. Коэффициент возврата реле не ниже 0,85 (в ряде типоисполнений не ниже 0,7). Контакты реле выдерживают мощность коммутационной цепи около 60 Вт постоянного тока при напряжении 220 В и около 300 В-А переменного тока при напряжении до 250 В.

В реле тока РТ-40, снабженных промежуточным трансформатором и выпрямительным мостом, повышается термическая стойкость к длительному протеканию больших токов (реле РТ-40/1Д). Реле РТ-40/Ф реагирует на отклонение формы кривой переменного тока от синусоидальной. Реле содержит специальный фильтр, не пропускающий в обмотку реле ток третьей и кратных ей гармоник.

Токовые реле постоянного тока РЭ-571Т. Для цепей управления и защиты электродвигателей применены токовые реле постоянного тока РЭ-571Т.

Максимальные реле тока в цепи управления асинхронными двигателями выбираются по номинальному току катушки реле, который должен быть не меньше номинального тока двигателя и по уставке на ток срабатывания Iуст реле.

Для работы в цепи асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уставка на ток срабатывания реле отстраивается от пускового тока двигателя.

Система автоматического управления элементом СЭУ Основными задачами управления СЭУ являются пуск и остановка главных двигателей; остановка, изменение направления (реверс) и частоты вращения движителя.

На судне применяется установка, в которой управление частотой вращения и реверсом движителя производится через двигатель (с реверсивными двигателями, непосредственной передачей).

Если требуемая последовательность выполнения операций по осуществлению заданного на посту управления режима работы реверсивного двигателя производится автоматически, то такая система дистанционного управления называется автоматизированной (ДАУ).

В систему ДАУ входят: посты управления, оборудованные органами управления и контрольно-измерительными, приборами; ряд элементов, которые по роду выполняемой ими функции могут быть подразделены на задающие, чувствительные, управляющие, исполнительные, регулирующие, усилительные и др.; цепи управления, связывающие посты управления с двигателем. Элементами систем ДАУ являются различного рода клапаны, реостаты, пневмозадатчики, реле, серво — электродвигатели. К системе ДАУ предъявляются следующие требования:

• — Технические показатели должны соответствовать ГОСТам и отвечать требованиям Регистра.
• — Посты должны быть расположены в ходовой рубке, а при ширине судна более 10 м — на крыльях мостика. Непосредственно на двигателях необходимо в качестве резервных предусматривать ручные органы управления.
• — Управление реверсивным двигателем должно производиться с помощью одной рукоятки (маховика). Для нереверсивных двигателей допускается установка на посту ДАУ двух органов управления: одного для управления двигателем и другого — для управления реверсирующим устройством.
• — Переключение с одного поста на другой следует осуществлять на посту управления в машинном помещении. Переключение оно не должно превышать 10 сек. Рукоятки постов должны перемещаться синхронно. Усилие на рукоятке (маховике) управления не должно превышать 0,05 кН, для систем с механической связью — 0,1 кН. Для предотвращения самопроизвольного смещения рукоятки (маховика) нужно устанавливать специальные фиксаторы.

На случай выхода из строя должны быть обеспечены возможность остановки двигателя с любого поста и переход на ручное управление с поста, расположенного непосредственно на двигателе.

На судне используется пневматическая система ДАУ с механическим тормозом. Система ДАУ состоит из: поста управления в ходовой рубке, коробки клапанов блокировки, реле направления, реле скорости, ускорителя пуска, тормозных цилиндров, мембранных сервоклапанов типа НЗ (логический элемент «ДА») и типа, НО (логический элемент «НЕ»), перекидных клапанов (логический элемент «ИЛИ») и местного поста управления. Она обеспечивает управление главными дизелями из ходовой рубки с помощью одной рукоятки для каждого дизеля, поворачиваемой в одной плоскости параллельной ДП.

Перемещение рукоятки управления в заданное положение производится без выдержки времени в промежуточных состояниях и ограничения ее по скорости перемещения. При этом все операции по реверсу, пуску и изменению частоты вращения вала дизеля осуществляются автоматически в необходимой последовательности.

В систему ДАУ управляющий воздух при открытых пусковых баллонах поступает через редукционный клапан, где он редуцируется до давления (12±2)10² кПа, влагоотделитель, обратный клапан, баллон ДАУ вместимостью 0,04 м³ и стабилизатор давления. Давление воздуха на выходе из стабилизатора равно 310²кПа. Далее воздух на посту управления в рубке проходит через задатчик частоты вращения к клапанам управления «Вперед» и «Назад», а затем к механизмам ДАУ, расположенным на местном посту управления.

В зависимости от того какой клапан управления открыт воздух пройдет к сервоклапанам или типа «Воздух открывает» через перекидной клапан к сервоклапану типа «Воздух закрывает». Исполнительная часть ДАУ питается воздухом давлением (12±2)10² кПа от пусковых баллонов через редукционный клапан, влагоотделитель, клапан блокировки при аварийной остановке дизеля, клапаны переключения постов управления и сервоклапан или. Воздух также подводится к сервоклапану остановки типа «Воздух закрывает».

Действие системы ДАУ проследим на примере перемещения рукоятки дистанционного поста управления из положения «Полный назад» (ЗХ) в положение «Полный вперед» (ПХ). При этом клапан управления открывается. Воздух от задатчика частоты вращения через открытый клапан поступит под мембрану сервоклапана и в надмембранную полость сервоклапана, при этом надмембранная полость сервоклапана и подмембранная полость сервоклапана разгрузятся через разгрузочное отверстие клапана поста управления, вследствие чего клапан закроется.

Воздух из линии питания ДАУ через клапаны и переключателя поста, сервоклапан, перекидной клапан, клапан реле направления пройдет в подмембранную полость сервоклапана и закроет его. Одновременно воздух поступит в надмембранную полость сервоклапана и также его закроет. Воздух из сильфона пружинных весов регулятора дизеля стравится, масло из сервомотора регулятора пойдет на слив и рейки топливных насосов выйдут на нулевую подачу, частота вращения вала дизеля начнет снижаться.

Воздух поступит также через клапан быстрой разгрузки и открытый сервоклапан к тормозным цилиндрам, тормозные колодки которых зажмут маховик дизеля, что ускорит снижение частоты вращения его вала. Одновременно воздух пройдет через открытый клапан коробки клапанов блокировки и перекидной клапан к надмембранной полости сервоклапана и закроет его, предотвратив открытие главного пускового клапана, а также воздух пройдет в баллон гидросистемы реверса и будет вытеснять масло.

Под давлением воздуха масло, поступая в полость переднего хода сервомотора реверса начнет перемещать его поршень и шток. В начале движения штока сервомотора реверса откроется клапан коробки клапанов блокировки. Когда распределительный вал займет положение переднего хода — клапан коробки клапанов блокировки закроется. Воздух из надмембранной полости сервоклапана стравится, клапан откроется, а баллон гидросистемы реверса разгрузится, так как под действием разности давлений срабатывает клапан быстрой разгрузки баллона, расположенный в его верхней части.

При снижении частоты вращения вала дизеля до установленной (150−160 мин-¹) для I ступени реле скорости (регулировка реле скорости должна производиться с учетом типа судна и маневренных качеств энергетической установки) она срабатывает и открывает свой клапан. Воздух от перекидного клапана проходит через клапан I ступени реле скорости, перекидной клапан, открытый сервоклапан и перекидной клапан к нагрузочному поршеньку главного пускового клапана. Последний открывается, и воздух из пусковых баллонов направляется в пусковую.

Таким образом, принятая судовая электроэнергетическая система обеспечивает бесперебойную работу судовых механизмов в различных режимах эксплуатации судна. Принятые главные и аварийные генераторы соответствуют требованиям и позволяют выполнять судну поставленные перед ним задачи. Система ДАУ обеспечивает безаварийную работу двигателя.

Выводы

Главные дизель-генераторы приняты по прототипу. В качестве приводных двигателей применены 2 вспомогательных дизель генератора марки 8T23 HH работающих на генераторы типа S.8560 мощностью 292 кВт, при частоте вращения 750 об/мин. Приводом для аварийного генератора применен дизель марки 6ЧН20/22 мощностью 135 кВт работающим на генератор типа S.8560.D частотой вращения 1500 об/мин.

В качестве основного тока в сети принят 3-х фазный переменный ток частотой 50 Гц. Организована подача электроэнергии с берега. Главный распределительный щит обеспечивает всех потребителей необходимой электроэнергией.

Применённая система позволяет выполнять генераторам непрерывно обеспечивать потребители электроэнергией. Рассмотренная система ДАУ главного двигателя обеспечивает его безаварийную работу.

Разработанная электростанция отвечает всем требованием обеспечения потребителей судна установленными видами электроэнергии в режимах эксплуатации судна и в аварийных ситуациях осуществляет подачу электроэнергии на аварийные потребители без перебоев.