Курс САЭЭС для 441-442 групп по специальности ЭСЭСА

ЛЕКЦИЯ 1. Тема: Общие сведения о судовых электроэнергетических системах.

Для электромехаников дисциплина ЭСЭСА - профильная, это предопределяет цель обучения электромеханика как специалиста.

1.1 Цель - научить будущего специалиста основам эксплуатации и ремонта от-

дельных частей САЭЭС.

Специалист должен знать устройство, работу и происходящие, при этом,

процессы в САЭЭС, анализировать ёё работу, находить возникающие при этом

неисправности и устранять их. Проектировать САЭЭС и ёё отдельные элементы,

производить их техническое обслуживание и ремонт.

САЭЭС постоянно развивается, увеличивается их сложность и мощность. Если в начале 20 столетия электроэнергия на судах использовалась для освещения и небольшого числа электроприводов малой мощности, то к концу этого столетия их мощность возросла в сотни раз. Постоянный ток, применявшийся до 1930 годов, был заменён переменным током. Многие, если не большинство процессов управления, были автоматизированы и при этом были решены проблемы сглаживания влияния рабочих процессов мощных потребителей электроэнергии на работу всей системы. Постоянно увеличивается потребность в электроэнергии, что ведет к увеличению мощности и усложнению САЭЭС. Каждые 10 - 15 лет мощность судовых электростанций удваивается. Сегодня на каждые 1000 тонн водоизмещения судна мощность его электрооборудования составляет 160 – 170 Квт. Судовые электростанции во всё большей степени автоматизируются, повышается качество электроэнергии в САЭЭС. Всё это, в конечном счёте, повышает безопасность управления судном и упрощает этот процесс.

1.2 Виды САЭЭС и их структурные схемы. СЭЭС – это совокупность электрических устройств по преобразованию разных видов энергии в электрическую, передачи ёё к потребителям.

.

Судовой электростанцией (СЭЭ) называют совокупность по производству электроэнергии и

передачи ёё в электрическую распределительную сеть и управления этими процессами.

Выработка электроэнергии осуществляется электрогенераторами –устройствами преобра-

зующими механическую энергию, поступающую от приводных двигателей. Управление

выработкой электроэнергии, регулирование ёё параметров и направление ёё в распределительную электрическую сеть, осуществляется через ГРЩ – главный

распределительный щит. И так, САЭЭС состоит из электростанции и электрической распределительной сети. Все преобразователи электрической энергии в другие нужные виды энергии вместе с САЭЭС составляют электрооборудование судна.

Устройства, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии, называют потребителями электроэнергии.

На малых судах СЭЭС - судовая электроэнергетическая система – состоит из электростанции и распределительной сети. На них электростанция состоит из генератора постоянного или переменного тока или аккумуляторов и главного распределительного щита. На таких судах электростанция представляется в одном экземпляре. На судах большего водоизмещения –крупные буксиры, транспортные суда и суда рыболовного флота, землеснаряды плавкраны, пассажирские и крупные суда специального назначения могут иметь несколько электростанций. На рисунках 1.2 представлены функциональные схемы электроэнергетических систем разного типа и назначения.

- 2 --

Рис 1.2

- 3 -

1.3. Основные показатели качества электроэнергии.

Поскольку электрорэнергия является продукцией то она должна обладать качеством.

Качеством электроэнергии называют стабильность напряжения и частоты, симметричность и неизменность формы напряжения и тока. Отклонения параметров на определённую величину от заявленной номинальной определяется в процентах или в виде коэффициента.Например, коэффициент искажения формы(синусоидальности) ис= х 100/U1 где U напряжения гармоник, U1 –напряжение первой гармоники.Кис допускается = до 5%.

1.4. Форма напряжения и ёё искажения.

Искажения формы напряжения возникают из-за наличия и изменения зазоров в подшипниках, между частями магнитопровода, вибрации корпуса машин генераторных агрегатов, нестабильного питания обмоток возбуждения генераторов.

Рис 1.3.

ХХХХ

Лекция 2. Тема: Надежность и безопасность электроснабжения.

К этим вопросам относят:

1 – Непрерывность подачи электроэнергиив судовую распределительную сеть;

2 – поддержание качества электроэнергии в процессе работы САЭЭС;

3 – безопасность для эксплуатирующего персонала;

4 – пожаробезопасность для судна.

5 – Надёжность, живучесть и безопасность САЭЭС:

Отказ в электроснабжении судна делает судно:

5.1 – неуправляемым;

5.2 – неспособным к борьбе за живучесть;

5.3 – опасным для других окружающих его объектов.

6 – Основные показатели надежности:

6.1 – вероятность отсутствия отказов на текущий момент времени;

6.2 – среднее время наработки на отказ.

-4-

Согласно теории основ эксплуатации судового электрооборудования, подтвержденных статистическими данными, техническое состояние частей электрооборудования и системы в

целом с течением времени определяется формулами распределения вероятностей отказов (или отсутствия отказов) в зависимости от времени наработки наблюдаемых объектов.

За период эксплуатации объекта САЭЭС ведется учет времени наработки объекта и для каждого устройства определяется периодичность того или иного вида обслуживания или ремонта объекта.

На рисунке 2.1 Тср определяет срок службы объекта - по истечению которого решается вопрос о капитальном ремонте или списанию объекта

Для поддержания объекта САЭЭС в допустимо надежном состоянии – необходимо осуществлять технические обслуживания и ремонты этого объекта, сроки которых определяют исходя из сведений статистики или расчета, который также основывается на опытах и статистических данных о безотказной работе оборудования.

-5-

-

а рисунке 2.2 приведены приближенные зависимости возникновения отказов или отсутствия вероятности отказов от времени наработки объекта, Q(t) – функция вероятности отказа от времени наработки устройства, Р(t) – функция вероятности отсутствия отказа на текущий момент наработки.

Сроки тех.обслуживаний или ремонтов определяют из возможных возникновений опасных отказов, влияющих на безопасную работу системы в которую входит объект.

Исходя из рисунка 2.2 t1- это время когда объекту необходимо делать Т.О. чтобы поддержать его в работоспособном безопасном состоянии на уровне 0,9 – т.е. вероятности отсутствия опасного отказа. Если Pt = 0,75 то Т.О. делают во время t2.

Существует понятие - ремонтопригодность объекта - которое определят техническую возможность или экономическую целесообразность его ремонта.

Живучесть САЭЭС - - определят способность объектов противостоятьдействию неблагоприятных условий на его работу, т.е. сохранять работоспособность при воздействии пожара, ударов, взрывов, повышенной вибрации, затопления.

Повышение живучести САЭЭС достигается вводом в ёё состав резерва, и конструктивной защищённостью элементов.

Безопасность САЭЭС – подразумевается безопасная эксплуатация системы, т.е. предотвращение опасного для здоровья и жизни человека воздействия объектов САЭЭС в процессе эксплуатации.

Функция безопасности оценивается коэффициентом безопасности и средним временем безопасной эксплуатации объекта, которое зависит от технического состояния системы.

Коэффициент безопасности – это отношение периода безопасной работы объекта к среднему времени его наработки на отказ. Кб = Т ср б /Тср ОТК. Обычно Кб больше 1 это показывается на рисунке 2.3

-- 6 -

Рис. 2.3

Безопасность САЭЭС обеспечивается эксплуатационными - (контроль, Т.О. и ремонт)и конструктивными (защита устройства от случайных

прикосновений к опасным частям и деталям,от проникновения внутрь устройств твёрдых предметов и влаги и влаги), применение прочных, теплостойких и стойких к химическим воздействиям материалов для конструкций элементов САЭЭС. Степень защиты устройств обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами – первая - от 0 до 6 защита от твёрдых тел,- вторая от 0 до 8 – защита от влаги. Теплостойкость изоляционных материалов электрических устройств обозначается латинскими буквами от А до F. Для смазки в подшиниках качения температура ограничивается 90 градусов С. Для подшипников скольжения -75 градусов С.

2.2 Деление судовых приёмников электроэнергии - примеIPняется как один из способов повышения надежности СААЭС и обеспечения безопасности плавания судна.

.Электрооборудование судна, с точки зрения безопасности, оказывает большое влияние на его работу и для повышения надежности работы судна делится на категории ответственности:

1-я категория – Рулевой электропривод, аварийное освещение, пожарный и осушительный насосы, средства связи и оповещения, пожарная и авральная сигнализации и т.п.

2-я категория - Электроприводы обеспечивающие работу судовой энергетической установки

в процессе движения судна и при стоянке с грузовыми операциями(электроприводы энергетической установки – насосы, компрессоры, лебедки грузовые и шватовные, грузовые насосы на танкерах), освещение

3-я категория – приёмники временное отключение которых не влияет на основные режимы работы судна (камбуз, бытовая техника, отопление, климатическая установка, санитарная и фекальная установки, и т.п.). учитывая это деление оборудования по степени ответственности, функциональная электрическая схема САЭЭС приобретает вполне определённый вид представленный на рисунке 2.4. Кроме того, надёжность и безопасность работы СЭЭС и судна в целом повышается применением ёё автоматизации

В направлении автоматизации СЭЭС предусмаитривается:

дистанционное измерение и запись параметров оборудования;

1.– применение автоматической аварийно – предупредительной сигнализации.

2.– применение автоматической защиты от недопустимых отклонений параметров СЭУ –судовой энергетической установки.

3.- применение автоматического управления всеми устройствами где требуется постоянное внимание к их рабочему процессу.

ХХХХ

- 7 -

Лекция № 3 Тема: Источники электрической энергии на судне.

- Генераторы – основные, резервные и аварийные источники электроэнергии на судне.

- Аккумуляторы – кислотные и щелочные – аварийные источники электрической энергии на судах. На малых судах могут применяться как единственные источники электропитания электрооборудования.

В качестве генераторов могут применяться машины как переменного так и постоянного тока.

На современных транспортных суда применяются исключительно трехфазные синхронные генераторы переменного тока напряжением 380 вольт частотой 50 Герц (Российский стандарт).

На судах зарубежной постройки могут применяться синхронные трёхфазные генераторы

Напряжением 440 вольт 60 Герц (Американского стандарта).

Комплекс установки содержащей генератор, возбудитель и приводной двигатель генератора – называется генераторным агрегатом. Генераторные агрегаты включают в своё название и приводной двигатель и называются дизельгенератор, турбогенератор, газотурбогенератор.

Генератор приводимый в движение от гребного вала или от специального вала радуктора турбозубчатого агрегата турбоходов – называется валогенератором.

Дизельгенераторы в своей работе независимы от других судовых устройств по производству энергии (паровых, газовых или ядерных), и прри поддержании их в соответствующем состоянии их пуск может осуществляться в течении 15 – 60 секунд. По этой причине Регистром оговаривается что в качестве аварийных генераторных агрегатов могут применяться только дизельгенераторы. Аварийные дизельгенераторы имеют несколько типов пусковых устройств, в нормальных условиях содержатся в подогретом состоянии, запускаются автоматически, при исчезновении напряжении от основной электростанции, и должны принять нагрузку автоматически в течении 30 – ти секунд.

Дизельгенераторы имеют больший КПД, сравнительно с паротурбинным приводом включающим в свой состав котельную установку, но их рабочий ресурс меньше турбинного. соотвественно 6000 часов и 30 000 часов. Газотурбинные агрегаты имеют ресурс порядка 30 000 часов и, как и дизельгенераторы, автономны в рвботе, но выше чем у дизельгенераторов расход топлива и период пуска.

Ресурс дизельгенераторов ограничен возможностями дизеля, у собственно синхронного генератора ресурс составляет 25 000 _ 30 000 часов.

Аккумуляторы - химические источники электроэнергии которые требуют зарядки т.е. им надо сообщить какое-то количество электроэнергии. При этом в аккумуляторе произойдёт преобразование одних химических веществ в другие, с другим электрохимическим потенциалом, и аккумулятор запасёт определённое количество электроэнергии. Эту электроэнергию можно подать к электропотребителям подсоединив аккмулятор к электросети. При этом в аккумуляторе произойдет обратный химический процесс преобразования веществ с понижением их электрохимического потенциала.

По виду применяемых химически активных веществ аккумуляторы могут быть кислотными и щелочными. В кислотных аккумуляторах в качестве химически активных веществ применяют.соединения свинца и раствор серной кислоты, а в качестве металлических несущих конструкций -свинец, поэтому они ещё называются

свинцовыми. В щелочных аккумуляторах в качестве химически активных веществ применяют соединения железа, никеля или кадмия, а несущие детали изготавливают из железа или никеля. В зависимости от этого их ещё называют железо-никелевыми или кадмий-никелевыми. В состав действующих химических веществ в щелочных аккумуляторов входит также раствор едкого калия или натрия, возможно добавление едкого лития, но в химических реакциях эти растворы не участвуют, а только служат катализаторами этих реакций.

Каждый тип аккумуляторов имеет свои особенности которые предопределяют область применения этих источников электропитания.

Кислотные аккумуляторы имеют пониженное внутреннее электрическое сопротивление и, за

-8-

счет этого, обеспечивают больший разрядный ток, что делает их более подходящими для питания пусковых электрических устройств.

Щелочные аккумуляторы, имеющие большее, чем кислотные, внутреннее сопротивление, чаще применяют для электропитания приборов аварийного освещения, связи и сигнализации. Кислотные аккумуляторы имеют существенный недостаток - сульфатацию активной массы

происходящую при длительном хранении аккумулятора в незаряженном или недозаряженном состоянии, особенно при пониженных температурах. Сульфатация заключается в образовании сульфата свинца – белозеленоватой крупнокристалличяеской соли на которую расходуется свинец активной массы. Сульфат свинца твердое слаборастворимое вещество не участвующее в химической реакции при заряде – разряде аккумулятора что ведет к преждевременному его списанию. Для сохранности кислотного аккмулятора необходимо дозаряжать его каждые 28 дней (по Правилам Регистра), а раз в три месяца производить ему контрольно-тренировочный цикл который заключается в последовательных заряде – разряде – заряде аккумулятора с проверкой отдачи ёмкости. При отдаче менее 80 % номинальной ёмкости аккумулятор подлежит замене. Ёмкость аккумулятора определяется количеством электрического (IxT) заряда измеряемое, в ампер-часах, которое он может накопить при заряде или которое он может отдать в электрическую сеть при разряде. В таблице 3.1 приводятся сравнительные характеристики кислотных и щелочных аккумуляторов.

Характеристика аккумулятора кислотный щелочной 1. Коэффициент отдачи по ёмкости 0,85 – 0,9 0,7-0.75 2. Коэффициент отдачи по энергии 0,65-0,7 0,55-0.6 3. Внутреннее сопротивление одного 0,005-0,006 0,03-0,06 элемента Ом 4. Сопротивление 12 вольтового 0,03-0,036 0,3-0,6 аккумулятора Ом 5.Номинальная плотность Электролита г/см.3 1,24-1,31 1,19-1,24 6. ЭДС одного заряженного 2,2 1,4 Элемента В 7.Срок службы в циклах 250 1000

Коэффициент отдачи по ёмкости е = Qp/Qэ=Ip x t/Iз х tз (3.1)

Коэффициент отдачи по энергии э = Qp x Up /Qз x Uз (3.2)

Где Qр - ёмкость определяемая при разряде, Ампер-час.

Iр – ток разряда, Ампер

tр – время разряда,час.

Qз – ёмкость при заряде, А х Ч

Iз – ток заряда. А

tз – время заряда

Uр-напряжение конечное при разряде В.

Uз- напряжение конечное при заряде В.

-9-