РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СУДНЕ
Распределение электроэнергии на судне обеспечивается с помощью распределительных устройств и судовых электрических сетей.
Судовые электрические сети. По своему назначению судовая электрическая сеть делится на 3 вида:
— Силовая электрическая сеть.
— Аварийная электрическая сеть.
— Сеть отдельных одноименных приемников.
Рассмотрим особенности исполнения таких сетей.
Силовая электрическая сеть предназначена для передачи электроэнергии от ГРЩ до электроприводов или преобразователей электроэнергии. По принципу построения силовая электрическая сеть может быть фидерной, магистральной или магистрально-фидерной (смешанной). На рис. 70 представлены все 3 способа передачи электроэнергии.
В 1-ом случае электроприемники получают питание по собственному фидеру, причем в конце фидера может быть установлен как отдельный электроприемник, так и групповой щит. Во 2-ом случае питание электроприемников осуществляется по отдельным магистралям, а приемники получают питание от магистральных щитов.
В магистральной схеме один и тот же кабель прокладывается через несколько магистральных коробок. Причем подключение к магистральному распределительному щиту (МРЩ) – жесткое, без коммутационных аппаратов, то есть питание электроприемников в такой схеме осуществляется как бы последовательно, поскольку повреждение на любом МРЩ ближайшем к ГРЩ приводит к перерыву в питании расположенных далее от ГРЩ.
Наибольшее применение получил третий магистрально-фидерный принцип, который совмещает первые два принципа, соответственно объединяя их достоинства и недостатки. В этом случае для наиболее важных электроприемников используется фидерная схема питания, обеспечивающая высокую надежность электроснабжения, а менее ответственные электроприемники получают питание от МРЩ, за счет этого экономится медь в силовых кабелях, и уменьшается объем занимаемых кабельными трассами.
Магистральная сеть существенно дешевле, но надежность ее для питания электроприемников 1-ой и 2-ой категории небольшая, поскольку повреждение в начале магистрали приводит к обесточиванию всех электроприемников. Поэтому чаще всего используется смешенный принцип, когда в зависимости от категории электроприемников рассматривается ответственность приемников в сочетании с капитальными затратами.
Аварийная электрическая сеть – используется для распределения электроэнергии от шин АРЩ до зажимов особо ответственных приемников ООП оговоренных правилами регистра.
Электрическая сеть отдельных приемников используется для передачи электроэнергии от шин определенного распределительного щита до зажимов одноименного приемника. К таким сетям относят так же сети основного и аварийного освещения, вентиляции, камбузного оборудования, сеть питания приемников с частотой 400 Гц (радионавигационное оборудование), и слаботочная сеть (связь, машинный телеграф).
Все указанные сети выполняются с обязательной изоляцией от корпуса судна, при этом заземление нулевых точек на корпус судна, а так же использование нулевого провода в виде заземленной жилы или брони кабеля не допускается, за исключение случаев оговоренных правилами Регистра. Сети постоянного тока выполняются двухпроводными, и редко в виде двух одножильных кабелей.
Судовые электрические сети
Судовая электрическая сеть состоит из кабелей и проводов, соединяющих источники электроэнергии с распределительными устройствами, а распределительные устройства – с потребителями электроэнергии, расположенными в разных частях судна.
По степени важности и назначению различают следующие сети:
- основную (или первичную) силовую сеть – соединяющую основные, резервные и аварийные источники электроэнергии с ГРЩ, РЩ и наиболее мощными и ответственными потребителями энергии;
- вторичную силовую сеть – соединяющую потребители электроэнергии и вторичные распределительные щиты;
- сети питания отдельных систем и судовой автоматики;
- сеть постоянного тока;
- сеть нормального освещения;
- сеть аварийного освещения;
- сеть установок слабого тока – предназначенную для коммутации электроэнергии на установки и приборы управления судном, средств внутренней связи, сигнализации, приборов измерения;
- сеть радиотрансляции;
- другие специфические сети, зависящие от характеристик и назначения потребителей электроэнергии, подключенным к ним (например, сеть сигнально-отличительных огней, сеть сварочной аппаратуры и др.).
Принцип построения электрической сети зависит от класса и назначения судна, мощности эго энергетической установки, количества и расположения потребителей электроэнергии. Различают следующие схемы распределения энергии (рис. 63):
- магистральные, в которых все потребители получают питание по нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки;
- фидерные (радиальные), в которых наиболее ответственные потребители получают питание непосредственно от ГРЩ по отдельным фидерам, а все остальные потребители – от распределительных устройств (щитов), питающихся по отдельным фидерам от ГРЩ;
- магистрально-фидерные (смешанные), в которых часть потребителей получает питание по магистральной системе, а наиболее важные потребители – по фидерной.
Магистральные и смешанные системы распределения электроэнергии обычно используются в силовых сетях сравнительно небольшой мощности. Фидерная схема распределения электроэнергии обладает высокой надежностью, так как выход из строя любого отдельного фидера не нарушает питания остальных потребителей. В магистральной схеме распределения электроэнергии при повреждении отдельной магистрали электропитания лишается достаточно большая группа потребителей и исключается возможность централизованного управления питанием потребителей электроэнергии. Однако магистральная схема построения электрической сети имеет меньшую массу по сравнению с фидерной.
Различные силовые сети одного и того же судна могут иметь различные схемы распределения электроэнергии. Например, основная силовая сеть может строиться по фидерной или смешанной схеме, а сеть освещения – по магистральной схеме распределения электроэнергии.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
Системы распределения электроэнергии на судне
Электрическая сеть судна – сеть распределения электроэнергии, состоящая из:
— электрических линий (кабели, шинопроводы);
2) цепей управления;
4) аварийного питания;
5) сеть основного, аварийного и переносного освещения.
1.1 Радиальная система распределения электроэнергии 
1.2 Магистральная система распределения электроэнергии
Фидер – линия электропередач, включенная между двумя любыми электрораспределительными щитами или между РЩ и потребителем, или источником электроэнергии.
Магистраль – линия электропередач, параллельно к которой по её длине подключается РЩ или отдельных эл. приёмников
1.3 Распределение электроэнергии
* для напряжения до 50 В (если ток не проходит через взрывоопасные помещения).
Использование других систем распределения является в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром.
1.4 Допустимые напряжения
1.5 Питание ответственных потребителей.
От шин ГРЩ должны получать питание по отдельным фидерам:
1. ЭП рулевых устройств;
2. ЭП якорных устройств;
3. ЭП пожарных насосов;
4. ЭП осушительных насосов;
5. ЭП компрессоров и насосов спринклерной системы;
7. щит холодильной установки и грузовых трюмов;
8. ЭП агрегатов возбуждения гребной электроустановки;
9. секционные щиты основного освещения;
10. щит радиостанции
11. щит навигационных приборов;
13. Спец. щиты и распределительные устройства питания других ответственных потребителей, объединенных по принципу однородности выполнения функций;
14. щит станции автоматической сигнализации и обнаружения пожара;
15. ЭЛ механизмов обеспечивающих работу главных механизмов;
16. щиты ЭП грузовых, швартовочных, шлюпочных и других устройств; вентиляции и подогрева приборов;
17. устройств управления винтом регулируемого шага;
18. зарядные устройства стартерных аккумуляторных батарей и батарей питающих ответственные устройства;
19. щиты питания ЭП закрытия водонепроницаемых дверей и устройств, у удерживающих противопожарные двери в открытом состоянии;
20. щит холодильной установки системы углекислотного тушения;
21. щит освещения ангаров и светотехнического оборудования посадочных площадок для вертолётов.
Допускается питание потребителей 4, 10-12, 14, 15, 17-19 от
распределительных устройств, указанных в п.13 по отдельным фидерам, имеющих коммутационные и защитные устройства.
Условия работы ЭО – совокупность факторов, влияющих на работоспособность ЭО.
Исполнение – сочетание конструктивных особенностей, сохраняющих его работоспособность при воздействии денных факторов.
Внешние Условия применения Внутренние
(окружающая среда) (факторы производственной (эксплуатационные
Зоны, определяющие климатическое исполнение:
М (М) – для умеренно-холодного;
ОМ (MV) – для умеренно-холодного и тропического;
ТМ (МТ) – для тропического морского;
В (W) – для любого района.
Для морских судов (согласно Регистру):
Неограниченный район Район вне тропической
(воздух :– 30˚ — +45˚, зоны (ограниченный)
воды – до +30˚) (воздух – 30˚ +40˚,
Факторы производственной зоны. Пять категорий размещения ЭО:
1. На открытом воздухе;
3. В закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий;
4. В закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий;
5. В закрытом помещении с искусственной влажностью.
ЭО: на открытых палубах – 1 категория размещения;
для судовых помещений – 2 – 5 категория размещения.
Сочетание климатического исполнения и категории размещения – вид климатического исполнения. Его указывают в паспортной таблице (например, ОМ1, М2).
Условные обозначения степени защиты от внешних воздействий: IP + цифры.
(International/Ingress Protection) – IP:
1-ая цифра – уровень защиты от попадания твердых частиц и степень защиты по электробезопасности;
Электрооборудование судов — Распределение электроэнергии по судну
Важнейшей составной частью СЭЭС является электросеть, служащая для передачи энергии от источников к потребителям или обеспечивающая электрическую связь между различными элементами какой-либо системы.
Сети можно классифицировать по назначению, конструкции, роду тока и числу изолированных проводов, используемых для передачи электроэнергии к каждому потребителю.
По назначению сети делятся на силовые, освещения и слабого тока. Силовые сети передают энергию к электроприводам, сварочным преобразователям, нагревательным приборам. Сети освещения делят на сети наружного, внутреннего, переносного аварийного освещения и сигнально-отличительных огней. Сети слабого тока обслуживают телефонные и радиотрансляционные установки, средства контроля, управления и сигнализации.
По конструкции сети могут быть воздушными и кабельными. На судах применяют только кабельные сети, в береговых же условиях распространены те и другие.
Сети постоянного тока бывают двухпроводными (рис. 90, а) и однопроводными (рис. 90, б). В однопроводной сети роль второго проводника выполняет корпус судна. В этом случае происходит экономия кабеля, уменьшаются масса и размеры сети. Вместе с тем однопроводная сеть имеет и серьезные недостатки. Во-первых, повышается опасность поражения электрическим током, так как человек, коснувшийся оголенного проводника, попадает под полное напряжение сети. Во-вторых, нельзя контролировать качество изоляции сети.
Когда сопротивление изоляции становится равным нулю, происходит короткое замыкание с корпусом судна и место повреждения обнаруживается. Во всех остальных случаях определить утечку тока через ослабленную изоляцию не удается.. Замерить сопротивление изоляции можно, только обесточив сеть и отключив абсолютно все потребители.
По Правилам Регистра СССР однопроводная сеть постоянного и однофазного переменного тока допускается только напряжением до 30 В на всех судах, кроме нефтеналивных. Сеть сигнально-отличительных огней в любом случае должна быть двухпроводной.
Рис. 90. Сети постоянного тока
Сети трехфазного переменного тока могут быть трех- и четырехпроводными с изолированной (рис. 90, в, д) и заземленной (рис. 90, г, е) нейтралью. Правилами Регистра СССР допускаются только трех-, четырехпроводные сети с изолированной нейтралью. Считается, что они обладают более высокой электробезопасностью. В действительности вопрос много сложнее, чем кажется на первый взгляд. Разветвленная кабельная сеть имеет значительную емкостную связь с корпусом судна. Это обстоятельство не позволяет считать такую сеть изолированной даже в том случае, когда непосредственное электрическое соединение ее с корпусом судна отсутствует. Жилы кабельной сети и корпус судна, разделенные изоляцией кабеля, представляют собой конденсатор. Емкость такого конденсатора тем больше, чем больше протяженность и разветвленность сети. В этом случае опасность поражения человека током при соприкосновении с оголенной фазой велика даже при очень хорошем качестве изоляции всей сети по отношению к корпусу судна.
Четырехпроводная трехфазная сеть, как известно, имеет два напряжения, различающихся в √3 раз. В береговых установках к линейному напряжению подключаются электроприводы, а к фазному — освещение. На судах сеть освещения всегда получает питание через трансформаторы, поэтому применяют только трехпроводные сети. Надобность в нулевом проводе отсутствует.
Системы распределения электроэнергии.
Под системой распределения электроэнергии следует понимать совокупность всех линий, по которым передается электроэнергия к потребителям, связь этих линий с ГРЩ и между собой. Существуют три системы распределения: магистральная, радиальная и смешанная.
При магистральной системе (рис. 91, а) все потребители получают питание по одному или нескольким магистральным кабелям через РЩ или магистральные коробки МК.
При радиальной системе (рис. 91, б) наиболее ответственные потребители получают питание по отдельным линиям (фидерам), менее ответственные потребители, с точки зрения участия их в обеспечении живучести и движения судна — от РЩ, которые, в свою очередь, подключены отдельными линиями к ГРЩ.
Часто потребители, подключенные к одному РЩ, объединяют по принципу однородности выполняемых ими функций.
Непосредственно от ГРЩ и АРЩ получают питание: электроприводы рулевого и якорно-швартовного устройств, пожарных и осушительных насосов, компрессоров и насосов спринклерной системы, масляных и охлаждающих насосов главных двигателей, компрессоров пускового воздуха; радиостанция, гирокомпас и сигнальноотличительные огни; приборы управления судном.
Рис. 91. Системы распределения электроэнергии
При смешанной системе часть потребителей получает питание по радиальному принципу, часть — по магистральному.
Магистральная система позволяет уменьшить расход кабеля, размеры и массу сети, а также размеры ГРЩ. Надежность же снабжения потребителей электроэнергией при такой системе значительно ниже, чем при радиальной. Повреждение магистрального кабеля лишает питания большую группу потребителей, если не все.
Приведенный в Правилах Регистра СССР перечень потребителей, которые должны получать питание непосредственно от ГРЩ, говорит о том, что магистральная система в чистом виде не допускается. Вместе с тем элементы магистрального принципа встречаются, например, в сетях освещения, когда отдельные светильники, розетки подключаются через крестовые коробки к одной линии (микромагистрали) распределительного щита освещения.
§ 36. ЭЛЕКТРОКАБЕЛИ
Судовые кабели должны быть негорючими. Изоляция их должна иметь допустимую температуру нагрева по крайней мере на 10°С выше температуры окружающей среды, но не ниже 65°С. Если на сеть воздействует масло или другие нефтепродукты, то кабели прокладывают в трубах или же выбирают кабели с оболочкой, стойкой к воздействию этих веществ.
На судах допускается применение отечественных кабелей следующих марок: КНР; КНРП; КНРУ; КНРЭ; НРШМ; СРМ; КНРТ; КНРТП; КНРТЭУ; КНРТУ; КНРТЭ; КНРЭТ; КНРЭТЭ; КНРЭТП. Буквы, образующие марку кабеля, имеют единое, строго определенное значение: К — кабель; Н — маслобензостойкая оболочка, не распространяющая горения; Р — резиновая изоляция; П — оплетка из стальных оцинкованных проволок; У — усиленная изоляция; Э — экран из медных проволок; С — свинцовая оболочка; Т — телефонный; Ш — шланговый (гибкий).
Если буква «Э» стоит в конце марки, это значит, что экранируется весь кабель и экранирующая оплетка из медных проволок охватывает все жилы. Если же буква «Э» стоит внутри марки, это значит, что экранируется одна из нескольких жил.
Телефонный кабель имеет от 2 до 48 жил. Кабель марки СРМ в настоящее время почти не применяют. Кабели в оплетке из стальных оцинкованных проволок прокладывают там, где они могут подвергаться механическим воздействиям.
Все кабели указанных марок имеют в своей основе резиновую изоляцию из натурального каучука. Совершенствование кабелей связано с разработкой новых видов изоляции: бутилрезины, кремний-органической резины, поливинилхлорида, полиэтилена, хлоропреновой резины, минеральной, кембриковой и асбестолакотканевой изоляции и др.
Преимущество новых видов изоляции заключается в том, что они позволяют значительно (иногда в 4 раза) увеличить срок службы кабеля и повысить допустимую температуру нагрева жил кабеля до 80—85°С против 65°С при обычной резине. Таким образом, токовые нагрузки на кабель могут быть увеличены в 1,3 раза, а масса кабельных трасс — уменьшена более чем на 20%.
Судовые кабели отечественного производства марок КБН, КБНЭ (Б — бутилрезина) имеют шланговые оболочки из нейритовой резины, а кабели марок КСМ, КСМЭ, СМПЭВ, СМПВ, СМПВЭ (С — судовой, М — малогабаритный) с полиэтиленовой изоляцией жил помещены в полихлорвиниловую (П) оболочку.
Особую группу составляют кабели с минеральной изоляцией (окись магния), которые огнестойки, еще более долговечны и допускают большую токовую нагрузку. Однако их нельзя изгибать, а концы необходимо герметизировать из-за гигроскопичности изоляции.
Все перечисленные марки кабелей выпускают только с медными жилами. Применение на судах кабелей с алюминиевыми жилами не допускается.
Для цепей питания, управления и сигнализации ГЭУ и рулевых устройств сечение токоведущих жил кабелей должно быть не менее 1,5 мм 2 , а для других электроприводов — не менее 1 мм 2 . Для цепей сигнализации и связи кабели должны иметь жилы сечением не менее 0,75 мм 2 . Судовые кабели должны иметь многопроволочные жилы с заданным числом проволок. Кабели с однопроволочными жилами допускаются только (при сечении жилы не более 1,5 мм 2 ) для питания неответственных потребителей.
При вводе кабеля в электрические машины, аппараты, распределительные устройства и другое оборудование для всех жил выполняют контактное оконцевание. Тип оконцевания зависит от конструкции выводов подключаемого оборудования. Допускается оконцевание жил в виде штыря, кольца или наконечника. Любое оконцевание лудят, наконечники обязательно следует опрессовывать. Кольцо можно применять только для жил сечением не более 2,5 мм 2 .
При протекании по кабелю переменного тока вокруг проводников возникает переменное магнитное поле, индуктирующее в металлических переборках э. д. с. Под действием этой э. д. с. в переборках появляются вихревые токи, которые, во-первых, вызывают нежелательный нагрев металлических переборок, по которым проложен кабель, и, во-вторых, — дополнительные потери энергии в сети.
Если же трехфазный переменный ток протекает по трехжильному кабелю, то поток, замыкающийся вокруг кабеля, равен геометрической сумме потоков отдельных фаз. При симметричной нагрузке на все три фазы результирующий поток вокруг трехфазного кабеля будет равен нулю. По этой причине на судах сеть трехфазного переменного тока выполняют трехжильными кабелями. Токи отдельных фаз не должны отличаться более чем на 15%. Одножильные кабели применяют в случае крайней необходимости.
Все вопросы, касающиеся прокладки кабелей по судну, отражены в Правилах Регистра.