Судовым электроприводам является электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов и состоящее из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств, получает питание от автономной судовой электроэнергетической системы. В настоящее время и в будущем основными видами приводов производственных механизмов остаются электроприводы, которые потребляют около 90 % судовой электрической энергии. Чтобы судовые электроприводы работали безопасно и эффективно, следует рассматриваться эксплуатационные особенности и основные требования к ним. В статье приведены результаты теоретических исследований эксплуатационных особенностей и основных требований к судовым электроприводам.
Судовые электроэнергетические установки представляют собой автономные системы ограниченной мощности.
На судах с электроэнергетическими системами постоянного тока для напряжения на зажимах потребителей до 500 В допускается использование двухпроводных изолированных сетей [1].
На судах с электроэнергетическими системами переменного тока с частотой 50 Гц и 60 Гц для напряжения на зажимах потребителей до 1000 В допускается использование трех проводных изолированных сетей. Для напряжения на зажимах потребителей до 500 В дополнительно допускается использование четырех проводных изолированных сетей. Исключение составляет, например, катамаран «Меркурий», на котором «нейтраль» сети соединена с корпусом судна [2, 3].
В большинстве случаев на современных судах нашли применение электроэнергетические системы трехфазного переменного тока.
Основными потребителями судовой электрической энергии являются ЭП [4].
От шин главного распределительного щита (ГРЩ) по отдельным фидерам должны получать питание электроприводы (ЭП) рулевых и якорных механизмов (ЯМ), осушительных насосов, щиты ЭП грузовых, швартовных механизмов (ШМ) и др. [1].
Если на судне установлено два и более механизма одного назначения с ЭП, за исключением ЭП рулевых механизмов, компрессоров и насосов спринклерной системы, агрегатов возбуждения электрической гребной установки, то, по крайней мере, один из этих ЭП должен получать питание по отдельному фидеру от ГРЩ.
В ряде случаев мощность отдельных ЭП соизмерима с единичной мощностью общесудовых генераторов. Включение в сеть электродвигателей таких ЭП, их работа и отключение сопровождаются отклонениями напряжения (и частоты) в судовой сети от номинальных значений.
Характерными особенностями условий эксплуатации судовых ЭП являются: агрессивность окружающей среды и ее изменение в широком диапазоне; изменения положений и удары, касающиеся отдельных частей судовых ЭП, обусловленные изменениями положений и ударами корпуса судна; вибрация, которая, как правило, достигает наибольшей интенсивности в оконечностях судна.
Общая вибрация (частота колебаний) корпуса судна составляет единицы Гц [5] и не приводит к ускоренному выходу из строя судового электрооборудования, но при длительном воздействии способствует возникновению деформаций, в том числе отдельных составных частей ЭП, уменьшению срока службы изоляции и нарушению контактных соединений. Местная вибрация отдельных конструкций в (2…5) раз превышает общую вибрацию по амплитуде и в (2…3) раза – по частоте.
Согласно требованиям Российского морского регистра судоходства [1], судовые ЭП должны надежно работать в следующих климатических условиях: относительной влажности воздуха 75 ± 3 % при температуре +45 ± 2 °С; относительной влажности воздуха 80 ± 3 % при температуре +40 ± 2 °С; относительной влажности воздуха 95 ± 3 % при температуре +25 ± 2 °С.
Для судов неограниченного района плавания определены следующие номинальные рабочие температуры окружающего воздуха и охлаждающей воды: в машинных и специальных электрических помещениях, камбузах – от 0 °С до +45 °С воздуха, +32 °С воды; на открытых палубах – от –25 °С до +45 °С воздуха; в других помещениях – от 0 °С до +40 °С.
Для судов, предназначенных для плавания вне тропической зоны, номинальные рабочие температуры окружающего воздуха и охлаждающей воды соответственно равны: в машинных и специальных электрических помещениях, камбузах – от 0 °С до +45 °С воздуха, +25 °С воды; на открытых палубах – от –25 °С до +45 °С воздуха; в других помещениях – от 0 °С до +40 °С. Температура до 70 °С не должна вызывать повреждений элементов, устройств и систем.
Судовые ЭП должны оставаться работоспособными при следующих допускаемых отклонениях электрических параметров: напряжения сети (в % от номинальных значений) от +6 % до –10 % – при длительных отклонениях, ±20 % – при кратковременных отклонениях в течение 1,5 с; частоты сети (в % от номинальных значений) ±5 % – при длительных отклонениях и ±10 % – при кратковременных в течение 5,0 с.
Судовые ЭП должны безотказно работать при следующих механических воздействиях: вибрациях с частотами от 2,0 Гц до 80,0 Гц (при частотах от 2,0 Гц до 13,2 Гц – с амплитудой перемещений ±1,0 мм, а при частотах от 13,2 Гц до 80,0 Гц – с ускорением ±0,7 g); на источниках вибрации (дизелях и пр.) или в румпельном отделении – при вибрациях с частотами от 2,0 Гц до 100,0 Гц (при частотах от 2,0 Гц до 25,0 Гц – с амплитудой перемещений ±1,6 мм, а при частотах от 25,0 Гц до 100,0 Гц – с ускорением ±4,0 g); ударах с ускорением до ±5,0 g и частоте от 40 до 80 ударов в минуту; длительном крене судна до 15,0 о и дифференте до 5,0 °; аварийные ЭП – при длительном крене до 22,5 °, дифференте до 10,0 °, а также при одновременном крене и дифференте в указанных выше пределах; при бортовой качке до 22,5 ° с периодом (7…9) с; при килевой качке до 10,0 ° от вертикали.
К судовым ЭП предъявляются требования по электромагнитной совместимости, определяемые регистром [1].
Для оценки искажения формы кривой напряжения судовой электроэнергетической системы активно используется коэффициент несинусоидальности кривой напряжения Ки, определяемый по формуле
Кu = 
(1)
В (1) Uc – действующее значение напряжения сети; Un – напряжение гармонической составляющей n-го порядка (n – порядковый номер высшей гармонической составляющей).
Значение коэффициента Ки должно быть не более 10 %. Для питания мощных источников гармонических составляющих напряжения, к которым в частности относятся ЭП соизмеримой мощности с нелинейными элементами в силовых сетях (систем «преобразователь частоты – асинхронный двигатель», «тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель» и др.), по согласованию с регистром допускается использование отдельных шин с Кu > 10 %, при условии, что указанные шины подключаются к основным сети через развязывающие устройства (вращающиеся преобразователи, специальные трансформаторы и пр.).
Библиографическая ссылка
Нгуен Ван Ха ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СУДОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2024". – 2021. – № 9. – С. 84-86;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=520 (дата обращения: 20.04.2024).