Архитектура судовых электроэнергетических систем.
ГРЩ - Архитектура Сети - Иерархия Сети - Примеры
Архитектура судовых электроэнергетических систем.
В данной статье мы рассмотрим системы переменного тока. Так как системы постоянного тока встретить больше практически невозможно. Кроме конечно на судах с электро-движением, но там обязательно будет присутствовать немаленькая электро-группа.
Итак чаще всего на судах мирового флота встречается следующая компоновка:
<< Трёхфазная сеть >>
Что это такое и с чем его едят. Чтобы разобраться какая у вас на судне сеть давайте вместе с вами заглянем в ваш ГРЩ. Открываем любую из секций 380В.
Заглядываем внутрь и видим три толстые медные полоски, они могут быть окрашены в разные цвета, к которым подходят провода. Эти медные полоски называются шины. Если вы обнаружили больше чем три шины не переживайте вы не сбились со счета просто у вас другая система её мы рассмотрим ниже. Итак, вернёмся к нашему ГРЩ. Трехфазная система подразумевает следующую архитектуру: с выхода генератора идёт три тохлстых провода т.е три фазы. Между которыми, если замерить, напряжение будет 380В или 440В. В зависимости от того на сколько рассчитана сеть. Увас на судне скорее всего 3 или 4 генератора которые могут работать в параллель. Давайте возьмём к примеру 3 и рассмотрим на рис. 1
рис. 1
На рисунке мы видим три генератора (G) от каждого из которых отходит трёх проводная линия и через генераторные автоматы может быть подсоединена на шины ГРЩ. Каждый из генераторов имеет свою секцию на ГРЩ (1;2;3). Но нам ведь нужно ещё и 220В для освещения, питания потребителей бытового и специального назначения, не правда ли?
Вот для этих целей в такой системе устанавливают понижающие трансформаторы, смотрим рис.2
Рис.2
Которые преобразуют 380В в 220В. Пониженное напряжение поступает на секцию (5) 220В от которой и берут питание потребители 220В. Вроде разобрались?
Если вы при осмотре все-таки насчитали 4 шины. Ничего страшного не произошло просто у вас система с выведенной нейтралью (нулём). Обратите внимание на рис.3
Рис.3
Всё те же три генератора но добавился четвертый провод. Этот провод и называется нейтральным или нулевым. Кстати береговые линии именно четырёх проводные. Итак почему же четвёртый провод называют нейтральным (нулевым)? Этот провод отходит от средней точки в соединении статорных обмоток и является нейтральным т.е. если замерить напряжение между любой из фаз то получим напряжение 220В.
Здесь вы наверное заметите, ну и зачем нам тогда трансформаторы ведь можно обойтись и без них.
И будете совершено правы в четырёхпроводной системе понижающих силовых трансформаторов 380/220В нет вместо этого по всему судну используется:
Для силовых потребителей три провода (смотри подключение двигателя)
Для потребителей 220В используется фаза и ноль (смотри подключение лампочки)
Здесь наверное будет уместен вопрос, почему же не использовать четырёх проводную систему везде? Для чего городить огород с трансформаторами? Дело всё в том что каждая из систем имеет свои достоинства и недостатки.
Трёхфазная с трансформатором подразумевает несколько дорогих трансформаторов. Опять же КПД у них не 100 %, т.е. количество потребляемой энергии не соответствует отдаваемой. Зато трансформатор работает как разделитель шин 380В и 220В. Что дает возможность мониторинга сопротивления изоляции отдельных частей ГРЩ. И падение сопротивления изоляции в одной части не влияет на другую.
Трехфазная система с изолированной нейтралью не позволяет отделить потребители 380В от потребителей 220В, т.к. питание они берут с одних и тех же шин. И при падении изоляции даже в каком-то из светильников наружного освещения (матрос со шлангом) падение изоляции покажет по всему ГРЩ. Опять же кабель питания будет не трёх а четырёх жильный.
Ну и на закуску совершенная редкость это трёхфазная система с заземлённой нейтралью.
Рис. 4
Недостатки система имеет те же что и вышеописанная система, но добавляется ещё и такой нюанс. Увеличивается риск поражения током. Уменьшается срок службы кабелей.
Иерархия электросети
* Для чего нужно знать о иерархии электросети. Да хотя бы для того чтобы при любом отказе электрооборудования знать на что обратить внимание в первую очередь а на что во вторую. Компоновок электросетей бывает много всё зависит от класса автоматизации судна, его возраста, целесообразности выбора места установки электрического оборудования, да и наконец "здравого" смысла которым пользуется проектировщик при разработке чертежей.
Но не стоит паниковать сейчас мы с вами разберём общие принципы построения и реализации иерархии электросетей. Итак у нас есть электроэнергия производимая генераторами и её надо каким то образом распределить и доставить к потребителям.
Какие же потребители бывают:
1. аварийные потребители
2. основные потребители
3. второстепенные потребители
Аварийными потребителями назвали те потребители которые должны оставаться включенными или включаться в аварийных ситуациях. Например аварийное освещение, одна из рулевых машин, аварийный пожарный насос, шлюпочные лебёдки, радио и навигационное оборудование и т.д. весь перечень этого оборудования подключается к аварийному распределительному щиту АРЩ. Который берёт питание в штатном режиме от главного распределительного щита ГРЩ, а в аварийном от аварийного дизель генератора.
Основные и второстепенные потребители питаются от ГРЩ. Но есть один нюанс в приоритетах их питания. Группа основных потребителей: насосы, щиты управления и автоматики и т. д. получает питание постоянно если не случается нештатных ситуаций как отказ оборудования или отключение персоналом намеренно.
Группа второстепенных потребителей может отключатся автоматически, причём в несколько очередей, при перегрузке генератора или генераторов. Ко второстепенным потребителям относят оборудование камбуза, оборудование бытового назначения. В общем, оборудование которое не влияет на работу и безопасность судна.
Рассмотрим типы электросетей которые часто используются на судах:
Для простоты понимания вопроса изучим станцию с одним генератором.
Тип 1
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
АРЩ - аварийный распределительный щит
Ваt 1 - группа батарей 24В
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
На рисунке дан один генератор, который подключен на шины главного распределительного щита (ГРЩ ) от которого запитываются отдельные распределительные щиты от которых в свою очередь получают питание отдельные потребители. Также от ГРЩ могут получать питание групповые щиты, которые питают как отдельные потребители так и распределительные щиты. Ну что не сложно? А теперь давайте немного усложним сеть и рассмотрим реально существующую.
Тип 2
На рисунке показано уже два генератора, ГРЩ, распределительный щит, отдельные потребители. Добавился аварийный щит который сочетает в себе зарядную и распределительные части. В данном случае он не соединен с ГРЩ и его функция заключается в обеспечении энергией аварийного освещения и некоторых механизмов получающих питание 24В (пульты управления и автоматизации, предварительных масло прокачивающих насосов...)
На следующем рисунке изображена компоновка с АРЩ подключаемым к ГРЩ. А это значит что на щитах присутствуют одинаковые типы питания (380 и 220В).
Аварийные потребители в нормальных условиях питаются от генераторов, а при отключении генераторов от электромашинного преобразователя, который в свою очередь подключается к аккумуляторам.
При такой компоновке к АРЩ можно подключать не только аварийное освещение, а это может быть группа основного, Но и силовые аварийные потребители рулевое устройство, шлюпочные лебёдки, навигационное оборудование и т.д.
На схеме выше не показано соединение между шинами ГРЩ и АРЩ.
Обычно АРЩ запитывается от ГРЩ —> нормальный режим работы.
В случае отсутствия напряжения на ГРЩ / АРЩ запускается аварийный дизельгенератор
и соединение между ГРЩ и АРЩ разрывается —> АДГ запитывает АРЩ. В случае отказа АДГ (или его отсутствия) потребители АРЩ запитываются от аккумуляторов.
Тип 3
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит АРЩ - аварийный распределительный щит
Ваt 1 - группа батарей 24В
G - М электромашинный преобразователь
На следующей схеме показана электросеть отличающаяся от предыдущей наличием дизель
генератора эта сеть включает в себе все достоинства предыдущей схемы. Но продолжительность
работы источника аварийного питания ограничена только ресурсами самого приводного
двигателя и количеством топлива. Поэтому эта схема получила наибольшее распространение
правда с некоторыми вариациями. Может быть добавлен Валогенератор "S/G" и подруливающее устройство "М".
Тип 4
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
АРЩ - аварийный распределительный щит
Ват 1 - группа батарей 24В
Тип 5
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
АРЩ - аварийный распределительный щит
Ваt 1 - группа батарей 24В
S/G - влогенератор
Тип 6
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
АРЩ - аварийный распределительный щит
Ваt 1 - группа батарей 24В
S/G - валогенератор
М - подруливающее устройство
Далее схема присуща больше яхтам и пассажирским судам. В целях повышения безопасности и комфорта на пассажирские суда начали устанавливать бесперебойные источники питания. Это сделано для того чтобы в случае отключения основных генераторов и до запуска аварийного Д.Г. не было отключения некоторых потребителей.
Тип 7
G - генератор
ГРЩ - главный распределительный щит
АРЩ - аварийный распределительный щит
Ват 1 - группа батарей 24В
М - подруливающее устройство
UPS - источник бесперебойного питания
Распределительных щитов и отдельных потребителей получающих питание от главного распределительного щита наверняка больше чем изображено на схемах и расположены они не на виду. Так вот открою вам маленький секрет электромехаников! Придя на совершенно незнакомое судно электромеханик обязательно облазит его сверху донизу и перепишет все щиты, которые найдёт, какие потребители от них запитаны.
Например: 4я палуба щит освещения в кабельной нише:
| Каюты | N° автоматы |
| 2го помощника | № 1 |
| 2го механика | №2 |
| Эл. механика | № 3 |
| 3го механика | №4 |
| Освещение коридора | №5 |
И так по всем щитам. Заносите все данные в рабочий блокнотик который таскаете постоянно с собой. Это называется БЕГУНОК в электрическом простонародье. Икогда случается отказ оборудования или отключение какой то ветви освещения вы всегда сможете определить куда нужно бежать. Вы наверное заметите, а как же судовые схемы?
Представьте пока вы доберётесь до офиса где лежат схемы пока найдете нужную если найдёте. Или другой вариант вы начинаете подряд открывать все доступные помещения где могут находится щиты и искать нужный. Мысль понятна? Иногда бывает что времени на такие манипуляции как раз нет. Здесь и поможет бегунок.
Ну а теперь для закрепления материала вы можете составить схему электросети своего судна если вы на нём.