ребные электрические установки

ЧЕЛПАНОВ И.В.

Л Е К Ц И Я № 9.1

Тема: Судовые электроэнергетические системы

Текст лекции по дисциплине «Объекты морской техники»

Санкт-Петербург

Введение

Судовая электроэнергетическая система (СЭЭС) — это совокупность взаимосвязанных корабельных источников электроэнергии, преобразователей, распределительных, регулирующих и управляющих устройств и соединительных линий, объединённых процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии, предназначенная для питания судовых потребителей. Многие авторы в определение СЭЭС вводят и потребителей, формально же потребители в систему не входят, но они оказывают существенное влияние на структуру, параметры, режимы и др. Из определения следует, что СЭЭС состоит из источников электроэнергии, линий электропередач, распределительных щитов и преобразователей, а также регулирующих, контролирующих, распределяющих, сигнализирующих, управляющих и других устройств.

Судовые электроэнергетические системы имеют существенные отличия от больших береговых, а также от других автономных систем.

1. Соизмеримость мощностей генераторов и потребителей, наличие достаточно больших возмущений в системе и связанных с этим изменений частоты и напряжений.

2. Короткие линии, поэтому их расчёт, как правило, ведётся не по потерям напряжения, а по тепловым режимам.

3. Большие номинальные и аварийные токи из-за относительно низких напряжений и коротких линий и в связи с этим тяжёлые аварийные режимы.

4. Наличие значительных по объёму, массе, а в ряде случаев протяжённости кабельных трасс. Как показал опыт, это требует большого внимания при их проектировании, постройке и эксплуатации. Из-за относительно низких напряжений и больших номинальных токов генераторов и потребителей кабельные трассы для мощных систем получаются громоздкими, трудными для монтажа, легкоуязвимыми при аварийных повреждениях.

5. Возможность как автономной, так и параллельной работы нескольких разнородных генераторных агрегатов с различными первичными двигателями, регуляторами и характеристиками.

6. Сложная многоступенчатая система электрической защиты и управления, которая функционально может меняться и перенастраиваться в зависимости от режимов работы.

7. Необходимость обеспечения надёжной работы всех элементов СЭЭС при бортовой и килевой качке. Амплитуда бортовой качки может достигать 45°, а килевой 10°. Длительный крен судна может достигать 15°.

8. Большое количество потребителей, разнообразных по роду тока, напряжению, мощности, предназначению, степени важности, исполнению, характеру момента на валу, режиму работы и защищённости, сконцентрированных, как правило, в затеснённых отсеках. Потребители должны функционировать в различных климатических поясах от арктических до тропических и соответственно подвергаться значительным колебаниям температуры наружного воздуха, а также разнице температур мест расположения при значительной влажности морского воздуха и наличия в нём солей, паров топлива и масел, что может весьма агрессивно действовать на металл и изоляцию электрооборудования. Относительная влажность воздуха на палубе судна 70-100 %, а под палубой, в машинных отделениях до 95±3 % при температуре +25±2 °С.

9. Необходимость успешного функционирования электрооборудования в условиях ударных сотрясений и вибраций. Вибрация может быть общей, создаваемой работой гребных винтов и главной энергетической установкой, и местной, вызываемой работой отдельных агрегатов.

10. Широкое внедрение на судах статических преобразователей электроэнергии вызывает необходимость принятия комплекса мер по обеспечению статических и динамических показателей качества.

11. Использование на судах различных систем регулирования, управления, защиты, сигнализации и др. на микропроцессорной элементной базе, требующих для успешного функционирования как бесперебойного питания, так и кондиционной электроэнергии. Из-за наличия импульсных коммутационных перенапряжений вопросы электромагнитной совместимости в стеснённых судовых условиях становятся серьёзной проблемой для проектировщиков и специалистов по эксплуатации.

12. Несмотря на особые условия функционирования СЭЭС, необходимость обеспечения составляющих безопасности эксплуатации систем судна (ядерная безопасность, электробезопасность, электростатическая, хранения лёгкихтоплив, пожаробезопасность и др.).

сточники электроэнергии

Источники электроэнергии — генераторные агрегаты, состоящие из приводного двигателя, редуктора, генератора и подсистем регулирования, управления, защиты, сигнализации и контроля и др. Сюда же относятся химические источники тока.

В качестве генераторных агрегатов используются дизель-генераторы, турбогенераторы, газотурбогенераторы, валогенераторы (генераторы с приводом от гребного вала, в их числе валодизель-генераторы и валотурбогенераторы), утилизационные турбогенераторы (генераторы с приводом от турбины, работающей от утилизационного котла).

Источники электроэнергии в зависимости от назначения могут быть основными, резервными и аварийными. Основные предназначены для работы в любом режиме СЭЭС, резервные — для обеспечения резерва мощности, аварийные — для работы в аварийных режимах. Последние обеспечивают ограниченный круг потребителей в особых случаях в интересах жизнеобеспечения, борьбы за живучесть, ядерной безопасности и имеют ограниченную мощность. В качестве аварийных источников используются дизель-генераторы и аккумуляторные батареи.

Передача электроэнергии в СЭЭС осуществляется с помощью линий электропередач. Это либо шинопроводы, либо кабели. В качестве материала, как правило, используется электролитическая медь.

Совокупность линий электропередач с распределительными щитами называется электрической сетью.

Судовая электрическая станция — это энергетический комплекс, преобразующий различные виды энергии в электрическую, состоящий из источников электроэнергии и главных распределительных щитов (ГРЩ).

Главные распределительные щиты предназначены для присоединения источников электроэнергии к судовой силовой электрической сети, управления их работой, контроля и сигнализации. Силовая электрическая сеть начинается от ГРЩ и заканчивается у преобразователей или приёмников электрической энергии.

Районный распределительный щит предназначен для распределения электроэнергии в пределах определённого энергетического района и обеспечивает электроэнергией отсечные щиты этого района.

Отсечные распределительные щиты предназначены для обеспечения питания потребителей в пределах отсека судна, групповые — для распределения электроэнергии между приёмниками, как правило, одинакового назначения.

Щит приёма питания с берега (ЩПБ) предназначен для обеспечения судна электроэнергией от береговой сети при стоянке у стенки, в порту и др. Как правило, ЩПБ подсоединён к одному из ГРЩ.

Электрораспределительный шит, к которому подключены аварийный источник электроэнергии и аварийная сеть, называется аварийным распределительным щитом. Совместно с аварийным источником они образуют аварийную судовую электростанцию. Согласно требованиям Регистра аварийная электростанция размещается в помещении вне зоны затопления судна (на главной палубе или даже выше).

Судовая электроэнергетическая система имеет свои параметры электроэнергии, род тока, величину напряжения, частоту сети. Однако не все потребители используют электроэнергию с этими параметрами. Часть электроэнергии преобразуется в другой род тока, другое напряжение и частоту. Это осуществляется с помощью вращающихся электромашинных или статических преобразователей. Последние получают всё больший приоритет благодаря успехам в полупроводниковой элементной базе, теоретическим и практическим достижениям преобразовательной техники.

Силовые электрические сети по принципу распределения электроэнергии разделяются на магистральные, фидерные и магистрально-фидерные. В перечисленных сетях для передачи электроэнергии используются магистрали, фидеры или магистрали и фидеры одновременно. Последние, смешанные, получили наибольшее распространение.

Структура СЭЭС — графическое или словесное представление системы с указанием состава элементов и связей между ними, а также соотношения мощностей входящих элементов.

Схема электрических соединений — схематическое представление связей между источниками электроэнергии и пунктами преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Важными понятиями являются понятия режима системы и параметров системы. Режим работы СЭЭС — состояние системы, характеризующееся совокупностью условий и величин в какой-либо момент времени или интервал времени.

Параметр режима — каждая величина из совокупности величин, характеризующих данное состояние электроэнергетической системы (напряжение, ток, мощность, частота и т. п.).

Параметр системы — каждая величина из совокупности величин, характеризующих электроэнергетическую систему или её элемент и связывающих между собой параметры режима её работы (активные и индуктивные сопротивления, проводимости, инерционные постоянные и т. п.). Изменение параметров системы приводит к изменению параметров режима.

Различают нормальные, аварийные, установившиеся и переходные режимы.

Нормальный режим — режим работы в нормальных (установленных нормативными документами) условиях (при нормальных показателях качества электроэнергии и при отсутствии аварий).

Аварийный режим — режим работы СЭЭС при возникновении аварий или происшествий или при недопустимом отклонении показателей качества электроэнергии во всей системе или в её части.

Установившийся режим — режим работы системы при практически неизменных параметрах режима или очень медленных их изменениях. Применительно к полупроводниковым устройствам, работа которых характеризуется постоянным изменением состава и структуры устройства при неизменной средней мощности за период питающей частоты, говорят о квазиустановившемся режиме. Такой режим может существовать и для некоторых других элементов СЭЭС. Послеаварийный режим — установившийся режим работы системы после устранения аварийных условий (отключения короткого замыкания, устранения перегрузки, ликвидации несинхронного или несинфазного включения генераторов и т. д.)

Переходный режим — переход от одного установившегося режима к другому установившемуся режиму системы. Как уже указывалось, причиной переходного процесса является изменение параметров системы — активных или индуктивных сопротивлений или проводимостей. Это коммутации нагрузок, запуски и отключения электродвигателей, короткие замыкания в системе и др.

С момента появления электроэнергии на судах имеется устойчивая тенденция повышения суммарной мощности источников электроэнергии и потребителей. Интегральным показателем электроэнерговооружённости судна является коэффициент электроэнерговооружённости

где — суммарная номинальная мощность всех установленных источников электроэнергии на судне, кВт;

D _ст — стандартное водоизмещение судна, т.

Для некоторых судов коэффициент доходит до 300 Вт/т.

Увеличение электроэнерговооружённости судна обусловлено:

— повышением мощности систем жизнеобеспечения и комфортности экипажа (системы кондиционирования, обогрева, бытовых приборов и т. д.);

— повышением мощности производственных комплексов;

— повышением мощности средств борьбы за живучесть;

— внедрением средств активного управления, позиционирования, подруливающих устройств, вспомогательных средств электродвижения и др.

9.1.2. Требования, предъявляемые к СЭЭС

Особенности эксплуатации СЭЭС вызывают необходимость предъявлять определённые требования при проектировании, исследовании и постройке новых систем. Разработка и создание новыx систем — это поиск компромиссных решений. СЭЭС проектируется, строится и эксплуатируется с учётом специфики судна и его конкретного назначения, а также требований к ней со стороны других подсистем. Рассмотрим основные требования к СЭЭС.

Бесперебойностъ функционирования в нормальных и определяемых руководящими документами ихов. Требования, проедъявляемые к СЭЭС ававарийных режимах с обеспечением выполнения требований к качеству электроэнергии. К показателям качества относятся:

— отклонения напряжения и частоты от номинального в установившихся и динамических режимах,

— время восстановления напряжения после коммутации нагрузки,

— коэффициент несимметрии напряжения по фазам,

— коэффициент неравномерности нагрузки по фазам трёхфазной сети,

— коэффициент искажения кривой напряжения или коэффициент несинусоидальности,

— коэффициент низкочастотной модуляции, а также для систем постоянного тока коэффициент пульсации напряжения.

На все эти показатели установлены нормы, определяемые Правилами Регистра, инструкциями по эксплуатации и другими документами. Одни из этих показателей являются традиционными, другие, например, коэффициент несинусоидальности — относительно новыми требованиями. Одними из вновь вводимых показателей являются импульсные перенапряжения, обусловленные появлением мощной статической преобразовательной техники и критичностью к этим перенапряжениям изоляции и микропроцессорных элементов. Поэтому в последнее время во всех странах ужесточены требования по генерации перенапряжений, вводятся ГОСТы, нормы и рекомендации по их ограничению.

Надёжность СЭЭС — способность системы сохранять свойства, необходимые для выполнения заданного назначения при нормальных повседневных условиях её эксплуатации в течение требуемого времени. Надёжность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определённые сочетания этих свойств. Надёжность СЭЭС обеспечивается качеством и совершенствованием элементной базы и структурой сети.

Живучесть СЭЭС — способность системы, получившей аварийное или боевое повреждение, хотя бы частично сохранять работоспособность и по возможности восстанавливать её. За счёт защищённости и структурной избыточности по генерируемой мощности и связям система противостоит поражающим факторам благодаря пожаро-, взрыво- и ударостойкости, водостойкости и термостойкости. Живучесть системы обеспечивается резервированием, размещением и защитой, а самих элементов — выбором изоляции и других материалов, степенью защищённости элементов, оптимальных зазоров и др.

Безопасность СЭЭС — способность системы функционировать, не переходя в критическое состояние, угрожающее здоровью и жизни людей, окружающей среде, другим техническим системам или наносящее ущерб в больших масштабах. Применительно к СЭЭС к безопасности относятся следующие составляющие:

— электробезопасность экипажа (вероятность реализации опасного состояния обусловлена металлическим корпусом и низкими сопротивлениями изоляции, сложными условиями эксплуатации, необходимостью заземления оборудования, ёмкостью сети, однофазными замыканиями на корпус и др.);

— электромагнитная совместимость с другими подсистемами судна (вероятность реализации опасных состояний обусловлена генерацией элементами системы тех или иных помех, распространяемых индукционными или кондукционными путями (генерация высших гармоник, импульсные перенапряжения и др.);

— ядерная безопасность (вероятность реализации опасных состояний обусловлена риском перебоев в обеспечении всеми необходимыми видами электроэнергии ЯЭУ в нормальных и аварийных режимах);

— безопасность хранения и транспортировки лёгких топлив и других опасных грузов, зависящая от СЭЭС, включая электростатическую безопасность.

Экономичность работы СЭЭС. Высокие энергетические показатели источников и потребителей электроэнергии обеспечивают уменьшение удельного расхода топлива на 1 кВт час вырабатываемой электроэнергии, а рациональное расходование топлива увеличивает длительность плавания судна и другие экономические показатели. На экономичность работы электродвигателей и других элементов оказывают влияние высокие КПД, cos φ не только на номинальных, но и на парциальных режимах, высокая надёжность, низкие эксплуатационные расходы и др., а также разумное снижение стоимости проектирования и постройки за счёт использования отработанных элементов, унификации и стандартизации, сравнения альтернативных вариантов, оптимизации и др.

Маневренность СЭЭС — это способность системы переходить за допустимое время из одного работоспособного состояния в другое в ответ на управляющее или возмущающее воздействие. Маневренность определяется временем запуска резервных или аварийных источников, временем принятия и исполнением решений на основе информационной поддержки оператором или управляющей системой, оперативностью систем защит, систем предаварийной автоматики и др.

Виброшумовые характеристики. Доказано, что шумы и вибрации механизмов оказывают вредное воздействие на работоспособность и здоровье человека. В связи с этим Правилами Госсанинспекции установлены предельные уровни шумов в судовых помещениях, особенно если в них находится обслуживающий персонал. Правила РМРС предъявляют высокие требования к устойчивости электрооборудования к вибрациям. Так, электротехнические средства должны безотказно работать при вибрациях с амплитудой до 1 мм и частотах до 8 Гц. Снижение шумов и вибраций достигается повышением точности обработки деталей, уменьшением удельных нагрузок, использованием новых материалов, установкой амортизаторов и т. д.

Малые массогабаритные показатели. Из-за ограниченности объёмов отсеков судна, необходимости обеспечения высоких экономических показателей наблюдается постоянная тенденция уменьшения массы и габаритов элементов СЭЭС. Улучшение удельных показателей по массе и габаритам достигается увеличением тепловых и электромагнитных нагрузок элементов, интенсификацией охлаждения, рациональной компоновкой, использованием новых материалов и др.

Удобство обслуживания и ремонта. Элементы СЭЭС из-за специфики функционирования должны быть удобны и просты в эксплуатации, автоматизированы, обладать высокой ремонтопригодностью, снабжены устройствами контроля и защиты, облегчающими и ускоряющими диагностирование состояния и поиск неисправностей.

Это самые общие требования к СЭЭС и их элементам. Их можно расширять, добавлять и детализировать (требования по монтажу, защищённости электрооборудования, требования патентно-правовые, эргонометрические, эстетические и др.).

Все эти требования достаточно противоречивы. Высокие требования по надёжности, живучести и безопасности в общем случае несовместимы с требованиями низкой стоимости, малых массогабаритных показателей, а высокие удельные нагрузки несовместимы с требованиями высокой надёжности, низких виброшумовых характеристик и т. д. Поэтому создание высокоэффективной СЭЭС, как и всего судна, — это решение многокритериальной задачи как на этапах проектирования, так и на других этапах жизненного цикла судна.

9.1.3. Классификация СЭЭС

Схемы, параметры, расположение элементов СЭЭС и др. определяются назначением, уровнем развития науки и техники, мощностью приёмников, особенностями эксплуатации и обслуживания, а также главной энергетической установкой судна, обеспечивающей его ходовые качества. В общем случае СЭЭС можно классифицировать по различным признакам.

1. По принадлежности к типу судна и виду преобразуемой энергии — транспортные, промысловые, вспомогательные, суда технического флота и др. Они имеют свои архитектурные признаки, районы плавания, энергетические установки, специфику эксплуатации, и это, безусловно, отражается на СЭЭС. Электроэнергия может вырабатываться с помощью тепловых или атомных установок, тепловые, в свою очередь, подразделяются на паротурбинные, газотурбинные и дизельные. Последние в настоящее время являются самыми распространенными и экономичными.

2. По количеству электростанций — с одной, двумя и более электростанциями. Большое количество электростанций увеличивает надёжность и живучесть систем, но удорожает строительство и эксплуатацию, усложняет систему.

3. По роду тока — системы постоянного, переменного и смешанного рода тока.

4. По установленной мощности генераторных агрегатов — условно по суммарной мощности генераторов различают системы на малой (до 1 МВт), средней (1—10 МВт) и большой (более 10 МВт) мощности.

5. По степени автоматизации — автоматизированные системы с дистанционным управлением, имеющие относительно простые средства автоматизации (системы пуска дизель-генераторов, синхронизации, распределения нагрузок) и системы с программным управлением, в которых сложные законы управления СЭЭС реализуются с помощью ЭВМ в зависимости от режима работы судна.

6. По связи СЭЭС с судовой энергетической установкой — автономные, с отбором мощности от силовых установок, и единые. В автономных имеются автономные источники электроэнергии — турбогенераторы или дизель-генераторы, ГРЩ, РЩ, трансформаторы, выпрямители, обеспечивающие питанием потребителей постоянного тока, щит питания с берега и линии электропередач. В последнее время автономные СЭЭС преимущественно создаются на переменном токе и имеют фидерно-магистральную систему распределения (рис. 9.1), в которой наиболее мощные и значимые потребители получают питание от отдельных фидеров, а остальные — от распределительных щитов.

СЭЭС с отбором мощности от главных энергетических установок могут получать энергию не только от автономных источников, но и с помощью валогенераторов, приводимых в действие через механическую передачу от судового валопровода или от вала отбора мощности главного двигателя, или турбогенераторов, получающих пар от утилизационных котлов. Существуют и комбинированные системы с валогенераторами и турбогенераторами отбора мощности. Они увеличивают строительную стоимость, но в ряде случаев повышают

Рис. 9.1. Электрические структурные схемы авто- номной СЭЭС: а — с одной основной электро- станцией; б — с двумя основными электростан- циями; в — с одной основной и одной аварийной электростанцией: ПД — первичный двигатель; Г1—Г6 — генера- торы; ГРЩ — главный распределительный щит; РЩ — распределительный щит; П — по- требитель; ЩПБ — щит питания с берега; АГ — аварийный генератор; АРЩ — аварий- ный распределительный щит

Рис. 9.2. Структурная схема СЭЭС с отбором мощности от энергетической установки с помощью валогенератора и утилизационного турбогенертора

Рис. 9.3. Структурная схема единой СЭЭС

9.1.4. Структурные схемы СЭЭС

По классификации СЭЭС имеют разнообразные структурные схемы. Схемы СЭЭС должны предусматривать как параллельную, так и автономную работу генераторов, обеспечивать электрическую защиту, приём питания с берега или другого объекта, управление режимами СЭЭС, проведение осмотров и ремонтов и др. На рис. 9.1-9.3 представлены типовые структурные схемы СЭЭС. При проектировании судовых электростанций, как правило, предусматривается параллельная работа генераторов. В ряде случаев СЭЭС создаются с двумя электростанциями как из условия обеспечения надёжности, живучести и безопасности, так и из-за необходимости ограничения аварийных токов и моментов и обеспечения электродинамической стойкости элементов. На рис. 9.4 представлена схема одной из наиболее мощных систем — атомоходов типа «Арктика».

ребные электрические установки

Гребная электрическая установка (ГЭУ) — это особый, как правило, уникальный вид электрической установки, обеспечивающий судну новые свойства. В последнее время эти установки получают всё большее распространение. Есть классы судов, традиционно использующие ГЭУ: ледоколы, паромы, буксиры, круизные суда, спасательные суда, рыбопромысловые базы, подводные аппараты, кабелеукладчики и др.

Рис. 9.5. Схематическое изображение дизель-электрической энергетической установки: а — ледокола; b — рыболовного судна; с — с двухдвигательным приводом (с двигателями разной мощности); d — буксира. 1 — электродвигатель; 2 — дизель; 3 — генератор.

ГЭУ делятся:

· по связи с энергетической установкой или электроэнергетической системой — автономные и неавтономные, главные, вспомогательные и комбинированные;

· по типу первичных двигателей — дизельэлектрические, турбоэлектрические, газотурбоэлектрические;

· по роду тока — ГЭУ постоянного, переменного и двойного рода тока;

· по типу гребного двигателя — ГД постоянного тока, асинхронный, синхронный, синхронный с постоянными магнитами.

В ГЭУ преобразование энергии в общем случае осуществляется по схеме: первичный двигатель, генератор, преобразователь, двигатель. Это несколько увеличивает массогабаритные показатели, построечную стоимость, увеличивает затраты на ремонт, уменьшает КПД на номинальных режимах, увеличивает число обслуживающего персонала. Однако за счёт рационального проектирования, использования последних достижений в развитии электроэнергетики удаётся во многих случаях приблизить показатели к данным традиционных установок, приобретая при этом ряд преимуществ.

В общем случае системы электродвижения имеют следующие достоинства:

— отсутствие непосредственной связи между первичным двигателем и движителем позволяет выбрать оптимальные параметры энергетического ряда и свободную компоновку оборудования ГЭУ;

— могут быть выбраны быстроходные первичные двигатели, обладающие лучшими удельными показателями; упрощается их конструкция за счёт нереверсивного исполнения;

— появляется возможность плавного регулирования в широком диапазоне изменения частот вращения гребного вала;

— уменьшается длина гребных валов;

— упрощаются отдельные судовые системы;

— представляются широкие возможности, с одной стороны, для стандартизации и унификации, а с другой – выбора вариантов;

— повышается надёжность и живучесть установки. Возможность дробления мощности и избыточность переключений в системе распределения позволяет обеспечить резервирование основных элементов;

— повышаются маневренные качества судов как за счёт оперативных переключений, так и за счёт больших перегрузочных способностей гребных электродвигателей;

— повышается экономичность на промежуточных режимах;

— предоставляются широкие возможности для дистанционного и автоматического управления установкой.

— появляется возможность использования генераторов ГЭУ для питания судовых потребителей.

Рис. 9.5. Система электродвижения на переменном токе

Исторически системы электродвижения (СЭД) развивались от систем на постоянном токе к системам двойного рода тока, а затем к системам переменного тока. На рис. 9.5 представлена схема СЭД круизного судна на переменном токе со связью с СЭЭС. Для защиты ряда общесудовых потребителей от высших гармоник и импульсных перенапряжений используются электромашинные преобразователи. В качестве гребных двигателей используются синхронные двигатели в комплексе со статическими преобразователями частоты (циклоконверторами).

Заключение

Вместе с другими отраслями науки, тесно связанными с судостроением, интенсивно развивается и электроэнергетика. В последние годы произошёл научный прорыв в области создания новой элементной базы, что обусловлено микрореволюцией в корабельной и судовой электроэнергетике и предопределило пересмотр взглядов на роль, место и расстановку акцентов в создании новых СЭЭС. Отметим кратко эти достижения, характерные как для отечественной, так и для зарубежной науки.

1. Разработаны и освоены силовые полностью управляемые полупроводниковые приборы, получившие название в нашей стране СКПУ, а за рубежом IGBT, MOSFET и другие, что резко изменило возможности преобразовательной техники, улучшило массогабаритные и энергетические показатели. Эти приборы продолжают ряд силовых полупроводниковых приборов, таких как диоды, триоды, тиристоры, симисторы и имеют такой же мощностной ряд как тиристоры. Отсутствие необходимости искусственной коммутации, высокое быстродействие, малые потери привели к существенному уменьшению массогабаритных показателей, упрощению схемы управления и компоновки статических преобразователей. В ряде случаев блок преобразования может умещаться в магнитном пускателе, поэтому стирается грань между системами переменного и постоянного тока. Появилась перспектива создания единых электромеханотронных систем, взявших преимущества как постоянного, так и переменного тока, высокоэффективных регулируемых электроприводов и систем электродвижения.

2. Появление высококоэрцитивных магнитов позволило создать класс машин без подвода электроэнергии к ротору, что дало возможность повысить КПД, уменьшить массогабаритные показатели, решить многие эксплуатационные вопросы (уменьшены тепловыделения, отсутствует контактно-щеточное устройство и т. д.).

При реализации пп. 1 и 2 с учётом развития микропроцессорной техники представилась возможность создания высокоэффективных вентильных двигателей, обладающих преимуществами как перед двигателями постоянного, так и переменного тока. Интенсивно разрабатывается и внедряется вентильный индукторный двигатель — один из самых простых, ремонтопригодных и высокоэкономичных электроприводов. Кстати, многие зарубежные электротехнические и судостроительные фирмы считают неконкурентноспособными электродвигатели для различных движительных комплексов, если их КПД на номинальном режиме меньше 95 %. Высокий КПД реализуется и на парциальных режимах.

3. Благодаря исследованиям АО «Электросила» (Санкт-Петербург), создана электрическая машина открытого исполнения, работающая в морской воде. Новые типы подшипников, изоляции и ряд конструктивных новшеств предопределили гидролитическую стойкость работы в морской воде, ресурс на уровне существующих машин, существенное снижение массогабаритных показателей и др. Вместо маслонаполненных электрических приводов со сложной системой компенсации и опасностью нарушения экологической обстановки появилась возможность создать ряд электрических машин до 300 кВт с сопротивлением изоляции порядка 500 МОм.

4. Московская компания МНПО «Эконд» разработала (и подтвердила готовность к серийным поставкам) новый тип конденсаторов сверхвысокой энергоёмкости «ИКЭ Эконд-супер». Плотность энергии в них в 10 раз выше, чем в лучших традиционных конденсаторах, а мощность импульсного разряда, по утверждению разработчиков, до 10 раз выше мощности аккумуляторных батарей. Разработан ряд конденсаторов с напряжением до 300 В с запасённой энергией до 40-50 кДж. Серийное освоение таких конденсаторов создаёт перспективу создания систем запуска генераторных агрегатов в дискомфортных условиях, различных накопителей электроэнергии, разработки блоков бесперебойного питания, что особенно важно при внедрении микропроцессорной техники, критичной к обрывам питания.

5. Всероссийским электротехническим институтом (ВЭИ) им. В. И. Ленина и другими фирмами разработаны и освоены вакуумные выключатели, успешно работающие не только в большой энергетике, но и в автономной. По своим энергетическим возможностям они приближаются к автоматическим выключателям серии ВА, но обладают рядом таких преимуществ как: высокая износостойкость, полная взрывопожаробезопасность, экологическая чистота, высокое быстродействие, ударо- и вибростойкость и др.

6. Одной из причин высокой пожароопасности корабельных и судовых ЭЭС являются различного рода нагревательные приборы. Санкт-Петербургской фирмой «ГИРИКОНД» отработана технология создания нагревательных приборов с заранее «конструируемой» температурой нагрева без всякого регулирования и управления. Базовым материалом является титанат бария. Нелинейный нагревательный элемент меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. Такие нагреватели обеспечивают массу возможностей по термостатированию, регулированию, поддержанию дежурных средств и т. д.

Эти и ряд других разработок привели к изменению концепции о роли и месте электроэнергетики в системе «корабль». Так, в нескольких иностранных журналах и статьях предлагается измененить концепцию разработки главных энергетических установок. Все операции по движению и маневрированию предлагается осуществлять с помощью движительных колонок с электроприводом. Использование в движительной колонке двух винтов — в носу гондолы и в корме — повысит пропульсивный КПД движительного комплекса на 10 %; появляется возможность дальнейшего совершенствования и оптимизации использования объёмов судов. Так, фирмой «АВВ-Стремберг» разработаны движительные колонки мощностью до 14 МВт для судов водоизмещением в несколько десятков тысяч тонн

Литература

1. Фрид Е.Г. Устройство судна: Учебник. – Л.: Судостроение, 1990.

2. Допатка Р., Перепечко А. Книга о судах. Пер. с нем. - Л.: Судостроение, 1981.

3. Нечаев Ю.И., Царёв Б.А., Челпанов И.В. Профессия – судостроитель (Введение в специальность): Учебник. – Л.: Судостроение, 1987.