Схема однолинейной ЭЭС грузового судна
В схеме ЭЭС грузового судна (рис. 64) источниками электроэнергии являются три дизельгенератора ДГ1− ДГ3 с трехфазными синхронными генераторами. В нормальных условиях два из трех дизельгенераторов работают параллельно, третий является резервным и пускается автоматически при выходе из строя или остановке одного из работающих. Основная силовая сеть судна выполнена на переменном токе 380 В / 50 Гц.
Главный распределительный щит, на который подается питание от дизельгенераторов через автоматы генераторов АДГ1− АДГ3 и щиты генераторов ЩДГ1−ЩДГ3 , разделен на три секции: две секции отключаемой нагрузки – ГРЩО1 и ГРЩО2 (неответственные потребители), и одну секцию неотключаемой нагрузки – ГРЩН (ответственные потребители). Питание потребителей отключаемой и неотключаемой нагрузки производится следующим образом:
- более мощных и ответственных механизмов и потребителей – непосредственно через автоматы, установленные в секциях главных распределительных щитов ГРЩН, ГРЩО;
- менее мощных и ответственных потребителей электроэнергии – через соответствующие распределительные щиты отключаемой ( РЩО ) и неотключаемой ( РЩН ) нагрузки.
Питание сетей ≈ 220В и их потребителей осуществляется через секцию ГРЩ 220В от трансформаторов Тр1 или Тр2, один из которых является основным, а второй – резервным. Так же, как и для потребителей сети ≈ 380В, наиболее ответственные потребители получают питание через автоматы, установленные непосредственно в секции ГРЩ, наименее ответственные потребители – через распределительные щиты РЩ сети ≈ 220В .
Защита генераторов и секций ГРЩ осуществляется селективными автоматами, установленными в щитах дизельгенераторов АДГ1− АДГ3 и между секциями главного распределительного щита – АС1, АС2 . При стоянке судна в порту, для исключения работы собственных дизельгенераторов и сохранения их моторесурса, обеспечивается прием питания с береговых электростанций через щит питания с берега ЩПБ со своим селективным автоматом АПБ . Защита остальных потребителей электроэнергии обеспечивается автоматическими выключателями, установленными непосредственно в секциях ГРЩ (для наиболее мощных и ответственных потребителей), либо в распределительных щитах, с которых они получают питание – РЩО, РЩН, РЩ .
Схема ЭЭС атомного ледокола с электродвижением
Рассматриваемая схема ЭЭС судна с электродвижением (рис. 65) использует переменный ток. В основном ходовом режиме электроэнергия вырабатывается двумя главными турбогенераторами – ГТГ , получающими пар от ядерной паропроизводящей установки. Параметры вырабатываемой ГТГ электроэнергии: напряжение 6,3 кВ с частотой 50 Гц. Главные турбогенераторы работают на общую шину, от которой через циклоконвекторы – Цк питаются три главных гребных электродвигателя ГЭД . С помощью циклоконвекторов изменяется частота тока и, соответственно, обороты ГЭД . Часть мощности с шины ГТГ отбирается через понижающие трансформаторы Тр1 и Тр2 на секцию отключаемой нагрузки главного распределительного щита ГРЩО .
Питание потребителей ГЭУ осуществляется от секций неотключаемой нагрузки ГРЩН1 и ГРЩН2 , на которые работают вспомогательные турбогенераторы ВТГ1 и ВТГ 2 соответственно. Такая схема питания позволяет обеспечить высокое качество электроэнергии для ответственных потребителей, исключает влияние колебаний напряжения и частоты тока в ГЭУ на работу этих потребителей. Наиболее ответственные потребители общесудовых систем также получают питание с секций неотключаемой нагрузки ГРЩ. Секции ГРЩ могут получать питание от ВТГ другого борта через секционные автоматы АС .
В качестве резервных источников электроэнергии используются три резервных дизельгенератора – РДГ1 – РДГ3, которые могут подключаться на главную шину ГЭУ. Они являются источниками электроэнергии для обеспечения аварийного хода ледокола при бездействующей ядерной энергетической установке.
В составе ЭЭС имеются два аварийных дизель-генератора – АДГ1 иАДГ2, работающие на щиты аварийных генераторов для обеспечения электроэнергией потребителей ГЭУ в случае возникновения аварийных ситуаций.
Примененная на судне схема распределения электроэнергии позволяет запитывать все распределительные щиты от шины ГТГ, что позволяет наиболее экономичным способом обеспечить судно электроэнергией. При стонке судна в базе электропитание судовых потребителей и ввод ядерной установки в действие обеспечивается береговой электростанцией через щиты питания с берега, подключенные к секциям ГРЩ.
Схема ЭЭС атомной подводной лодки
На рис. 66 представлена примерная упрощенная схема генерирования и распределения электроэнергии атомной подводной лодки. Основной особенностью ЭЭС атомных подводных лодок является использование в качестве аварийного источника электропитания аккумуляторной батареи – АБ . Батарея используется для обеспечения работы механизмов ГЭУ при вводе в действие ЯЭУ в подводном положении после срабатывания системы защиты реактора, а также для обеспечения работы механизмов при аварийном расхолаживании ЯЭУ. По этой причине ЭЭС атомных подводных лодок всегда имеют в своем составе сети переменного и постоянного тока, а также электромашинные преобразователи, позволяющие обеспечивать одновременную работу сетей постоянного и переменного тока от одного из основных или аварийных источников электроэнергии.
ЭЭС атомной подводной лодки, с целью резервирования основных источников электроэнергии и повышения живучести систем и механизмов, всегда выполняется двубортной. Основная силовая сеть обычно выполняется на переменном токе 380В / 50Гц .
Основными источниками электроэнергии являются:
- два автономных турбогенератора ТГ1 и ТГ2 переменного тока, работающих на секции главных распределительных щитов отключаемой ( ГРЩО ) и неотключаемой ( ГРЩН ) нагрузки левого и правого бортов. Эти источники электроэнергии обеспечивают все потребители АПЛ в надводном и подводном положении при нормальной штатной работе ЭЭС;
- дизельгенератор, который для АПЛ является резервным (или аварийным) источником электроэнергии и способен работать только в надводном или перископном положении. Дизельгенератор на АПЛ может включаться как в состав сети постоянного, так и в состав сети переменного тока (на изображенной схеме рис. 66 дизельгенератор включен в сеть постоянного тока);
- аккумуляторная батарея, которая является для АПЛ аварийным источником электроэнергии;
- два обратимых преобразователя ОП1 и ОП2 электромашинного типа. Обратимые преобразователи выполняют роль связующего звена между сетями переменного и постоянного тока и могут работать в двух режимах: выпрямительном и инверторном. В выпрямительном режиме в качестве электродвигателя работает машина переменного тока, в качестве генератора – машина постоянного тока. При этом происходит запитка сети постоянного тока от работающих основных источников электроэнергии – турбогенераторов и обеспечение режима зарядки аккумуляторной батареи. В инверторном режиме в качестве электродвигателя работает машина постоянного тока, а в качестве генератора – машина переменного тока. При этом происходит подача питания в сети постоянного и переменного тока от аварийных источников электроэнергии – аккумуляторной батареи или дизельгенератора. Переход режима работы обратимых преобразователей из выпрямительного в инверторный и обратно происходит автоматически.
Работа ЭЭС происходит следующим образом.
При нормальной штатной работе ГЭУ в действии находятся два турбогенератора, вырабатывающие переменный ток 380В/ 50Гц . Через щиты генераторов и автоматы генераторов АГ1 и АГ 2 ток поступает на распределительные устройства – главные распределительные щиты левого и правого бортов. ГРЩ разделены на секции неотключаемой ГРЩН и отключаемой ГРЩО нагрузки. С секций неотключаемой нагрузки происходит запитка наиболее важного с точки зрения безопасности и живучести электрооборудования, а также систем вооружения. С секций отключаемой нагрузки происходит запитка менее важного электрооборудования. Наиболее ответственное оборудование запитывается с двух бортов через автоматические переключатели сети – АПС. При обесточивании секции ГРЩ одного из бортов АПС автоматически переключает питание такого потребителя на секцию ГРЩ резервного борта.
С секций ГРЩ происходит распределение электроэнергии по потребителям. При этом наиболее отсетственные потребители получают питание непосредственно с секций ГРЩН и ГРЩО , а остальные потребители – через распределительные щиты неотключаемой и отключаемой нагрузки РЩН и РЩО .
С секций ГРЩ осуществляется подача питания в другие электрические сети: силовую сеть ~ 220В / 50Гц и сеть освещения через свои трансформаторы Тр1−Тр4 и распределительные щиты – ЩС и ЩО соответственно.
С этих же секций ГРЩ осуществляется запитка высокочастотной сети ~ 220В/ 400Гц , обеспечивающей работу систем автоматики ЯЭУ и комплексной системы управления техническими средствами корабля. Учитывая особую важность этих систем (потребители I категории), сеть ~ 220В/ 400Гц получает питание через высокочастотный преобразователь электромашинного типа – ВПР , получающий питание с обоих бортов секций неотключаемой нагрузки ГРЩ. Питание потребителей систем автоматики осуществляется через распределительные щиты высокочастотной сети – РЩВ .
Питание сети постоянного тока и всех потребителей постоянного тока в нормальном режиме работы ЭЭС осуществляется через обратимые преобразователи ОП1 и ОП2 , работающие в выпрямительном режиме. При этом напряжение в сети постоянного тока превышает на несколько вольт напряжение аккумуляторной батареи, и ее разряда не происходит, хотя сама аккумуляторная батарея постоянно подключена к сети через батарейные автоматы – БА1 и БА2 . Наиболее важные потребители получают питание от фидеров секций главных распределительных щитов постоянного тока ГРЩП , менее важные потребители получают питание через распределительные щиты постоянного тока – РЩП и РЩ . Потребители, не допускающие перерывов в питании, или допускающие кратковременные перерывы, запитываются с обоих бортов через автоматические переключатели-пускатели – АПП .
Движение АПЛ возможно осуществлять от ГТЗА, работающего на винт через линию вала, либо с помощью резервного движительного комплекса, представляющего собой небольшие движительные колонки с гребными электродвигателями и винтами. При этом ГЭД получают питание от секции ГРЩ, а управление ими производится пультами управления ГЭД.
В случае обесточивания одной из секций ГРЩ или срабатывании защиты одного из турбогенераторов, аварийная секция ГРЩ подключается к работающей через секционные автоматы – АС .
При выходе из строя двух турбогенераторов (аварийный режим работы ЭЭС), напряжение, вырабатываемое обратимыми преобразователями, становится ниже напряжения аккумуляторной батареи. При этом происходит автоматическое переключение сети постоянного тока на питание от аккумуляторной батареи через запорные кремниевые устройства ЗУК1 и ЗУК2 . Одновременно с этим автоматически замыкаются выключатели ВБ1 и ВБ2 , шунтирующие ЗУК1 и ЗУК2 , которые не рассчитаны на длительное прохождение больших токов. Обратимые преобразователи переходят в инверторный режим работы, и питание сети переменного тока начинает производиться от аккумуляторной батареи и сети постоянного тока через обратимые преобразователи.
При нахождении АПЛ в базе питание потребителей сетей переменного и постоянного тока производится раздельно, через соответствующие автоматы и щиты питания с берега – АПБ1 и АПБ2 . При этом обратимые преобразователи, для сохранения их моторесурса, отключаются от сетей переменного и постоянного тока с помощью автоматов.
Зарядка аккумуляторной батареи может производиться от турбогенераторов (в надводном и подводном положениях), дизельгенератора (в надводном или перископном положении) и автоматы питания с берега.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
