2. Електроенергетична система

(Студенти по кресленнях, описах та матеріальної частині самостійно вивчають загальну будову ЕЕС кораблів ВМС, задають запитання у ході вивчення матеріалу, викладач дає відповіді на запитання. Після 6-8 хвилин роботи робить контрольне опитування найбільш важливих положень).

Електроенергетична система корабля (ЕЕС), у яку входять технічні засоби одержання, розподілу та перетворення електричної енергії, з постами управління та контролю.

З 50-х рр. ХХ в. БНК середньої водотоннажності мали ЕЕС на змінному струмі. Системи генерування й розподілу електроенергії включали дві автономні електростанції (на кораблях великої водотоннажності, що вступили в лад пізніше - 4 - 5 станцій), розташованих в окремих відсіках або сполучених з машинними відділеннями. У кожній електростанції по 2 -3 генераторних агрегати. Станції з'єднувалися між собою однієї або двома перемичками. Системи розподілу електроенергії - фідерно-групові. Більшість споживачів одержувало подвійне живлення безпосередньо від ГРЩ, або через РЩ. Була забезпечена можливість тривалої паралельної роботи генераторів однієї електростанції, і короткочасної (на термін переведення навантаження) роботи генераторів, розташованих у різних електростанціях. Шини ГРЩ одинарні, секціоновані.

З 60-х рр. почалося впровадження на кораблях автоматичних перемикачів електроживлення типу АПС і автоматичних перемикачів - пускачів типу АПП. 1960-1967 рр. – період вдосконалювання корабельного електроустаткування: застосування кремнійорганічної ізоляції в електричних машинах, устаткуванні й кабелях, застосуванням замкнутого циклу вентиляції у великих машинах і їх водяного охолодження, освоєнням генераторів типів МСК, ТМВ, автоматичних вимикачів типів АМ, А-3300, А-3500, електродвигунів типу АН.

До 1967 р. обсяг автоматизації ЕЕС обмежувався застосуванням автоматичних регуляторів швидкості й напруги генераторних агрегатів, електричним захистом у системі генерування й розподілу електроенергії, захистом приводних двигунів генераторів і електропроводу. 1967 рік - широке впровадження систем дистанційно-автоматизованого управління ЕЕС (САУ ЕЕС). Обсяг автоматизації зростає - від окремих функцій (автоматична синхронізація, дистанційний і автоматичний пуск агрегатів, автоматичне навантаження й ін.) до програмного управління з рішенням окремих аварійних завдань, управління всієї ЕЕС із центрального поста управління (ЦПУ).

У 1967 р. був зданий протичовневий крейсер пр. 1123, потужність кожної з електростанцій якого становила 3000 кВт. При напрузі 400В ця величина потужності (при застосуванні генераторів типу МСК) практично є граничною по величинах струму короткого замикання (СКЗ) і граничної комутаційної здатності (ГКЗ) що застосовувалися у автоматичних вимикачів типу АМ, ВА, А-3300, А-3700. Збільшення потужності електростанцій при паралельній роботі всіх джерел електроенергії зажадало прийняття спеціальних заходів щодо зниження СКЗ: включення в схему розподілу спеціальних струмообмежуючих пристроїв (СОП), використання генераторів з меншими значеннями величин ударного СКЗ за рахунок збільшення понадграничного індуктивного опору генератора.

Визначення принципів побудови ЕЕС великої потужності почалося в 1968 р., коли в ЕЕС ТАКР пр. 1143 з'явилися електростанції (дві із чотирьох), до складу яких входили три генераторних агрегати потужністю по 1500 кВт. Для обмеження СКЗ на цих станціях були застосовані струмообмежуючі автоматичні вимикачі типу АБЭ (виготовлювач - АТ “Электросила”).

В 1980 р. здана ЕЕС важкого ракетного крейсера з АЕУ проекту 1144. До складу кожної із чотирьох електростанцій цієї ЕЕС входить один ТГ потужністю 3000 кВт (з підвищеною величиною індуктивного опору й зниженою величиною СКЗ) і один ТГ потужністю 1500 кВт із генератором типу МСК. Для обмеження СКЗ при паралельній роботі генераторів був включений спеціально розроблений блок струмообмежуючих запобіжників типу БП-1144.

На початку 70-х років у зв'язку з підвищенням вимог до безперебійності електроживлення, появою диференціального струмового захисту й тиристорних СОП велися дослідження про доцільність і можливість застосування паралельної роботи всіх електростанцій і джерел електроенергії на кораблі.

В 1972 р. була створена ЕЕС АПЧ на змінному струмі напругою 380В, частотою 400 Гц. Очікувалося значне поліпшення масогабаритних і інших характеристик ЕЕС і електроустаткування в цілому. Негативні сторони подібного рішення - труднощі освоєння промисловістю електроустаткування з підвищеною частотою струму. Реалізація підвищеної частоти в ЕЕС зазначеного проекту й подальші дослідження показали більш скромні поліпшення характеристик, чим очікувалося, і підтвердили труднощі переходу на підвищену частоту.

Період з 1977 р. можна вважати часом інтенсивної розробки й освоєння нових видів електроустаткування з оптимальними технічними характеристиками. У цей період освоєні синхронні генератори типу ГМ і 2СП, електродвигуни типу ДМ, акумуляторні батареї 445 і 446, перетворювачі що обертаються зі зниженою вібрацією, статичні перетворювачі (випрямлячі, інвертори, перетворювачі частоти й комплекс перетворювачів гарантованого живлення), автоматичні вимикачі типів ВА й А-3700, диференціальний захист типу ДЗУТ, швидкодіючі перемикачі типу ПА-12, кабелі підвищених термостійкості, надійності й ресурсу марок КСРВ, КСРРФ. КСПВ, КНД, КСД і ін. Продовжують виконуватися роботи із забезпечення високих показників пожежезахищеності, ресурсу надійності електроустаткування для перспективних кораблів.

Розгляд матеріалів кораблів, що проектувалися та будувалися, ряду НДР і інформації про ЕЕС кораблів високорозвинених держав говорить про необхідність рішення ряда питань, що забезпечують оптимальний розвиток ЕЕС найближчої перспективи.

Безперервний ріст енергооснащеності висуває однієї із завдань підвищення потужності ЕЕС до 6,3 або 10,5 кВ.

Зростае число й потужність відповідальних споживачів, що вимагають безперебійного електроживлення й високої якості електроенергії. Одним з найбільш ефективних методів є реалізація паралельної роботи всіх електростанцій і джерел електроенергії на кораблі, що полегшує також рішення завдання автоматизації керування ЕЕС, у тому числі локалізації аварійних ситуацій. Можливості створення напівпровідникових і рідкометалевих СОП й більш досконалих систем регулювання напруги й швидкості обертання, а також наявність розробленої системи диференціального захисту дозволяють вирішити це завдання найближчим часом.

Наявність споживачів, які по величині потужності порівнянні або навіть перевищують потужність не тільки застосовуваних дотепер джерел електроенергії, але й ЕЕС у цілому (наприклад, частковий або повний електрорух), порушує питання не тільки про підвищення величини напруги, але й про єдині електроенергетичні системи. Питання це досить складне, тому що різко зростають номенклатура й потужність споживачів електроенергії, відмінних по параметрах від енергії, що генерується.

Основними споживачами електроенергії підвищеної частоти 400 Гц є системи керування радіоелектронним озброєнням (РЕО), для роботи функціональних блоків яких потрібний постійний струм. Застосовувані системи живлення РЕО із проміжним перетворенням електроенергії від основний ЕЕС недосконалі в частині втрат електроенергії, надійності й масогабаритних характеристик, тому необхідно розробляти й впроваджувати системи живлення РЕО безпосередньо від корабельної мережі.

Подальший розвиток корабельного електроустаткування й ЕЕС іде по шляху підвищення їх надійності, живучості, а також електропожежебезпеки й вибухо пожежебезпеки, збільшення терміну служби, поліпшення віброакустичних характеристик.