Этапы проектирования судового электропривода

 

1. Определение сил сопротивления и моментов, действующих на рабочий орган судового устройства;

2. Построение нагрузочной диаграммы и приведение ее к валу электродвигателя;

3. Выбор характеристик электрооборудования(в частности, зависимости w=f(М)), обеспечивающих заданные технические характеристики электропривода;

4. Расчет мощности электродвигателя и выбор его;

5. Составление электрических схем и схем соединений;

6. Проверка электропривода на соответствие установленным требованиям (требованиям Регистра). 

 

     Основные понятия о судовых управляющих комплексах

 

По “Правилам классификации и постройки морских судов” Регистра СССР автоматизированному судну присваивается знак автоматизации.

Часть I Классификация.

п. 2.2.7. Знаки автоматизации.Если оборудование автоматизации удовлетворяет требованиям части XV “Автоматизация”, то к символу класса судна добавляется один из следующих знаков автоматизации:

п. 2.2.7.1. А1 - судно с валовой вместимостью 500 рег. т и более может эксплуатироваться без вахты в машинных помещениях и ЦПУ. 

п. 2.2.7.2. А2 - судно может эксплуатироваться:

1. без вахты в машинных помещениях, но с вахтой в ЦПУ при валовой вместимости судна 500 рег. т и более;

2. без вахты в машинных помещениях и ЦПУ при валовой вместимости судна от 50 рег. т до 500 рег. т, у которых ЦПУ (согласно разделу 6 части XV “ Автоматизация”) является необязательным.

Рег. т. - является единицей объема;

1 рег. т=2.83 м³ (100 куб. фунтам)

Определение: Система комплексной автоматизации, предназначенная для управления различными судовыми объектами и судном в целом,- это совокупность нескольких взаимосвязанных систем. Система комплексной автоматизации может быть разбита на уровни. Уровень автоматизации характеризуется тем, что соответствующая ему система может нормально функционировать независимо от систем более высокого уровня. Структурная схема системы комплексной автоматизации управления приведена на рис.

На современном уровне автоматизации системы управления различными судовыми объектами являются сравнительно независимыми друг от друга (система управления энергетическими установками, общесудовые системы, система управления курсом судна, система управления механизмами якорно-швартовных и буксирных устройств и система управления подъемными механизмами). Каждую из систем обслуживает УК ЛАСУ.

Совокупность функционально связанных автоматизированных приводов (АП), системы связного управления (ССУ), системы обработки информации (СОИ) и системы контроля (СК) образует управляющий комплекс (УК) локальной (т.е. отдельной) автоматизированной системы управления (ЛАСУ), соответствующей второму уровню автоматизации. Управление УК ЛАСУ осуществляет оператор с пульта управления локальной системы (ПУЛС), в состав которого входят управляющие органы (УО) и система представления информации (СПИ).

При построении УК ЛАСУ основным общим критерием является требование максимальной надежности при заданных массогабаритных показателях.

Выполнение этого требования может быть обеспечено:

1) выбором оптимальных характеристик автоматизированных электроприводов с учетом заданных требований и ограничений;

2) применением современных высоконадежных элементов и устройств;

3) обеспечением резервирования, для чего при создании УК ЛАСУ стремятся к тому, чтобы они имели одинаковую структуру и реализовывались на базе ограниченного ряда типовых функциональных элементов и блоков.

Высокая надежность УК ЛАСУ обеспечивает высокую живучесть судна.

Требования Регистра к элементам и устройствам систем автоматизации излагаются в части XV “ Автоматизация”. Основные из них следующие:

п.2.1.1. Показатели надежности оборудования автоматизации должны быть представлены в технической документации и соответствовать следующему требованию: межремонтный ресурс оборудования автоматизации должен быть не менее 25000 ч.

п.2.6.2. Элементы и устройства автоматизации должны надежно работать при температурах, относительной влажности, нагрузках, создаваемых механической вибрацией и ударами, (указанных в разделе 5 части XI “Электрическое оборудование”).

п.3.1.20. Полная или частичная потеря питания в системах автоматического или дистанционного управления не должна приводить к опасным ситуациям.

п.3.1.21. Системы автоматизации должны быть выполнены из таких элементов и устройств, замена которых другими одинакового типа не влияла бы на работоспособность и не требовала бы сложной подрегулировки.

п.5.1.1. Суда со знаком автоматизации А1 должны быть оборудованы системами и устройствами автоматизации таким образом и в таком объеме, что бы при потере знака А1 эти суда могли бы нормально эксплуатироваться со знаком автоматизации А2 или без знака в символе класса.

п.5.1.8. В отдельных случаях для повышения надежности систем и устройств автоматизации Регистр может потребовать резервирование отдельных блоков или элементов автоматизации.

Основные общие требования к судовому электрооборудованию

Основной документ, в котором излагаются требования к судовому электрооборудованию - Правила Регистра СССР. Действуют также соответствующие ГОСТы.

Часть XI “Электрооборудование”.

п.2.1.1.1. Электрическое оборудование должно устанавливаться таким образом, чтобы был обеспечен удобный доступ к органам управления и ко всем частям, требующим ухода, осмотра и замены.

п.2.1.2.1. В зависимости от места установки должно применяться электрическое оборудование с соответствующим защитным исполнением корпуса или должны приниматься другие надлежащие меры для защиты оборудования от вредных влияний окружающей среды и защиты персонала от поражений электрическим током.

п.2.1.2.2. Защитное исполнение электрического оборудования, устанавливаемого в помещениях и пространствах судна, должно выбираться в соответствии с табл. 2.1.2.2.

                             Степени защиты ГОСТ 14254-69

(приняты в соответствии с классификацией МЭК)

Характеристики степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями, а также степеней защиты оборудования от попадания твердых посторонних тел и обозначения этих характеристик следующие:

0 - отсутствует защита персонала от возможности соприкосновения с токоведущими или движущимися частями, а также от попадания твердых посторонних тел;

1 - защита от случайного соприкосновения человеческого тела с токоведущими или движущимися частями оборудования, а также, от попадания крупных твердых посторонних тел диаметром не менее 52.5 мм;

2 - защита от соприкосновения пальцев к токоведущим или движущимся частям, а также от попадания твердых посторонних тел диаметром не менее 12.5 мм;

3 - защита от соприкосновения инструмента и других предметов диаметром не менее 2.5 мм;

4 - защита от соприкосновения инструмента и других предметов толщиной не менее 1мм;

5 - полная защита персонала от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями и защита от вредных отложений пыли;

6 - полная защита персонала от соприкосновения и полная защита от попадания пыли.

Характеристики и обозначения степеней защиты от проникновения воды:

0 - защита отсутствует;

1 - защита от вредных капель, вертикально падающих на оборудование;

2 - защита от капель, падающих под углом не более 15⁰ к вертикали;

3 - защита от дождя, падающего под углом не более 60⁰ к вертикали;

4 - защита от брызг любого направления;

5 - защита от водяных струй любого направления;

6 - защита от захлестывания морской водой (палубное оборудование);

7 - защита при погружении в воду на ограниченное время;

8 - полная защита при неограниченном и длительном погружении в воду.

Условное обозначение степеней защиты электрооборудования от попадания внутрь твердых посторонних тел и влаги состоит из условного знака IP и двух цифр, первая из которых указывает на степень защиты от соприкосновения и от попадания твердых посторонних тел, вторая - на степень защиты от проникновения внутрь воды. Например, IP 23 означает, что имеется защита от соприкосновения пальцев и электрооборудование от проникновения твердых предметов диаметром более 12.5 мм и защищено от попадания дождя, падающего под углом 60⁰ к вертикали. Если для оборудования не нужен один из видов защиты, то в обозначении вместо соответствующей цифры ставится знак Х, например, IPХ2.

Сопоставление степеней защиты электрооборудования, устанавливаемого в помещениях и пространствах судна(табл.2.1.2.2, Правила Регистра СССР, часть ХI “Электрическое оборудование”), по классификации ГОСТ 14254-69 и ПУЭ:

IP10, IP20, IP21..........................Защищенное

IP22............................................Каплезащищенное

IP23,IP34,IP44............................Брызгозащищенное

IP55............................................Закрытое, водозащищенное

IP56............................................Водонепроницаемое

IP68............................................Погружное, герметичное

Электрооборудование защищенного и каплезащищенного исполнения устанавливается в жилых, общественных и служебных помещениях и относящихся к ним коридорам; брызгозащищенного исполнения- в закрытых рулевых помещениях насосов, рулевых машин, в туалетных, камбузах и т.п. помещениях с повышенной влажность; водозащищенного исполнения- в банях, душевых, трюмах, складах и т.п. особо сырых помещениях; водонепроницаемого исполнения- на открытых палубах; погружного исполнения- в затопляемых помещениях и взрывоопасных помещениях.

п.2.3.3.1 От шин главного распределительного щита, питаемых генератором или через трансформатор, должны получать питание по отдельным фидерам следующие потребители:

1. Электрические приводы рулевого устройства;

2. Электрические приводы якорного устройства;

3. Электроприводы пожарных насосов;

4. Электроприводы осушительных насосов;

5. Электроприводы компрессоров и насосов спринклерной системы;

6. Гирокомпас;

7. Электроприводы агрегатов возбуждения электрической гребной установки;

8. Щиты основного освещения;

9. Щит радиостанции;

10. Щит навигационных приборов;

11. Электроприводы механизмов, обеспечивающих работу главной силовой установки;

12. Щиты электрических приводов грузовых, швартовных шлюпочных и др. устройств, вентиляции.

Спринклерная система относится к противопожарным; служит для подачи воды к оросительным насадкам, которые включаются автоматически при повышении t⁰ до заданной величины.Трубопривод спринклерной системы должен быть всегда под давлением.

п.5.1.2.1 Металлические корпуса электрического оборудования, работающего при напряжении, превышающем безопасное, и не обладающего двойной или усиленной изоляцией, должны иметь заземляющий зажим.

п.5.1.3.2-5.1.3.6 Электрическое оборудование должно безотказно работать при температуре окружающего воздуха и охлаждающей воды от +45⁰С до

-30⁰С; в условиях относительной влажности воздуха 75±3% при температуре +45±2⁰С или 80±3% при температуре +40±2⁰С, а также при относительной влажности воздуха 95±3% при температуре +25±2⁰С; при длительном крене судна до 15⁰ и дифференте до 5⁰, а также при бортовой качке до 22.5⁰С с периодом качки 7¸9с и килевой до 10⁰ от вертикали; при вибрациях с частотой от 5 до 30Гц, с амплитудой 1мм для частот от 5 до 8Гц и с ускорением 0.5g при частотах от 8 до 30Гц; при ударах с ускорением 3g при частоте от 40 до 80 ударов в минуту.

п.5.1.4.1 Конструктивные части электрического оборудования должны изготовляться из материалов прочных, по крайней мере трудносгораемых, устойчивых к влиянию морской атмосферы и паров масла или должны быть надежным способом защищены от воздействия этих факторов.

п.5.1.4.3 Изоляционные материалы, применяемые для изоляции частей, находящихся под напряжением, должны обладать соответствующей диэлектрической прочностью, быть учтойчивыми против появления токов утечки по поверхности, влагостойкими, маслостойкими и достаточно прочными или же должны быть соответствующим образом защищены.

п.5.1.7 В конструкции электрического оборудования должны, при необходимости, приниматься меры для понижения радиопомех.

п.5.2.10.1 На фидерах, отходящих от распределительных щитов, питающих электрические двигатели мощностью свыше 0.5 кВт, должны устанавливаться устройства защиты от токов короткого замыкания и перегрузок, а также устройство нулевой защиты, если не требуется повторного автоматического пуска электрического двигателя.

Защитные устройства по перегрузке и нулевой защите допускается устанавливать в пусковых устройствах электрических двигателей.

Величины сопротивления изоляции электрических цепей кабельной сети, измеренные по отношению к корпусу судна, должны иметь не менее 1Мом.

Кроме того электрическое оборудование должно иметь минимальный вес и габариты, высокую экономичность.

Технические требования к электрическим машинам

 ГОСТ 183-66

 

1.14. Электрические машины должны без повреждений и остаточных деформаций выдерживать в нагретом состоянии следующие перегрузки:

а) машины постоянного тока- перегрузку по току на 50% в течении 1мин;

б) бесколлекторные машины переменного тока мощностью 0,6кВт и выше, кроме машин с непосредственным охлаждением- перегрузку по току на 50% в течении 2 мин.

1.15. Все электрические машины должны без повреждений и остаточных деформаций выдерживать в течении 2 мин. аварийное повышение скорости вращения на 20% сверх наибольшей, указанной на щитке электродвигателя.

1.26. Изоляция обмоток относительно корпуса машины и между обмотками должна выдерживать без повреждения в течение 1 мин. испытательное напряжение частоты 50Гц, практически синусоидальное, - 1000В плюс двухкратное номинальное, но не менее 1500В(машины до 1000 кВт).