Реферат: Корабельные электроэнергетические установки
С 1948г. прокладкакабелейнакорабляхсталапроизводитьсяпучкамисуплотнительнымикабельнымикоробкаминапереборкахвместопрокладкинапанеляхииндивидуальныхсальниках.
Начинаяс 1951г. сталивступатьвстройбоевыенадводныекораблисреднеговодоизмещениясэлектроэнергетическимисистемаминапеременномтоке. Наэтихкорабляхбылипринятыпримернооднотипныесистемыгенерированияираспределенияэлектроэнергии. Накаждомкораблеимелисьдвеавтономныеэлектростанции (накорабляхбольшоговодоизмещения, вступившихвстройпозднее, - четыреипятьстанций), расположенныхвотдельныхпомещениях (отсеках) илисовмещенныхсмашиннымиотделениями. Последнеехарактерновосновномдлягазотурбинныхкораблей. Вкаждойэлектростанции, какправило, былоустановленоподва (три) генераторныхагрегата. Станциисоединялисьмеждусобойоднойилидвумяперемычками. Системыраспределенияэлектроэнергии - фидерно-групповые. БольшинствопотребителейполучалодвойноепитаниеилинепосредственноотГРЩ, иличерезвторичныещиты. Былаосуществленавозможностьдлительнойпараллельнойработыгенераторов, расположенныхводнойэлектростанции, икратковременной (насрокпереводанагрузки) работыгенераторов, расположенныхвразныхэлектростанциях. ШиныГРЩодинарные, секционированные.
В 1950-1951гг. настроительствокораблейначалипоступатьновыекабелитипаКНРПиКНРвместокабелейСРМиРМ. ПервыйкорабльскабелямиКНПРвступилвстройв 1954г. (проект 41).
Можносчитать, чтодосередины 60-хгодоввэлектроэнергетическихсистемахпринципиальныхизмененийнепроисходило. Сростомколичестваимощностипотребителеймощностьгенераторныхаппаратоввозрасталадостаточноплавно. ВтожевремяпоявлениепринципиальноновыхпроектовПЛсядернойэнергетикойпозволилоприменятьвЭЭСболеемощныеисточникиэлектроэнергии - сприводомотпаровойтурбины.
В 50-хгодахвЭЭСПЛсталиприменятьпостоянныйтокнапряжением 175-320В. С 1960г. началосьширокоевнедрениенакорабляхавтоматическихпереключателейэлектропитаниятипаАПСиавтоматическихпереключателей -пускателейтипаАПП. Период 1960-1967гг. можносчитатьпериодоминтенсивногосовершенствованиякорабельногоэлектрооборудования. Онхарактеризовалсяприменениемкремнийорганическойизоляциивэлектрическихмашинах, оборудованииикабелях, применениемзамкнутогоциклавентиляциивкрупныхмашинахиихнепосредственноговодяногоохлаждения, освоениемгенераторовтиповМСК, ТМВ, автоматическихвыключателейтиповАМ, А-3300, А-3500, электродвигателейтипаАН.
ВсвязисразвитиемЭЭС, постояннымростоммощностигенераторныхагрегатов, совершенствованиемиширокимвнедрениемновогоэлектрооборудования, предстоящимвнедрениемсистемуправления, появлениемиразвитиемтеориинадежностиит.д., действующие“ПЭК-49”взначительноймереустарелиитребовалинепростокорректировки, апереработкиидополнения. Новыеправила - “ПЭК-63”былиразработанывпериод 1961-1963гг. 1-мЦНИИМО. Внихвключеныдополнительныеразделы, откорректированоиуточненобольшоеколичествотребований.
С 1963 по 1969г. шлиинтенсивныеисследованияиработыпосозданиюЭЭСАПЛнапеременномтоке. В 1967г. дляАПЛпроекта 667, ав 1969г. дляАПЛпроекта 661 былизавершенымонтаж, испытанияисдачазаказчикуЭЭСнапеременномтокенапряжением 380В, частотой 50Гц.
До 1967г. объемавтоматизацииЭЭСограничивалсяприменениемавтоматическихрегуляторовскоростиинапряжениягенераторныхагрегатов, электрическойзащитойвсистемегенерированияираспределенияэлектроэнергии, защитойприводныхдвигателейгенераторовиэлектропровода. 1967годможносчитатьгодомначалаширокоговнедрениясистемдистанционно-автоматизированногоуправленияЭЭС (САУЭЭС) иокончаниямонтажаисдачипервыхЭЭС, имеющихавтоматизированноеуправление. Объемавтоматизациивозрастает - ототдельныхфункций (автоматическаясинхронизация, дистанционныйиавтоматическийпускагрегатов, автоматическаянагрузкаидр.) допрограммногоуправлениясрешениемотдельныхаварийныхзадач, управлениявсейЭЭСизцентральногопостауправления (ЦПУ).
В 1967г. былсданфлотупротиволодочныйкрейсерпроекта 1123, мощностькаждойизэлектростанцийкоторогосоставляла 3000 кВт. Принапряжении 400Вэтавеличинамощности (приприменениигенераторовтипаМСК) практическиявляетсяпредельнойповеличинамтокакороткогозамыкания (ТКЗ) ипредельнойкоммутационнойспособности (ПКС) применявшихсяиприменяемыхдосихпоравтоматическихвыключателейтипаАМ, ВА, А-ЗЗОО, А-3700. УвеличениемощностиэлектростанцийприпараллельнойработевсехисточниковэлектроэнергиипотребовалопринятияспециальныхмероприятийпоснижениюТКЗ. Кэтиммероприятиямотносятся: включениевсхемураспределенияспециальныхтокоограничивающихустройств (ТОУ), атакжеиспользованиегенераторовсменьшимизначениямивеличинударногоТКЗзасчетувеличениясверхпредельногоиндуктивногосопротивлениягенератораХд.
ОпределениепринциповпостроенияЭЭСбольшоймощностиначалосьв 1968г., когдавЭЭСтяжелогоавианесущегокрейсерапроекта 1143 появилисьэлектростанции (двеизчетырех), всоставкоторыхвходилитригенераторныхагрегатамощностьюпо 1500 кВт. ДляограниченияТКЗнаэтихстанцияхбылипримененытокоограничивающиеавтоматическиевыключателитипаАБЭ (изготовитель - АО“Электросила”). ГоловнойкорабльэтогопроектасданВМФв 1973г.
Позжебыласозданаив 1980г. сданафлотуЭЭСтяжелогоракетногокрейсерасАЭУпроекта 1144. ВсоставкаждойизчетырехэлектростанцийэтойЭЭСвходитодинТГмощностью 3000кВт (сповышеннойвеличинойХдисниженнойвеличинойТКЗ-Iуд =8-9J) иодинТГмощностью 1500кВтсгенераторомтипаМСК. ДляограниченияТКЗприпараллельнойработегенераторовбылвключенспециальноразработанныйблоктокоограничивающихпредохранителейтипаБП-1144.
Вначале 70-хгодоввсвязисповышениемтребованийкбесперебойностиэлектропитания, появлениемдифференциальнойтоковойзащитыитиристорныхТОУвелисьисследованияоцелесообразностиивозможностипримененияпараллельнойработывсехэлектростанцийиисточниковэлектроэнергиинакорабле. ВработепринималиучастиепредприятияЦНИИсудовойэлектротехники. НевскоеПКБ, Военно-морскаяакадемияим.Н.Г.Кузнецова, Ленинградский (Санкт-Петербугский) государственныйтехническийуниверситет, 1-йЦНИИМО.
В 1972г. быласозданаЭЭСАПЛнапеременномтокенапряжением 380В, частотой 400Гц. ВопросприменениядляЭЭСпеременноготокатакойчастотыдлительноевремябылдискуссионным. СторонникиположительногорешенияожидализначительногоулучшениямассогабаритныхидругиххарактеристикЭЭСиэлектрооборудованиявцелом. Противникиопровергалиэто, подчеркивалиотрицательныестороныподобногорешения, ипреждевсеготрудностиосвоенияпромышленностьюэлектрооборудованиясповышеннойчастотойтока. РеализацияповышеннойчастотывЭЭСуказанногопроектаидальнейшиеисследованияпоказалиболеескромныеулучшенияхарактеристик, чеможидалось, иподтвердилитрудностьпереходанаповышеннуючастоту.
Заслуживаетвниманияисториявопросаразработкиэлектрооборудованияна 400Гц.
ДлясозданияэлектрооборудованияэлектроэнергетическихсистемАПЛпроекта 705 былпривлеченВсесоюзный (нынеВсероссийский) научно-исследовательскийинститутэлектромеханики (ВНИИЭМ). ВНИИЭМвсодружествесдесяткамипредприятийМинистерстваэлектротехническойпромышленностипринаучно-техническомсопровождении 1-гоЦНИИМОприступилксозданиюЭЭС. Речьшлаосозданиипринципиальноновогоморскогоэлектрооборудования.
ВпроектеЭЭСосновнаячастотаэлектропитания, какужеговорилось, была 400Гц. Привысокойчастотепитаниясоздатьдвигательнамалоечислооборотовневозможноиз-занеприемлемыхгабаритов. Необходимбылпреобразовательвысокойчастотывнизкую. Разработчикипредложилииспользоватьтиристорныйпреобразовательисегопомощьюосуществлятьрегулированиеоборотовдвигателягребноговинта. ДляотработкиновогоморскогоэлектрооборудованиявИстринскомотделенииВНИИЭМбылсозданспециальныйнатурныйстенд.
Стендпредставлялсобоймодельэлектроэнергетическойсистемы, накоторойпреждевсегоиотрабатывалисьсистемныезадачи. Наэтомстендестояловсереальноработающееэлектрооборудование, например, толькоВНИИЭМразместилздесь 106 различныхэлектрическихмашин. Стендслужилдлякомплексныхиспытаний, вовремякоторыхпроверялсяиресурсвсегооборудования. Вдальнейшемнаэтомстендепрошлиотработкучетырепоколениясудовогоэлектрооборудования. Крометого, этотстендслужилиучебнымцентром.
ТесныйконтактВНИИЭМсИнститутоматомнойэнергииим. И.В.Курчатова, возникшийприсозданиикомплексаоборудованиядляатомнойподводнойлодкипроекта 705, естественно, переросвработыпосовместномуанализувозможностейиспользованияватомнойэнергетикекораблявыдающегосядостиженияфундаментальнойнауки - явлениясверхпроводимости. КтомувремениспециалистамиИАЭим.И.В.Курчатовасовместносдругимипредприятияминаосновепроведениятеоретическихисследованийбылразработантехнологическийпроцессисозданонеобходимоеоборудованиедляпромышленногоизготовлениясверхпроводниковогопровода.
Всилуфизическихособенностейсверхпроводникасталоочевидным, чтоиспользованиесверхпроводниковогопроводацелесообразновсистемахвозбужденияэлектрическихмашинкорабля: этопозволяетрезкоувеличитьрабочуюмагнитнуюиндукцию. Открыласьвозможностьсозданияэлектрическихдвигателейигенераторовбольшейединичноймощности, малыхразмеровимассы, свысокимКПД. Былиразработаныисформулированыосновныезадачисозданиясистемыэлектродвижения (ЭД) сосверхпроводниковымгребнымдвигателемдляатомногокорабля.
Былаопределенакомплекснаяпрограмма, включающаянаэтапепроектированиякорабляобоснованиеметодикирасчетаиконструированияновогоклассаэлектрическихмашин, технологиюихизготовленияииспытания. Исследованияначиналисьсразработкииизготовленияэкспериментальныхобразцовсверхпроводниковыхэлектрическихмашинисистемэлектровыдвижениявцелом. Былосделанонесколькосинхронно-асинхронныхтиповдвигателеймощностьюот 100 до 200кВт. Проектированиевелосьпараллельноспредприятиямииконструкторскимибюросудостроительнойпромышленностии 1-мЦНИИМО.
Важнымисложнымэтапомбылосозданиестендовогообразцаспециальногогребногодвигателямощностьюдвамегаватта, которыйизготовлялсявоВНИИЭМ. Онотличалсяособойконструкцией: имелисьдваротора - одинсосверхпроводящейобмоткой, другойасинхронный, - разделенныегерметичнойперегородкой, чтопозволялоисполнительнойчастидвигателяработатьивагрессивныхсредах, ивморскойсреде.
Впроизводственномобъединении“Электросила”былразработан, изготовленииспытанстендовыйобразецсверхпроводящеготурбогенераторамощностью 2000кВтдляиспользованияеговкачествекорабельногоисточникапитания. НабазеэтихмашинвИстринскомотделенииВНИИЭМсоздаетсяуникальныйстендсистемыэлектродвижениясгребнымприводнымдвигателем.
В 70-хгодахвсвязисростомпеременноготокаЭЭС, появлениемновыхпотребителей, широкимвнедрениемпеременноготокавЭЭСПЛиразвитиемсистемавтоматическогоуправлениявозниквопрособочереднойкорректировкеидополнениидействующихправилэлектрооборудованиякораблей. Приэтомруководящимиорганизациямибылоданоуказаниеотом, чтобыформадействующегодокументасоответствоваладействующейвстранесистемеруководящихдокументов. Всвязисэтимвпериод 1976-1978гг. подруководствомэлектротехническогоуправления 1-мЦНИИвоенногокораблестроениявлицеГ.Ф.СупрунабылразработанкомплексГосударственныхстандартовпоЭСикорабельномуэлектрооборудованию.
Периодс 1977г. понастоящеевремяможносчитатьвременеминтенсивнойразработкииосвоенияновыхвидовэлектрооборудованиясоптимальнымитехническимихарактеристиками. ВэтотпериодосвоенысинхронныегенераторытипаГМи 2СП, электродвигателитипаДМ, аккумуляторныебатареи 445 и 446, вращающиесяпреобразователисосниженнойвибрацией, статическиепреобразователи (выпрямители, инверторы, преобразователичастотыикомплекспреобразователейгарантированногопитания), автоматическиевыключателитиповВАиА-3700, дифференциальнаязащитатипаДЗУТ, быстродействующиепереключателитипаПА-12, кабелиповышенныхтермостойкости, надежностииресурсамарокКСРВ, КСРРФ. КСПВ, КНД, КСДидр. Такжевыполненыипродолжаютвыполнятьсяработыпообеспечениювысокихпоказателейпожарозащищенности, ресурсанадежностиэлектрооборудованиядляперспективныхкораблей - серииработ“Ресурс”, “Пламя”, “Защита”идр.
В 1980г. законченымонтаж, испытанияисдачаЭЭСДПЛпроекта 877, накоторойпримененополноеэлектродвижение. В 1982г. завершенымонтаж, испытанияисдачаЭЭСАПЛпроекта 941 ссуммарноймощностьюосновныхисточниковэлектроэнергиив 12800кВтипримененадифференциальнаясистемазащитытипаДЗУТ. В 1985г. завершенмонтажЭЭСкорабляпроекта 1941, вкотороймощностьэлектростанцийдостигла 6400кВт, амощностьэлектросистемы - 27200кВт. В 1990 г. завершенымонтаж, испытанияисдачафлотуЭЭСтяжелогоавианесущегокрейсерапроекта 1435 (“АдмиралФлотаСоветскогоСоюзаКузнецов”) мощностью 22500кВт.
Рассмотрениематериаловстроящихсяипроектируемыхкораблей, рядаНИРиинформацииобЭЭСкораблейвысокоразвитыхгосударствговоритонеобходимостирешениярядавопросов, обеспечивающихоптимальноеразвитиеэлектроэнергосистемближайшейперспективы.
НепрерывныйростмощностиЭЭСвыдвигаетоднойиззадачпроектированияэлектроэнергосистемвыборвеличинынапряжения, т.е. повышенияеговеличиныдляЭЭСбольшоймощности (до 6,3 или 10,5кВ).
Растетчислоимощностьответственныхпотребителей, требующихбесперебойногоэлектропитанияивысокогокачестваэлектроэнергии. Однимизнаиболееэффективныхметодоврешенияэтойзадачиявляетсяреализацияпараллельнойработывсехэлектростанцийиисточниковэлектроэнергиинакорабле, чтооблегчаеттакжерешениезадачиавтоматизацииуправленияЭЭС, втомчислезадачилокализацииаварийныхситуаций. ВозможностисозданияполупроводниковыхижидкометаллическихТОУиболеесовершенныхсистемрегулированиянапряженияискоростивращения, атакженаличиеразработаннойсистемыдифференциальнойзащитыпозволяютрешитьэтузадачувближайшеевремя.
Наличиепотребителей, которыеповеличинемощностисоизмеримыилидажепревышаютмощностьнетолькоприменяемыхдосихпористочниковэлектроэнергии, ноиЭЭСвцелом (например, частичноеилиполноеэлектродвижение), ставитвопроснетолькооповышениивеличинынапряжения, ноиоединыхэлектроэнергетическихсистемах. Вопросэтотдостаточносложен, т.к. резковозрастаютноменклатураимощностьпотребителейэлектроэнергии, отличныхпопараметрамотгенерируемойэнергии.