344655

1. Краткий исторический очерк развития судового электрооборудования. Комплексы СУ СТС. Классы автоматизации судов А1, А2, А3

Первым примером применения на судах электричества принято считать использоние гальванических батарей для вращения гребных колес прогулочной лодки. Эти батареи были установлены на лодке в 1834 г. русским академиком Б. С. Якоби. Они позволяли пеедвигаться по Неве навстречу течению со скоростью около 4 км/ч.

Реальному применению электроприводов на судах долгое время мешало отсутствие надёжных и экономичных источников электроэнергии - генераторов и ее потребителей – вначале электроосветительных приборов, а затем и электродвигателей.

Лишь после разработки в 70-х гг. 19 века и начала производства электрических машин постоянного тока работы по внедрению электричества на судах восстановились.

В1886 г. на крейсерах «Адмирал Нахимов», «Адмирал Корнилов» и «Лейтенант Ильин» были установлены первые электрические вентиляторы.

В1892 г. на броненосном крейсере «Двенадцать апостолов» установили электро привод рулевого устройства.

В1897 г. на транспорте «Европа» применили первую электролебедку.

В1898—1903 гг. были электрифицированы рулевые и якорные устройства крейсе ров «Громобой» и «Паллада».

В1903—1904 гг. на Сормовском заводе построили первые дизель-электроходы

«Вандал» и «Сармат».

Все судовые электрические установки того времени работали на постоянном токе при напряжении, как правило, не превышавшем 110 В.

Переход на переменный ток на судах стал возможным благодаря работам русского учёного М.О. Доливо-Добровольского, который в 1889 г. построил простой и надёжный асинхронный трёхфазный электродвигатель.

В1908 г. на минном заградителе «Амур» установили трехфазные двигатели для вентиляторов и водоотливных насосов.

В1909—1911 гг. переменный ток внедрили на линейных кораблях типа «Севасто-

поль».

В1920 г. был принят так называемый план ГОЭЛРО ( Государственный план электрификации России ), разработанный русским учёным-электротехником Кржижановским Г.М., который предусматривал создание в России сети гидро- и теплоэлектростанций с суммарной мощностью 3 млн. кВт. Выполнение этого плана позволило электрифицировать промышленность и сельское хозяйство.

Впериод 30-40 гг. ХХ столетия происходило быстрое развитие электрификации страны – были построены мощные гидро- и тепловые электростанции, заводы по производ ству электрических машин и электрооборудования.

Впериод с 1960 по 1970 г. осуществляется переход к использованию на судах пере менного тока. Это стало возможным благодаря началу выпуска специально для судов гене раторов 3-фазного переменного тока и асинхронных двигателей серии МАП ( морской асинхронный полюсопереключаемый ) с 2-мя и 3-мя скоростями.

Одновременно разрабатывались и внедрялись на судах системы автоматизированого и автоматического управления и контроля различными видами судового электрооборудования ( см. ниже ).

На судах отечественного производства устанавливались различного рода такие си стемы – навигационные, управления главными и вспомогательными двигателями, судовыми электроприводами и др.

В70-х годах ХХ столетия для судов отечественной постройки был создан базовый комплекс СУ СТС типа «Залив- М» ( рис. В.1 ).

Рис. В.1. Структурная схема КСУ СТС типа «Залив- М»

В эту систему входят СУ следующими СТС:

1.«Прибой» – вспомогательными механизмами, обслуживающими ГД;

2.«Ижора-М» – электроэнергетической системой;

3.«Нарочь-М» – общесудовыми системами;

4.«Ильмень» – грузовыми операциями на танкерах;

5.«Виктория» – системой инертных газов на танкерах;

6.«Шипка» – приема и обработки информации.

Для электроснабжения всех этих систем используется система «Тангенс». Системы комплекса связаны не только между собой, но и с локальными СУ, таки-

ми как ДАУ ГД, ДАУ ДГ.

Объем автоматизации механической установки судов, на которых был установлен комплекс «Залив- М», соответствовал знаку автоматизации А1 в символе класса судна.

В зависимости от объема автоматизации механической установки, Правила Ре-

гистра устанавливают 3 знака автоматизации в символе класса судна А1, А2, А3, а именно:

А1 – судно, за исключением пассажирского, объем автоматизации механической установки которого позволяет эксплуатацию без вахты в машинных помещениях и

центральном посту управления;

А2 – судно, объем автоматизации механической установки которого позволяет экс-

плуатацию без вахты в машинных помещениях, но с вахтой в центральном посту

управления; А3 – судно с мощностью главных механизмов 1500 кВт ( 2040 л.с. ) и менее, объ

ём автоматизации механической установки которого сокращен, но позволяет эксплуата-

цию без вахты в машинных отделениях.

Современные морские суда снабжены микропроцессорными СУ СТС, позволяющи ми успешно решать основную задачу морского судоходства.- безаварийную и экономичную эксплуатацию судов.

При проектировании и производстве судового электрооборудования приходится решать две взаимоисключающие задачи:

1.повышение уровня автоматизации электрооборудования;

2.упрощение их обслуживания.

Для решения этих задач судовое электрооборудование должно развиваться в сле-

дующих направлениях:

1.автоматизация отдельных механизмов с последующим их объединением в автоматизированные системы, управляемые при помощи микропроцессорных систем;

2.повышение производительности механизмов и судна в целом за счёт выбора оптимальных скоростей переработки грузов;

3.повышение надёжности и ресурса электрооборудование за счёт улучшения конструкции механизмов и аппаратов управления;

4.снижение трудозатрат на обслуживание за счёт унификации элементов и применения блочных конструкций.

2.Международные морские нормативные документы, определяющие уровень подготовки судовых механиков в части эксплуатации СЭО

На большинстве транспортных судов есть штатная должность электромеханика, который несет непосредственную ответственность за техническую эксплуатацию судового электрооборудования.

Тем не менее, в соответствии с национальными морскими документами, такими как Устав службы на судах морского и речного флота Украины, ПТЭ СТС и др., общую ответственность за правильную техническую эксплуатацию судового электрооборудования несет именно старший механик судна.

Международная морская организация ( IMO – ИМО ), определяющая основные направления развития морского судоходства, приняла в 1978 и 1995 годах два основных документа в части подготовки и дипломирования моряков:

1.международную Конвенцию о подготовке и дипломировании моряков и несении вахт 1978 г. ( ПДМНВ – 78, STCW – 78 );

2.международный Кодекс о подготовке и дипломировании моряков и несении вахт 1995 г. ( КПДМ – 95, CODE – 95 ).

Оба документа обязательны для стран, подписавших эти документы. Выполнение требований этих документов позволяет морякам какого-либо государства работать без ограничений на любом судне мирового флота ( Украина присоединилась к ПДНВ-78 в 1996 году, Закон Верховного Совета Украины №464-96/ВР от 1 ноября 1996 года ).

Оба документа содержат таблицы минимальных требований к компетентности судо вых специалистов – судоводителей, судовых механиков и радиоспециалистов при выполнении ими определённых функций на трёх уровнях :

1.обслуживания ( для рядового состава );

2.эксплуатации ( для вахтенных помощников и механиков );

3.управления ( для капитанов и старших помощников; старших и вторых механи

ков ).

Упомянутые минимальные требования изложены в таблицах А-III/1 для вахтенных механиков ( уровень эксплуатации ) и А-III/2 для вторых и старших механиков ( уровень управления ). Содержание же таблиц А-III/1 и А-III/2 одинаково.

Извлечение из ПДНВ-78 и Кодекса-95

Таблица А-III/1 Функция 5: Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления

на уровне эксплуатации

Подготовка выпускников высших морских учебных заведений на образовательно - профессиональном уровне «бакалавр» должна соответствовать требованиям Таблицы А-

III/ 1 , а на уровне «специалист» - требованиям Таблицы А- III / 2.

Встранах СНГ к судам с традиционно обслуживаемым машинным отделением относятся суда без класса автоматизации или с классом автоматизации А-2, а с периодически безвахтенно обслуживаемым машинным отделением - суда с с классом автоматизации А-1.

Таким образом, знание электрооборудования , электронной аппаратуры и систем управления СТС является неотъемлемой частью профессиональной подготовки судовых механиков.

3. Международные и национальные морские классификационные общества. Функции Регистра Украины

Все без исключения направления развития морского судоходства – проектирование и постройка судов, безопасность мореплавания, предотвращение загрязнения моря и береговой черты с судов, спасение человеческой жизни на море и др. регламентируются соответствующими Положениями, Конвенциями, Меморандумами и другими международными морскими нормативными документами.

Контролируют выполнение этих документов международные и национальные надзорные организации, к основным из которых принадлежат:

1.Регистр России;

2.Английский Ллойд;

3.Американское бюро судоходства;

4.Норвежское бюро Веритас;

5.Французское бюро Веритас;

6.Японское классификационное общество;

7.Итальянский Регистр.

Объем надзорной деятельности устанавливается Правилами классификационных обществ, например, в России и Украине - Правилами Регистра.

По состоянию на 2007 г. Украина не имеет собственных Правил Регистра и ее моркие организации использует Правила Регистра России.

Познакомимся с направлениями деятельности Регистра более подробно. Регистр является государственным органом технического надзора и классифика-

ции гражданских судов. Кроме того, Регистр по поручению и от имени правительства Украины или по поручению правительств других стран осуществляет в пределах своей компетенции технический надзор за выполнением требований международных конвенций, соглашений и договоров, в которых участвуют упомянутые страны.

Регистр устанавливает технические требования, обеспечивающие:

1.условия безопасного плавания судов в соответствии с их назначением;

2.охраны человеческой жизни и надлежащей перевозки грузов на море и на внут ренних водных путях;

3.предотвращения загрязнения с судов,

а также

4.осуществляет технический надзор за выполнением этих требований;

5.производит классификацию судов;

6.удостоверяет валовую и чистую вместимости морских судов и обмерные характеристики находящихся под надзором Регистра судов внутреннего плавания, определенные в результате обмера судов.

Надзорная деятельность осуществляется на основании издаваемых Регистром Правил и имеет целью определить, отвечают ли Правилам и дополнительным требованиям суда и контейнеры, подлежащие надзору, а также материалы и изделия, предназначенные для постройки и ремонта судов и их оборудования.

Применение и выполнение Правил и дополнительных требований является обязанностью проектных организаций, судовладельцев, контейнеровладельцев, судоверфей, а также предприятий, которые изготовляют материалы и изделия, подлежащие надзору Реги стра.

Толкование требований Правил и других нормативных документов Регистра является компетенцией только Регистра.

Надзорная деятельность Регистра не заменяет деятельности органов технического контроля судовладельцев, судоверфей и заводов-изготовителей.

Регистр осуществляет технический надзор за следующими морскими судами и подлежащими его техническому надзору судами внутреннего плавания в постройке и в эксплуатации:

.1. пассажирскими, наливными судами, предназначенными для перевозки опасных грузов, а также буксирами, независимо от мощности главных двигателей и валовой вместимости;

.2. самоходными судами, не указанными в .1, с мощностью главных двигателей 55 кВт ( 75 л.с ) и более;

.3. судами, не указанными в .1. и .2., валовой вместимостью 80 рег. т и более, либо мощностью энергетического оборудования 100 кВт и более.

Регистр осуществляет технический надзор за судовыми холодильными установками с точки зрения безопасности судов, надлежащей перевозки грузов, предотвращения озоноразрушающего действия холодильных агентов на окружающую среду, а также осуществляет классификацию холодильных установок судов.

Регистр осуществляет надзор за судовыми грузоподъемными устройствами грузоподъемностью 1 т и более.

Регистр по особому согласованию может осуществлять также надзор за другими судами, установками и устройствами, не перечисленными выше.

Технологические и специальные устройства судов рыболовных, кабельных, технического флота и специального назначения не подлежат надзору Регистра, за исключением оборудования, перечисленного в соответствующих частях Правил.

Регистр осуществляет технический надзор за контейнерами при их изготовлении и эксплуатации.

Регистр рассматривает и согласовывает проекты стандартов и других нормативных документов, связанных с его деятельностью.

Регистр может осуществлять экспертизы и участвовать в экспертизах по техническим вопросам, входящим в круг его деятельности.

Регистр издает Регистровую книгу морских судов, в которой содержатся основные технические данные судов и сведения об их классификации.

За выполненные работы Регистр взимает плату, которая назначается в соответствии с тарифами.

4. Условия работы судового электрооборудования. Требования Правил Регистра к судовому электрооборудованию

Судовое электрооборудование по сравнению с береговым работает в более трудных условиях.

Береговое электрооборудование установлено в определенной географической точке, т.е. оно не перемещается в пространстве и круглый год находится в одном и том же климатическом поясе.

Судовое электрооборудование перемещается вместе с судном, и в течение одного рейса ( 30-40 суток ) может побывать во всех климатических поясах Земного шара ( напри мер, при переходе из Антарктиды в Мурманск ).

Для судового электрооборудования характерны следующие условия эксплуатации:

1.периодическое пребывание в тропиках, арктических водах и средних широтах, при этом средняя продолжительность пребывания в тропиках за год составляет 170 сут;

2.непрерывное пребывание в состоянии повышенной относительной влажности (от

70 до 100 %).

При этом в машинных отделениях в течение длительного времени относительная влажность составляет до 80 % при высоких температурах, а на палубах - меняющаяся вла жность вплоть до циклического ежесуточного выпадения росы при средней температуре за сутки до 30 °С;

3.приблизительно постоянное содержание солей в воздухе: 3—5 мг на 1 м 3 ;

4.высокое содержание паров нефти в машинных отделениях: до 20 мг на 1 м 3

воздуха;

5.интенсивное скопление конденсата: воды в палубных механизмах и нефтепродук тов в машинно-котельных механизмах;

6.оседание на поверхностях соли — в неблагоприятных условиях до 0,2 мм за сут-

ки;

7.работа в условиях повышенной вибрации и периодических ударных нагрузок, связанных с сотрясением корпуса от ударов волн или при плавании во льдах.

Кроме того, для палубного оборудования добавочными условиями являются:

1.полное обледенение при пребывании в арктических водах;

2.периодическое обливание морской водой, эквивалентное поливу из шланга под

давлением 9,8*10 4 Па ( 1at ) с расстояния 1,5 м;

3. в отдельных случаях полное кратковременное погружение под набегающую вол-

ну;

4. дополнительный кратковременный нагрев за счет солнечной радиации в тропиках (до 5 °С сверх предельной температуры воздуха) и ионизация под воздействием озона

плотностью до 40 мкг/м 3 .

Статистика эксплуатации судов основных транспортных океанских линий показы вает, что общее время пребывания судна в тропиках составляет примерно 160 сут в год; при этом ходовое время судна - около 150 сут, из них 60 сут в тропиках, стояночное время 210 сут, из них 100 сут в тропиках.

Среднее наибольшее время стоянки в тропиках 10 сут. Средняя температура возду-

ха Мирового океана в зоне тропиков составляет 20 °С при абсолютной влажности 15 г/м 3 . У берегов Индии и Индонезии средняя температура равна 25 °С при абсолютной

влажности 20 г/м 3 .

Поэтому морские нормативные документы предъявляют к СЭО повышенные требо

вания.

Эти требования содержатся в Правилах Регистра и в основном сводятся к следую

щему:

1.электрическое оборудование на судах должно надежно работать в условиях относительной влажности воздуха 75±3% при температуре +45±2°С или 80±3% при темпера туре +40±2°С, а также при относительной влажности воздуха 95±3% при температуре

+25±2°С;

2.конструктивные части электрического оборудования должны изготовляться из материалов, устойчивых к воздействию морской атмосферы, или должны быть надежно защищены от вредного воздействия этого фактора;

3.электрическое оборудование должно надежно работать при вибрациях с частота ми от 2 до 80 Гц, а именно: при частотах от 2 до 13,2 Гц с амплитудой перемещений ± 1

мми при частотах от 13,2 до 80 Гц с ускорением ±0,7 g;

4.электрическое оборудование, установленное на источниках вибрации (дизели, компрессоры и т.п.) или в румпельном отделении, должно надежно работать при вибраци ях от 2 до 100 Гц, а именно: при частотах от 2 до 25 Гц с амплитудой перемещения ±1,6

мми при частотах от 25 до 100 Гц с ускорением ±4,0 g;

5.электрическое оборудование должно надежно работать также при ударах с уско рением ± 5,0 g и частоте в пределах от 40 до 80 ударов в минуту;

6.электрическое оборудование должно безотказно работать при длительном крене судна до 15° и дифференте до 5°, а также при бортовой качке до 22,5° с периодом 7 - 9 с и килевой до 10° от вертикали;

7.аварийное оборудование должно, кроме того, надежно работать при длительном крене до 22,5°, дифференте до 10°, а также при одновременном крене и дифференте в указанных выше пределах;

8.электрическое оборудование должно обладать соответствующей механической прочностью и устанавливаться в таком месте, где нет опасности механического повреждения.

Для выполнения перечисленных выше условий судовое электрооборудование долж но иметь соответствующее устройство ( конструкцию ).

Рассмотрим требования к конструкции судового электрооборудования более под-

робно.

5. Требования морских нормативных документов к конструкции судового электрооборудования

Основные сведения

Конструкцию судового электрооборудования разрабатывают с учётом 4-х факто-

ров:

1.климатических условий района эксплуатации ( плавания );

2.предполагаемого места размещения электрооборудования непосредственно на

судне;

3.степени защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования, находящегося внутри её корпуса;

4.степени защищённости корпуса электрооборудования от попадания внутрь во-

ды.

Рассмотрим поочередно выполнение перечисленных выше требований на практике

( пп. 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 ).

6.1. Классификация судового оборудования в зависимости от климатических условий района плавания

Соответствующими стандартами установлена следующая классификация судового оборудования в зависимости от климата района плавания:

1.оборудование судов ограниченного района плавания с умеренно холодным климатом ( европейская часть ), обозначаемая буквой М;

2.оборудование судов неограниченного района плавания, обозначаемое буквами

ОМ.

Классификация судового оборудования в зависимости от климата района плавания приведена в таблице В1.

Таблица В.1.

Классификация судового оборудования в зависимости от климата района плавания

* К этим районам относятся моря и океаны севернее 30º северной широты

** К этим районам относятся моря и океаны, расположенные между 30º северной широты и 30º южной широты

Таким образом, суда неограниченного района плавания ( океанские ), периодически переходящие из северных широт в южные и наоборот, имеют электрооборудование класса ОМ.

6.2. Классификация электрооборудования в зависимости от места расположения на судне

Судовое электрооборудование расположено на самых разных пространствах судна и в разных помещениях.

Место расположения электрооборудования определяется видом механизма. Например, электроприводы палубных механизмов – якорно-швартовных и грузо-

вых устройств, траповых и шлюпочных лебедок, расположены на открытых палубах и под вержены прямому воздействию воды.

Электроприводы механизмов, расположенных в машинном отделении, например, пожарных насосов, насосов, обеспечивающих работу главного двигателя, лишены прямого воздействия воды, но остаются под воздействием остальных неблагоприятных факторов – повышенной влажности, вибрации, ударов и др.

Электрооборудование, расположенное в ЦПУ – разного рода системы управления и контроля, а также главный электрораспределительный щит, работают в наиболее комфортных условиях, т.к. помещение ЦПУ отапливается ( или охлаждается, в зависимости от района плавания ) и вентилируется.

Условные обозначения категорий размещения электрооборудования на судне приве дены в таблице В.2.

6.3. Классификация электрооборудования в зависимости от степени защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с его токоведущими или вращающимися частями и степени защищённости корпуса электрооборудования от попадания внутрь воды

Условные обозначения степени защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования, находящегося внутри её корпуса и степени защищённости корпуса электрооборудования от попадания внутрь воды объединены и состоят из латинских букв IP ( от первых букв английских слов «International Protection», что означает «Международная система защиты корпуса электрооборудования» ) и двух последующих цифр.

Первая цифра обозначает степень защищенности обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями электрооборудования.

Цифровые значения степеней такой защиты приведены в таблице В.3.

Таблица В.3.

Степени защиты судового электрооборудования от соприкосновения с токо ведущими или вращающимися частями

ром более 1,0 мм

5проникновение внутрь корпуса пыли не предотвращено полностью , однако количество попавшей пыли не должно нарушить работу изделия

6проникновение пыли предотвращено полностью

Вторая цифра обозначает степень защищенности электрооборудования от попада ния внутрь воды. Цифровые значения степеней такой защиты приведены в таблице В.4.

Таблица В.4.

Степень защищенности электрооборудования от попадания внутрь воды

Правила классификации и постройки морских и речных судов ( Регистр ) устанавливают зависимость степени защищённости электрооборудования от типа судовых помещений. Эта зависимость приведена в таблице В.5.

Таблица В.5.

Зависимость степени защищённости электрооборудования от типа судовых помещений