История электротехники

Коллектив авторов

Для обеспечения параллельной работы генераторных агрегатов большой мощности в одной электростанции, превышающих допустимую мощность по условиям обеспечения коммутационной способности и динамической стойкости автоматических выключателей, предусмотрено ограничение тока короткого замыкания путем повышения сверхпереходного индуктивного сопротивления генератора (с приводом от паровой турбины) по продольной оси и установки между параллельно работающими генераторами токоограничивающего устройства.

С целью сокращения габаритов ГРЩ электростанций и числа магистральных кабелей на корабле для канализации энергии большой мощности

впервые в практике судостроения были применены бортовые подстанции с размещением в них основной части распределительных секций ГРЩ.

Такое решение позволило получить дополнительный эффект: выделить электростанции и подстанции в отдельные технологические электромонтажные участки (энергокольцо), в которых электромонтажные работы могут выполняться с опережением по отношению к другим помещениям и обеспечить более раннюю подачу электроэнергии в отсеки корабля, что не может выполняться на кораблях с традиционными принципами распределения электроэнергии.

Тяжелые атомные ракетные крейсеры воплощают все новейшие достижения отечественной техники и не имеют аналогов в иностранных флотах. Автоматизированная ЭЭС этих кораблей является на сегодняшний день непревзойденной в Российском ВМФ как по принципам ее построения, так и по мощности каждой электростанции. Крейсеры вступили в строй:

«Киров» (ныне «Адмирал Ушаков») в 1980 г.;

«Фрунзе» («Адмирал Лазарев») в 1984 г.;

«Калинин» («Адмирал Нахимов») в 1988 г.;

«Юрий Андропов» («Петр Великий») в 1998 г.;

Развитие зарубежных корабельных ЭЭС [8.19, 8.20, 8.23]. В зарубежных странах с развитым судостроением ЭЭС переменного тока начали внедряться в 30-е годы, а в послевоенный период происходил активный перевод ЭЭС на переменный ток. В соответствии со стандартами НАТО на военных кораблях стран — членов НАТО применяются ЭЭС напряжением 440 В частотой 60 Гц. На судах гражданского флота европейских стран, как правило, применяются ЭЭС напряжением 400 В частотой 50 Гц.

В послевоенный период развитие зарубежных корабельных ЭЭС (как и отечественных) сопровождалось увеличением их мощности, которое определялось в основном ростом водоизмещения кораблей, применением атомных энергетических установок, новых видов вооружения.

Так, например, на кораблях, построенных в 60–80-е годы в США, Великобритании, Франции, Италии, ФРГ, Нидерландах, энерговооруженность (отношение установленной мощности генераторов ЭЭС к водоизмещению корабля) находится в пределах 0,58–1,42 кВт/т.

Важное значение имеют структуры ЭЭС, которые в определенной степени зависят от мощности генераторных агрегатов (ГА) и ЭЭС в целом. Максимальная единичная мощность генераторов напряжением 440 В была принята равной 2500 кВт (по условиям коммутационной способности и динамической стойкости автоматических выключателей (АВ)). При такой единичной мощности длительная параллельная работа не применяется и в каждой электростанции располагается, как правило, один ГА (в частности, на атомных кораблях).

Так, на авианосце «Enterprise» установлено 16 ТГ мощностью по 2500 кВт, расположенных в 16 бортовых помещениях в районах электрических нагрузок. Все 16 щитов электростанций могут быть соединены перемычками в «кольцо». Четыре резервных дизель-генератора мощностью по 1000 кВт расположены в четырех электростанциях, близких к диаметрали. Всего на корабле 20 самостоятельных

электростанций. Такая система расположения по живучести несколько выше принятой в соответствии с обычными требованиями, но увеличение количества электростанций сверх определенного предела повышает живучесть так незначительное, что совсем не оправдывает затрат и потерь, обусловливаемых большим количеством электростанций.

Особенностью ЭЭС иностранных надводных кораблей является наличие резервных электростанций, состоящих из ДГ и ГРЩ, соединенных с основными электростанциями перемычками.

Важнейшие потребители (например, некоторые системы вооружения, рулевое устройство) имеют тройное питание, другие ответственные потребители имеют двойное питание (например, пожарные насосы), менее ответственные — одинарное.

На большинстве надводных кораблей стран НАТО применены ЭЭС, состоящие из двух электростанций. ГРЩ разделены на три секции. Перемычки между секциями могут отделить аварийную секцию. Связь электростанций осуществляется с помощью двух перемычек с двумя АВ в каждой, расположенных в своих ГРЩ. В каждой электростанции ГА включаются на параллельную работу, если обеспечена допустимость их работы по коммутационной способности АВ.

Применены также и другие структуры ЭЭС. Так, в американской практике используются ЭЭС с тремя и пятью генераторными агрегатами. Пятый генератор одновременно выполняет функцию аварийного генератора. При нечетном числе ГА обеспечена возможность подключения резервного ГА к любому заранее выбранному генератору.

На фрегатах английских и германских ВМС исходя из необходимой надежной и простой схемы электроснабжения принят режим параллельной работы ГА.

Для повышения суммарной мощности генераторных агрегатов повышается отключающая способность АВ, а также значение сверхпереходного индуктивного сопротивления генераторов без существенного ухудшения таких параметров, как провалы напряжения и время его восстановления. Этому способствовало усовершенствование быстродействующих регуляторов напряжения. Комплексное решение вопросов ограничения токов короткого замыкания сделало допустимым включение на параллельную работу трех ГА мощностью по 2500 кВт.

На боевых кораблях высокое напряжение широкого применения не нашло (за исключением авианосцев с большой мощностью ЭЭС, таких например, как атомные авианосцы ВМС США типа «Nimitz».

Одной из причин такого положения является то, что на надводных кораблях отсутствуют электродвигатели мощностью более 150 кВт, в то же время целесообразным является применение высоковольтных электродвигателей мощностью более 300 кВт.

В гражданском судостроении, особенно в 80-е годы при освоении ресурсов Мирового океана, при строительстве судов специального назначения, ледоколов и др. высоковольтные ЭЭС нашли широкое применение.

На боевых кораблях наряду с основными параметрами ЭЭС (напряжение 440 В переменного тока частота 60 Гц) применяли электромашины и статические преобразователи в основном частотой 60/400 Гц.

Так, начиная с 50-х годов корабли флота США, СССР и других стран стали оснащаться вооружением нового типа, электронными системами радиолокации, управления, навигации, связи и т.п. На кораблях внедрялись системы РЭВ с питанием частотой 400 Гц от электромашинных преобразователей, которое использовалось в авиации и наземной технике вооруженных сил.