Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Северный (Арктический) федеральный университет
имени М.В. Ломоносова»
М.Л. Ивлев, Е.Н. Коптяев
СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ СУДОВЫХ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Учебное пособие
Архангельск
САФУ
2016
1
Стр.1
УДК 629.5.064.5
ББК 39.42-05
И 25
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом
Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова
Рецензенты:
В.Н. Шиловский, заместитель главного конструктора АО «ПО «Севмаш»;
Д.Н. Семенов, начальник акустической лаборатории
АО «СПО «Арктика»
И25
Ивлев, М.Л.
Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических
установок: учеб. пособие / М.Л. Ивлев, Е.Н. Коптяев; Сев. (Арктич.) федер.
ун-т. – Архангельск: САФУ 2016. – 92 с.
ISBN 978-5-261-01189-7
Даны основные сведения по построению систем автоматизации судовых
электроэнергетических установок, предъявляемым к ним техническим требованиям,
устройству, составу, принципу и особенностям работы широко
применяемых в судовых и корабельных электроэнергетических системах
приборов автоматики, сигнализации и контроля.
Предназначено для практических занятий и самостоятельной работы по
дисциплине «Системы и устройства автоматизации СЭЭС» студентов,
обучающихся по профилю «Системы электроэнергетики и автоматизации
судов» (направление подготовки «Кораблестроение, океанотехника и системотехника
объектов морской инфраструктуры»); также может быть полезно
при выполнении курсового проекта по названной дисциплине и выпускной
квалификационной работы.
УДК 629.5.064.5
ББК 39.42-05
ISBN 978-5-261-01189-7
© Ивлев М.Л., Коптяев Е.Н., 2016
© Северный (Арктический)
федеральный университет
имени М.В. Ломоносова, 2016
2
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ
Для обеспечения высокой эффективности и надежности работы кораблей и
судов судовая электроэнергетическая система (СЭЭС) в настоящее время
имеет высокую степень автоматизации. Автоматизация судов – это процесс,
при котором функции управления судном и его оборудованием, ранее выполнявшиеся
человеком, передаются приборам и техническим устройствам. При
автоматизации судовых энергетических систем повышается надежность и
экономичность работы оборудования, увеличивается производительность и
улучшаются условия труда плавсостава, сокращается его численность. Широкое
развитие автоматического управления техническими средствами на судах
различного назначения привело к созданию ряда унифицированных систем
и функциональных устройств автоматизации СЭЭС.
Создание современных судов транспортного и промыслового флота различного
назначения с электрификацией технических средств потребовало
существенного увеличения мощности судовых электроэнергетических установок
при жестких требованиях к качеству электроэнергии, компактности и
надежности их работы.
В таких условиях указанная задача могла быть успешно решена только путем
замены установок постоянного тока установками переменного тока,
обеспечивающими непрерывность подачи электроэнергии заданного качества
в различных режимах их функционирования.
В процессе создания установок переменного тока возникла одна из основных
научно-технических проблем судовой электроэнергетики – проблема автоматизации
электроэнергетических установок и разработки систем централизованного
управления ими.
Разработка средств автоматизации для судовых электроэнергетических
установок переменного тока в целом характеризовалась следующими, тесно
связанными между собой особенностями, требующими:
создания теоретических основ для исследования и расчета установившихся
и переходных процессов в различных режимах функционирования автоматизированных
СЭЭС с агрегатами соизмеримой мощности и с учётом
специфических условий их эксплуатации;
3
Стр.3
выбора наиболее рациональных способов управления и регулирования
объема и степени автоматизации на базе тщательного анализа работы установки
в статических и динамических режимах;
создания общих принципов построения систем дистанционного автоматизированного
управления и унифицированных функциональных устройств
электроавтоматики для широкой номенклатуры систем генерирования и распределения
электроэнергии, их мощности и назначения;
повышения качества электроэнергии, бесперебойности снабжения,
надежности, снижения весогабаритных характеристик и стоимости при одновременном
увеличении срока службы;
упрощения серийного производства систем и устройств электроавтоматики,
простоты эксплуатации, сокращения численности обслуживающего
персонала и улучшения условий его обитаемости.
Автоматические устройства также должны обеспечивать устойчивость работы
СЭЭС.
В настоящее время созданы следующие типовые системы управления и
унифицированные устройства судовой электроавтоматики:
дистанционного автоматизированного управления дизель-электрическими
агрегатами;
автоматического регулирования частоты, напряжения и распределения
активных и реактивных нагрузок;
автоматической синхронизации;
автоматического включения резерва и отключения второстепенных потребителей;
автоматического контроля сопротивления изоляции, звуковой и световой
сигнализации;
защиты от обрыва фазы и понижения напряжения при питании с берега,
защиты от обратного тока;
световой и звуковой сигнализации;
автоматические выключатели с дистанционным управлением и малыми
временами срабатывания, логические элементы, датчики, сигнализаторы и пр.
Следует отметить при этом общую тенденцию вытеснения релейноконтактной
аппаратуры автоматики бесконтактными элементами.
Унификация конструкций большинства устройств системной автоматики в
виде отдельных блоков нескольких типоразмеров позволила обеспечить общий
переход к автоматизации судовых электроэнергетических установок и
построению систем дистанционного автоматизированного управления.
4
Стр.4
Первостепенными задачами на современном этапе развития автоматизации
являются: повышение надежности элементной базы; организация технического
обслуживания систем автоматизации в судовых условиях и в
порту; подготовка кадров, способных технически грамотно эксплуатировать
системы автоматизации и выполнять необходимые профилактические мероприятия.
Весьма
перспективным для развития автоматики является все большее
проникновение в нее идей и принципов инженерной психологии и технической
эстетики, наилучшим образом отвечающих специфическим функциям
человека-оператора.
Необходимо отметить, что успехи автоматизации непосредственно связаны
с применением на судах более совершенных видов оборудования (турбо- и дизель-генераторов,
систем генерирования и распределения электроэнергии,
коммутационно-защитной аппаратуры, асинхронных электродвигателей и т.п.).
1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Система автоматизации – это совокупность элементов и устройств для
создания конструктивного и функционального целого, предназначенного
для выполнения определенных функций в области управления, контроля и
защиты.
Элемент системы автоматизации – это самостоятельный в конструктивном
отношении прибор (или устройство), используемый в системе автоматизации
(например, реле, измерительное устройство, сервопривод, датчик, исполнительный
механизм, усилитель). Автоматизированными объектами могут
быть: двигатель, генератор, судовые системы или другие устройства, оборудованные
системами и устройствами автоматического регулирования,
управления, контроля и защиты.
Управление – это процесс задания, поддержания режима работы объекта
на основе анализа информации о его состоянии. Все виды управления могут
быть непосредственными (местными) или дистанционными. В системах дистанционного
автоматизированного управления (ДАУ) должна быть обеспечена
возможность дистанционного задания одним органом управления требуемых
режимов работы при автоматическом выполнении промежуточных операций
по заданной программе и исключена возможность одновременного
управления с разных постов.
5
Стр.5
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................ 3
1. Основные термины и определения автоматизации судовых систем
и механизмов .................................................................................................. 5
2. Требования, предъявляемые к системам СЭЭС .......................................... 7
2.1. Степень автоматизации СЭЭС .............................................................. 7
2.2. Требования Морского регистра к системам автоматизации
судовых электроэнергетических установок ........................................ 9
2.3. Общие требования по эксплуатации аппаратуры регулирования
напряжения, синхронизации и контроля нагрузки генераторов ..... 13
3. Автоматизация управления электроэнергетическими установками
судов .............................................................................................................. 15
3.1. Классификация систем управления СЭЭС ........................................ 15
3.2. Система управления СЭЭС типа «Ижора-М» ................................... 17
3.3. Структура микропроцессорных систем управления СЭЭС ............. 20
4. Автоматический точный синхронизатор УСГ-1П .................................... 22
4.1. Назначение и основные технические данные ................................... 22
4.2. Общее описание устройства УСГ-1П ................................................ 24
4.3. Описание основных узлов устройства УСГ-1П ................................ 27
4.4. Сведения по эксплуатации устройства .............................................. 38
4.5. Автоматический синхронизатор УСГ-1П1 ........................................ 39
5. Прибор регулирования частоты ПРЧ ......................................................... 46
5.1. Назначение и основные технические данные ................................... 46
5.2. Общее описание устройства ПРЧ ....................................................... 47
5.3. Основные узлы прибора ПРЧ ............................................................. 48
5.4. Порядок испытаний прибора ПРЧ...................................................... 50
5.5. Схема подключения прибора .............................................................. 52
6. Устройство регулирования мощности УРМ-35 ....................................... 53
6.1. Назначение и основные технические данные ................................... 53
6.2. Управление распределением реактивной нагрузки между
генераторами ........................................................................................ 55
6.3. Технические характеристики устройства УРМ-35 ........................... 56
6.4. Общее описание устройства УРМ-35 ................................................ 57
6.5. Описание основных узлов устройства УРМ-35 ................................ 59
90
Стр.90
7. Устройство контроля изоляции УКИ-1 ..................................................... 66
7.1. Назначение и основные технические данные прибора ..................... 66
7.2. Общее описание прибора и его основных узлов ............................... 67
7.3 Работа устройства при измерении сопротивления изоляции ............ 71
7.4. Конструкция прибора .......................................................................... 71
8. Устройство звуковой и световой сигнализации УЗСС-1 ......................... 73
8.1. Назначение и основные технические данные прибора ..................... 73
8.2. Описание основных узлов ................................................................... 74
8.3. Работа устройства ................................................................................. 76
9. Устройство автоматической разгрузки генераторов типа УРГ ............... 77
10. Устройство автоматического включения резерва типа УВР ................. 82
11. Устройство автоматического переключения питания типа УПП ......... 85
Список литературы .......................................................................................... 88
Приложение. Функциональная блок-схема автоматизированной СЭЭС ..... 89
91
Стр.91