Условия эксплуатации. На судах СЭО и ЭСА могут подвергаться:
механическим воздействиям (вибрации, бортовой и килевой качке, ударным нагрузкам);
воздействию влаги, соли, паров масел и топлива, содержащихся в окружающем воздухе;
изменениям температуры окружающей среды в широких пределах.
Кроме того, размещение электрооборудования в тесных помещениях с целью экономии места на судне затрудняет эксплуатацию.
Вибрация корпуса судна, возникающая в результате работы гребных винтов, судовых механизмов и устройств, создает знакопеременные нагрузки в узлах и деталях СЭО. Такие нагрузки могут вызвать механические повреждения и ослабление электрических контактных соединений, а также увеличить погрешность измерительных приборов. В результате может существенно сократиться время безотказной работы СЭО и ЭСА, в первую очередь контактной аппаратуры, электрических машин, измерительных приборов и кабелей.
Качка и ударные нагрузки от воздействия волн на корпус судна перераспределяют усилия на рабочих поверхностях подшипников и создают осевые и радиальные перемещения роторов электрических машин, вредные для подшипников. Качка и ударные нагрузки приводят к увеличению числа отказов электрических машин, электроаппаратов, распределительных щитов и светотехнических устройств на судах.
Повышенная влажность, наличие примесей в воздухе и изменения температуры способствуют конденсации влаги и осаждению примесей на поверхности СЭО, а следовательно коррозии, снижению диэлектрической прочности электроизоляции, созданию аварийных ситуаций, связанных с пробоем изоляции, а также ускоренному износу кинематических узлов и контактных устройств.
Требования Правил Регистра. К СЭО и ЭСА, работающим в указанных выше специфических условиях, предъявляются повышенные по сравнению с общепромышленным электрооборудованием технические требования по обеспечению их нормальной эксплуатации в судовых условиях.
Такие требования сформулированы в Правилах классификации и постройки морских судов, разрабатываемых Регистром, который осуществляет надзор за всеми видами СЭО, кроме электрооборудования хозяйственного, бытового и технологического назначения (оно подлежит надзору Регистра только в части подключения кабелей, средств защиты, изоляции и заземления). В соответствии с требованиями Правил Регистра СЭО и ЭСА должны безотказно работать при следующих условиях:
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 100 от вертикали, а аварийное - при длительном крене до 22,5° и дифференте до 10°;
вибрациях частотой 5...30 Гц, с амплитудой 1 мм для частот 5...8 Гц и с ускорением 5 м/с2 при частоте 8...30 Гц;
ударах с ускорением 30 м/с2 при частоте 40...80 уд./мин;
относительной влажности воздуха 75+3 % при температуре 45±2° и 95±3 % при температуре 25+2 °С;
температура окружающего воздуха при неограниченном районе плавания для машинных и специальных электрических помещений 0...45 °С, открытых палуб - 30...+45 °С, других помещений 0...40 °С, а при плавании вне тропической зоны соответственно 0...+40, —30... + 40, 0... + 40 °С;
отклонениях в установившихся режимах от номинальных значений напряжения питания длительно в пределах - 10... +6 % и кратковременно (1,5 с) в пределах — 30...+20 %, а частоты питающего напряжения — длительно в пределах ±5% и кратковременно (5 с) в пределах ±10%.
Для уменьшения вредного воздействия качки, вибрации и ударных нагрузок СЭО устанавливается на амортизаторах; при размещении на судне электрических машин большой мощности линии их валов ориентируются параллельно диаметральной плоскости судна, проводятся регулярные мероприятия по обжатию электрических соединений и периодические пуски длительно неработающих машин.
Уменьшение вредного влияния влаги, наличия примесей в воздухе и изменений температуры достигается соответствующим выбором конструктивных, токоведущих и изоляционных материалов и конструктивного исполнения СЭО.
Конструктивные элементы должны изготовляться из прочных трудносгораемых материалов, устойчивых к воздействию морской атмосферы и паров масла. Крепеж и подобные детали СЭО, устанавливаемого на открытой палубе и в помещениях с повышенной влажностью, должны изготовляться из коррозионно-стойких материалов или с антикоррозионным покрытием.
Токоведущие элементы СЭО должны изготовляться из меди, медных сплавов или других материалов с равноценными свойствами, за исключением элементов реостатов, коротко-замкнутых обмоток двигателей, угольных щеток и т. п. Весь внутренний монтаж СЭО должен выполняться многопроволочным проводом, площадь сечения которого для устройств распределения, коммутации и т. п. должна быть не менее 1 мм2, а для систем управления, защиты и измерения — не менее 0,5 мм2. Возможность применения однопроволочных проводов, а также проводов площадью сечения менее 0,5 мм2 для электронных устройств и при передаче слабых сигналов рассматривается Регистром в каждом случае специально. Температура нагрева токоведущих частей при номинальной нагрузке не должна превышать допустимой температуры нагрева изоляционных материалов.
Изоляционные материалы частей, находящихся под напряжением, должны быть при соответствующей диэлектрической прочности устойчивыми, без появления токов утечки по поверхности, влаго- и маслостойкими и достаточно прочными или должны быть защищены.
По нагревостойкости твердые диэлектрики разделяют на семь классов (табл. 1.1), из которых в судовом электрооборудовании наиболее широко используются пять: Е, В, F, Н, С. Для изоляции ответственных частей (обмоток машин, аппаратов и др.) рекомендуется применять изоляционные материалы не ниже класса Е. Для охлаждения неизолированных частей СЭО допускается применять невоспламеняющиеся жидкости, возможность использования воспламеняющихся масел в каждом случае рассматривается Регистром.
Таблица.1.1.
Классификация изоляционных материалов по нагревостойкости
Обозначение класса изоляции | Предельно допустимая температура, 0С | Материалы |
Y | Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, непропитанные и непогруженные в жидкую изоляцию | |
А | То же, а также искусственный и шелка, в рабочем состоянии погруженные синтетический или пропитанные жидкими диэлектриками | |
Е | Синтетические органические материалы: пленки, волокна, смолы, компаунды | |
В | Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), а также асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими и пропитывающими составами | |
Г | Материалы на основе смолы, асбеста и стекловолокна в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, соответствующими данному классу нагревостойкости | |
н | То же в сочетании с кремнийорганическими эластомерами | |
с | Свыше 180 | Слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их производные, применяемые без связующих или с неорганическими составами |
Значения нормального и предельно допустимого сопротивления изоляции для СЭО и ЭСА должны соответствовать установленным нормам (табл. 1.2).
Таблица 1.2.
Нормы сопротивления изоляции судового электрооборудования и средств автоматизации
Электрооборудование | Сопротивление изоляции в нагретом состоянии, МОм | |
нормальное, не менее | минимально допустимое | |
Электрические машины Магнитные станции, пусковые устройства Щиты главные, аварийные, распределитель- ные, пульты управления и т. п. при отключен- ных внешних цепях, специальных лампах ука- зателей заземления и др.: до 100 В от 100 до 500 В Аккумуляторные батареи при отключенных приемниках: до 24 В от 25 до 220 В Фидер кабельной сети: освещения до 100 В то же, от 101 до 220 В силовой от 100 до 500 В Цепи управления, сигнализации и контроля: до 100 В от 100 до 500 В | 0,70 | >0,20 |
0,50 | >0,20 | |
0,30 | >0,06 | |
1,00 | >0,20 | |
0,10 | >0,02 | |
0,50 | >0,10 | |
0,30 | >0,06 | |
0,50 | >0,20 | |
1,00 | >0,20 | |
0,30 | >0,06 | |
1,00 | >0,20 |
Размещение СЭО и ЭСА осуществляется в помещениях с разными условиями, которые классифицируют следующим образом:
сухие (жилые, общественные, служебные, закрытые рулевые,
штурманские и т. п.);
с повышенной влажностью (умывальные, туалетные, камбузы, аварийных дизель-генераторов, пожарных насосов и т. п.);
влажные (кладовые, шкиперские, запчастей и т. п. и примыкающие к ним тамбуры и коридоры);
особо сырые (бани, душевые и т. п.);
заливаемые водой (открытые палубы);
затопляемые (помещения и пространства, где СЭО работает под водой);
опасны е (где имеется горючая пыль (взрывоопасной концентрации);
взрывоопасныетрех категорий:
1 - отсеки и цистерны для воспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки паров ниже 60 °С, грузовые трюмы для перевозки таких жидкостей и газов в специальной таре и смежные с этими отсеками помещения, неотделенные от них коффердамами и не имеющие принудительной вентиляции;
2 - насосные отделения, компрессорные помещения для сжиженных газов, аккумуляторные помещения, малярные кладовые и т. п., где могут образовываться скопления воспламеняющихся газов взрывоопасной концентрации;
3 - трюмы и помещения, где возможно образование воспламеняющейся смеси пыли или волокон с воздухом).
В зависимости от места расположения СЭО должна применяться соответствующая степень защиты электрооборудования. Правилами Регистра в соответствии с рекомендациями МЭК и требованиями стандартов предусмотрены буквенно-цифровые обозначения возможных степеней защиты электрооборудования. Каждое такое обозначение состоит из латинских букв IP (начальные буквы английских слов InternationalProtection) и двух цифр. Первая цифра (от 0 до 6) указывает степень защиты электрооборудования от попадания внутрь посторонних твердых тел и защиты персонала от контакта с токоведущими и вращающимися частями (табл. 1.3).Таблица 1.3.
Степень защиты электрооборудования, определяемая первой цифрой обозначения
Первая цифра обозначения | Определение степени защиты |
Специальная защита отсутствует Защита от проникновения внутрь СЭО большого участка поверхности человеческого тела (руки) и от проникновения твердых тел размером свыше 50 мм Защита от проникновения внутрь СЭО пальцев или предметов длиной не более 80 мм и от проникновения твердых тел размером более 12 мм Защита от проникновения внутрь СЭО инструментов, проволоки и т. д. диаметром или толщиной более 2,5 м и от проникновения твердых тел размером более 2,5 мм Защита от проникновения внутрь СЭО проволоки и от проникновения твердых тел размером более 1,0 мм Проникновение внутрь СЭО пыли не предотвращено полностью, но пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы СЭО Полностью предотвращено проникновение пыли внутрь СЭО |
Вторая цифра (от 0 до 8) характеризует степень защиты электрооборудования от попадания внутрь воды (табл. 1.4).
Таблица 1.4.
Степень защиты электрооборудования, определяемая второй цифрой обозначения
Вторая цифра обозначения | Определение степени защиты |
Защита отсутствует Защита от вертикально падающих капель воды; вертикально падающие на СЭО капли не должны нарушать работоспособность СЭО Защита от капель воды; капли воды не должны нарушать работоспособность СЭО при его наклонах до 15° в любую сторону Защита от дождя; вода в виде дождя, падающая под углом к вертикали, не превышающем 60°, не должна нарушать работоспособность СЭО Защита от брызг; разбрызгиваемая из любого направления вода не должна нарушать работоспособность СЭО Защита от струй воды; выпускаемая из наконечника струя воды в любом направлении на СЭО не должна нарушать работоспособность СЭО Защита от волн воды; морская вода не должна проникать внутрь СЭО в количестве, достаточном для его повреждения Защита при погружении в воду; вода не должна попадать внутрь СЭО при оговоренных значениях давления и времени в количестве, достаточном для его повреждения Защита СЭО, погруженного в воду на неограниченное время и работающего при данном давлении |
При расположении СЭО в сухих помещениях степень защиты должна быть не ниже IP20 (жилые, общественные и служебные помещения), IP22 (рулевые, штурманские, радиорубки и т. п.), IP30 (каюты, салоны и т. п.) и IP 10 (сухие специальные электрические помещения).
В помещениях с повышенной влажностью и влажных устанавливается СЭО со степенью защиты не ниже IP23, кроме умывальных, туалетных, камбузов и т. п. помещений, в которых степень защиты СЭО должна быть не ниже IP44. В особо сырых помещениях степень защиты СЭО должна быть не ниже IP55, а в особо сырых, заливаемых водой, - IP56. В затопляемых и опасных помещениях устанавливается СЭО с самой высокой степенью защиты - IP68.
Во взрывоопасных помещениях третьей категории допускается установка СЭО со степенью защиты не ниже IP65, а в случае, когда появление пожароопасной пылеволокнистой смеси может возникнуть временно, - IP55.
В помещениях второй категории взрывоопасности допускается устанавливать светильники, устройства сигнализации обнаружения пожара, приборы контроля, управления и связи, электроприводы вентиляторов во взрывозащищенном исполнении. В помещениях первой категории взрывоопасности не допускается установка электрооборудования за исключением датчиков уровня и температуры, вибраторов эхолотов и устройств сигнализации обнаружения пожара во взрывозащищенном исполнении.
Электрооборудование необходимо устанавливать таким образом, чтобы был удобный доступ к органам управления и ко всем частям, требующим ТО. При установке СЭО и ЭСА в местах, где вибрации и удары более сильные, чем приведенные выше, нормальная работа СЭО и ЭСА должна обеспечиваться за, счет соответствующего конструктивного их исполнения или установкой на амортизаторе.
Защитное заземление должны иметь все металлические части СЭО и ЭСА, не находящиеся под напряжением, соприкосновение с которыми в эксплуатационных условиях возможно (кроме СЭО, питаемого напряжением безопасной величины, имеющего двойную или усиленную изоляцию; изолированных металлических частей СЭО; крепежных элементов кабелей; одиночного приемника с напряжением до 250 В, питающегося от изолирующего трансформатора).
Стационарное СЭО должно быть заземлено неотключаемым заземлением с помощью наружных заземляющих проводников или жилы заземления в питающем кабеле (следует применять медные проводники или из другого коррозионно-стойкого материала, сопротивление их не должно превышать сопротивление требуемого медного проводника). Заземление передвижных приемников нужно выполнять через заземленное гнездо штепсельной розетки или другое заземленное контактное устройство и медную заземляющую жилу питающего кабеля. Вторичные обмотки всех измерительных трансформаторов тока и напряжения также должны быть заземлены.
К каждому конкретному виду электрооборудования судов, в. том числе к судовым средствам автоматизации, Правилами Регистра, кроме указанных выше общих требований, предъявляются дополнительные требования.
Общие требования к техническому состоянию СЭО и ЭСА определены в Положении о технической эксплуатации морского флота. Техническое состояние СЭО и ЭСА должно обеспечивать потребность судна в электроэнергии и работу электрических механизмов и устройств при всех режимах работы судна. В связи с этим запрещается выпускать в плавание суда при неисправности следующих машин и оборудования:
генераторов (генератора), необходимых для обеспечения электроэнергией приемников в наиболее напряженном режиме работы судовой электростанции и резервирования по мощности в таком режиме в случае выхода из строя любого генератора;
аварийного агрегата ( на судах, где он обязателен);
основной коммутационной и защитной аппаратуры ГРЩ и АРЩ, а также щита гребной установки;
ответственных электроприводов (рулевой машины, пожарных и балластно-осушительных насосов, механизмов, обслуживающих гребную установку, брашпиля, других ответственных СТС в соответствии с Правилами Регистра);
электрических машинных телеграфов, датчиков и указателей положения пера руля;
аварийного и малого аварийного освещения;
сети сигнально-отличительных фонарей;
внутрисудовой сигнализации и связи, обеспечивающих безопасность судна.