CC BY
1УДК 621.311:656.6
Л.А. Толстова, А.С. Богомолов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
В данном материале изложены общие сведения о устройстве защиты судового электрооборудования и его предназначении. Описано устройство и задачи релейной защиты на судах, а также ее недостатки. Приведено обоснование целесообразности внедрения более современного вида защиты судового электрооборудования - микропроцессорной, описаны ее преимущества перед морально устаревшей релейной защитой. Приведены внешние виды устройств.
Ключевые слова: релейная защита, микропроцессорная защита, надежность, задачи защиты, внедрение, интеграция.
L.A. Tolstova, A.S. Bogomolov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
PROMISING DIRECTIONS FOR IMPROVING ELECTRICAL PROTECTION OF MARINE ELECTRICAL EQUIPMENT
This material provides general information about the protection device for ship electrical equipment and its purpose. The structure and tasks of relay protection on ships, as well as its shortcomings, are described. A justification for the feasibility of introducing a more modern type of protection for ship electrical equipment - microprocessor-based is given. The advantages over obsolete relay protection are described. External views of the devices are shown.
Key words: relay protection, microprocessor protection, reliability, protection tasks, implementation, integration.
В настоящее время в разных отраслях мореходства (рыбный промысел, грузоперевозки, туризм, военные нужды) остро стоит вопрос защиты судового электрооборудования во избежание непредвиденных поломок и неисправностей, что может повлечь за собой далеко идущие негативные последствия: убытки - в случае выхода из строя какого-либо оборудования, а в особо опасных случаях и потерю судна, гибель экипажа. Устройства защиты судового электрооборудования представляют собой различного рода специальные приборы и устройства для защиты судового оборудования от разных типов угроз и аварий: короткого замыкания, перегрузок, перегрева оборудования и т. д. Также любая защита должна обладать особыми требованиями - быстродействием, надежностью, чувствительностью и селективностью. Помимо этого, устройствам защиты желательно обладать световой и звуковой сигнализацией, реагирующей на различные виды неисправностей. В данном материале будут рассмотрены два наиболее распространенных на сегодняшний день типа защиты судового электрооборудования -релейная и микропроцессорная.
На сегодняшний день, несмотря на устарелость, массово используется защита, основанная на использовании электромеханических реле. Релейная защита представляет комплекс устройств, задачей которого является постоянный контроль судового электрооборудования на предмет выхода элементов из строя или уже поврежденных элементов сети и, соответственно, их оперативное отключение от общей сети [1, 2].
В состав релейной защиты входят три основные части, действующие друг за другом: измерительная - целью которой является бесперебойный контроль наблюдаемого оборудования, а в случае выхода из строя или аварии подачи сигнала на следующую часть, логическая - принимающая и обрабатывающая полученные от измерительной части сигналы, в свою очередь подавая сигнал на управляющую часть - приводящую в действие входящие в систему релейной защиты различные устройства и приборы, например, реле для отключения аварийного оборудования от сети для предотвращения повреждений другого, все еще функционирующего оборудования во избежание каскадного отказа электрических элементов судна [3, 4].
Общий вид реле защиты двигателя представлен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид реле защиты двигателя
На сегодняшний день существует большое разнообразие видов релейной защиты, которые обеспечивают разного рода защиту, к примеру, защиту от обратного тока, обратной мощности, защиту от минимального напряжения и многого другого.
Несмотря на то, что релейная защита и является надежным средством защиты судового электрооборудования, она также обладает и рядом недостатков, к которым относятся:
1. Малая или избыточная чувствительность. В определенных ситуациях релейная защита может не обладать должной чувствительностью, что в итоге может привести к аварийной ситуации вследствие необнаружения различных аварий и, наоборот, может привести к срабатыванию и отключения элемента от сети в случае непреднамеренного срабатывания устройства защиты при показаниях, близких к максимально разрешенным.
2. Габариты. Размер релейной защиты судового электрооборудования соответственно зависит от размеров оборудования. Вследствие этого электрооборудование большего размера требует массивные элементы защиты, что негативно сказывается на эргономике защиты оборудования судна.
3. Стоимость пропорционально размерам. Данный минус прямо вытекает из предыдущего пункта. Больший размер элементов защиты подразумевает большие затраты как на покупку и установку, так и на обслуживание. Следовательно, релейная защита условного судового генератора высокой мощности будет дорогостоящей.
4. Недостаточное время срабатывания. Критичный минус, присущий релейной защите. Не обладая должным временем срабатывания, релейная защита может не успеть отключить аварийное оборудование от сети, что впоследствии может привести к постепенному выходу из строя большего числа электрооборудования.
5. Большое число отдельных компонентов. Характерно для релейной защиты большого размера и может затруднить ремонт или замену элементов защиты в случае выхода их из строя. Несвоевременный ремонт же может привести к аварийной ситуации.
На данный момент, несмотря на явно выраженные недостатки релейной защиты, что были описаны выше, а также устарелость технологии, релейная защита и по сей день не теряет своей
актуальности и более того продолжает модернизироваться. Целью этих модернизаций является снижение или вовсе полная ликвидация недостатков данного вида защиты.
Но с течением времени релейная защита получила свое прямое продолжение. Микропроцессорная защита - современный тип защиты, внедряемый для защиты судового электрооборудования, выполняет абсолютно те же функции и обладает теми же особыми требованиями, что и релейная защита [5, 6].
Общий вид микропроцессорного устройства защиты представлен на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид микропроцессорного устройства защиты
В отличие от релейной защиты микропроцессорная имеет заметные конструктивные отличия. Отказ от массивных электромеханических реле позволил серьезно уменьшить размер элементов защиты. Наличие дисплея, а также кнопок позволяет с легкость управлять параметрами защиты в реальном времени, что крайне полезно. Данный вид защиты судового электрооборудования обладает большим перечнем преимуществ. Некоторые из этих преимуществ представлены ниже:
1. Наблюдение и контроль параметров в реальном времени. Из указанных выше конструктивных особенностей микропроцессорная защита крайне удобна в использовании и для своей эксплуатации не требует продвинутого уровня знаний у экипажа. Помимо этого, постоянный контроль за параметрами позволяет операторам своевременно реагировать за изменениями показателей на дисплее [7].
2. «Обучаемость» микропроцессорной защиты. Под обучаемостью подразумевается способность микропроцессорной защиты анализировать и записывать в своей памяти предыдущие аварийные ситуации и в будущем позволяет заранее определить причину аварии и предотвращать ее еще до того, как эта аварийная ситуация возникла [8].
3. Программируемость. Данный параметр крайне сильно увеличивает гибкость защиты. Член экипажа, обладающий определенными навыками программирования, может подстроить микропроцессорную защиту под разные требуемые задачи.
4. Высокий уровень точности. Главным отличием и преимуществом над релейной защитой является высокий уровень точности. В тех ситуациях, когда электромеханическая релейная защита может либо сработать в неподходящий момент, либо же не сработать вообще, микропроцессорная защита вследствие характера своей работы сработает моментально и только в нужный операторам момент времени.
Естественно, микропроцессорная защита судового электрооборудования вместе с преимуществами обладает и рядом недостатков. К ним относятся высокая стоимость оборудования
вследствие сложности процесса изготовления, в отдельных случаях необходимы специфицированные знания и навыки тех членов экипажа, что занимаются настройкой и ремонтом микропроцессоров, низкая ремонтопригодность - так как обычно ремонт вышедшего из строя микропроцессора подразумевает под собой полную замену материнской платы, что затратно и в условиях морского рейса не всегда возможно. Особо выделяется совершенно новая разновидность угрозы, нехарактерная для электромеханических реле защиты, - возможность кибератак на микропроцессоры с желанием нанести убытки судовладельцу и компании или же в качестве акта терроризма. Однако преимущества и удобство микропроцессорной защиты судового электрооборудования перевешивают все недостатки как микропроцессорной защиты, так и преимущества электромеханической релейной защиты.
Исходя из вышеуказанного, внедрение микропроцессорной защиты или же модернизация электромеханической релейной защиты с помощью микропроцессоров имеет под собой основание и видится крайне перспективным и прогрессивным развитием систем защиты судового электрооборудования.
Избавление от массивных реле защиты, не обеспечивающих должный уровень защиты, позволяет серьезно освободить место под установку другого оборудования, а их простота работы, функциональность, надежность при отсутствии необходимости большого штата эксплуатационного персонала положительно сказывается на экономической составляющей судовладельцев и компаний промысловых и транспортных компаний. В случае же военного судна это позволяет разгрузить экипаж или же поручить эксплуатационникам иные задачи [9].
Литература
1. Белов О.А. Техническое обеспечение морских судов как фактор эффективной и безопасной эксплуатации морского транспорта // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Четвертой междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2022. - С. 5-9.
2. Белов О.А., Мясников Г.С. Внедрение комплексной защиты судовых асинхронных электроприводов // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Второй междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2020. -С.73-76.
3. Кротенко Д.С., Белов О.А. Моделирование процессов оптимизации режимов судовой электроэнергетической системы при электропитании от береговой сети // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Второй междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2020. - С. 77-80.
4. Белов О.А.Аналитический обзор факторов эффективной эксплуатации морского транспорта // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Междунар. науч.-техн. конф.: в 2-х частях. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2019. -Ч. 1. - С. 5-9.
5. Сивоконь В.П., Лапшов Д.В., Белов О.А. Диагностические признаки нестандартного проявления нелинейности в электрических сетях // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2019. - № 48. - С. 18-27.
6. Гераськин А.К., Белов О.А. Дефектация и настройка судовых автоматических выключателей способом моделирования электромагнитного поля // Образование, наука и молодежь - 2017: Материалы науч.-практ. конф. - Керчь: Керченский государственный морской технологический университет, 2017. - С. 162-166.
7. Пантина А.И., Белов О.А. Контроль технического состояния судовых асинхронных двигателей на основе характеристик внешнего электромагнитного поля // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2017. - Т. 13, № 1. - С. 32-36.
8. Белов О.А., Марченко А.А., Труднев С.Ю. Анализ расчетно-аналитических методов прикладных задач технической безопасности // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2015. -№ 4. - С. 7-15.
9. Белов О.А.Интегрированные системы технической диагностики электроустановок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2013. - № 25. - С. 5-8.
