CC BY
2УДК 629.5.023
Г.С. Мясников, Б.И. Новосадов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КОНТАКТНОЙ АППАРАТУРЫ В УСЛОВИЯХ РЕАЛИЗАЦИИ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Основной задачей системы технической эксплуатации является поддержание и восстановление технического состояния судна и его элементов. Контактная аппаратура является одним из ответственных элементов судовой электроэнергетической системы и обеспечивает функции управления, контроля и защиты. Техническое состояние и работоспособность контактной аппаратуры существенно влияют на устойчивость самой электроэнергетической системы и ее силовых сетей, а также на обеспечение надежности и безопасности функционирования общесудовых систем, устройств и механизмов, в том числе и на эффективную эксплуатацию судна в целом. В процессе эксплуатации судна и его электроэнергетической системы неизбежно изменяются не только параметры электрической энергии, но и параметры, определяющие качество электроэнергии, которые колеблются в широких пределах, что существенно влияет на эксплуатацию контактной аппаратуры. Для снижения этого влияния и стабилизации фактора качества электрической энергии особое внимание уделяется системе технической эксплуатации контактной аппаратуры. В статье рассматриваются основные требования и нормы эксплуатации контактной аппаратуры
и особенности их реализации в судовых условиях.
Ключевые слова: техническая эксплуатация, техническое обслуживание, контактная аппаратура, надежность, безопасность.
G.S. Mjasnikov, B.I. Novosadov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006 e-mail: [email protected]
INCREASING THE RELIABILITY OF CONTACT EQUIPMENT IN IMPLEMENTATING THE MAINTENANCE REQUIREMENTS
The main task of the technical operation system is to maintain and restore the technical condition of the vessel and its elements. Contact equipment is one of the critical elements of the ship's electrical power system and provides control, monitoring and protection functions. The technical condition and operability of the contact equipment significantly affect the stability of the electric power system itself and its power networks, as well as ensuring the reliability and safety of the operation of general ship systems, devices and mechanisms, including the efficient operation of the ship as a whole. During the operation of the vessel and its electric power system, not only the parameters of electrical energy inevitably change, but also the parameters that determine the quality of electricity, which fluctuate in wide ranges, which significantly affects the operation of contact equipment. To reduce this influence and stabilize the quality factor of electrical energy, special attention is paid to the system of technical operation of contact equipment. The article discusses the basic requirements and standards for the operation of contact equipment and the features of their implementation in ship conditions.
Key words: technical operation, maintenance, contact equipment, reliability, safety.
Основными задачами технической эксплуатации является обеспечение высокой степени технической готовности, поддержание требуемого уровня надежности, содержание в исправном состоянии, увеличение эксплуатационного периода, а также снижение затрат на техническую эксплуатацию. Все эти требования в полной мере относятся к судовой контактной аппаратуре и находят свое отражение в нормативной и эксплуатационной документации [1-4].
В соответствии с этими требованиями для поддержания контактной аппаратуры и автоматических выключателей в работоспособном состоянии необходимо выполнять комплекс мероприятий по техническому обслуживанию, направленных на повышение надежности и безотказности судовой контактной аппаратуры. Данные мероприятия регламентируются различными руководящими документами, в том числе Правилами морского регистра, где уточняются и дополняются требования и нормы эксплуатации судового электрооборудования [5].
Основным элементом контактной аппаратуры, испытывающим наибольшие механические и термические нагрузки, являются контактные группы различного исполнения. Основные их виды представлены на рис. 1.
Рис. 1. Варианты исполнения контактов: а - пальцевого типа; б - мостикового типа; в - шагового типа; г - клинового типа
б
в
а
г
Другим важным элементом контактной аппаратуры, определяющим ее работоспособность, является магнитная система, состоящая из неподвижного магнитопровода, называемого ярмом, подвижного магнитопровода - якоря и втягивающей катушки. Варианты исполнения магнитных систем представлены на рис. 2.
1 1 Л 1 л
л. и 1
Рис. 2. Варианты исполнения магнитных систем: а - клапанная; б - прямоходовая
б
а
В отношении эксплуатации контактной аппаратуры, входящей в состав защитных устройств и реализующих функции контроля и защиты, правила Регистра регламентируют, что цепи, отходящие от распределительных щитов, должны быть надежно защищены от токов короткого замыкания и перегрузок с помощью автоматических выключателей, устанавливаемых в начале каждой цепи, по возможности ближе к зажимам питания. Обеспечение защиты цепи от перегрузок не требуется, если питаемые от этого щита потребители имеют индивидуальные устройства защиты от перегрузок, а кабель цепи питания щита выбран на максимальный рабочий ток.
Также защитные устройства должны соответствовать характеристикам защищаемого оборудования таким образом, чтобы они срабатывали при недопустимых перегрузках. При этом система защиты должна быть селективной (избирательной) как по токам перегрузки, так и по токам короткого замыкания. Именно свойство селективности является определяющим в элементах контактного оборудования судовых защитных устройств [6, 7].
Защита от тока короткого замыкания должна быть установлена на каждом изолированном полюсе системы постоянного тока, а также на каждой фазе системы переменного тока. Настройки устройств защиты от токов короткого замыкания должны быть выбраны в соответствии с расчетом, но не менее 200% от номинального тока потребителей. Для защиты от коротких замыканий электрических цепей (кабелей) и потребителей допускается использование одних и тех же защитных устройств.
Если на некоторых участках силовой цепи наблюдается уменьшение сечения кабеля, то для каждого кабеля с меньшим сечением необходимо установить дополнительную защиту, если защита выше не защищает кабель меньшего сечения. Для обеспечения требуемого уровня надежности электрической защиты производится выбор и установка автоматического выключателя с оптимальными значениями рабочих характеристик.
В цепях питания аварийного распределительного щита от главного распределительного щита не должны использоваться защитные устройства, исключающие возможность немедленного перезапуска после срабатывания защиты. Реализация данного требования обеспечивает необходимую надежность электроснабжения основных судовых потребителей в аварийных режимах [8, 9].
Использование защитных устройств в электрических цепях зависит от типа тока и типовой схемы построения этих цепей. Таким образом, защитные устройства не должны устанавливаться в выравнивающий кабель генераторов постоянного тока. При двухпроводной системе защита от перегрузки должна быть установлена по крайней мере на одном полюсе или фазе. В цепях переменного тока с изолированной четырехпроводной системой трехфазного тока защитные устройства предусмотрены на всех фазах, а в изолированной трехпроводной системе трехфазного тока защитное оборудование должно присутствовать по крайней мере в двух фазах.
Для обеспечения безопасности персонала и повышения чувствительности электрической защиты применяются контактные устройства защитного отключения. Правила морского Регистра устанавливают дополнительные требования к использованию данных устройств.
Устройства защитного отключения (УЗО), применяемые для защиты персонала от поражения электрическим током и защиты отдельных видов электрического оборудования от однофазных замыканий на корпус, должны применяться во всех цепях, где присутствует высокая степень опасности поражения электрическим током. Эти устройства рекомендуется устанавливать в цепях питания розеток, предназначенных для питания переносного оборудования и в цепях питания каютных розеток, а также розеток в общественных и иных помещениях с напряжением выше безопасного (50 В).
Также для устройств защитного отключения регламентированы уставки срабатывания по току нулевой последовательности, которые должны находиться в пределах 10-30 мА. Для электрического оборудования ответственного назначения установка устройств защитного отключения не допускается.
Контактное оборудование широко применяется не только в силовых цепях, но и в цепях управления. В частности, такие типы устройств комплектуются в цепях автоматизированного управления судовой энергетической установкой. Отличительной особенностью функционирования цепей управления являются небольшие значения отклонений тока. При этом Правила морского регистра предусматривают, что переключатели в цепях управления, а также в цепях освещения должны быть двухполюсными. В сухих жилых и офисных помещениях допускается применение однополюсных выключателей в цепях, отключающих одиночные лампы или группы ламп номинальным током не более 6 А, а также лампы с безопасным напряжением.
Для стационарных светильников наружного освещения должны быть предусмотрены устройства для централизованного отключения всех фонарей от рулевой рубки или от другого постоянного вахтенного поста на верхней палубе. Выключатели, цепи освещения помещений пунктов пожаротушения должны располагаться снаружи этих помещений. Выключатели освещения за отдельно стоящими распределительными щитами следует устанавливать на каждом входе за распределительным щитом.
Местные выключатели света не следует использовать в цепях аварийного освещения. Допускается использование местных выключателей в цепях светильников аварийного освещения, которые в нормальных условиях являются основными осветительными приборами. Аварийное освещение в рулевой рубке должно быть оборудовано индивидуальным выключателем. Светильники аварийного освещения мест посадки в спасательных машинах, которые в нормальных условиях являются основными осветительными приборами, должны включаться автоматически при обесточивании судна [10, 11].
Эксплуатация автоматических выключателей на береговых объектах регулируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), которые учитывают защиту электрических сетей, регламентируют выбор защиты, определяют места и правила установки оборудования [12].
Особые требования предъявляются к эксплуатации коммутационных аппаратов. ПУЭ разработаны с учетом обязательности проведения в условиях эксплуатации планово-предупредительных и профилактических испытаний, ремонтов электроустановок и их электрооборудования.
Содержание мероприятий по технической эксплуатации электроустановок определяется Правилами технической эксплуатации (ПТЭ). Этот нормативный документ имеет целью обеспечить надежную, безопасную и рациональную эксплуатацию электроустановок и содержание их в исправном состоянии [13]. Объем технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов контактной аппаратуры должен определяться необходимостью поддержания работоспособности электрооборудования, периодического его восстановления и приведения в соответствие с меняющимися условиями работы [14, 15].
В судовых электроэнергетических системах среди контактной аппаратуры наиболее распространены автоматические выключатели, из которых большое применение находят автоматические выключатели с полупроводниковым расцепителем. Контроль работоспособности таких выключателей должен производиться на специальном стенде, позволяющем пропустить через главную цепь ток требуемого значения [16].
Надежность автоматических выключателей во многом связана с условиями их эксплуатации. Влияние неблагоприятных факторов, как и нарушение требований и норм эксплуатации, снижает надежность контактной аппаратуры, в том числе и автоматических выключателей. Рабочие параметры автоматических выключателей, принцип срабатывания которых основан на деформации при нагревании контактной биметаллической пластины протекающим через нее током, очень зависят от внешних факторов. Температура окружающего воздуха является одним из факторов, влияющих на охлаждение аппарата, соответственно на его технические характеристики. Также следует учитывать неизбежные процессы механического изнашивания и термического старения элементов. При совокупном воздействии всех этих факторов рабочие параметры электрических аппаратов отклоняются от номинальных значений, и, следовательно, существенно снижаются показатели надежности и безотказности всей системы.
Как правило, изготовитель оговаривает условия монтажа в своей документации. Практически же можно считать, что каждый дополнительно установленный модуль, если речь идет об автоматических выключателях, способствует снижению номинального тока срабатывания приблизительно на 2,25%, и при установке 10 автоматических выключателей в модуле поправочный коэффициент составит 0,8, а при увеличении общего количество контактных модулей величина коэффициента может снизиться до критического значения, составляющего 0,5 от номинального тока срабатывания.
Основными эксплуатационными факторами, влияющими на надежность работы сетевого автоматического выключателя, являются отклонение напряжения, отклонение частоты, несимметрия по фазам и другие параметры, определяющие качество электрической энергии. Это позволяет сделать закономерный вывод о зависимости показателей надежности, долговечности и безопасности от обеспечения показателей качества электрической энергии. Качество электрической энергии регламентируется основным нормативным документом ГОСТ 32144-2013, который устанавливает показатели нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего значения и их численные значения в допустимых режимах эксплуатации.
Таким образом, повышение надежности контактной аппаратуры в условиях неизбежного влияния внешних факторов требует обеспечения двух взаимосвязанных критериев. Во-первых, требуется обеспечение качества электрической энергии во всех режимах работы электроэнергетической системы. Снижение качества электрической энергии способствует разбалансировке электрических параметров контактного аппарата, что снижает его надежность, а также качество и безопасность выполняемых им функций управления, контроля и защиты.
Вторым критерием является соблюдение требований и норм технической эксплуатации, в том числе при проведении всех видов технического обслуживания. Данный критерий направлен на поддержание заданного уровня технической готовности как отдельных элементов, так и всей системы в течение всего периода эксплуатации электроэнергетической системы. Важную роль в решении этих задач, несомненно, играет профессиональная подготовка персонала как неотъемлемая часть системы технического обслуживания [17]. Комплексное обеспечение этих условий позволяет обеспечить безопасную и эффективную эксплуатацию.
Литература
1. Белов О.А., Зайцев С.А. К вопросу оценки безопасности морских судов камчатского флота // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое: Материалы X Национальной (всерос.) науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. -С. 80-83.
2. Белов О.А. Аналитический обзор факторов эффективной эксплуатации морского транспорта // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. - С. 5-9.
3. Белов О.А. Оценка технической готовности системы с учетом влияния человеческого фактора // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2014. - № 30. -С. 11 -16.
4. Правила классификации и постройки морских судов. Российский морской регистр судоходства. Том 2. - 2007. - 679 с.
5. Белов О.А., Богославский И.С., Преданцев Э.А. Оптимизация элементной базы системы автоматики золотоизвлекающей фабрики ЗАО «Тревожное зарево» // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Седьмой всерос. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2016. - С. 112-114.
6. Белов О.А. Методология оценки технического состояния электрооборудования при развитии параметрических отказов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2015. - № 3. - С. 96 -102.
7. 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, 2020. - С. 77-80.
8. 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.
9. 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, 2020. - С. 73-76.
10. Белов О.А., Парфенкин А.И. Системная интеграция контроля электрооборудования // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - Т. 10, № 1. - С. 14-17.
11. Правила устройства электроустановок. Седьмое изд., доп. с испр. - Новосибирск: Нор-матика, 2015. - 464 с.
12. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2005. - 304 с.
13. Белов О.А. Общий алгоритм развития опасных ситуаций в судовых условиях // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Восьмой всерос. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2017. - С. 51-54.
14. Белов О.А. Процесс формирования постепенного отказа в технических системах // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Шестой всерос. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2015.- С. 44-49.
15. Гераськин А.К., Белов О.А. Дефектация и настройка судовых автоматических выключателей способом моделирования электромагнитного поля // Образование, наука и молодежь: Материалы науч.-практ. конф. - Керчь: Керченский государственный морской технологический университет, 2017. - С. 162-166.
16. Белов О.А., Белова Е.П. Инженерное образование как фактор развития техники и технологий // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Десятой национальной (все-рос.) науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. - С. 106-108.
17. Белов О.А., Толстова Л.А. Моделирование процесса обучения курсантов для формирования навыков технической эксплуатации // Вестник Государственного морского университета имени адмирала Ф.Ф. Ушакова. - 2016. - № 3 (16). - С. 78-81.
