УДК:621.311:629.12

НЕДОЛІКИ АВАРІЙНОЇ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПАСАЖИРСЬКОГО СУДНА

Колебанов О.К.

Херсонська державна морська академія (Україна)

Чаусовский Г.О.

Запорізький національний університет (Україна)

Вступ. Як і всі інші види транспортних засобів, мореплавство пов'язане з можливістю аварій, катастроф та ризиком для життя людини [1]. Можливий ризик для життя людини на морських транспортних засобах значно вищий, ніж на авіаційних та залізничних видах, але нижчий, ніж на автомобільних [2]. Аналіз публікацій [3, 4, 5] присвячених аваріям на морському  транспорті показує про великий відсоток впливи «людського чинника»  на розвиток аварійних ситуацій. Одним з основних чинників запобігання аварійній ситуації  є безперебійна робота системи електропостачання  судна.   Добре відомо, що найголовнішим при створенні комплексної системи безперебійного електропостачання на судні є забезпечення надійного резервного електроживлення устаткування, що відповідає за управління і безпеку судна [6].  До такого устаткування відносяться системи навігації і зв'язку, пристрої аварійного освітлення, системи управління судном, пристрої контролю доступу і так далі [7, 8].  Це стосується абсолютно всіх типів судів.  Проте деякі особливості морських систем безперебійного живлення визначаються типом  судна.

Наприклад, для захисту устаткування на танкерах і суховантажах досить декілька джерел безперебійного живлення, що відповідають за резервне живлення навігаційного устаткування, систем зв'язку і аварійного освітлення. Набагато складніші рішення по забезпеченню надійного і безперебійного електроживлення використовуються на борту пасажирських круїзних лайнерів, оскільки тут необхідно думати не лише про безпеку, але і про розвагу пасажирів, завдяки яким існує бізнес і поступає велика частина прибули. Джерела безперебійного електрожівлення забезпечують гарантовану роботу багаточисельних комп'ютерів, серверів, аудіовізуального устаткування, внутрішнього кабельного телебачення і телефонії, устаткування казино, кінотеатрів, ресторанів, дискотек,  і магазинів.

У процесі розвитку аварії при виникненні загрози загибелі пасажирского судна  постає необхідність вжити заходів для швидкої евакуації пасажирів. Операція з евакуації вже сама по собі пов'язана з ризиком для життя людей, особливо в умовах штормової погоди. Найбільша небезпека віникає тоді, коли відмовляють прістрої, які підключені до електричної мережі. Втрата шансів на врятування може віникаті внаслідок відключення від джерел електороенергиі систем звукової сигналізації і сповіщення, аварійного освітлення і інших пристроїв.

Мета роботи. У зв'язку з тим, що  в літературі [4, 5, 7]  практично не зустрічаються відомості про можлівості    аварійніх дизель-генераторів пасажірських  круїзних лайнерів забезпечиті  електроєнергією найбільш відповідальні системі  ри знеструмленні головного розподіляючого щита (ГРЩ), метою  роботи є  розрахунок сумарної потужності  необхідною для підтрімки роботі пропульсивної системі, аварійного освітлення з системою автоматики судна, насосів  рульових пристроїв, обладнання аварійних насосів яке може бути увімкнено в разі аварійної ситуації або пожежі.

Виклад основного матеріалу. Розрахунок сумарної потужності  необхідною для обеспечения электроэнергией при знеструмленні ГРЩ проведений на прикладі пасажирського  судна «Empress». Пасажирське судно «Empress» було побудоване на французькій верфі 1988 року. Судно призначено для регулярних пасажирських перевезень по всьому світі.

Основні технічні характеристики судна:Довжина –210,8 метрів; Ширина – 30,7 м; Осадка – 7,3  м; Потужність головних машин – 16400 кВт; Максимальна швидкість – 19,3 вузла; Кількість палуб – 12; Дедвейт – 48000 т; Пасажиромісткість – 1817. Екіпаж – 600.

До складу електроенергетичної станції входять чотири середньо–обертові восьми циліндрові дизель-генератори, потужністю по 3100 кВт напруга 3·6600В 720 обр/хв  кожен, типу «PA125G115-90» привідний дизель «vartsila 8R32E»,  та аварійний дизель-генератор    потужністю 450 кВа      напруга 3·440В, типу  «AA49L9». Генератори виробляють напругу 6600 В, що через силові трансформатори знижується до 440, 220, 110 В.  Всі основні споживачі у машині використовують напругу у 440, 220  у готелі 220, 110 В.

            Система моніторингу основних параметрів машини побудована на системі Kongsberg . Система моніторінгу та керування Kongsberg приймає цифрові сигнали 1/0 – відкритий чи закритий контакт. Аналогові сигнали 4…20ма постійного струму, також може працювати з терморезисторами pt 100  pt 1000.

При знеструмленні головного розподіляючого щита (ГРЩ) живлення протипожежної системи, рульової системи, водо та вогненепроникних дверей, навігаційного обладнання, автоматики здійснюється від аварійного розподіляючого щита (АРЩ) за допомогою перемички від аварійного дизель-генератора (АДГ). Найбільш важливі системи мають власне безперебійне живлення яке має забезпечити їх протягом не менш за пів години. 

На судні єлектрична система зроблена таким чином що у випадку виходу з ладу–зупинки основних генераторів 6,6кВольт автоматично через 7 секунд запуськається аварійний генератор для живлення найбільш важливих споживачів.

У такому випадку через зупинку паливних насосів навіть короткочасна відсутність живлення призведе до зупинки пропульсивної системи.

         Для підтримки роботи пропульсивної системи необхідно живлення для наступного обладняння насоси : для циркуляції прісної води,   охолодження забортною водою,  змазки редуктора гвинта,  змазки підшипників гвинта, живлення важкого палива, підсилення важкого палива; гидравлічний привід зміни шагу гвита.

            Розрахунки максимальноі електрічної потужності обладнання [9, 10]  підтрімки роботі пропульсивної системі і  максимального струму вироблені з  врахуванням коефіцієнта корисної дії  (ККД)  і коефіцієнта потужності  (cos) [9, 10] і зведені в таблицю 1.

Сумарна максимальна електрична потужність обладнання підтримки роботи пропульсивної системи 237.9кВт. сумарний максимальний струм 379,6А

       У випадку знеструмлення від аварійного генератора автоматично через  джерело безперебойного живлення (ДБЖ) запитани: вся автоматика судна, системи керування, аварійне освітлення, навігаційне обладнання, стартери рульових пристроів, протипожежна сигналізація, система зв’язку, водонепроникні двері релейні схеми головних машин та генераторів системи управління автоматичними протипожежними системами.

       На момент поки аварійний генератор ще не запустився і не під’єднався до шин аварійного розподільчого щита все це обладнання живиться від батарей ДБЖ .

У випадку знеструмлення має бути включене аварійне освітлення потужність 49,5 кВт. Єлектрична потужність всіх систем автоматики судна перелічених вище приблизно 40кВт.

Тобто одразу після підключення, навантаження аварійного генератора з системою автоматики судна і аварійного освітлення становіть 

40кВт + 49,5кВт = 89,5 кВт.     У випадку з автоматикою та освітленням можна вважати коєфіцент потужності равним 1       тому струм 117,5А. Як вказувалось вище при старті та підключенні аварійного дизель– генератора навантаження буде складати 89,5кВт та 117,5А.

Якщо підтримувати пропульсивну систему то необхідно додати

максимум 237.9кВт 379,6А.

Таблиця 1. –  Результати  розрахунка  потужностей та струмів підтримки роботи пропульсивної системи

      Максимальне можліве навантаження на аварійній генератор з пропульсивною системою з системою автоматики судна і аварійного освітлення буде ськладаті

       Рмах = 89,5кВт + 237. кВт = 327,4кВт,

       Імах =117,5А + 379,6А = 497,1А.

      Але це навантаження при роботі всіх насосів на максимальної потужності на практці навантаження на насоси менше максимального для приблизного розрахунку робочої загрузки аварійного генератора Рроб візьмемо коєфіціент навантаження cos = 0.8.

      Отже розраховуємо робоче навантаження при роботі всіх насосів з пропульсивною системою.

      Рроб = 89,5кВт + 237,9кВт·0,8 = 279,8кВт.

      Робочий струм Іроб можна приблизно розрахувати за формулою

      Іроб = 117,5А+379,6А ·0,8 = 421,2А.    

Також для маневрування необхідно запустити насоси рульових пристроїв.

Результати  розрахунка  потужності та струму насоса рульовіх прістроїв приведені далі:

потужність механічна 28,0кВт;  кількість – 2; ККД – 0,9; потужність електрична 64,4кВт;

cos = 0,87; потужність електрична 74 кВА; струм  98.8А

З насосами рульових пристроїв навантаження

      Рмах = 327,4кВт + 64,4кВт = 391,8кВт

      Імах = 497,1А + 98.9А = 596А

Робоче навантаження при роботі всіх насосів з пропульсивною системою.

      Рроб = 279,8кВт + 64,4кВт·0,8 = 331,3кВт

      Іроб = 421,2А + 98,9А· 0,8 = 520,1А

Таблиця 2. –  Результати  розрахунка  потужностей та струмів обладнання аварійних насосів

Також до АРЩ підключене наступне обладнання яке може бути увімкнено в разі аварійної ситуації або пожежі

       В таблиці 2 показаний розрахунок потужностей та струмів обладнання аварійних насосів.

Сумарна максимальна електрична потужність обладнання аварійних насосів 214кВт. Сумарний максимальний струм обладнання  337,7А.

       Рроб = 214кВт ·0,8 = 171,2кВт

       Іроб = 337,7А ·0,8 = 269,6 А

Якщо увімкнути все аварійне обладнання одночасно то навантаження на АГ.

      Рмах = 391,8кВт + 214кВт = 605,8кВт

      Імах = 596А + 337А = 933А

      Рроб = 331,3кВт + 171,2кВт = 502,5кВт

      Іроб = 520,1А + 269,6А = 789,7А

Зведемо розраховані потужності аварійного обладнання в таблицю 3.

Таблиця 3. –  Результати  розрахунка  потужності аварійного обладнання

Параметри автоматичного вимикача АГ: максимальний струм 1000А  уставка 738А; максимальний струм кабеля 772А; максимальна потужність аварійного  дизель-генератора    450 кВа.     

  Висновки та перспективи подальшего дослідження.  При увімкненні усього аварійного обладнання сумарне навантаження 502.5 кВА превищуює максимальну потужність аварійного дизель-генератора    450кВА. Для забезпечення надійної роботи системи аварійного живлення та двіжителя необхідні наступні зміни:

          1 Зробити спеціальний режим маневрування автоматичній системі моніторингу/керування Kongsberg, в якому після знеструмлення, усе обладнання необхідне для забезпечення пропульсивної системи буде вмикатися автоматично після появи напруги на шинах аварійного–розподіляючого щита у необхідній послідовності та з необхідними затримками часу.

           2 Зробити список обладнання з меншими пріоритетом яке може автоматично вимикатися у разі перевантаження аварійного дизель-генератора.          

           3 Зробити спеціальну сторінку в Kongsberg в якій оператор буде бачити обладнання яке живиться від аварійного розподіляючого щита, навантаження яке ще обладнання він може увімкнути.

ЛІТЕРАТУРА

1. Дмитриев В.И. Обеспечение безопасности мореплавания : учебное пособие для вузов водного транспорта / В.И. Дмитриев. – М.: ИКЦ Академкнига,– 374 c.
2. Брусенцов В.Г. Надёжность железнодорожных операторов как фактор безопасности движения // Брусенцов В.Г.,  Ворожбиян М.И., Брусенцов О.В. Бугайченко И.И., Гончаров А.В. / Інформаційно –керуючі системи на зализничному транспорті – №2. – Харьков, 2009. – С. 68 – 71.
3. Григорьев Н. А. Привлечь, обучить, удержать. Человеческий фактор: Проблемы морского страхования / Н. А. Григорьев // Морское страхование. – № 4(09). – 2012. – С.68 – 75.
4. Карбовец Н.В. Пргнозирование вероятности возникновения критической ситуации в энергетической системе на примере швартующегося судна / Н.В. Карбованец // Сборник научных трудов НГМА. Выпуск 9. – Новороссийск: РИО НГМА, 2004.

 – С. 71– 77.

5. Mc George H.D. Marine  electrical  equipment and  practice / D. Mc George. Butterworth–Heinemann – Oxford, 2004 . – 153 p.
6. Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления :  учебное пособие в Правилах Регистра и технической эксплуатации к разделам А–ІІІ/1, А–ІІІ/2 STCW–CODE 78/95 // А.Н.  Пипченко,  В.В. Пономаренко, Ю.И. Теплов,      В.А. Шевченко. – Одесса, 2012. – 487 c.
7. Лейкин В. С. Судовые электрические станции и сети / В. С. Лейкин. – М.: Транспорт, 1982. – 256 c.
8. Роджеро Н. И. Справочник судового электромеханика и электрика  / 

Н. И. Роджеро. / 2–е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1986. –319  c.

9. Баранов А.П. Автоматическое управление судовыми электроэнергетическими установками / А.П. Баранов. М.: Транспорт, 1981. – 255 c.
10. Михайлов В.Л. “Автоматизированные электроэнергетические системы судов”/

 В.Л.Михайлов. Л.: Судостроение , 1977. – 508 c.