Судовые высоковольтные системы: пожарная безопасность и ЭМС

ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
ПОИСКОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОЗДАНИЯ
КОРАБЕЛЬНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ С ПОВЫШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
СОВМЕСТИМОСТИ
(заключительный)
Шифр НИР «Высокое напряжение-ПБ и ЭМС»
Книга 1
РЕФЕРАТ
Отчет 163 с., 4 кн., 92 рис., 12 табл., 37 источников, 4 прил.
КОРАБЕЛЬНЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ, ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
СОВМЕСТИМОСТЬ, ЭЛЕКТРОПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ.
Научно-исследовательская работа выполнена на основании Приказа по
предприятию № 494 от 19.07.2018 г.
Объектом исследования являются судовые (корабельные) высоковоль-
тные электроэнергетические системы.
Цели работы: исследование требований, условий, методов, средств
обеспечения электропожаробезопасности (ЭПБ), противопожарной защиты
(ППЗ) и электромагнитной совместимости (ЭМС) перспективных корабель-
ных и судовых электроэнергетических систем (ЭЭС) высокого напряжения (с
напряжением выше 1 кВ) и разработка предложения по повышению ЭПБ,
ППЗ и ЭМС ЭЭС ледокола ЛК-120.
В процессе работы выполнены исследования вопросов обеспечения
ЭПБ, ППЗ и ЭМС перспективных корабельных и судовых ЭЭС высокого
напряжения и разработаны математические и схемотехнические модели
перспективных высоковольтных корабельных и судовых ЭЭС.

2
Сформулированы предложения по повышению ЭПБ, ЭМС и эффектив-
ности ППЗ перспективных СЭЭС. Создан алгоритм расчёта условий возник-
новения пожароопасности в корабельных (судовых) ЭЭС.
Разработаны отчеты по составным частям НИР:
1. Шифр «Высокое напряжение-ПБ» (Книга 2. Приложение Д).
2. Шифр «Высокое напряжение-ППЗ» (Книга 3. Приложение Е).
3. Шифр «Высокое напряжение-ПБ и ЭМС» (Книга 4. Приложение Ж).
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
В настоящем отчёте о НИР применяют следующие сокращения:
БУ – блок управления
ГРЩ – главный распределительный щит
ГЭД – гребной электродвигатель
ДГ – дизель-генератор
ДГР – дугогасящий реактор
ЕЭСК – единая электроэнергетическая система корабля
МП – микропроцессор
ОМ – ограничитель мощности
ОПН – ограничитель перенапряжения
ПБ – пожаробезопасность
ППЗ – противопожарная защита
ПУЭ – Правила устройства электроустановок
РЗиА – релейная защита и автоматика
РКД – рабочая конструкторская документация
РС (РМРС) – Российский морской регистр судоходства
СГ – синхронный генератор
СЭД – система электродвижения

3
СЭЭС – судовая электроэнергетическая система
ТКЗ – ток короткого замыкания
ТС – техническое средство
УЗО – устройство защитного отключения
ЭДС – электродвижущая сила
ЭМС – электромагнитная совместимость
ЭПБ – электропожаробезопасность
ЭСК – электроэнергетическая система корабля
ЭЭС – электроэнергетическая система
ВВЕДЕНИЕ
Строительство ледокольного флота и судов ледового плавания опреде-
ляют тенденции развития судовых систем электродвижения и единых элек-
троэнергетических систем (ЕЭЭС).
На долю пожаров, связанных с отказом электрооборудования на судах,
приходится около 65% всех случаев аварийных происшествий.
Возрастающие мощности судовых ЕЭЭС требуют применения высоко-
го напряжения от 6 кВ и выше.
До настоящего времени опыта разработки таких ЕЭЭС в отечественном
судостроении не было, осуществлялись поставки импортного судового высо-
ковольтного электрооборудования. Опыт эксплуатации такого электрообору-
дования показал недостаточный уровень обеспечения его пожаробезопасно-
сти и электромагнитной совместимости. Так на атомном ледоколе «Таймыр»
имела место авария, связанная с использованием заземлённой через резистор
нейтрали, а также дуговое и последующее трёхфазное замыкание из-за изно-
са контактного соединения высоковольтного выключателя [Быков А.С. и др.
Гребные электрические установки атомных ледоколов / Быков А.С., Башаев
В.В., Малышев В.А., Романовский В.В. // СПб: Элмор, 2004.].

4
Отечественными предприятиями впервые ведётся строительство ледо-
колов ЛК-60 с мощностью на валах 60 МВт, осуществлена поставка на ледо-
колы основного электрооборудования напряжением 10,5 кВ.
Планируется строительство ледоколов ЛК-120 с мощностью на валах
120 МВт [&&&&&].
Вместе с тем отсутствует опыт обеспечения пожаробезопасности, про-
тивопожарной защиты и электромагнитной совместимости судового высоко-
вольтного электрооборудования, исследования применительно к указанным
мощностям в судостроении не проводились.
Использование на перспективных судах современных средств вычис-
лительной техники, микропроцессорной радиоэлектроники и систем управ-
ления позволили существенно повысить технические характеристики и эф-
фективность функционирования этих объектов. Однако оборотной стороной
этого процесса стало ухудшение электромагнитной обстановки в местах
установки на них технических средств (ТС), что существенно усложнило вы-
полнение существующих требований по их электромагнитной совместимости
(ЭМС). Сложившуюся ситуацию усугубили значительный рост электроэнер-
гонасыщенности перспективных объектов морской техники, появление си-
стем полного электродвижения, помехоактивного высоковольтного оборудо-
вания, а также комплексирование ТС, различающихся по помехоактивности
и помехочувствительности.
Указанные обстоятельства привели к необходимости разработки новых
современных технологий обеспечения ЭМС на перспективных объектах мор-
ской техники, для которых технологии, разработанные более 10 лет назад в
рамках НИР «Совместимость-ЭМ», оказались недостаточными с учётом осо-
бенностей перспективных объектов. Это соответствует общепромышленным
тенденциям, нашедшим отражение в формируемых в настоящее время нор-
мативных документах по обеспечению ЭМС объектов с замкнутой электро-
магнитной обстановкой, какими являются объекты морской техники для

5
освоения шельфа (законопроект N 261829-5 «Технический регламент «Об
электромагнитной совместимости») и обуславливает необходимость прин-
ципиально нового подхода, заключающегося в разработке средств обеспече-
ния ЭМС наукоёмких перспективных судов. Новый подход требует разра-
ботки современных алгоритмов и программного обеспечения для оценки
электромагнитной обстановки на перспективных объектах морской техники с
учётом новой нормативной базы, а также использования специализированно-
го мобильного испытательного оборудования с системой диагностики пара-
метров монтажа технических средств и кабельной сети, оказывающих опре-
деляющее влияние на обеспечение ЭМС судовых ТС.
Также проблема усугубляется использованием на ледоколах частотно-
регулируемых электроприводов гребных электродвигателей, которые иска-
жают синусоидальность напряжения основной силовой сети, генерируют фи-
зические поля в широком диапазоне частот. При этом вопросы условий воз-
никновения пожаров и электромагнитной совместимости судового электро-
оборудования с мощностями выше 10 МВт изучены не достаточно. Экспе-
риментальных исследований эффективности средств активной и конструк-
тивной противопожарной защиты такого оборудования не проводилось.
Поскольку создавать опытные образцы электрооборудования для ледо-
колов от 60 МВт и выше не целесообразно по причине их высокой стоимо-
сти, а также длительности циклов разработки и изготовления, то обеспече-
ние пожаробезопасности, противопожарной защиты и электромагнитной
совместимости электрооборудования возможно только путём опережающего
комплексного расчётно-экспериментального исследования.
Для высоковольтного электрооборудования ледокола ЛК-60 исследо-
вания выявили проблемные вопросы пожаробезопасности, противопожарной
защиты и электромагнитной совместимости и выработать пути их решения
на этапах пуско-наладки и эксплуатации ледокола.