СПОСОБ ЗАЩИТЫ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2020 года по МПК H02J9/06 H02H3/08 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электроэнергетических систем (СЭЭС).

Известен способ защиты сети СЭЭС (А.П. Баранов. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / СПб.: Судостроение, 2005. -, 440 с.), заключающийся в том, что при исчезновении напряжения в сети запускается аварийный дизель генераторный агрегат (АДГ).

Этот способ позволяет восстановить электроснабжение ответственных приемников электроэнергии (ПЭ), работающих в аварийном режиме, до момента запуска резервного генераторного агрегата (ГА).

Недостаток способа заключается в том, что на запуск АДГ необходимо время, в течение которого не работает рулевое управление судна пожарный и осушительные насосы, главная двигательная установка судна и другие ПЭ, от работы которых зависит безопасность судна и экипажа.

Наиболее близким к предложенному является способ защиты СЭЭС (патент RU 2681940, H02J 9/06 (2006/01), опубликованный 14.03.2019, Бюл. №8) посредством запуска аварийного генераторного агрегата (АГА), согласно которому при переходе одного или нескольких из работающих ГА в неисправное состояние формируют команду на запуск АГА до отключения неисправного (неисправных) ГА при условии, что СЭЭС находится в режиме функционирования, при котором отключение работающего неисправного (работающих неисправных) ГА приведет к исчезновению напряжения в сети.

Данный способ позволяет заранее запустить АГА и избежать перерыва в электроснабжении ответственных ПЭ судна, но только тогда, когда хотя бы один из работающих ГА перешел в неисправное состояние и продолжает работать.

При этом возможны аварийные режимы работы судна, вследствие которых хотя бы один из ГА переходит в неисправное состояние и одновременно перестает работать, что вызывает обесточивание судна. Примером могут служить аварийные режимы эксплуатации судна, связанные с пробоиной ниже ватерлинии и подтоплением с одной стороны и пожаром - с другой.

Рассмотрим несколько аварийных режимов работы судна, при которых произойдет исчезновение напряжения в сети.

1. Аварийный режим работы судна связан с подтоплением, наступившим, например, в результате пробоины корпуса судна ниже ватерлинии. В случае подтопления и поступления воды в помещение ГА может наступить ситуация, когда уровень воды достигнет обмоток генераторов, произойдет короткое замыкание, и они отключатся от сети, произойдет обесточивание судна, потеря управляемости и остановка главных двигателей.

2. Аварийный режим работы судна связан с пожаром. При этом в случае пожара в помещении ГА, из-за сильного задымления и низкого содержания кислорода в воздухе, поступающем в первичный двигатель, (например, в дизель), он перестает работать, напряжение не генерируется, происходит обесточивание судна. Если всасывающий коллектор первичного двигателя ГА выведен за пределы помещения ГА на улицу, то к аналогичным последствиям может привести пожар в рубке или на одной из палуб судна. При этом сохраняется возможность повреждения или отключения топливных или масляных трубопроводов первичных двигателей, что также приводит к их остановке и исчезновению напряжения в сети.

Положение усугубляется тем, что при обесточивании, происходящем в аварийном режиме работы судна, до запуска АГА существенно сокращаются возможности борьбы за живучесть судна, так как пожарный и осушительный насосы не работают.

При этом короткое замыкание генератора вследствие попадания воды и остановка дизеля вследствие прекращения подачи топлива или кислорода происходят внезапно, так как непосредственно перед этими событиями ГА были в исправном состоянии, изменений в их техническом состоянии не наблюдалось. Таким образом, авария на судне может привести к внезапному отказу работающих ГА.

Во всех этих случаях момент выхода из строя ГА практически совпадает с моментом его отключения или остановки, времени на превентивный запуск АГА не остается, способ, принятый за прототип не работает, что на практике вызывает перерыв в электроснабжении судна.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения способа за счет исключения возможности перерыва в электроснабжении ответственных ПЭ в случае внезапных отказов ГА, происходящих вследствие аварии на судне.

Заявляемый способ позволяет решить проблему своевременного запуска АГА при аварийной ситуации на судне, которая может вызвать внезапный отказ, прекращение работы ГА и исчезновение напряжения в сети.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе защиты судовой электроэнергетической системы посредством запуска АГА, формируют команду на запуск АГА при условии, что судно работает в аварийном режиме.

Сущность изобретения заключается в том, что в здесь, как и в прототипе, запуск АГА осуществляют до момента исчезновения напряжения в сети. Но в отличие от прототипа команда на запуск АГА подается не вследствие неисправности хотя бы одного из работающих ГА, а во время аварийного режима работы судна, для чего контролируют параметры, характеризующие аварийный режим работы судна и в случае, когда этот режим работы наступает, то автоматически запускают АГА.

Запуск АГА при аварийном режиме работы судна целесообразен еще и по той причине, что исключается «человеческий фактор», когда ошибочные действия экипажа могут привести к отключению работающих ГА во время пожара или подтопления судна. В этом случае ответственные ПЭ сразу получат питание от АГА.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - расширение области применения способа за счет исключения возможности перерыва в электроснабжении ответственных ПЭ в случае внезапных отказов ГА, происходящих вследствие аварии на судне - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство реализующее предлагаемый способ (см. чертеж), содержит 1.1…1.n - датчики уровня воды, 2 - станция обнаружения пожара, 3 - логический элемент «ИЛИ», 4 - блок запуска АГА, причем выходы датчиков уровня воды 1.1…1.n соединены с соответствующими первыми входами логического элемента «ИЛИ» 3, выход станции обнаружения пожара 2 соединен со вторым входом логического элемента «ИЛИ»3, выход которого соединен с входом блока запуска АГА.

Датчики уровня воды - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1» в случае, когда уровень воды в помещении превысит заданное значение. Примером такого судового датчика может служить датчик уровня РОС-501.

Станция обнаружения пожара - известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» в случае возникновения пожара на судне. В качестве блока можно использовать судовую станцию обнаружения пожара ТОЛ - 10.

Логический элемент «ИЛИ» - известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» в том случае, когда хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в противном случае.

Блок запуска АГА - известный функциональный блок, обеспечивающий запуск АГА в случае, когда на его вход поступает сигнал логической «1», этот блок аналогичен тому, что применяется в устройстве, реализующем способ, принятый за прототип.

Устройство, реализующее предложенный способ защиты СЭЭС, функциональная схема которого представлена на чертеже, работает следующим образом.

В случае нарушения целостности корпуса вода начинает поступать внутрь судна. Когда ее уровень превысит заданное значение, то сработает хотя бы один из датчиков 1.1…1.n, например, 1.к. На его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на к - ый из первых входов логического элемента «ИЛИ»3. На выходе логического элемента «ИЛИ»3 сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА, который запустит АГА. Если в процессе борьбы за живучесть судна уровень воды в помещении АГА достигнет обмоток генератора и ГА отключится защитой, то ответственные ПЭ сразу получат питание от АГА, обесточивание судна не произойдет. Аналогично, если произошел пожар, то на выходе станции обнаружения пожара 2 сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход логического элемента «ИЛИ»3, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА, который запустит аварийный источник электроэнергии.

При этом датчики 1.1…1.n и 2 контролируют момент наступления аварии и начало работы судна в аварийном режиме, логический элемент «ИЛИ» 3 формирует команду на запуск АГА (в данном случае в виде сигнала логической «1»), а блок запуска АГА 4 осуществляет запуск АГА до момента возникновения внезапных отказов ГА, происходящих вследствие аварии на судне.

Примеры реализации способа.

Допустим, что в машинном отделении (МО), где находится помещение ГА, установлены шесть датчиков уровня воды 1.1…1.6 (n=6). Нумерация датчиков возрастает от кормы по часовой стрелке. При этом датчики 1.1 и 1.2 расположены по левому борту, 1.3 расположен на диаметральной плоскости (ДП) в носовой части МО, 1.4 и 1.5 расположены по правому борту, а 1.6 - на ДП в кормовой части МО. Допустим, что судно получило пробоину правого борта в районе МО. Судно получило крен на правый борт и дифферент в корму. Вода начала затоплять помещение и в этом случае первым превысит заданное значение уровень воды в районе датчика 1.5, он сработает, на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на пятый из первых входов логического элемента «ИЛИ»3 (см. чертеж). На выходе логического элемента «ИЛИ»3 сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА 4, АГА запустится и будет готов принять нагрузку в случае отключения ГА. Заданное значение уровня для датчиков 1.1…1.6 выбирается с таким расчетом, чтобы АГА успел запуститься до момента, когда вода достигнет обмоток генератора и ГА выйдет из строя или будет остановлен. При этом возможна ситуация, когда при уровне воды в МО несколько меньшем, чем заданное значение датчика 1.5 произойдет короткое замыкание какого-либо из ПЭ, расположенных в МО. При этом нефтесодержащая смесь, всплывшая на поверхность воды, загорится и начнется пожар в помещении МО. В этом случае на выходе станции обнаружения пожара 2 (см. чертеж) появится сигнал логической «1», который поступит на второй вход логического элемента «ИЛИ»3, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА 4. АГА запустится.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе разработки опытного образца блока защиты судовой электроэнергетической системы, проводимой ООО «Форпик Стандарт Сервис». Были проведены расчеты и изготовлена действующая модель устройства, реализующего заявляемый способ, лабораторные испытания которой показали возможность использования данного способа в судовых электроэнергетических системах, что с учетом вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.

Использование: в области электротехники для защиты судовых и других автономных электроэнергетических систем (СЭЭС) с параллельно работающими ГА. Технический результат - обеспечение защиты СЭЭС посредством запуска аварийного генераторного агрегата (АГА) до момента исчезновения напряжения в сети. Согласно способу защиты судовой электроэнергетической системы контролируют параметры, характеризующие аварийный режим работы судна, и в случае, когда этот режим работы наступает, автоматически запускают АГА. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты судовой электроэнергетической системы посредством запуска аварийного генераторного агрегата (АГА), отличающийся тем, что команду на запуск АГА формируют при условии, что судно находится в аварийном режиме работы, при котором возможен внезапный отказ хотя бы одного из работающих генераторных агрегатов.

2. Способ защиты судовой электроэнергетической системы по п. 1, отличающийся тем, что условие нахождения судна в аварийном режиме работы, при котором возможен внезапный отказ хотя бы одного из работающих генераторных агрегатов, определяют как нахождение судна в режиме пожара на судне.

3. Способ защиты судовой электроэнергетической системы по п. 1, отличающийся тем, что условие нахождения судна в аварийном режиме работы, при котором возможен внезапный отказ хотя бы одного из работающих генераторных агрегатов, определяют как нахождение судна в режиме пожара в помещении генераторных агрегатов.

4. Способ защиты судовой электроэнергетической системы по п. 1, отличающийся тем, что условие нахождения судна в аварийном режиме работы, при котором возможен внезапный отказ хотя бы одного из работающих генераторных агрегатов, определяют как нахождение судна в режиме подтопления судна.

5. Способ защиты судовой электроэнергетической системы по п. 1, отличающийся тем, что условие нахождения судна в аварийном режиме работы, при котором возможен внезапный отказ хотя бы одного из работающих генераторных агрегатов, определяют как нахождение судна в режиме подтопления помещения генераторных агрегатов.