0Brodska elektroenergetika

PUČKO OTVORENO UČILIŠTE – LIBAR

INTERNA SKRIPA

BRODSKA ELEKTROENERGETIKA

Dodatni program obrazovanja ‘’Časnik Elektrotehnike’’ | Split - 2014

ETO Skripta


Sadržaj 1. MJERE OPREZA, ZAŠTITE I BRODSKI STANDARDI 1.1 Opasnosti od električne struje 1.1.1 Zaštita od direktnog i indirektnog dodira 1.1.2 Upute za pružanje prve pomoći ozlijeđenima od udara električne struje 1.2 Osobna zaštita pri radu s električnom energijom 1.3 Mehanička zaštita električnih uređaja 1.4 Zaštita od statičkog elektriciteta 1.5 Klasifikacija protueksplozivno zaštićenih električnih uređaja 1.6 Utjecaj uvjeta broda na električni uređaj 1.7 Pravila Hrvatskog registra brodova 1.8 Elektromagnetna interferencija 2.ELEKTRIČNI STROJEVI 2.1 Asinkroni strojevi: 2.1.1 Okretno magnetsko polje 2.1.2 Princip rada asinkronog motora 2.1.3 Pokretanje asinkronih motora 2.1.4 Jednofazni asinkroni motor 2.1.5 Bilanca energije asinkronog motora 2.1.6 Nadomjesna električna shema asinkronog stroja 2.1.7 Radna, jalova i prividna snaga 2.1.8 Klizanja asinkronog stroja 2.1.9 Gubici asinkronog motora 2.1.10 Upućivanje motora metodom zvijezda trokut 2.1.11 Direktno upućivanje motora (DOL)… 2.2 Sinkroni strojevi 2.2.1 Pogonska karta sinkronog generatora 2.2.2 Sinkroni motori 2.3 Sinkroni generatori 2.3.1 Sinkronizacija generatora 2.3.2 Tamni spoj Sinkonizacijskih lampica 2.3.3 Sinkronizacija pomoću instrumenata – poluautomatska sinkronizacija 2.3.4 Raspodjela djelatne, radne snage i podešavanje frekvencije 2.3.5 Podjela generatora prema tipu uzbude 2.3.6 Prazni hod generatora 2.3.7 Pad napona skinkronog generatora 2.3.8 Pojedinačni rad Sinkronog generatora 2.3.9 Kratki spoj generatora 2.3.10 Utjecaj prigušnog kaveza 2.3.11 Regulacija napona i frekvencije 2.3.12 Električne zaštite generatora 2.4 Transformatori 2.4.1 Mjerni transformatori 2.4.2 Autotransformatori 2.4.3 Izolacijski transformatori 2.5 Grijanje i hlađenje električnih strojeva

| Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

5 5 6 8 8 9 10 10 13 14 14 15 15 16 17 17 19 19 20 21 21 22 23 24 23 28 30 31 31 32 33 34 35 36 36 37 37 37 38 39 41 43 43 43 45

1

ETO Skripta


3.0 ELEKTROMOTORNI POGONI 3.1 Brodski kormilarski uređaji 3.2 Elektromotorni pogoni bočnih porivnika 3.2.1 Tunelski porivnici 3.2.2 Azimutalni porivnici 3.3 Brodska vitla 3.4 Brodski kompresori, pumpe i puhala 3.5 Brodski ventilatori 3.6 Brodske dizalice 3.7 Brodski liftovi 3.7.1 Liftovi na čelično uže (Lifotvi na elektromotorni pogon) 3.7.2 Hidraulični liftovi 3.8 Elektromagnetna kočnica 4. BRODSKI ELEKTROENERGETSKI SUSTAVI 4.1 Izvori električne energije na brodu 4.1.1 Dizel generatori 4.1.2 Osovinski generatori (Shaft generatori) 4.1.3 Turbo generatori 4.1.6 Određivanje minimalnog broja generatora 4.1.5 Akumulatori i generatori za nuždu 4.1.6 Akumulatorske baterije 4.1.7 Obalni priključak 4.2 Razvod i razdioba električne energije na brodu 4.2.1 Tipovi razdiobe električne energije 4.2.2 Uzemljeni i neuzemljeni (izolirani) elektroenergetski sustav 4.2.3 Kvarovi, detektcija i pronalaženje mjesta kvara 4.2.4 IC termografija 4.2.5 Otpor izolacije 4.2.6 Električni kabeli 4.3 Glavna razvodna ploča 4.3.1 Ploča za napajanje u nuždi 4.4 Sklopni uređaji 4.4.1 Električna sklopka 4.4.2 Sklopnik 4.4.3 Releji 4.4.4 Vremenski releji ( Timeri ) 4.4.5 Zaštitni releji 4.4.6 Pomoćni i signalni releji 4.4.7 Termički relej 4.4.8 Naponski releji 4.4.9 Bimetalni relej 4.4.10 Osigurači 4.4.11 Magnetski (Automatski) osigurač 4.4.11 Rastavljači 4.4.12 Prekidači 4.4.13 Vakumski prekidači 4.1.14 SR6 Prekidači


46 48 49 49 50 53 55 56 57 58 58 61 62 63 63 64 65 67 68 68 71 71 72 73 74 75 76 76 79 80 82 83 83 83 85 87 88 88 88 89 89 90 90 91 91 93 94

2

ETO Skripta


4.5 Selektivna zaštita od kratkog spoja 5. ENERGETSKA ELEKTRONIKA 5.1. Elektronički ventili 5.1.1 Diode 5.1.2 Tranzistori 5.1.3 Tiristori 5.2 Ispravljači 5.2.1 Poluvalni neupravljivi ispravljač sa djelatinim i induktivnim opterećenjem 5.2.2 Gretzov spoj 5.2.3 Jednofazni ispravljač u mosnom spoju 5.2.4 Trofazni ispravljač u mosnom spoju 5.3 Čoperi 6. ELEKTRIČNA PROPULZIJA I PRETVARAČI FREKVENCIJE 6.1 Pretvarači frekvencije 6.1.2 Podjela pretvarača frekvencije 6.1.3 Sinkrokonverteri 6.1.4 Ciklokonverteri 6.1.5 Pulsno širinski modulirani pretvarači (PWM) 6.1.6 Električni filtri 6.1.7 Instalacija pretvarača frekvencije 6.2. Električna propulzija (POD) 6.2.1 Klasična električna propulzija 6.2.2 Električni motori električne propulzije 6.2.3 Prednosti električne propulzije 7. VISOKI NAPON NA BRODU 7.1 Propisi za visokonaponske mreže 7.2 Zaštite na visokonaponskim sustavima 7.3 Visoko naponski obalni priključci 7.4 Siguran rad s Visokim naponom 7.5 Mjerenje otpora izolacije ( visoki napon ) 7.6 Permit to work ( Dozvola za rad ) – Visoki napon 7.7 Sigurnosna provjera ( Safety Check list ) 8. OSTALI BRODSKI SUSTAVI 8.1 Sustavi besprekidnog napajanja 8.2 Brodska rasvjeta 8.2.1 Navigacijska i signalna svjetla 8.3 Katodna zaštita broda 8.3.1 Zaštita žrtvovanim anodama 8.3.2 Zaštita narinutim naponom 8.4 Vatrodojava na brodu 8.5 POWER MANAGEMENT SYSTEM 8.6 Rashladni uređaji na brodu 9. LITERATURA


95 96 97 97 98 102 104 105 105 106 107 108 111 111 113 115 116 116 117 118 119 121 122 123 124 124 125 126 126 128 129 123 133 133 135 137 139 139 141 143 146 148 149

3


ETO Skripta

1.MJERE OPREZA ,ZAŠTITE I BRODSKI STANDARDI 1.1 Opasnosti od električne struje Pri radu sa električnim uređajima, strojevima, postrojenjima, instalacijama i sl. postoji opasnost od strujnog udara. Električna struja prolazeći kroz tijelo ljudi na organizam može djelovati: Toplinski: na mjestima prolaska struje kroz tijelo dolazi do zagrijavanja što može izazvati teške vanjske i unutarnje opekotine. Mehanički: pri jačim strujama dolazi do razaranja tkiva na mjestima ulaza i izlaza struje iz tijela, a zbog snažnog grčenja mišića može doći do pucanja mišića, krvnih žila, živaca, pa čak i lomova kostiju. Kemijski: struja prolazeći kroz krv elektrolitski rastvara krvnu plazmu. Biološki: odražava se u grčenju mišića, treperenju srčanih klijetki (fibrilacija srca prestanku disanja zbog paralize dišnih organa i nepovoljnom utjecaju na živčani sustav.

Sva ta djelovanja električne struje mogu dovesti do lakših i težih povreda,pa i smrtnih slučajeva. Na težinu ozljede utječu: Jakost struje : 0.6 - 1.5 mA početak osjeta, lagano podrhtavanje prstiju 5 - 10 mA grč šake 20 - 25 mA paraliza ruku, veoma jaki bolovi, otežano disanje 50 - 80 mA prestanak disanja, početak treperenja srčanih klijetki 80 - 100 mA prestanak disanja i prestanak rada srca Vrsta struje - za izazivanje iste fiziološke reakcije čovjeka potrebna je 2-4 putjača istosmjerna struja od izmjenične, uz isto vremensko trajanje prolaza struje -

Trajanje prolaza struje kroz tijelo

20 mAs nema ozljede; 80 mAs fibrilacija srca -

Put prolaza struje | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

4

ETO Skripta


Djelovanje struje na čovjeka je mnogo jače i opasnije ako struja prolazi kroz srce i prsni koš Visina frekvencije - djelovanje struje na čovjeka smanjuje se sa porastom frekvencije, pa tako visokofrekvencijske struje od 500 kHz do 1 MHz nisu opasne i koriste se za liječenje (dijatermija) Individualne osobine organizma - vlažnost, debljina i žuljevitost kože, srčane bolesti, plućne bolesti, psihička pripremljenost ... Najviša vrijednost napona dodira za normalne uvjete okoline iznosi 50 V za izmjeničnu struju i 120 V za istosmjernu struju. Za nepovoljnije uvjete okoline i rada propisani su niži granični naponi dodira i to 25 V za izmjeničnu struju i 60 V za istosmjernu struju. U nepovoljnije uvjete okoline i rada spadaju stalan dodir čovjeka s potencijalom zemlje, rad u metalnim spremnicima, rad u mokrim prostorima, mogućnost promjene otpora tijela zbog povećane vlažnosti kože i sl. 1.1.1 Zaštita od direktnog i indirektnog dodira Izravan dodir osobe s dijelovima pod naponom električne energije, koji može nastati zbog: - nepropisno položenih golih (bez izolacije) električnih vodiča,oštećene izolacije na vodičima i priključnim instalacijama, -uklonjenog zaštitnog vodiča sa prekidača, sklopki i ostalih elemenata ili loše izvedbe tih elemenata, - nezaključanih razvodnih ormara, - radova pod naponom na električnim vodovima i instalacijama, - radova protivno pravilima zaštite na radu kada radove izvode nestručne osobe Zaštita se provodi odgovarajućim mjerama kako bi se: -

onemogućio izravan dodir s bilo kojim dijelom uređaja ili postrojenja pod naponom

-

ograničila jakost struje i vrijeme prolaza struje kroz tijelo na bezopasnu vrijednost

Vrste zaštite od direktnog dodira : izoliranje instalacija i dijelova uređaja pod naponom. Izolacija mora biti takve kvalitete da trajno izdrži razne štetne utjecaje i da se može ukloniti jedino njezinim razaranjem. ugrađivanje dijelova pod naponom u kućišta. Otvaranje kućišta smije biti moguće: pomoću odgovarajučeg alata,ako je ugrađena sklopka kojom se isključuje napon u trenutku otvaranja vrata ili poklopca kućišta. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

5

ETO Skripta


ograđivanje dijelova pod napona postavljanjem prečki, izolacijskih ploča ili žičanih mreža. udaljavanje neizoliranih dijelova pod naponom izvan dohvata ruku, tako da su uzdinuti iznad stajališta čovjeka minimalno 2.5 m i udaljenivodoravno ili niže od stajališta 1.25 m. Ako se vodoravno kretanje sprečava preprekama, onda prostor dohvata rukom započinje od te prepreke. dopunska zaštita uređajima diferencijalne struje čija nazivna proradna diferencijalna struja iznosi najviše 30 mA. Ova vrsta zaštite možekorisno poslužiti kao dopunska mjera zaštite u slučaju otkazivanja jedne od navedenih vrsta zaštite, ali ne može zamijeniti niti jednu od propisanih zaštita od direktnog dodira. Vrste zaštite od indirektnog dodira: -

primjena malih radnih napona (do 50 V)

primjena uređaja za automatsko isklapanje napajanja (uzemljenje kućišta,uređaji sa nadstrujnom zaštitom, zaštitni uređaji diferencijalne struje, uređaji skontrolom struje greške na izolaciji) -

postavljanje električne opreme u nevodljivi prostor

-

primjena sigurnosnih izvora napajanja (odvojni transformator, galvanskoodvajanje)

-

primjena jasno vidljivih znakova upozorenja 1.1.2 Upute za pružanje prve pomoći ozlijeđenima od udara električne struje

Što je prije moguće, mjesto nesreće treba odvojiti od napona i ozlijeđenu osobu osloboditi utjecaja električne struje na jedan od slijedećih načina: -

kod prenosivih trošila izvući utikač mrežnog kabla iz utičnice

-

kod čvrsto postavljenih trošila iskopčati sklopku ili izvaditi osigurače

-

ako je potrebno presjeći priključni kabel izoliranim kliještima

-

izolirati ruke suhim komadom odjeće ili upotrijebiti izolacijske rukavice

-

upotrijebiti izolacijsku motku, suhu letvu i sl.

-

ispod unesrećenog podvući suhu dasku i tako ga odvojiti od zemlje

NAPOMENA: Osobu uključenu u strujni krug nikada ne hvatati golirukama! Nakon što je unesrećeni oslobođen iz strujnog kruga provjerite disanje i rad srca. Ako ne diše započnite odmah s umjetnim disanjem jer mozak zbog nedostatka kisika nepovratno | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

6

ETO Skripta


odumire. Ako nema ni pulsa na vratu započnite sa masažom srca. Oživljavanje izvodite do dolaska stručne osobe ( na brodu časnika odgovornog za zdrastvenu skrb ), a ako ozlijeđena osoba počne sama disati okrenite je u bočni položaj, promatrajte da li diše, a opipom pulsa na vratu kontrolirajte rad srca. 1.2 Osobna zaštita pri radu s električnom energijom Najbolja zaštita pri radu sa električnom opreme su znanje ( poznavanje principa rada i detaljnih specifikacija opreme na kojoj se radi ) i zdravi razum ( isključiti izvore napajanja , osigurati od eventualnog nehotičnog uključenja , informiranje drugih o radu i slično.. ). U osobnu zaštitu pri radu s električnom energijom spadaju: - zaštitna kaciga - zaštitne izolirane rukavice ( certificirane za potrebni napon ) - zaštitna obuća - radna odjela (tkanina je dobar izolator) - zaštitne naočale - izolirani i certificirani alat - isključenje napajanja - provjera strujnog kruga prije fizičkog kontakta - osiguranje od nenamjernog uključivanja - informiranje drugih o tome što radite


7

ETO Skripta


1.3 Mehanička zaštita električnih uređaja Mehanička zaštita se sprovodi u cilju zaštite prodora stranih tijela u unutrašnjost uređaja, čime bi moglo doći do njegovog oštećenja, ali ujedno i sprečava dodir sa dijelovima uređaja koji može izazavati povrede rukovaoca. Mehanička zaštita se sprovodi postavljenjem električnog uređaja u kućište koje pruža potrebnu sigurnost od prodora stranih tijela, vode, prašine, kao i dodira dijelova pod naponom. Stupanj IP-zaštite označava se dvoznamenkastim brojem (npr. IP 65), gdje prva znamenka određuje stupanj zaštite od krutih mehaničkih tijela, prašine, odnosno od dodira osoba s opasnim dijelovima (dijelovi u vrtnji ili dijelovi pod naponom), dok druga određuje stupanj zaštite od štetnog djelovanja vode i/ili tekućine. Tablica za određivanje IP stupnja zaštite: 0 Nema zaštite 1 Zaštita od upada tijela >50 mm 2 Zaštita od upada tijela >12.5 mm 3 Zaštita od upada tijela >2.5mm 4 Zaštita od upada tijela >1mm 5 Zaštita od prašine 6 Potpuna zaštita od prašine

0 Nema zaštite 1 Zaštita od kapajuće vode 2 Zaštita od kapajuće vode pod kutom od 15° 3 Zaštita od prskajuće vode pod kutom većim od 60° 4 Zaštita od prskajuće vode iz svih smjerova 5 Zaštita od mlaza 6 Zaštita od jakog mlaza 7. Zaštita od povremenog uranjanja 8. Zaštita od trajnog uranjanja

Zbog raznih utjecaja na brodu ( vibracije , more , izloženost soli ) korištena električna oprema mora imati visoki stupanj mehaničke zaštite. Sva korištena oprema , prije instalacije na brodove , mora biti odobrena od registarskog društva. 1.4 Zaštita od statičkog elektriciteta Opasnost od statičkog elektriciteta se manifestira kroz nakupinu naboja na jednom mjestu koji se preko iskre prazni i može zapaliti eksplozivne smjese, plinova, pare ili eksplozivne materijale. Uzemljenjem Održavanjem odgovarajuće vlage u zraku – vlaženjem, klima uređaji, Ionizacijom zraka Antistatičkom preparacijom – površinu materijala premazat tankim slojem vodljivih tvari ili ga uroniti u antistatik Odvođenjem statičkog elektriciteta ( uzemljenje fleksibilnih cijevi s metalnom spojinicom za pretakanje goriva ). | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

8

ETO Skripta


Gromobran je električna instalacija izvedena tako da mogućnost udara groma u zaštićeni objekt bude svedena na minimum. Gromobranski zaštitni sustav sastoji se od šiljka (hvataljke), voda i uzemljnja. Šiljak se postavlja na sve brodske jarbole te ima radijus djelovanja od 45 stupnjeva s time da je šiljak ujedno i vrh zamišljenog stošca.Vodovi su postavljeni izvana, rađeni od bakra , minimalnog presjeka 70mm2 te posebno zaštićeni od korozije. Gromobranski zaštitni sustav ne smije biti korodiran kako bi mogao služiti svojoj svrsi. Šiljci se postavljaju na vrh svakog od brodskih jarbola s time da ih nadvisuju na najmanje 30 cm. Podvodni dio trupa broda služi kao uzemljivač. Ukoliko je brod na dokovanju važno je gromobranski sustav spojiti s uzemljenjem na kopnu. 1.5 Klasifikacija protueksplozivno zaštićenih električnih uređaja Exq - tip uređaja čije je kućište punjeno pijeskom ili drugim praškastim materijalom tako da spriječava bilo kakvu mogućnost pojave elektrinog luka i eksplozije vanjske atmosfere izazvane visokom temperaturom Exo - tip uređaja čiji je dio ( ili cijeli uređaj ) potopljen u ulje na način da pojava električnog luka ili visoke temperature ne uzrokuje eksploziju vanjske zapljive atmosfere koja se može nalaziti iznad ulja ili izvan kućišta.

Slika 1: Kućište rasvijete u Ex izvedbi Exd - neprodorni oklop. Tip uređaja čije je kućište u stanju izdržati unutrašnju eksploziju zapljive atmosfere koja je prodrla u kućište bez izazivanja eksplozije vanjske atmosfere. Kod drugih tipova zaštite glavni fokus je na sprječavanja ulaska eksplozivne atmosfere u kućište uređaja ili da se ako do ulaska već dođe spriječi eksplozija unutar kućišta.


9

ETO Skripta


Exe - povećana sigurnost. Tip uređaja kod kojega se primjenjuju dodatne mjere sigurnosti. Imaju povećanu sigurnost od temperature i pojave električnog luka. Za ove uređaju definira se i granična temperatura TE. TE je maksimalna dozvoljena temperatura uređaja koja je jednaka nižoj od dvije predodređene temperature: Opasnišću paljenja eksplozivne atmosfere Termičkom stabilnošću upotrebljenih materijala konstrukcije uređaja. Primjena ove zaštite moguća je za elektrine uređaje koju u normalnoj operaciji ne iskre , ne stvaraju električni luk i ne zagrijavaju se iznad granične temperature. Osnovu zaštite čini dobra izolacija, kvalitetno izvedeni spojevi, dobra mehanička zaštita te odgovarajući razmaci između neizoliranih spojeva.

Exp (nadtlak) - tip uređaja kojemu je kućište pod tlakom. Prisustvom zaštitnog plina koji predstavlja sredstvo za razblaživanje zapaljivih i eksplozivnih plinova ( na način da njihova koncentracija bude znatno niža od donje ganice eksplozivnosti )sprječava se prodor eksplozivne atmosfere u kućište. Kućište se izvodi s velikim stupnjem mehaničke zaštite a materijal izrade mora biti otporan na zaštitni plin. Exn - hermetički zatvoreni uređaji ( non sparking ). Maksimalna temperatura površine električnog uređaja mora biti manja od najniže temperature eksplozivne atmosfere u kojoj se uređaj nalazi. Djelovi pokretnih strojeva , ventilatora i slično , moraju biti konstruirani na način da se spriječava iskrivljenje ili pomak koji bi doveo do trenja. Razvodna kutija električngog uređaja mora imati stupanj mehaničke zaštite najmanje IP 54. Ukoliko se u kućištu nalaze osigurači kućište mora biti zatvoreno na način da se samim otvaranjem vrata kućišta prekida dovod električne energije.

Slika 2: Ventilator u Ex izvedbi


10


ETO Skripta

Exi ( Samosignurnost ) - Struja i napon električnog kruga su manji od struje i napona koji mogu uzrokavi stvaranje električnog luka. Ograničenje napona se vrši Zener diodama.Pri polaganju kabeli se odvajaju od drugih kablova te su jasno označeni. Exm - u ovome tipu zaštite svi djelovi elektrinog uređaja koji bi mogli prouzrokovati iskrenja obloženi su materijalima epoksidnih smola. Ovaj tip zaštite se primjenjuje samo kod uređaja bez pokretnih elemenata. U sluaju kvara ne postoji mogućnost popravka te se uređaj u potpunosti mjenja novim. Prema stupnju vjerovatnosti nastanka eksplozije prostori na brodovima se djele u tri zone: Zona 0 - eksplozivna atmosfera je trajna ili dugo prisutna Zona 1 - velika vjerovtnost pojave eksplozivnih plinova tijekom normalnog rada broda Zona 2 - mala vjerovatnost pojave eksplozivnih plinova

Temperaturna klasa T1 T2 T3 T4 T5 T6

Temperatura paljenja >450°C 300°C - 450°C 200°C - 300°C 135°C - 200°C 100°C - 135°C 85°C - 100°C

Tablica podjele zapaljivih plinova i para na temperaturne klase Grupe plinova protueksplozivne opreme: Grupa IIC - Vodik Grupa IIB - Etilen Grupa IIA - Propan,Butan,Metanol,Ugljični dioksid Gripa I - Metan


11

ETO Skripta


1.6 Utjecaj uvjeta broda na električni uređaj Električni uređaji na brodu zbog specifičnih uvijeta rada, kao i propisa o sigurnosti broda,posade i putnika, zahtjevaju posebna mehanička i tehnička rješenja i učvršćenja. Ovde ćemo nabrojati samo neka od tih rješenja iz koji se jasno vidi razlika u korištenju električnih uređaja na brodu o odnosu na korištenje električnih uređaja na kopnu. Zbog brodskih vibracija ležajevi elektromotora i generatora su dodatno opterećeni te su ponekad mehanički blokirani. Iako se većina elektromotora montira vertikalno ( paralelno s brodskom uzužnom osi), horizontalno položeni elektromotori moraju se smjestiti paralelno s brodskom uzdužinskom osi. Svi električni strojevi moraju se uzemljiti ( spojiti na glavnu brodsku masu ) na način da se vodičem spaja ( najčešće vanjsko kućište ) na brodsku masu.Većina elektromotora spojena je izravno na mehaničke strojeve koje pogone dok se uporaba remenja svodi uglavnom za kompresore hlađenja ili ventilatore. Moraju imati mehaničku zaštitu dovoljne IP klase da spriječi prodiranje ulja i uljnih para a djelovi pod naponom moraju se osigurati od slučajnoj dodira ukoliko ekeftivna vrijednost faznog napona prelazi 50V. Svi djelovi električnih strojeva koji vode struju moraju biti od bakra ili mesinga a svi ostali , ukoliko nisu od nehrđajućeg čelika ,moraju biti presvučeni zaštitom od korozije. Prostorije u koje su smješteni električni strojevi moraju biti dobro ventilirane a sami strojevi moraju biti udaljeni od zapaljivih materijala. Ukoliko su električni strojevi korišteni na vanjskoj palubi moraju biti izrađeni od kućišta koje je zaštićeno od korozije , odvode za istjecanje kondezata te električne grijače (najčešće se pale automatski prestankom rada stroja) za spriječavanja rošenja. 1.8 Pravila Hrvatskog registra brodova Svi električni uređaji, kablovi, uređaji energetske elektronike, električni strojevi te električna oprema rashladnih uređaja i brodske propulzije moraju biti odobreni od Registra. U tu svrhu Hrvatski registar brodova donio je ODLUKU O TEHNIČKIM PRAVILIMA HRVATSKOG REGISTRA BRODOVA – ELEKTRIČNA OPREMA. Lista opreme odobrene od strane Hrvatskog registra brodova nalazi se na linku: http://www.crs.hr/hr-hr/data/tipnaodobrenja/odobreniproizvodi.aspx


12

ETO Skripta


1.8 Elektromagnetna interferencija Elektromagnetska interferencija (EMI) je bilo koji signal ili emitiranje koje se upućuje u slobodan prostor ili se kreće duž vodova napajanja ili signala, a koje ugrožava funkcioniranje navigacijskih ili drugih elektroničkih uređaja . Najčešći izvori elektromagnetske interferencije su razni uređaji radio i radarski predajnici, iskrenja , nagle promjene napona i struje te elektronički uređaji. Elektromagnetska kompatibilnost (EMC) je sposobnost dijelova elektroničke opreme da u elektroničkom okruženju ostvaruju ispravno zajedničko funkcioniranje. Vrste zaštite od elektromagnentne interferencije su: Filtriranje Prigušivanje Oklapanje (oplet kabela ) Udaljavanje ( fizičko udaljavanje vodiča ili uređaja )


13

ETO Skripta


2.ELEKTRIČNI STROJEVI 2.1 Asinkroni strojevi: Električni stojevi od kojih se rotor vrti brzinom koja malo odstupa od brzine okretnog magnetskog polja statora zovu se asinkroni strojevi. Ako se rotor asinkronog stoja pogoni nadsinkronom brzinom vrtnje (rotor ima veću brzinuvrtnje od okretnog magnetskog polja statora), tad stroj radi kao generator – samo zajedno sa sinkronim generatorom ili uz pomoć kondenzatora,a ako se pogoni podsinkronom brzinom vrtnje (rotor ima manju brzinu vrtnje od okretnog magnetskog polja statora), tad stroj radi kao motor tkz. indukcijski motor Podjela asinkronih strojeva: Prema obliku gibanja: Rotirajući (engl. rotating machines), Linearni (engl. linear machines). Prema izvedbi rotora: Asinkroni strojevi s kaveznim rotorom ( engl. squirrel-cage rotor induction motors) , Asinkrone strojevi s kliznokolutnim (namotanim) rotorom ( engl. wound rotor induction motors or slipring induction motors), Asinkroni strojevi s masivnim rotorom (engl. massive rotor induction motors). Prema broju faza i priključku na izvor napona: Trofazni, dvofazni i jednofazni (za male snage). Prema veličini nazivnog napona: Visokonaponski (iznad 1000V do 15000 V) Niskonaponski (do 1000V). Prema pretvorbi energije: Asinkroni motori, Asinkroni generatori.


14

ETO Skripta


2.1.1 Okretno magnetsko polje

Okretno magnetsko polje stvoreno u statorskim namotima protjecanima izmjeničnim fazno pomaknutim strujama vrti se sinkronom brzinom vrtnje:

gdje je fs frekvencija struja, a pbroj pari polova motora. Okretno magnetsko polje inducira u vodičima rotora napone koji kroz namotrotora protjeraju struje. Interakcijom struja rotora i okretnog mag. polja stvara se sila na vodiče rotora koja zakreće rotor u smjeru vrtnje okretnog polja. Ako je moment svih sila na vodiče rotora veći od momenta otpora vrtnji, rotor će se vrtjeti brzinom koja je uvijek različita od brzine vrtnje okretnog polja, te se zbog toga motor zove asinkroni. asinkrono – koje nije sinkrono, nije istovremeno sinkrono – koje je s nečim ili nekim sinkrono, istovremeno

Kavezni ili kratkospojeni asinkroni motor ima stator isti kao i kolutni. Razlika je u izvedbirotora. Namot je izrađen od bakrenih ili mesinganih štapova uloženih u utore koji su sa svakestrane prstenima kratko spojeni. Motori malih i srednjih snagačesto imaju kavez od legurealuminija izrađen tlačnim ili vibracijskim lijevom. Kavezni asinkroni motor jenajjednostavniji, specifično najlakši i najjeftiniji, te najpouzdaniji i najčešće korišteni elektromotor. Kavezni namot je jednofazni i višefazni, a broj pari polova kaveznog rotora prilagođuje se broju pari polova statorskog namota Kliznokolutni asinkroni motor ima izveden rotorski namot po istim principima kao i statorski.Može biti spojen u spoj zvijezda ili trokut. Početak namota svake faze spojen je s kliznimkolutom (prstenom). Tri klizna koluta smještena na osovinu međusobno su i prema osoviniizolirana. Po kolutima klizečetkice (klizni kontakt) preko kojih se spaja izvan motora postavljen otpornik tzv.rotorski uputnik Kolutni asinkroni motori koriste se za teške uvjete pokretanja, gdje je potreban veliki potezni moment. Teži su, skuplji i osjetljiviji u pogonu odkaveznih asinkronih motora.


15

ETO Skripta


2.1.2 Princip rada asinkronog motora

Statorski namot priključi se na trofaznu mrežu, pričemu trofazna izmjenična struja stvori okretno magnetsko polje koje rotira sinkronom brzinom ns. Okretno magnetsko polje presjecavodiče statorskog i rotorskog namota, pa se induciraju naponi E1i E2. Napon E1 drži ravnotežu s narinutim naponom mreže, a napon E2 u rotorskom namotu potjera struju I2 određenu izrazom:

Zbog djelovanja magnetskog polja na vodičprotjecan strujom, nastaje sila na svaki vodič koja na kraku “r” prema osi rotacije stvara okretni moment. On je proporcionalan tokun Φi radnojkomponenti rotorske struje:

Smjer djelovanja momenta je u smjeru vrtnje okretnog polja. Brzina vrtnje rotora uvijek jemanja od sinkrone brzine vrtnje okretnog polja, dakle, rotor se uvijek okreće asinkrono.

Slika 3: Djelovi asinkronog motora


16

ETO Skripta


2.1.3 Pokretanje asinkronih motora

U trenutku pokretanja asinkronog motora (n=0, s=1) maksimalni je inducirani rotorski napon imaksimalna struja pokretanja (struja kratkog spoja). Ovisno o izvedbi (broju pari polova) i veličini motora, struja kratkog spoja kreće se približno u granicama:

Kolutni motori pokreću se uključivanjem otpora (tzv.uputnika) u rotorski krug. Otpor djelujena struju pokretanja (uz veći otpor struja je manja) i momentnu karakteristiku (poteznimoment i prekretno klizanje se mijenjaju, a prekretni moment ostaje konstantan). Kavezni motori obične izvedbe mogu se pokretati: -direktno priključivanjem na mrežu -pomoću transformatora -pomoću statorskog predotpora -pomoću prigušnice - pomoću centrifugalne spojke -pomoću preklopke zvijezda-trokut - pomoću statičkih frekvencijskih pretvarača (U/f = konst .) Pokretanje preklopkom Y/∆primjenjuje se kod motora koji su u normalnom pogonu predviđeni da rade u spoju trokut. Upravljanje brzine vrtnje asinkronih motora. Brzina vrtnje asinkronih motora se može mijenjati: Promjenom sinkrone brzine: - promjenom frekvencije (i napona) - promjenom broja pari polova Promjenom klizanja -promjenom priključnog napona -promjenom otpora rotorskog kruga Kaskadnim spojevima | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

17

ETO Skripta


2.1.4 Jednofazni asinkroni motor Kod jednofaznog priključka stvara se pulzirajuće magnetsko polje koje se može prikazati sdva suprotno rotirajuća magnetska polja. svako rotirajuće polje stvara s rotorskim strujamaokretne momente u smjeru rotacije polja.Jednofazni motor bez specijalnih izvedbi ne razvija potezni moment: n=0→M=0 . Pokreće se dovođenjem momenta ili specijalnim konstrukcijama (kratkospojeni zavoj ili pomoćna faza). Kod jednofaznog priključka trofaznog asinkronog motora, motor ne razvija potezni moment. Jedan od načina pokretanja je pomoću kondenzatora. Motor ima slične karakteristike kao kondenzatorski jednofazni motor s trajnouključenom pomoćnom fazom.

2.1.5 Bilanca energije asinkronog motora Pri pretvorbi energije u različitim dijelovima stroja javljaju se gubici. U asinkronom stroju tosu gubici u bakru statorskog i rotorskog namota zbog toplinskog djelovanja struje, zatimgubici u željeznoj jezgri statora i željezu rotora zbog vrtložnih struja i histereze, mehanički gubici koji nastaju trenjem u ležajevima, trenjem s okolnim zrakom (ventilator), te dodatnigubici. Prema tome, dobivena snaga iz stroja bitće kao i uvijek manja od privedene za tegubitke.Omjer izmeđučiste mehaničke snage P2i primarne snage P1koju motor uzme iz mreže predstavlja korisnost motora:


18

ETO Skripta


2.1.6 Nadomjesna električna shema asinkronog stroja

Slično transformatoru, asinkroni motor možemo prikazati električnom nadomjesnom shemom (modelom). Na slici je shema za kavezni motor.

Rs i Xσs statorski otpor i rasipna reaktancija Xmreaktancija magnetiziranja (predstavlja ulančeni magnetski tok stator-rotor) R0 otpor zbog gubitaka u željezu R'r i X'σr rotorski otpor i rasipna reaktancija preračunati na statorsku stranu Es inducirani fazni napon statora E'r0 inducirani fazni napon rotora u mirovanju preračunat na statorsku stranu U'r/srotorski napon na kliznim kolutima u ovisnosti o klizanju preračunat na statorsku stranu


19

ETO Skripta


2.1.7 Radna, jalova i prividna snaga

Za stvaranje okretnog mag. polja asinkroni stroj uzima iz mreže jalovu (reaktivnu) snagu:

Prividna snaga motora uzeta iz mreže je

Motor je uvijek definiran radnom snagom na osovini. To je njegova nazivna snaga P2.Ako stroj radi u generatorskom režimu rada (s<0), i tada mu je potrebna jalova snaga iz mreže ili kondenzatorske baterije. 2.1.8 Klizanja asinkronog stroja Razlika brzine vrtnje rotora (mehaničke brzine) i brzine vrtnje okretnog polja naziva se klizanje i računa se prema izrazu:

Klizanje u tehnički prihvatljivim iznosima mora biti sasvim mala veličina (zbog utjecaja na gubitke energije) te se zbog toga iskazuje u postocima. Klizanje se obično kreće između 0.1 i 5 %. Veća vrijednost odnosi se na motore manjih snaga (do oko 1 kW). Kad se rotor vrti sinkronom brzinom klizanje je jednako nuli. Kad se rotor ne vrti tj. Stoji klizanje je jednako 1.


20

ETO Skripta


2.1.9 Gubici asinkronog motora

PCu – gubici u bakru statora; PFe – gubici u željezu statora; PCu2– gubici u bakru rotora; P2d- snaga koja se uzima preko kilznih koluta; Pt+v – snaga pretvorena u gubitke trenja i ventilacije. Mehanička snaga na osovini asinkronog motora je:

Korisnost se računa prema izrazu:


21

ETO Skripta


2.1.10 Upućivanje motora metodom zvijezda trokut

Pokretanje preklopkom zvijezda-trokut može se upotrijebiti samo za pokretanje motora namijenjenih za trajni rad u spoju trokut. Osniva se na činjenici da statorski namot spojen u zvijezda-spoj dobiva za puta manji napon nego spojen u trokut-spoj. Proporcionalno naponu smanjuje se i struja, no istodobno smanjuje se i potezni moment, i to proporcionalno naponu na kvadrat. Motor namijenjen za rad pri nazivnom naponu u zvijezda spoju ne smije se priključiti na isti napon spojen u trokut. Obratno, motor određen za rad u spoju u trokut smije se priključiti na mrežu istog naponaspojenog u zvijezdu. Napon je po fazi pri tome za puta manji. pa motor nije zasićen.

Slika 4: Zvijezda trokut ( Star – Delta ) upućivanje


22

ETO Skripta


2.1.11 Direktno upućivanje motora (DOL ) Direktno upućivanje motora znači da se motor spaja direktno na mrežu , najčeće putem sklopnika. Najednostavniji način DOL starta sastoji se od glavnog i upravljačkog ( kontrolnog ) kruga. Pritiskom tipkala Start aktivira se kontaktor ( sklopnik ) koji putem samopridržavanja stoji u aktiviranoj poziciji te motor preko sklopnika ostaje spojen na mrežu.

Slika 5 DOL starter motora

2.1.12 Promjena smjera okretanja Promjena smjera okretanja vrši se zamjenom dviju faza na stezaljkama motora. Kod frekventnih pretvarača zamjena faza radi se na izlazu ( ne na ulazu ).


23

ETO Skripta


2.2 Sinkroni strojevi: Bitna je karakteristika sinkronih strojeva da im je brzina vrtnje rotora n jednaka brzini vrtnje okretnog magnetskog polja što ga stvaraju statorske struje. Ta se brzina naziva sinkronom brzinom stroja ni određena je brojem pari polova stroja p i frekvencijom napona napajanja f prema relaciji:

Sinkroni strojevi se najčešće koriste kao generatori. Na statoru sinkronog stroja je u većini slučajeva smješten armaturni namot (najčešće trofazni) koji je simetrično raspoređen u utorima po obodu stroja. Naziv armaturni označava dio stroja u kojem se pod utjecajem promjene magnetskog toka inducira napon. Sinkroni stroj je izveden najčešće tako da na rotoru ima uzbudni namot kroz koji teče istosmjerna struja i stvara uzbudno protjecanje koje stvara magnetski tok. Uzbudni namot je smješten na rotoru, na posebno oblikovanim istaknutim polovima, kod izvedbe za manje brzine, ili u utorima cilindričnog rotora za izvedbe strojeva visokih brzina. Uzbudnim namotom teče istosmjerna struja i stvara uzbudno protjecanje, odnosno magnetski tok. Moguće su i izvedbe sinkronih strojeva bez uzbudnog namota. Magnetsko polje koje stvara uzbuda na rotoru vrti se uslijed mehaničke vrtnje rotora. U vodičima statorskog namota inducira se elektromotorna sila, i kad je stroj opterećen poteku struje. Struje u statorskom namotu stvore okretno protjecanje koje se vrti jednakom brzinom kao i rotor, dakle sinkrono s rotorom. Po tome je ova vrsta stroja i nazvana sinkroni stroj. Vrste sinkronih strojeva Sinkroni strojevi se mogu razvrstati na više načina, i to prema: – vrsti pogonskog stroja, – konstrukciji rotora i – brzini vrtnje. Jako mali sinkroni strojevi se najčešće koriste za posebne namjene zbog specifične izvedbe, načina rada i primjene. Takvi strojevi rijetko imaju uzbudni namot te rade na drugim osnovama (na primjer induktorski, reluktantni, histerezni strojevi) i navedene podjele se na njih ne odnose.


24

ETO Skripta


Prema vrsti pogonskog stroja razlikuju se: – turbogeneratori, – hidrogeneratori, – dizelski generatori, – kompenzatori i – motori. Prema konstrukciji rotora se razlikuju se strojevi s: – cilindričnim rotorom i – istaknutim polovima. Prema brzini vrtnje dijele se na: – brzohodne, – strojeve srednje brzine i – sporohodne Stator sinkronog stroja je napravljen u obliku šupljeg valjka koji se naziva statorski paket. Sastavljen je od prstenastih, međusobno izoliranih magnetskih limova debljine 0,35, 0,5 ili 0,63 mm koji su složeni paralelno tako da tvore tzv. paket limova. S unutarnje strane prstenova, u limovima su izrezani utori. To su otvori odgovarajućih oblika koji su simetrično raspoređeni po presjeku lima. Slaganjem limova oblikuju utore uzduž statorskog paketa, u provrtu statora.Najčešće se koristi podjela prema vrsti pogonskog stroja, a pokazuje se da ona sadrži u sebi i podjelu prema drugim obilježjima. Za teorijska razmatranja je bitna konstrukcijska izvedba stroja Kružni vijenac između utora i vanjskog promjera statorskog paketa se naziva jaram statora. Dijelovi limova između utora su zubi. Rotor sinkronog stroja se sastoji od: – osovine, – jarma rotora – polova s uzbudnim namotom Kod strojeva s istaknutim polovima svaki pol ima jezgru, uzbudni namot i polnu papuču. Uzbudni namot može biti napravljen od bakrenih vodiča okruglog ili profilnog oblika, | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

25

ETO Skripta


složenih u jedan ili više slojeva. Nazivni podaci sinkronog stroja su: – nazivna snaga Sn, – nazivni napon Un (efektivna vrijednost linijskog napona), – nazivna struja In (efektivna vrijednost linijske struje), – nazivna frekvencija fn, – nazivna brzina vrtnje nn, – nazivni faktor snage cos φn, – nazivna uzbudna struja Ifn i – nazivni uzbudni napon Ufn. Kao nazivna snaga se za generator daje električna prividna snaga, određena radnim i jalovim opterećenjem, jer opterećenje generatora ne mora biti samo radnog karaktera. To je važno zbog zagrijavanja stroja za što su mjerodavni napon i ukupna struja, dakle prividna, a ne samo radna snaga. Isto tako se i za sinkrone kompenzatore daje prividna snaga. Za sinkrone motore se obično daje radna snaga na osovini, ali se u slučajevima kad on radi i kao kompenzator daje prividna električna snaga. Osnovna razlika između idealnog i realnog stroja je u tome što u realnom stroju postoje: – radni otpori namota koji stvaraju protunapone i gubitke, – rasipne reaktancije koje također stvaraju protunapone, – gubici u željezu (uslijed histereze i vrtložnih struja) i – gubici trenja u ležajevima i ventilacije.


26

ETO Skripta


2.2.1 Pogonska karta sinkronog generatora: Pogonska karta određuje moguće i dozvoljeno područje rada sinkronog stroja. Područje rada ograničavaju: – zagrijavanje statorskog namota, – zagrijavanje rotorskog namota, – granica stabilnosti, – minimum uzbudne struje, – zagrijavanje čeonog prostora i – maksimalna snaga turbine

Slika 6: Pogonska karta sinkronog generatora s cilindričnim rotorom Na pogonskoj karti je granica zagrijavanja statorskog namota predstavljena polukružnicom. Polumjer te polukružnice je određen strujom armature pri kojoj se statorski namot zagrije do maksimalno dozvoljene temperature. Sljedeće ograničenje je zagrijavanje rotorskog namota. Ono je proporcionalno kvadratu uzbudne struje koja ovisi i o prividnoj snazi i o faktoru snage. Naravno, namot rotora se projektira uvijek tako da može trajno raditi u nazivnoj točki. To je najčešće za vrijednosti faktora snage cos φs= 0,7 – 0,9 ind. . To nije dopušteno zbog zagrijavanja rotora. Granica zagrijavanja rotorskog namota je kružni luk sa središtem u točki Es2 / Xd na osi Q kap.


27

ETO Skripta


U kapacitivnom području rada se pojavljuju tri ograničenja. Jedno ograničenje je granica stabilnosti koja teorijski predstavlja vertikalnu liniju. Drugo ograničenje u kapacitivnom području rada se odnosi na uzbudnu struju. Uzbudna struja ima neki minimum, obično oko 10% nazivne uzbudne struje, ispod koje se vrijednosti ne može dovoljno dobro regulirati. Treće moguće ograničenje se odnosi na zagrijavanje čeonog prostora. Naime, u kapacitivnom području rada se protjecanja glava namota rotora i statora u čeonom prostoru zbrajaju pa uzrokuju relativno jako magnetsko polje. To polje izaziva vrtložne struje u statorskom paketu, pa može doći do jakog zagrijavanja čeonih dijelova stroja. U pogonsku se kartu često ucrtava i horizontalna crta koja predstavlja maksimalnu snagu dizel motora. To nije ograničenje generatora, nego pogonskog stroja.


28

ETO Skripta


2.2.2 Sinkroni motori Sinkroni motori izvedeni su na isti način kao i sinkroni generatori te svaki sinkroni motor može ujedno raditi i kao generator. Sinkroni stroj može raditi kao motor jedino pri sinkronoj te za drugu brzinu sinkroni stroj uopće ne razvija pogonski moment. Kut opterećenja kod sinkronog stroja koji se koristi kao motor je pozitivan što znači da magnetsko polje vuče motor. Pri sinkronoj brzini motor može razviti najviše neki maksimalni moment određen izvedbom stroja, indukcijom i protjecanjem te povećanjem maskimalnog iznosa momenta motor ispada iz sinkronizma. Podjela sinkronih motora vrši se na: - motore s četkicama i kliznim kolutovima - motore s permanentnim magnetima ( najčešće kod Azipoda ) - beskontaktni motori ( koriste rotacijski transformator , slučan asinskronom kolutnom motoru ) Glavni problem kod sinkronih motora je zalet jer sinkroni motor pri startu vuče veliku struju zbog pucanja silnica i kašnjenja za okretnim magnetskim poljem. Za razliku od asinkronih motora samo se mali sinkroni motori mogu upućivati diretnim spajanjem na brodsku mrežu. Načini upućivanja: - asinkroni zalet ( koristi se zaletni otpornik na koji se spaja uzbudni namot. Namjena zaletnog otpornika je smanjenje induciranog napona prilikom zaleta ). Nakon zaleta motor se spaja diretno na mrežu te se pri postizanju stacionirane zaletni otpornik odspaja i na uzbudni namoti se spajaju na istosmjerni izvor napona. Prilikom spajanja na istosmjerni izvor napada motor počinje raditi sinkronom brzinom. - start pomoću malog asinkronog motora. Sinkorni motori se koriste većinom u reguliranim pogonima u kojima se mjenjanjem frekvencije mjenja i brzina vrtnje sinkronog mora.


29

ETO Skripta


2.3 Sinkroni generatori Sinkroni generatori pretvaraju mehaničku energiju dobivenu od pogonskog stroja (dizel motora iliturbine) u električnu energiju koju predaju mreži (trošilima) i osnovni su izvori električne energije na brodu. Uzbudni namoti sinkronog generatora smješteni su na rotoru. Kroz njih teče istosmjerna struja i tako stvara nepromjenljivo magnetsko polje koje se zatvara kroz statorsko željezo. Pogonski stroj okreće rotor konstantnom brzinom pri čemu se zajedno s rotorom okreće i njegovo magnetsko polje. Silnice polja pri vrtnji sijeku statorske vodiče u kojima se zbog toga inducira napon. Statorski namot je trofazni. Kako su tri faze statora prostorno pomaknute u njima se induciraju vremenski pomaknuti naponi. Tako nastaje trofazni sustav napona koji međutim dok nema priključene potrošnje ne može potjerati nikakvu struju pa statorski namoti ukada je generator u praznom hodu ne stvaraju magnetsko polje. Kada se na njega priključe trošila, induciraninapon kroz statorske vodiče generatora potjera struje pa budući da se vodiči nalaze u magnetskom polju rotora nastane sila, odnosnomoment, koji se suprotstavlja njegovoj vrtnji (koči ga). Što je opterećenje generatora [kW] veće to je veća i kočna sila pa pogonski stroj (dizel motor) mora dati veću snagu kako bi se zadržao konstantan broj okretaja. Napon generatora regulira se strujom uzbude a frekvencija brojem okretaja pogonskog stroja (dizel motora). Dva su osnovna načina na koje sinkroni generator može opskrbljivati svoje potrošače: – vlastita mreža (otočni rad) i – kruta mreža. Primjeri otočnog rada su male mreže s jednim generatorom i više potrošača. To je na primjer brod. 2.3.1 Sinkronizacija generatora Glavne generatorske jedinice ( dizel generator ili osovinski ) rade paralelno u svrhu podjele opterećenja koji prelazi kapacitet jedne jedinice. Tijekom manevra u paralelni rad uključuje se više generatora nego što je potrebno. Uključivanjem jednog generatora više od potrebnog broja, povećava se raspoloživost elektroenergetskog sustava. Zamjena glavnih i ''standby'' generatora mora mora proteći prema ustanovljenim koracima kako bi se izbjegao blackout. Zbog sigurnosti uobičajno nije moguće koristiti glavne generatore u kombinaciji sa generatorom za nužnost ili obalnim priključkom. Paralelni rad je postignut kroz dva osnovna koraka. Sinkronizacija i podjela opterećenja


30

ETO Skripta


Obe operacije moguće je na većini brodova učiniti automatski ali ručna kontrola je i dalje u uporabi u slučaju da automatska kontrola zakaže. Generator spojen na brodske sabirnice zove se ''Running'' ili korišteni generator dok se generator koji se spaja u mrežu zove ''Incoming'' ili nadolazeći generator. Da bi se nadolazeći generator spojio u paralelu potrebno ga je sinkornizirati sa generatorom koji je već uporabi. Da bi se provela sinkronizacija , pogonski motor nadolazećeg generatora mora dostići brzinu okretaja koja će generatoru omogućiti jednaku frekvenciju kao i generatoru koji je već spojen na mrežu. Uključuje se i regulira uzbuda generatora dok se ne postigne vrijednost napona koja odgovara naponu mreže. Nadolazeći generator sada ima i jednak napon kao i korišteni generator. Fino namještanje brzine sada se može promatrati preko Sinkonoskopa ili Sinkoniziraćih lampica. Nadolazeći generator se namješta tako da se Sinkkronoskop okreće lagano u smijeru okrećanja kazaljke na satu na približno 4sec po okretu. Zračni osigurač bi trebao biti zatvoren u trenutku kada sinkronoskop pokazuje ''12 sati'' ili se izvodi kada je fazni pomak između istoimenih napona generatora i brodske mreže doveden na najmanju moguću mjeru. Za paralelni priključak generatora potrebno jepostupak sinkronizacije odnosno potrebno je postići: 1.jednake iznose napona generatora i napona mreže; 2.jednake frekvencije generatora i mreže; 3.jednake fazne kutove napona generatora i mreže; 4.isti redoslijed faza generatora i mreže.

2.3.2 Tamni spoj Sinkonizacijskih lampica Lampice trajno svijetle – nema približne jednakosti napona generatora i mreže - reguliranjem uzbude postiže se jednakost napona mreže i generatora – provjerava sevoltmetrima - kod jednakih iznosa napona, a različitih frekvencija – žarulje čas svijetle a čas potamne uritmu frekvencije napona generatora i mreže - podešava se brzina vrtnje pogonskog stroja – frekvencije se izjednačavaju – paljenje i gašenje žarulja je sporije - duži interval tame – frekvencije se izjednačile – potrebno je uključiti generator


31

ETO Skripta


- ako je paljenje i gašenje žarulja istovremeno – redoslijed faza je ispravan, a ako nijepotrebno je dva dovoda na sinkronom generatoru zamjeniti.

2.3.3 Sinkronizacija pomoću instrumenata – poluautomatska sinkronizacija 1. za kontrolu napona sinkronog generatora i mreže koristi se dvostruki voltmetar; 2. za kontrolu frekvencije sinkronog generatora i mreže koristi se dvostruki frekvenciometar; 3. nul-voltmetar ili sinkronoskop – mali sinkroni motor – služi za utvrđivanje istofaznostinapona sinkronog generatora i brodske mreže. Kada se sinkronoskop umiri i nulvoltmetar pokaže nulu tada je postignuta istofaznost napona. Opterećeni sinkroni generator se isključuju s brodske el. mreže na način da se smanji uzbuda, a na taj način i inducirani napon tako da je cosφ=1; istovremeno se smanjuje mehanička energija pogonskom stroju. Generator može ostati i u stanju praznog hoda onoliko vremena koliko je potrebno za njegovo efikasno hlađenje.


32

ETO Skripta


2.3.4 Raspodjela djelatne , radna snage i podešavanje frekvencije Raspodjela djelatne snage je povezana iskljčuivo s pogonskim djelom generatora. Nakon sinkronizacije i spajanja na mrežu drugoga generatora drugi generator će raditi s zanemarivim opterećenjem sve dok se ručno ili automatski opterećenje ne raspodjeli. To se radi na način da se prvom pogonskom stroju smanji a drugom poveća dovod goriva. Na ovaj način , ukoliko se održi brzina vrtnje pogonskog stroja, dolazi do preuzimanja djela opterećenja od strane drugog generatora. Regulator broja okretaja pogonskog stroja ( governor ) upravlja pomakom ručica goriva te se njime upravlja sa sinkronizacijske ploče ili putem sustava automatike. Ukoliko je regulator upravljan automatikom te su dva sinkronizirana generatora u potpunosti jednaka pristupa se koraku ''Load sharing'' ili podjeli opterećenja u omjeru 50%/50%. Druge opcije koje su ugrađene mogu služiti i za razne testove i poslove održavanja na samom pogonskom stroju kada je potrebno veliko opterećenje generatora ali je generator i dalje premali za napanje svih aktivnih potrošača na brodu.Npr opcija Turbocharger cleaning koja prebacuje opterećenje u omjeru 80%/20% na prvi generator. Ukoliko su u mreži 3 ili više generatora podjela opterećenja se i dalje vrši u jednakim omjerima ( ukoliko su svi generatori jednaki ). Raspodjela jalove snage (kVAr) vrši se promjenom struje uzbude koja se regulira putem automatskog regulatora napona. Automatski regulator napona povećaje struju uzbude kada generator treba preuzeti više jalove snage. Ukoliko generator radi sam koristi se astatička dok se u slučaju paralelnog rada koristi statička karakteristika. Kod podešavanja frekvencije generatora Astatička karakteristika nema propad frekvencije s povećanjem opterećenja.Kontrolira se automatski putem governora. Statička karakteristika se u pravilu mjenja putem komandi na sinkronizacijskoj ploči.Najčešće ,razlika između frekvencije generatora u praznom hodu i generatora u punom opterećenju je oko 3Hz.

Slika 7: Prikaz astatičke i statičke karakteristike


33

ETO Skripta


2.3.5 Podjela generatora prema tipu uzbude: Veći generatori grade se isključivo s uzbudom pomoću istosmjerne struje. Ta struja teče uzbudnim namotom i naziva se uzbudna struja. Kao izvori uzbudne struje koriste se u praksi tri osnovna rješenja: – uzbuda s istosmjernim uzbudnikom, – statička uzbuda i – beskontaktna uzbuda. Sinkroni generator s četkicama i nezavisnom uzbudom se većinom više ne koriste jer su ih zamjenili generatori sa diodnim mostovima. Sinkroni generatori sa četkicama i nezavisnom uzbudom kao sredstvo uzbude koristili su vanjski istosmjerni generator te se regulacijom struje uzbude istosmjernog generatora regulirala ili struja uzbude generatora a samim time i napon sinkronog generatora. Samouzbudni sinkroni generator s četkicama sam proizvodi električnu energiju z asvoju uzbudu. Generirani napon sinkronog generatora se ispravlja pomoću diodnog mosta i preko četkica i kliznih kolita dovodi na rotorski uzbudni napon. Početni napon kod pokretanja dobija se zahvaljujući zaostalom magnetizmu u polovima rotora. Ukoliko se zaostali magnetizam izgubi generator je potrebno uzbuditi vanjskim baterijama i to spajanjem izravno na četkice dok se generator vrti pri tome pazeći na polaritet. Samouzbudni beskontaktni sinkroni generatori nemaju kluznih kontakata. Sastoje se od dva stroja priključena na isut ovosinu , glavnog generatora i invertiranog sinkronog generatora koji služi kao uzbudnik. Kada dizelski motor ili drugi pogonski stroj vrti generator generirani napon se ispravlja putem diodnog mosta i dovodi na statorski uzbudni namot uzbudnika.Na vodičima trofaznog rotorskog namota uzbudnika, zbog presijecanja magnetskog polja statora (uzbude) inducira se, trofazni sustav napona koji se na samom rotoru ispravlja pomoću šest dioda ispravljača i najčešće kroz šuplju osovinu, ispod ležaja, dovodi na uzbudne namote glavnog generatora. Početni napon nakon pokretanja dobije se zahvaljujući remanentnom (zaostalom) magnetizmu u polovima rotora glavnog generatora i statora. Ako generator nakon pokretanja pomoćnog motora ne generira napon, moguće je da je izgubio remanentni magnetizam pa ga treba uzbuditi kratkotrajnim spajanjem 4 serijski spojene baterije (4x1,5V) na uzbudni (statorski) namot uzbudnika dok se generator vrti i tako pokrenuti proces samouzbude.


34

ETO Skripta


2.3.6 Prazni hod generatora Ukoliko se generator vrti bez priključenog opterećenja a samim time bez struje i pada napona izmjereni napon na stezaljkama generatora je napon praznog hoda i predstavlja stvarni inducirani napon. Krivulja praznog hoda generatora pokazuje ovisnost induciranog napona praznog hoda o uzbudnoj struji i snima se tako da se uz održavanje konstante brzine vrtnje pogonskog stroja povećava struja uzbude.

Slika 8: Krivulja praznog hoda generatora 2.3.7 Pad napona skinkronog generatora Napon na stezaljkama brodskih sinkronih generatora pada s povećanjem opterećenja(struje). Pad napona je kod sinkronih generatora mnogo izraženiji nego kod transformatorajer pored pada napona na impedanciji statorskog namota dolazi i do pada napona zbogdjelovanja reakcije armature koja slabi rezultantni magnetski tok. Zbog vektorskogzbrajanja statorskog okretnog magnetskog polja (reakcije armature) i rotorskog (glavnog)magnetskog polja, rezultantno magnetsko polje može biti veće ili manje od glavnogmagnetskog polja, zavisno od kuta među njima koji opet ovisi o vrsti opterećenja(induktivnom karakteru priključene potrošnje). Kako je inducirani napon u generatoruproporcionalan veličini magnetske indukcije to znači da reakcija armature može svojimdjelovanjem povećavati ili smanjivat inducirani napon a time i napon na generatoru. Kod djelatnog i posebno kod induktivnog opterećenja, reakcija armature slabi glavno magnetsko polje što ima za posljedicu smanjenjeinduciranog napona. Kod kapacitivnog opterećenja (nema ga na brodu) reakcija armature jača glavno magnetsko polje pa se inducirani napon povećava. Smanjenje i povećanje induciranog napona zbog reakcije armature, prati i smanjenje napona zbog padanapona na impedanciji statorskog namota pa je ukupni pad napona jako velik. Ipak, kako su brodski sinkroni generatori opremljenikompaundnim transformatorima i automatskim regulatorima napona koji povećanjem uzbudnih struja kompenziraju promjene naponakod opterećenja, ovi propadi napona čine se u praksi mnogo manjim nego što stvarno jesu. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

35

ETO Skripta


2.3.8 Pojedinačni rad Sinkronog generatora Ostvaruje se kad generator napaja vlastitu mrežu. Radi postizanja napona i frekvencijekonstantnih iznosa mora postojati automatski regulator napona (regulacija uzbudne struje) iregulator frekvencije (regulator brzine vrtnje). Trošila diktiraju faktor snage cosφ. Radnu energiju pokriva pogonski stroj, a jalovu uzbudnastruja.Sinkroni generator smije se trajno opteretiti nazivnom snagom (uz nazivnicosφ) označenomna nazivnoj pločici. Veće opterećenje (veća struja) od nazivnog dovodi do zagrijavanja iznaddopuštene nadtemperature armaturnog namota. Manji faktor snage od nazivnog dovodi do pregrijavanja uzbudnog namota. 2.3.9 Kratki spoj generatora: U pogonskom stanju praznog hoda nije bilo pretvorbe energije (mehaničke u električnu ili obrnuto). S energetskog stajališta postoji još jedno takvo pogonsko stanje, a to je kratki spoj. U kratkom spoju sinkronog generatora su stezaljke statorskog namota kratko spojene te je u idealnom slučaju otpor na sezaljkama jednak nuli , te nema radnih otpora , gubitaka ni rasipnih reaktancija. Teorijski je karakteristika kratkog spoja ( ) k fI = I linearna za bilo koji iznos uzbudne struje. 2.3.10 Utjecaj prigušnog kaveza Prigušni kavez, koji se ugrađuje u polove sinkronog ima višestruku namjenu: – prigušenje inverznog protjecanja, – prigušenje njihanja stroja i – asinkroni zalet.


36

ETO Skripta


2.3.11 Regulacija napona i frekvencije Pri povećanju opterećenja mijenja napon generatora. Najveća je promjena u slučajevima čisto induktivnog ili čisto kapacitivnog opterećenja. Ako se treba zadržati isti iznos napona kao u praznom hodu, mora se promijeniti uzbudnu struju tako da ukupno protjecanje Θ ostane jednakog iznosa kao uzbudno protjecanje Θ 0f u praznom hodu:

U praksi to obavljaju automatski regulatori napona. Regulator napona povisuje uzbudnu struju ako se napon smanji, a smanjuje ako se napon povisi.

Slika 9: Automatski regulator napona Osim potrebe za konstantnim naponom obično je postavljen i zahtjev za konstantnom frekvencijom. Taj je zahtjev jako izražen, pa je frekvencija velikih energetskih mreža jako stabilna. Frekvenciju određuju broj polova i sinkrona brzina stroja.Da bi frekvencija bila konstantna, stroj se treba vrtjeti konstantnom brzinom. Konstantnu brzinu održava regulator brzine vrtnje. U tablici ispod dane su sinkrone brzine za strojeve s 2 do 10 polova pri frekvencijama. 2p o/min

2 3600

4 1800

6 1200

8 900


10 720 37

ETO Skripta


2.3.12 Električne zaštite generatora Ovisno o smještaju električne zaštite generatora možemo podjeliti na primarne i sekundarne. Primarne zaštite su smještene na prekidaču te generator odspajaju mehaničkim putem. Sekundarne zaštite generator mogu odspojiti preko svitka za isključenje. Isto tako , sekundarne zaštite mogu biti na spojene na sustav brodske automatike koja konstantno prati karakteristike te u slučaju po generator nepovoljnih uvijeta upućuje drugi ( zamjenski generator ) te isključuje prvi. Sustav automatike može uputiti drugi generator samo ako je sklopka odabira drugog generatora u AUTO modu te su svi uvijeti koje automatika traži ujedno i zadovoljeni ( npr. Tlak startnog zraka ). Primarne zaštite djele se na: Prekosutrujna zaštita ( isključuje prekidač kada struja opterećenja postane 1.2 puta veća od nazivne struje generatora ). Prekidač se isključuje s vremenskim zakašnjenjem kako bi se dalo vremena za upućivanje drugog generatora ili za smanjenje opterećenja na generatoru s većom strujom od nazivne isključenjem manje važnih trošila. ( I> ) Zaštita od kratkog spoja štiti generator od struja kratkog spoja. ( I>>) Podnaponska zaštita služi kao rezervna zaštita od krakog spoja te se uključuje kada napon padne ispod vrijednosti od 85% nazivnog napona. I ona ima određen vremensko zakašnjenje kako bi se izbjeglo njeno djelovanje usred pada napona prilikom upućivanja velikih trošila.(U<) Testiranje zračnih prekiača vrši se prije isporuke broda te preiodično ovisno o sustavu održavanja broda. Testiranje se vrši na način da se prekidač izvuče ( nije u kontaku s brodskim sabirnicama ) te mu se putem prijenosnog testera vrši simulacija ''okidnih'' elemenata.

Slika 10:. Prijenosni ispitivač zračnih prekidača


38

ETO Skripta


Sekundarne zaštite najčešće su: Zaštita od povratne snage ( isključuje prekidač u trenutku kada nadolazeći generator prijeđe u stanje motorskog rada i uzima energiju iz mreže te drugih generatora ). Sekundarna zaštita spriječva velika oštećenja na pogonskom stroju generatora te se često testira prilikom posjete lučkih ili inspektora registra. Podešava se s vremenskim zakašnjenjem usljed zbog njihanja pri sinkornizaciji generatora. Termička zaštita služi za praćenje temperature namotaja u statoru generatora te isključuje generator na isti način kao i prekostrujana i zaštita krtakog spoja. Obično se radi na način da najprije da upozorenje ( problemi s hlađenjem generatora ) te tek u slučaju jako visoke temperature gasi generator. Zaštita od preopterećenja ne isključuje prekidač nego radi na način da isključuje manje važna trošila. Na glavnim razvodnim pločama trošila su obično označena crtama u raznim bojama ovisno o njihovoj ''važnosti''. Ukoliko zaštita od preopterećenja ne uspije isključiti dovoljan broj trošila , prekostruja zaštita će isključiti generatorski prekidač.


39

ETO Skripta


2.4 TRANSFORMATORI Transformator je statički električni uređaj u kojem se električna energija iz jednog ili više izmjeničnih krugova koji napajaju primarne namote transformatora prenosi u jedan ili više izmjeničnih krugova napajanih iz sekundarnih namota transformatora s izmijenjenim iznosima jakosti struje i napona, te nepromijenjenom frekvencijom.

Slika 11: Prikaz transformatora Djelovi transformatora svode se na dva seta namotaja ( visenaponski i nizenaponski ) koji se nazivjau primar i sekundar te željezne jezgre. Željezna jezgra ne sastoji se od jednoga komada željeza nego se najčešće radi od više pločica a sama namjena joj se svodi na vođenje magnetskog toga. Priključenjem primarnog svitka na električnu mrežu njime će proteći struja I koja unutar željezne magnetske jezgre stvara promjenjivi magnetski tok Φ. Sinusna promjena toka u sekundarnom namotaju inducira napon E2 , koji ukoliko transformator nije u praznom hodu , uzrokuje struju I2. Kod idealnog transformatora omjer napon sekundara i primara jednak je omjeru broja namotaja sekundara i primara. Ovo nikada nije točno zbog samih gubitaka u bakru i željezu.

U1 : U2 = N1 : N2 Trofazni transformatori mogu se prikazati kao tri jednofazna transformatora kojima je željezna jezgra zajednička.


40

ETO Skripta


Slika 12: Brodski transformator Trofazni transformatori mogu se spajati u tri načina a to su: Spoj u zvijezdu (Y) u kojemu su tri kraja faznih namota međusobno spojeni u nulu. Kod ovoga spoje struja u vodu jednaka je faznoj struji a međufazni napon je jednak vektorskoj razlici dvaju faznih napona. Spoj u trokut (D) Kod ovoga spoja sva tri namota su vezani u serijski spoj. Linijski napon je jednak faznom a linijska struja jednaka je vektorskoj razlici struja dviju faza. Spoj lomljene zvijezde ili cik cak spoja.

Slika 13: Trokut (primar) trokut (sekundar) Spoj transformatora | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

41

ETO Skripta


Ovisno o tome ima li ili ne transformator na sekundaru spojeno trošilo ili ne transformator radi u praznom hodu ili u uvjerima opterećenja. Kod praznog hoda transformatora kroz sekundarni namot ne teče struja. Kad se strujni krug zatvori napon na primaru U1 tjera induktivnu struju I1 koja zaostaje za naponom U1 za 90°. Ta struja se naziva struju magnetiziranja i stvara promjenivi magnetski tok ( u fazi sa strujom magnetiziranja) koji sekundarnom namotaju N2 inducira napon U2. Naponi U1 i U2 su međusobno u fazi.

2.4.1 Mjerni transformatori U automatskim sustavima distribucije električne energije veoma je važno dobiti istinitu informaciju o električnim veličinama u analognom obliku. Ove informacije kasnije se najčešće koriste za obradu podataka i davanje naredbi za izvršavanje potrebnih radnji kao i za informacije o stanju sustava distribucije ili samoga trošila. Mjerni transformatori su električni uređaji koji mjerne napone i struje transformiraju u prikladne veličine za napajanje mjernih instrumenata , elektroničkih komponenti i regulacijskih uređaja. Naponski transformatori transformiraju mjerne napona u stalnom omjeru u vrijednosti koje su prikladne za napajanje mjernih instrumenata. Da bi očitanja bila što točnija važno je da je i manje opterećenja transformatora , tj da se transformator približi stanju praznog hoda. Kod ovih transformatora koriste se dva odvojena sekundara namota i navodi se opseg snaga za svaki namot te opterećenje jednog namota utječe na pogrešku drugog jer je pad napona zajedničkog primarnog namota razmjeran brodju opterećenja sekundarnih namota. Za mjerenje visokih mrežnih napona koriste se kapacitivni naponski transformatori. Najčešće se sastoje od dva kondenzatora od spojenih u seriju od kojih je jedan mnogo većeg kapaciteta te samim time ima i veći pad napona. Na njega je preko prigušnice i pomoćnog transformatora spojeno trošilo impendacije Y.

Slika 14: Izvedbe strujni transformatora Strujni transformatori se koriste kod mjerenja struja velikih vrijednosti koje inače ne bi bilo prikladno mjeriti direktnim spajanjem ampermetra. Odnos primarne i sekundarne struje | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

42

ETO Skripta


obrnut je omjeru primarnih i sekundarnih namotaja. Nominalna vrijednost sekundarne struje standardnom je određena na 5A ( kod transformatora za mjerenje ) te 5A ili 1A za transformatore relejne zaštite.

2.4.3 Autotransformator

Slika 15: Prikaz autotransformatora Autotransformator je transformator sa samo jednim namotom. U ovome transformatoru djelovi primara ponašaju se kao o primarna i kao sekundarna strana transformatora. Namotaj ima najmanje tri terminala. Glavne prednosti autotransformatora sastoje se od toga što su u često jeftiniji , manji i lakši od običnih transformatora sa dva seta namotaja. Isto tako imaju manje gubitke , manju struju uzbude te veći kVA rejting. Negativna strana ovih transformatora očitava se u tome što se ne mogu koristiti u svrhu izolacije strujnih krugova. Kako autotransformator ima samo tri spojinice napon ''sekundara'' tj. napon promjenjen u odnosu na napon izvora uzima se sa trećeg i zajedničkog terminala. Na ovaj način primarni i sekundarni krug imaju zajednički određeni broj namotaja N. Kod ovih transformatora većina struje teče direktno sa ulaza na izlaz te se samo dio struje prenosi indukcijom što omogućuje i korištenje manje i jeftinije jezgre.

2.4.3 Izolacijski transformatori Izolacijski transformatori se koriste za odvajanje električnih krugova u velikim sustavima distribucije. Kod većih brodova , gdje ujedno dolazi i većih gubitaka u vodičima, koriste se transformatori maloga povećanja napona ( 440V / 450V ) kako bi se sekundarna strana ujedno i izolirala te se gubici nadoknadili. Zaštitini izolacijski transformatori koriste se u distribucijskim krugovima kako bi se spriječili opasni naponi dodira u slučaju kvara opreme ili | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

43

ETO Skripta


pogreške operatora. Ovi transformatori obično, zbog visokih standardskih normi, imaju pojačane izolacije između namotaja.

2.5 Grijanje i hlađenje električnih strojeva Zagrijavanje električnih strojeva , osim što predstavlja gubitke energije , uzrokuje i oštećenja električnih strojeva. Najveće količine topline razvijaju se u vodičima namota te se iz njih prenose na samu izolaciju. Budući da su izolacijski materijali otporni na zagrijavanje samo do određe temperature raznim metodama hlađenja temperatura namota održava se ispod maksimalne granice. Maksimalna granica temperature ovisi o vrsti i kvaliteti izolacijskog materijala. Ovisno o srednjoj graničnoj temperaturi izolacijski materijali se klasificiraju prema tablici: Klasa A B C E F

KLASE IZOLACIJSKIH MATERIJALA Granična temperatura Materijal 105°C Pamuk , papir,uljni lakovi 130°C Staklena vlakna,Azbest >180°C Staklo , Porculan 120°C Sinteticki lakovi , bakelit 155°C Staklena vlakna,sinteticki lakovi

Ostali propisi odnose se na maksimalnu temperaturu zraka koja u brodskim uvjetima a posebno u brodskoj strojarnici može doseći veoma visoke vrijednosti što samo doprinosti potrebi kvalitetnog hlađenja električnog stroja. Najčešća metoda hlađenja električnih motora je hlađenje zrakom. Na osovinu električnog motora ugrađuje se ventilator koji gura zrak kroz rebra motora i na taj način hladi motor. Kod velikih strojeva struja zraka se može hladiti i vodom pomoću ugrađenih hladnja i takva se ubacivati u sami stroj. Jedna od metoda hlađenja električnih strojeva je i dirketno hlađenje vodom ( destilirana ili omeksana voda tjera se kroz cjevovode i hladnjake ). Kod električnih motora koji se okreću malim brzinama ventilator na njihovoj osovini nije dovoljan za potpuno hlađenje motora te se ugrađuju posebni motori sa ventilatorima kako bi se osiguralno efikasno hlađenje.


44

ETO Skripta


3.0 ELEKTROMOTORNI POGONI Za pogonjenje radnog mehanizma potrebno je posebno pažljivo izabrati prikladan elektromotor. Uz ,brodskom mrežom određene napon i frekvenciju, posebnu pažnju treba voditi o karakteristikama radnog mehanizma. Elektromotorni pogon je skup elektromotora i radnog mehnizma kojeg elektromotor pokreće. Područje rada elektromagnetnog pogona su motorni rad u desno / lijevo te generatorski rad u desno / lijevo. Regulacija brzine elektromotornih pogona u većini slučajeva nije potrebna. Ipak , kod neke opreme ( porivnici , vitla.. ) moguće je da je elektromotorni pogon višebrzinski. Najčešći oblik promjene brzine je putem preklapanja polova asinkronih motora. Kod elektromotornih pogona kod kojih je potrebna fina regulacija brzine koriste se pretvarači frekvencije. Momentne karakteristike radnog mehanizma su: Centrifugalna ( kod malih brzina potreban je vrlo mali moment što znači da je zalet mnogo brži ). Centrifugalne pumpe i ventilatori. Potencijala ( moment je konstantan neovisno o brzini vrtnje ). Brodske dizalice, pritezna vitla,stapne pumpe... 3.0.1 Vrste opterećenja: Vrste opterećenja odnosi se na učestalost i izmjenjivanje područja rada elektromotornog pogona tijekom njegovog operacijskog ciklusa. Kako većina elektromotornih pogona radi u nepovoljnom podrčuju broja okretaja te su izloženi strujama većim od nazivnih vrijednosti i i jakom zagrijavanju potrebno je odabrati prikladan elektromotor za pokrećanje mehaničkog uređaja. Vrste opterećenja su standardiziranje prema IEC-u. S1

Trajni pogon. Dok se motor ne ohladi ne smije se ponovno uputiti.

S2

Kratkotrajni pogon. Elektromotor smije raditi sam određeno vrijeme inače sljedi pregirjavanje. Elektromotor se nakon isključenja ne smija koristiti dok se ne ohladi.

S3 S4

Isprekidani pogon. Kratkotrajni pogon koji se uključuju prije potpunog hlađenja motora Isprekidani pogon sa teškim zaletom. Elektromotori predviđeni za ovo opterećenje moraju biti u stanje izdržati termička opterećenja usljed učestalih zaleta.

S5

Isprekidani pogon u kojemu je uključeno i kočenje.

S6

Trajni pogon u kojemu se elektromotoru u konstantnoj brzini vrijeme opteretnosti | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

45

ETO Skripta


i vrijeme bez tereta konstantno izmjenjuju. S7

Trajni pogon sa neprestanim zaletima i kočenjima , bez stajanja.

S8

Uključuje sve što i S7 uz promjene brzine vrtnje.

3.0.2 Električne zaštite elektromotora U elektrine zaštite elektromotora spadaju: - osigurači ( zaštita od kratkog spoja ). - podnaponski releji ( za motore napajane preko prekidača ). Podnaposnaka zaštita kod motra pokretanim preko sklopnika radi na način da opruga, u slučaju pada napona, savlada elektromagnetnu silu svitka i isključi sklopnik. - zaštita od preopetrećenja ( bimetalna zaštita ). Ovisno o izvedbi bimetalne zaštite motor se ne može pokrenuti dok se motor ne ohladi ili dok se motor ne ohladi i ne pritisne se tipka ''reset''. U oba slučaja nije dozvoljeno automatsko upućivanje motora kad se bimetal ohladi. Naziva se još i prekostruja zaštita. - termička zaštita ( putem termo sensora PT100). PT100 se ugrađuje na najtoplije mjesto statora . - zaštita od rada bez jedne faze. Ugrađuje se samo kod motora kod kojih postoji mogućnost da će nastaviti s radom u slučaju prekida jedne faze ( zbog malog opetrećenja ). Gubitkom jedne faze povećaje se klizanje , tj povećanje struje na dvije preostale faze što za posljedicu ima aktiviranje prekostruje zaštite.


46

ETO Skripta


3.1 Brodski kormilarski uređaji Podjela kormilarskih uređaja vrši se na: - elektro-hidraulične kormilarske uređaje - hidraulične kormilarske uređaje Upravljanje brodom putem elektrohidrauličnog kormilarskog uređaja vrši se putem promjene smjera vrtnje elektromotora koji preko pužnog prijenosa pogoni kormilo. Ovi sustavi se koriste većinom na manjim brodovima te na brodovima koji imaju 2 kormilarska uređaja. Dosta su slabije snage od hidrauličnih uređaja ali imaju brži odaziv te brži stupanj zakreta kormila što ih čini prikladnim za brodove koji operiraju u sistemu Dinamičkog poziciniranja. Elektromotori se napajaju preko pretvarača frekvencije te jedan od njih kao izvor napajanja mora imati Ploču za slučaj nužnosti ( Emergency switch board ). Elektro-hidraulični kormilarski uređji koriste elektromotor u trajnom režimu rada kao pogonsko sredstvo hidraulične pumpe. Upravljanje otklonom kormila vrši se upravljanjem ventilima koji pune hidrauličke cilindre. Električno daljinsko upravljanje može biti izvedeno i kao vremensko upravljanje kojemu za upravljanje služe dva pritisna tastera ili jedno malo upravljačko kolo, odnosno poluga preko koje se izravno ili posredno pokreće kormilarski stroj. Postignuti otklon kormila ovisi o tome koliko je dugo uključen upravljački uređaj. Takvo upravljanje je jednostavno, ali se nikada ne primjenjuje samo, već kao dodatak drugoj vrsti upravljanja. Zaštita je izvedena na način da motor isključe samo u slučaju kratkog spoja. Elektrohidraulični kormilarski uređaj ima dva elektromotora za pogon pumpi od kojih je jedan spojen sa ploče za nužnost. U slučaju prestanka rada jednog motora sustav automatski prebacuje rad na drugi motor te u slučaju da je i drugi motor prestao sa radom kormilo ostaje blokirano u zadnjem položaju.


47

ETO Skripta


3.2 Elektromotorni pogoni bočnih porivnika Zavisno o veličini i tipu broda brod može imati od jedan ( Klasični trgovački brodovi ) do pet ili vise bočnih porivnika ( eng. Side thrusters ) na brodovima koji su namjenjeni operaciji pod sustavom dinamičkog pozicioniranja ( DP brodovi ). Bočni porivnici djele se na 2 glavne skupine: - tunelski ( smješteni su u posebno dizajniramom tunelu , koji se mora nalaziti ispod vodene linije broda , na pramcu ili na krmi broda ) [ Eng. Bow i Stern thrusters ] - azimutalni ( smješteni su pod oplatom broda te se za raziliku od tunelskih thrustera mogu zakretati za 360 stupnjeva. - mlazni porivnici 3.2.1 Tunelski porivnici Tunelski porivnici sluze iskljucivo za poboljsanje manevarskih karakteristika broda. Smjesteni u pramcu ili u krmi broda omogucavaju posadi koja upravlja brodom lakse uplovljavanje u luke te smanjuju sami trosak uplova u luku nekoristenjem dodatnih plovila u manovri ( luckih remorkera ). Iako i dalje određeni broj brodova koristi dizelske porivnike većina porivnika je pogonjena električnim motorom.Ovi motori u većini slučajeva su neprekretni. Moglo bi se reći da je napon napajanja elektromotora porivnika proporcionalan samoj veličini broda ( veći brod zahtjeva i veću snagu porivnika ). Za manje brodove napon napajanja porivnika je 440 Volti dok na većim i specijaliziranim brodovima taj napon prelazi daleko u domenu Visokih napona. Električni motor nam u ovome slučaju služi kao ''prime mover'' ili pokretač osovine na kojoj se nalazi vijak.

Slika 16: Tunelski porivnik Glavni , električni motor , se ne isključuje za vrijeme cijeloga trajanja operacije te se u slučaju da bočna propulzija nije potrebna lopatice propelera stavljaju pod kut od 0 stupnjeva ( nemaju zahvat vode ). | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

48

ETO Skripta


Električni motori koji se koriste kod tunelskih porivnika najčešće se montiraju u vertikalnom položaju. Iako je većina elektromotora jednobrzinski asinkroni kavezni motor kod nekih izvedbi moguće je naići i na višebrzinske aisnkrone kavezne motore. Ovi motori startaju u najnižoj brzini. Isto tako postoje izvedbe i sa pretvaračem frekvencije koje odlikuje izrazito meki start bez udarca struje. Kako je riječ o velikim brodskim trošilima prilikom startanja porivnika dolazi do promjena u brodskoj mreži ( posebno se to očitava u padu napona i frekvencije ). Kod osjetljivijih brodova , primjerice brodova namjenjenih seizmološkim ispitivanjima, bočni porivnici su spojeni na posebne sabirne ploče ( odvojene od glavne i ploče za nužnost ) napajani zasebnim generatorima. Na ovaj način promjene u mreži nastale korištenjem porivnika ne utječu na ostale brodske sustave. Na brodovima većih dimenzija kojima se pramčani porivnici napajaju sa glavne sabirnice koriste se visoko naponski električni motori napajanji preko transformatora. Razlog ove konfiguracije je najviše smanjenje same struje koja se treba dovesti iz strojarnice do samog porivnika. Na većini manjih brodova ipak se koristi klasična ''Zvijezda - Trokut konfiguracija upućivanja motora'' uz napon napajanja od 440 Volti.

3.2.2 Azimutalni porivnici Azimutalni se porivnici , samom svojom primjenom , ne mogu nazivati bočnim porivnicima iz razloga sto mogu služiti za propulziju broda u bilo kojem smjeru. Karakteristika ovih porivnika je da se mogu okretati 360 stupnjeva oko svoje osi što ih čini izuzetno korisnim djelom opreme za manervriranje brodom. Bitne karakteristike brodova opremljenih azimutalnim porivnicima su , među ostalim , puno bolje manevarske karakteristike u odnosu na brodove opremljene prekretnim dizel motorima. Brodovi opremljeni azimutalnim porivnicima na trebaju pomoć lučkih remorkera pri uplovljavanju u luku , što za radni vijek prosječnog broda donosi enormne financijske uštede. Azimutalne porivnike možemo podjeliti u dvije glavne skupine: - Mehanički prijenos - Električni prijenos ( Azipodi ) Iako su oba tipa porivnika pogonjena od strane električnih motora razlika je u tome što se kod Azipoda električni motor smješta u samo kućište porivnika ( pod oplatom broda ) dok se kod mehaničkog porivnika električni motor nalazi u strojarnici broda i povezan je zupčanom vezom sa samim servo motorom porivnika. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

49

ETO Skripta


Više riječi o Azipodima možete pronaći u poglavlju o Dizel – Električnoj propulziji dok ćemo ovdje objasniti radni princip mehanički pokretanih azimutalnih porivnika. Porivnici sa mehaničkim prijenosom , za razliku od Azipoda , u većini slučajeva se koriste za glavnu propulziju offshore brodova i naftnih platformi. Posebno su korisni na brodovima koji rade u DP sustavima. Primjena ovih porivnika očitava se u većini slučajeva kod pomoćnih brodova namjenjenih offshore operacijama kao i kod brodova za prijevoz teških tereta. Bitna karakteristika porivnika sa mehaničkim prijenosom je u tome da se mogu uvući u slučajevima ( swing up thrusters ) kada nisu u upotrebi samim time držeći kobilicu broda najutopljenijom točkom broda. Ovisno o raspodjeli osovina unutar samoga porivnika mozemo ih podjeliti na L tip i Z tip. L tip se sastoji od vertikalne osovine ( na koju je spojena osovina električnog motora ) i osovine samoga servo motora ( međusobno spojene zupčanicima ). Kod Z tipa , glavna osovina spojena je na drugu vertikalnu osovinu preko koje je spojena horizontalana osovina servo motora. I u ovome slučaju koristi se prijenos preko zupčanika.

L tip ( lijevo ) i Z tip ( desno ) azimutalnog porivnika Zbog operacijskog principa i same cinjenice da se azimutalni porivnici mogu uvlačiti te okrećati oko vlastite osi koriste puno više hidrauličnih sistema od klasičnih tunelskih porivnika. Najvažniji hidraulični moduli azimutalnih porivnika su: - Kontrola zakreta lopatica propelera - Upravljanje zakretom ( porivnika ) kombinirano sa kontrolom spuštanja / podizanja - Kontrola parkiranja ( uvučeni porivnik u plovidbi ). Većina funkcija kao što su podizanje / spuštanje / parkiranje i kontrola propelera su hidraulički izvršavane preko električnih ventila. Da bi se električni ventili zaštitili od kontaminacije koriste se razni filteri. Sve hidraulične pumpe su pokretane električnim motorima. Hladnjak ulja sa termostatičkim ventilom instaliran je na povratnoj liniji. Na ovim porvnicima mogu se , u slučaju nužde , koristiti i posebno dizajnirane ručne pumpe. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

50

ETO Skripta


Djelovi unutarnjeg sistema azimutalnog porivnika:

1. Duplex tlačni filteri 2.Upravljanje zakretom i podizanjem 3.Električni motor 4.Hladnjak ulja 5.Kontrola zakreta lopaticama 6.Ručna pumpa 7.Hidraulične pumpe 8.Elektromagnetni ventili Ovisno i namjeni azimutalni porivnici mogu biti opremljeni fiksnim propelerima ili propelerima sa zakretnim krilcima ( Controlled pitch propelers ) s time da se porivnici sa zakretnim krilcima koriste na većim brodovima kao i na platformama za bušenje i obradu nafte. 3.2.2.1 Kontrola i automatika Azimutalnih porivnika Većina Azimutalnih porivnika na manjima brodovima rađena je za napon napajanja od 440V ili 690V. Pri upućivanju porivnika koristi se DOL metoda Zvijezde – Trokut. Ukoliko azimutalni porivnik nije opremljen kontrolom lopatica vijka , zbog velikog otpora vode i startne struje , potrebno je instalirati neki od oblika mekanog upućivanja. Napajaju se s glavnih brodskih generatora preko glavnih sabirnica iako u nekim slučajevima mogu imati i svoje izvore napajanja i zasebne sabirnice. Razne povratne veze salju signale u centralnu jedinicu ( | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

51

ETO Skripta


stupanj okrenutosti porivnika , povratnu temperaturu ulja , poziciju u kojoj se nalaze lopatice propelera ). Tlačne sklopke daju alarm u slučaju da je tlak ulja za kontrolu lopatica nizak , u slučaju niskog tlaka za podizanje porivnika , u slučaju niskog tlaka zraka te u slučaju da su začepljeni jedan od filtera ( ili ulja za kontrolu lopatica vijka ili ulja za kontrolu zakreta porivnika ). Gravitacijski tank i ''saft seal'' tank su opremljeni senzorima za level tekućine. Elektrmotori , koji kod Azimutalnih porivnika mogu biti hlađeni vodom , imaju ugrađene senzore za curenje vode hlađenja . Vertikalni motori obično imaju ugrađen jedan senzor dok horizontalni imaju ugrađena dva senzora. Blok dijagram ispod prikazije klasičan dizajn Azimutalnih porivnika te veze među njegovim djelovima. Azimutalni porivnici se na nekim brodovima koriste i kao pomoćna propulzija ( u slučaju da je glavni proupulzijski stroj van funkcije ). U tome slučaju smješteni su na pramcu broda u posebnoj strojarnici koja se aktivira u slučaju nestanka električne energije u glavnoj strojarnici ( tzv blackout-a ).

Slika 17: Auzimutalni porivnik u spuštenom ( radnom ) položaj. Rolls Royce Porivnici koji propulziju ne reguliraju zakretom lopatica reguliraju je putem promjene broja okretaja. Standarndna snaga azimutalnih porivnika je od 700 do 3000 KW. U novije vrijeme pojavljuju se i jači modeli , tipa Rolls Royce UUC serija sa izlaznom snagom do 6000 KW. Kod većih azimutalnih porivnika koriste se pretvarači frekvencija umjesto CPP-a te su posebno korisni pri uštedi energije ( nema praznog hoda motora ).


52

ETO Skripta


3.3 Brodska vitla Podjela brodskih vitala vrši se na: - hidraulična vitla - električna vitla - parna i pneumatske vitla Kod hidrauličnih vitala elektromotor služi kao pogonski stroj hidrauličnoj pumpi. Kontrola hidrauličnih vitala može biti izvedena mehanički ( mehaničkim djelovanjem na ventile ) ili električno ( otvaranjem elektromagnetnih ventila ). Kod električnih priteznih vitala koriste se dvokavezni višebrzinski motori sa 4,6,8 ili 16 pari polova koji preko zupčanika prenose energiju na sama vitla. Kontrola je izvedena potpuno električni te može biti lokalna (pored vitla) ili sa podignutih platformi radi lakšeg pregleda tijekom vezivanja broda. Električna pritezna vitla moraju imati veoma jake magnentne kočnice čije je održavanje i provjera jedan od glavnih poslova na ovome tipu vitla. RoRo , Kontejnerski i slični brodovi imaju i sistem autozatezanja brodskih konopa putem vitla što znači da se vitla upućuju potpuno automatski ovisno o sili zateza samom brodskom konopu. Vitla na AHTS brodovima su samo srce broda te zbog toga moraju biti izvedena na puno robusniji i pouzdaniji način od klasičnih brodskih vitala. Normalno opterećenje vučne sajle za vrijeme vuče platforme za ekslopataciju nafte pri brzini od 2 čvora je oko 80 tona. Većina današnjih AHTS brodova imaju vitla kapaciteta 200 i više tona bollard pulla. Sama vitla kontroliraju se sa krmenog mosta. U većini slučajeva su pokretana kompleksnim sistemom hidrauličnih pumpi u kojima servo pumpe otvaranjem elektromagnetnih ventila daju fluid za otvaranje ventila fluida glavnih pumpi. Pumpe se pokreću velikim elektromotorima koji se najčešće upućuju metodom mekoga starta ( soft starteri ). Važan je konstantan monitoring temperatura ulja za što su zaduženi PT100 senzori instalirani u svim cijevima kroz koje prolazi ulje za pokretanje vitla. Na starijim brodovima vitla se pokreću i dizel agregatima te motorima istosmjerne struje (preko tiristorskih ispravljača). Isto tako na brodovima koji proizvode velike količine pare vitla mogu biti pokrećana i parom.


53

ETO Skripta


3.4 Brodski kompresori, pumpe i puhala Kod brodskih pumpi najčeće se koriste jednobrzinski asikroni kavezni motori za vertikalnu montažu iznad pumpe. Elektromotori za veće pumpe najčešće se upućuju metodom zvijezda-trokut dok se manje pumpe upućuju ''direct on line'' metodom koristeći sklopnike. Važnije brodske pumpe kao što su pumpe ulja za podmazivanje moraju imati i funkciju automatskog startanja druge pumpe ukoliko dođe do izbacivanja prve pumpe ili pada tlaka ulja u sistemu. Elektromotori klipnih kompresora uglavnom startaju rasterećeni. Najraširenija metoda upućivanja je zvijezda trokut. Elektromotori se automatski upućuju ili isključuju ukoliko je tlak zraka dosegao razinu za upućivanje kompresora odnosno za isključenje istog. Brodska puhala (aux.blowers) su veliki potrošači ali kako se većinom koriste za vrijeme manovre osigurano je dovoljno električne energije za njihov rad. Startaju se metodom zvijezda trokut. Velika većina elektromotora pumpi sa većim opterećenjem na novijim brodovima upućuje se metodom ''soft start'' ili mekoga starta.Uređaji za meki star omogućuju upućivanje asinkronih motora sa znatno nižom strujom upućivanja te značajno smanjenim mehaničkim opterećenjem. Povećanje snage i momenta rezultat je kontinuiranog opterećenja, bez skokova. Korištenje soft startera ima sljedeće pozitivne učinke: - smanjiti mehanička opterećenja na pogonskim elementima (zubčanici, lanci, spojnice...) - smanjeni hidraulični udari u cijevima, - smanjena opterečenja električne mreže, - smanjiti proklizavanje pogonskog remena Soft starter kontinuirano digne napon na motoru kada ga pokrene iz početnog do nazivnog napona i motor zaustavlja pad. Početni napon, vrijeme početka i zaustavljanja vremena su podesivi parametri.


54

ETO Skripta


3.5 Brodski ventilatori Ovisno o namjeni brodski ventilatori se mogu podjeliti u sljedeće skupine: - Ventilatori strojarnice - Ventilatori teretnog prostora - Ventilatori nadgrađa - Protueksplozivni ventilatori Konstrukcija ventilatora vrlo je slična konstrukciji centrifugalnih i propelerskih pumpi - imaju pokretni rotor sa lopaticama. Prema principu rada (smeru nastrujavanja zraka na lopatice ventilatora), ventilatori se djele na centrifugalne (radijalne) i propelerske (aksijalne). Centrifugalni ventilatori imaju rotor smješten u spiralno kućište, a propelerski u cjevi određenog oblika.

Slika 18: Brodski ventilator Kod nekih izvedbi, kapacitet aksijalnog ventilatora može se regulirati zakretom krila rotora. Krila aksijalnih ventilatora izrađuju se od zaobljenog lima i imaju aerodinamički profil. Ovaj tip ventilatora može imati od 2 do 12 krila, uglavnom se za veće kapacitete ventilatora projektira veći broj krila. Aksijalni ventilator izvodi se i kao stolni i plafonski ventilator za prostorije. Metode upućivanja većih brodskih ventilatora su većinom zvijezda trokut ( zbog malog početnog momenta ). Na novijim brodovima postoji mogućnost regulacije brzine okretaja ventilatora ( posebno ventilatora strojarnice ) putem pretvarača frekvencije. Uglavnom se koriste jednobrzinski asinkroni kavezni motori.


55

ETO Skripta


3.6 Brodske dizalice Najčešći tipovi dizalica koje susrećemo na brodu su teretne dizalice ( za iskrcaj i prekrcaj tereta ) , pomoćne dizalice i mostne dizalice u strojarnicama. Teretne dizalice mogu biti postavljene po uzdužnoj osi broda ili na bokovima , pojedinačno ili u parovima a najčešće opslužuju po dva skladišta između kojih su postavljena. Dizalice često pokreće električni ili elektro-hidraulični motor. Ako je dizalica na hidraulični pogon, u tijelu dizalice mogu se nalaziti tankovi za hidraulično ulje. Oni u sebi imaju grijače koji reguliraju gustoću ulja što je posebno bitno u situaciji kada se dizalica nalazi u radnim predjelima gdje su niske temperature. Pored grijača, u tankovima se nalaze i senzori nivoa i temperature ulja. Sistemom cjevovoda to ulje ide do hidraulične pumpe koju pokreće elektromotor ili neki drugi agregat ( dizel motor). Kod nekih dizalica, pumpni sistem pokreće električni motor preko sistema zupčanika sa kojima je pumpa direktno povezana. Za svaki mehanizam dizalice, za dizanje, okretanje i za promjenu dohvata strijele instalirane su zasebna hidraulična pumpe. Svaka pumpa, sistemom cjevovoda, pumpa pod velikim pritiskom ulje do hidrauličnih motora postavljenih na vinč za dizanje, na vinč za promjenu dohvata strijele i na mehanizam za okretanje. Hidraulična pumpa stvara veliki pritisak ulja koji ide na hidraulične klipove i hidromotore. Hidromotori služe za okretanje jedne od dizalica na bazi, okretanje kompletne baze (obije dizalice ko twin dizalice) i okretanje vinča, a hidraulični klipovi služe za podizanje i spuštanje strijele. Dizalice koje su na električni pogon umjesto hidromotora imaju elektromotore. Kako su brodske dizalice ujedno jedni od najkompleksnijih brodskih sistema koji zahtjevaju stručno održavanje i servis nemoguće je objasniti sve sustave dizalica u ovoj skripti. Elektromotori korišteni u teretnim brodskim dizalicama često su velike snage te je njihovo upućivanje uzrokuje poremećaje u brodskoj mreži. Iz toga razloga na modernim brodovima prije upućivanja elektromotora brodskih dizalica potrebno je izvršiti zahtjev za dozvolu od Sustava upravljanja elektroenergetskim sustavom (PMS). Sustav upravljanja će provjeriti raspoloživu snagu , po potrebi uputiti dodatni generator, te dopustati upućivanje elektromotora brodske dizalice. Najčešće se koristi klasično zvijezda trokut upućivanje. Uz same dizalice za prekrcaj tereta koriste se grabilice ( za pretovar rasutog tereta ) ,kontejnerski spreaderi za prekrcaj kontejnera ,pasci, kuke, hvatače, kliješta. Mogu biti daljinski upravljani te elektromotorno pogonjeni.


56

ETO Skripta


3.7 Brodski liftovi Ovisno o tipu i namjeni broda brodovi mogu imat jedan ili više liftova. Najčešće su to liftovi za prijevoz osoblja ili liftovi za prijevoz tereta. RoRo brodovi mogu imati i po nekoliko liftova velike nosivosti koji služe za prijevoz tereta između paluba. Pod liftom se podrazumjeva naprava koja pomoću motorne snage vrši prijevoz ljudi i transport tereta, preko kabine odnosno platforme, koja je striktno određena putanjom preko vođice. Prema brzini vožnje dijele se: - Sporohodne dizalice (brzine: V=1,0 m/sec), - Brzohodne dizalice (brzine: V=2,0 m/sec) i - Expres liftovi (brzine: V=10 m/sec) 3.7.1 Liftovi na čelično uže ( Lifotvi na elektromotorni pogon ) Tip lifta koji je najčešće u upotrebi je lift na uže ili lift na čeličnu sajlu. Kod ovog tipa lifta kabina se pokreće gore-dolje pomoću čeličnih sajli. Udomaćeni naziv za ovakav tip lifta je lift na elektromotorni pogon. Užad su prikačena na kabinu lifta i omotana oko pogonskog kotura – užetnjače. Užetnjača poseduje veći broj žljebova po svom opsegu u kojima su smještena užad. Okretanje užetnjače dovodi do povlačenja užadi u jednu ili drugu stranu, odnosno do spuštanja ili podizanja kabine. Užetnjača je preko sistema reduktora mehanički povezana sa pogonskim električnim motorom. U današnje vrijeme, mogu se naći rešenja za pogon užetnjače bez reduktora. U ovom slučaju posebni tip motora direktno pokreće užetnjaču. Tipično su užetnjača, motor i upravljački sistem smešteni u tzv. Storajnicu lifta iznad voznog okna lifta.

Slika 19: Pogonski mehanizam brodskog lifta


57

ETO Skripta


Užad pomoću kojih se pomiče kabina također su vezana na kontrauteg koji visi sa druge strane užetnjače. Težina kontra utega odgovara 40% makimalne nosivosti kabine. Ovo znači da kada je kabina opterećena sa 40% maksimalne nosivosti, kontrauteg i kabina su savršeno izbalansirani. Namjena ovog balansiranja je da sačuva energiju. Naime sa jednakim opterećenjem na svakoj strani kotura, neophodan je samo mali dio snage da naruši balans na jednu ili drugu stranu. U suštini motor samo treba da savlada trenje. Ukoliko motor lifta nije pod napon tj.nema kretanja aktivira se elektomahnetna kočnica koja kabinu lifta drži u jednoj točci. Kabina lifta i kontrauteg klize po šinama vodilicama koje su smještene sa obe strane voznog okna lifta. Šine sprečavaju kolebanje lifta i kontrautga naprijed nazad i takodjer zajedno sa sigurnosnim sistemom blokira kabinu u vandrednoj situaciji. Što se primjene elektromotora tiče, skoro svi liftovi koriste jedan od dva tipa AC motora: motori sa reduktorom koji se koriste kod liftova čija brzina ne premašuje 2 m/s, dok se motori sa direktnim pogonom koriste za liftove gde je potrebna veća brzina čak i do 10 m/s. Sigurnosni sustavi na liftovima izvedeni su s visokom preciznošću u svrhu zaštite osoba korisnika lifta. Električni liftovi su, u mehaničkom smislu, opremljeni sa dva primarna sigurnosna mehanizma: 1) governor koji kontrolira brzinu kretanja lifta, odnosno kabine 2) sigurnosna kočnica koja se sastoji od mehanizma za uklještenje vođice kabine sa šinama Gledano sa električne strane lifotvi su opremljeni tzv safety circut ili sigurnosnim krugom. Važno je da su svi elementi sigurnosnog kruga spojeni serijski tako da se sigurnosni krug prekida u slučaju aktivacije bilo kojega od sigurnosnih elemenata. Neki od sigurnosnih elemenata su: Elektromehnička zaštita za blokadu vrata koja se primjenjuje u svrhu onemogućavanja otvaranja vanjskih vrata lifta ukoliko kavez lifta nije na palubi na kojoj se vrata pokušavaju otvoriti. Zaštita protiv pokretanja lifta u slučaju da vrata nisu kompletno zatvorena. Zaštita protiv pokretanja lifta u slučaju da je nagib broda veći od dopuštenog. Zaštita protiv izlazka kaveza iz dopuštenog radijusa kretnje. Maksimalno gore i maksimalno dolje limiteri. Električna zaštita u slučaju pucanja ili rastezanja sajle governora.


58

ETO Skripta


Zaštita u slučaju otvaranja vrata servisnog okna lifta. Zaštita u slučaju otvorenog izlaza za slučaj opasnosti.

Većina brodskih liftova ima mogućnost da se kontroliraju i manualno. Prebacivanje se vrši preko sklopke koja se nalazi na vrhu kabine te omogućavaju lokalno upravljanje liftom. Veoma je važno da se vrata lifta drže otvorena dok god se ne aktivira lokalno upravljanje kako ne bi došlo do pomaka lifta. Svi paneli za poziv lifta moraju biti jasno obilježeni i znakovi upozorenja protiv uporabe moraju biti jasno istaknuti.

Slika 20: Panel sa zastitom protiv voznje pod kutem ( usljed naginjanja broda) Tek kad je utvrđena ispravnost lokalnog upravljanja liftom može se započeti sa radovima održavanja. Algoritam rada lifta, je jednostavan algoritam koji se odnosi na sustave sa jednim liftom pomoću koga se donosi odluka o kretanju lifta, i obično se sastoji iz sljedećih koraka: - Nastavi gibanje u istom smjeru dok postoji zahtjev u tom smjeru - Ako nema daljih zahtjeva u istom smjeru zaustavi se i ostani pasivan ili promjeni smer kretanja ako postoji zahjtev u suprotnom smeru. Ovakav tradicionalni kontroler lifta implementira pravila poziva koja koriste IF-ELSE logički komandni sklop, što je prihvatljivo za male sustave sa jednim liftom. Sva čelična užad koja se koriste na liftovima moraju biti redovno kontrolirana, jesu li podjednako zategnuta, ima li na njima dovoljno maziva. Naime radni vijek isušene užadi se može smanjiti i do 50%. Malo uloženog vremena i novaca za održavanje namazane užadi može osjetno produžiti njihov radni vijek. Za liftove u voznom oknu se većinom koriste užadi | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

59

ETO Skripta


sa jezgrom od prirodnih ili umjetnih vlakanaa. Jezgra takve užadi preuzima funkciju rezervoara za zadržavanje maziva i namazano je već u procesu proizvodnje užeta ali količina maziva najčešće nije dovoljna za cijeli radnije vijek užeta te se preporuča njihova redovna kontrola i podmazivanje

3.7.2 Hidraulični liftovi Hidraulični liftovi se najčešće koriste na RoRo brodovi kao lifovi namjenjeni transportu tereta između paluba. Sistem lifta na hidraulični pogon podiže kabinu koja je smještena na nosač. Nosač je u vezi sa hidrauličnim klipom koji je ugrađen u cilindar. Cilindar se nalazi u hidrauličnom krugu pumpe koja kao nekompresabilni fluid koristi ulje. Hidraulični sistem se sastoji iz tri djela: • Rezervoar za ulje • Elektromotorna pumpa. • Ventili Aktiviranjem pumpe stvara se dovoljan pritisak koji osigurava ubacivanje ulja iz rezervoara u glavnu cijev cilindra. Kada je ventil otvoren ulje će pod tlakom krenuti putem manjeg otpora i vratiti se u rezervoar za ulje. Kada je ventil zatvoren, ulju pod tlakom ostaje samo put u cilindar. Kako se količina ulja u cilindru povećava ona gura pokretni klip naviše i na taj način se kabina lifta podiže. Kada kabina pristigne na biranu palubu upravljački sistem šalje signal elektromotoru da postepeno isključi pumpu. Sa isključenim stanjem pumpe nema više priticanja ulja u cilindar, a ulje koji je već u cilindru ne može se vratiti nazad kroz pumpu niti kroz ventil koji je zatvoren. Dakle pokretni klip ostaje u tom položaju osiguravajući da je kabina na odgovarajućoj palubi. Da bi spustio kabinu, upravljački sistem treba poslati ventilu signal otvaranja. Ventil je elektromagnetnog tipa. Kada je ventil otvoren, fluid koji se nalazi u cilindru može isteći u rezervoar. Sama težina lifta i, eventualno, prisutnog tereta gura pokretni klip naniže, a samim tim i osigurava dovoljan tlak da se ulje istisne u rezervoar. Posljedica svega je lagano spuštanje kabine. Da bi zaustavio kabinu na neku od nižih paluba, upravljački sistem u odgovarajućem trenutku zatvara ventil. Glavna mana ovih liftova je maksimalana visina dizanja za koju se mogu koristiti.


60

ETO Skripta


3.8 Elektromagnetna kočnica U velikom broju brodskih primjena od elektromotornog pogona se zahtijeva brzo i izrazito brzo kočenje. Izuzetno praktično i u najvećem broju slučajeva primjenjeno rješenje za elektromotorne pogone takvih karakteristika, je korištenje trofaznih asinkronih kaveznih motora sa elektromagnetnom kočnicom. Namotaj elektromagnetne kočnice napaja se istosmjernom strujom. Istosmjerna struja se dobija, u najvećem broju slučajeva, pomoću ispravljača. Za vrijeme normalnog rada motora, namotaj elektromagnetne kočnice se napaja istosmjernom strujom i stvara magnetno polje koje privlači pritisnu ploču od feromagnetnog materijala (kotvu elektromagneta). Sile kojim magnetno polje privlači pritisnu ploču dovoljne su da savladaju sile opruga kočnice. Na taj se način oslobađa kočioni disk koji se za vrijeme rada motora neometano obrće zajedno sa rotorom motora. Pri namjernom ili slučajnom prekidu napajanja, namotaj elektromagneta prestaje stvarati magnetno polje i kočnica vrši snažan pritisak pritisnom pločom na disk kočnice čime se ostvaruje brzo i pouzdano zaustavljanje pogona. Kod brodskih elektromotornih pogodna elektromagnetsne kočnice se najčeće koriste kod zamašnjaka te priteznih brodskih vitala.

Slika 21: Elektromagnetna kočnica


61

ETO Skripta


4. BRODSKI ELEKTROENERGETSKI SUSTAVI Brodski elektroenergetki sustav , zbog samog područja svoje primjene, i ovisnosti broda o njegovoj stabilnosti mora biti iznimno pouzdan. Svaki brodski eleketroenergetski sustav može se promatrati kao jedinstvena cjelina sa svojim izvorima , prekidačima i raznoraznim trošilima. Izoliran je od svih drugih sustava te mora biti u mogućnosti podmiriti sve potrebe potrošnje električne energije na brodu. U trenucima kada se brodski uređaji izlažu velikim silama , primjerice u manervu broda , jako je važno da je elektroenergetski sustav pouzdan , raspoloživ za nagle promjene i žilav. Žilavost brodskog elektroenergetskog sustava je karaktersitika da se na istom mogu uspostaviti vitalne funkcije u slučaju havarije broda što se postiže korištenjem uređaja visoke pouzdanosti i otpornih na razne oblike stresa. Brodski elektroenergetski sustav mora biti dizajniran na način da mu se omogući brzi povratak u operabilno stanje. Mora biti jednostavan održavanje i popravak ali se to danas , zbog korištenje elektroničke opreme, sve više zanemaruje i sve više je slučajeva u kojemu opremu može popraviti samo ovašteni servis. Elektroenergetski sustav čine četriri podsustava: Proizvodnja , Rasklop , Raspodjela , Potrošnja 4.1 Izvori električne energije na brodu Električna energija na brodu dobija se preko brodskih uređaja ili preko priključka na kopnu. Tri su glavna izvora električne enerigije na brodu: - generatori - akumulatori ( izvor nužnosti ) - generator u nuždi ( emergency generator ). - napajanje s kopna ( shore connection ) Generatori: Generatori se koriste kao glavni izvor električne energije na brodu te se mogu podjeliti u sljedeće osnovne skupine: a ) Dizel generatori ( pomoćni motori ) b ) Osovinski generatori c ) Turbo generatori


62

ETO Skripta


4.1.1 Dizel generatori Dizel generatori su kombinacija dizelskog motora ( brzohodnog ili srednjehodnog ) i sinkronog generatora koji generiraju elektricnu energiju na brodu. Dizel generatori su ujedno i najzastupljenija vrsta generatora na brodu. U ovome slučaju , brzina okretanja dizelskog motora kao pogonskog stroja regulira se putem governora te ovisi o samom opterećenu generatora. Potrebna brzina okretanja određena je brojem pari polova generatora i potrebnom frekvencijom električne energije ( 60Hz ).

Slika 23: Specifična potrošnja goriva dizelskog stroja Za razliku od generatora korištenih na zemlji brodski generatori zahtjevaju specifičnu proceduru prilikom upućivanja i zaustavljanja. Iako ova procedura nije komplicirana i najmanja greška unutar potrebnih koraka može dovesti do neuspjelog upućivanja / zaustavljanja te u nekim slučajevima i do potpunog nestanka električne energije na brodu ( blackouta ). Dizel generatori se mogu upućivati automatskim i ručnim načinom. Prilikom automatskog upućivanja rad generatora se kontrolira PMS-om. Ova metoda je moguća samo ukoliko je dovoljno startnog zraka na raspolaganju te ukoliko su svi ventili zraka otvoreni. Ukoliko PMS ''odluči'' da je opterećenje na prvom generatoru preveliko automatski ce uputiti te sinkornizirati drugi generator. Neki PMS sistemi će istoga i isključiti ukoliko se u određenom vremenskom intervalu nije pojavila potreba za dodatnom električnom energijom. Naravno , da bi generator bio startan od strane PMS'a sklopka izbora mora biti na poziciji ''Auto''. Ručno upućivanje započinje pregledom svih ventila. Ukoliko su svi ventili otvoreni sklopka izbora se moze prebaciti u ''Local''. Nakon upućivanja generator se otprilike 5 minuta okreće bez ikakvog opterećenja te se nakon toga sklopka izbora prebacuje u ''Remote''. Sinkonizacija se vrši na sinkronizacijskoj ploči uzevši u obzir sve potrebne parametra te se


63

ETO Skripta


nakon sinkorinizacije opterećenje distribuira jednako po svim generatorima koji su u mreži jednako. [više u području ''Sinkonizacija generatora''].

Slika 24: Dizelski generatori Prednosti dizelskih generatotora su visoka iskorištivost , trenutna spremnost na rad i veoma lagana kontrola brzine pogonskog stroja. Nedostaci se svode na potrošnju dizela , zauzimanje prostora u strojarnici kao i puno skuplje održavanje od osovinskih generatora. Propisana pravila zahtjevaju da brodovi imaju najmanje 2 seta generatora od čega minimalno jedan mora biti dizelski generator. 4.1.2 Osovinski generatori ( Shaft generatori ) Osovinski generatori za razliku od dizelskih nemaju svoj vlastiti pogonski stroj nego se osovina glavnog motora koristi kao izvor mehaničke energije. Glavna odlika ovih generatora je ušteda u cijeni ( posebno tijekom dugih putovanja ili operacija broda ) u odnosu na dizelske generatore. Ušteda se posebno očitava u pogledu manje potrošnje goriva kao i u samom jednostavnijem i jeftinijem održavanju.

Slika 25: Osovinski ( shaft ) generator


64

ETO Skripta


Glavni nedostatak osovinskih generatora je održavanje konstantne frekvencije brodske mreže usljed raznih utjecaja na brodski vijak jer se promjenom brzine okretaja vijka direktno utječe i na brzinu osovinskog generatora pa samim time i na frekvenciju napona. U većini slučajeva ovaj se nedostatak eliminira korištenjem brodskog vijka s prekretnim krilima ( controlled pitch propeler ) na manjim brodovima dok se na većim brodovima koristi i varijator ( ukoliko brod ima nepomična krila vijka ). Hibridni sistem osovinskog generatora je najnoviji način eliminiranja problema promjene frekvencije brodske mreže. U ovome načinu generator se koristi kao motor koji uzima električnu energiju iz mreže te pokreće brodski vijak. U ovome slučaju ne koristi se glavni brodski motor (odkopčan na reduktoru) te se za propulziju broda koristi električna energija iz jednoga od dizelskih generatora.

Slika 26. Hibridni sistem osovinskog generatora (pomoćna propulzija ) Hibridni sustav još se naziva i sustav pomoćne propulzije. Osovinski generator koji čini dio pomoćne propulzije označava se kao PTO / PTI ( power take off - power take in ). Prema pravilima registra pomoćna propulzija mora osigurati plovidbu brzinom od 6 do 7 čvorova ili polovinom maksimalne brzine broda kada koristi glavni porivni stroj. Hibridnim sistemom mogu se postići samo male brzine broda te se koristi većinom na brodovima koji većinu vremena provode na jednom mjestu ili im u plovidbi brzina nije bitna.


65

ETO Skripta


4.1.3 Turbo generatori Turbo generatori su izvor tzc ''čiste'' električne energije na brodu jer ne koriste fosilna za generiranje električne energije. U ovome tipu generatora koristi se para iz brodskih kotlova koja preko turbine pokreće generator. Para pod visokim pritiskom pokreće turbinu, koja je povezana na rotor generatora ,pretvarajući tako termalnu energiju u mehaničku. Kontrola ovih generatora svodi se na kontrolu količinu pare koja se pušta u turbinu prilikom upućivanja , normalnog rada te isključivanja generatora. Turbogeneratori su brzohodni strojevi, izvedeni s cilindričnim rotorom. Pogone se parnim ili plinskim turbinama koje imaju veliku brzinu vrtnje. Izvode se isključivo s horizontalnom osovinom. Zbog velikih centrifugalnih sila, koje ovise o kvadratu brzine vrtnje, rotor ne smije biti velikog promjera dr To se vidi iz izraza za centrifugalnu silu dFc na djelić mase dmrtc na obodu rotora koja iznosi:

Velika brzina vrtnje, koju nameće turbina, uvjetuje malen broj polova i izvedbu s neistaknutim polovima (cilindrični rotor). Budući da generator mora imati barem dvapola, to za mrežu frekvencije 60 Hz iznosi maksimalna brzina 3600 o/min. Za parne turbine u Europi je najčešća brzina vrtnje upravo 3600o/min. Za najveće turbogeneratore (1,5 – 2 GVA) koristi se i brzina od 1500 o/min. Stoga se turbogeneratori redovito grade kao dvopolni ili četveropolni.


66

ETO Skripta


4.1.6 Određivanje minimalnog broja generatora Prema pravilim registra , broj dizel generatora mora biti dovoljan da u slučaju totalne havarije jednog od generatora , drugi generator može napajati sva trošila na brodu i omogućiti normalno funkcioniranje broda. Drugo pravilo kaže da svi pogonski strojevi generatora moraju raditi optimalnom opterećenju odnosno u blizini minimuma potrošnje goriva. Prilikom odabira pogonskih strojeva i generatora najčešće se , zbog rezervnih djelova i održavanja, biraju generatori i pogonski strojevi istog generatora za sve setove na brodu. Jedan generator u navigaciji bi trebao pokrivati cijelokupnu potrošnju broda (uključuje i osovinske generatore na brodovima koji ih imaju). Uobičajna rezerva snage dizel generatora je oko 10%. Ovisno o isntaliranom sustavu automatike sva veća trošila ( više od 10% nazivne snage generatora ) mogu imati i tipkalo ''zahtjev za start'' koje će automatski uključiti , sinkronizirati i povezati drugi generator te tek po završetku raspodjele opterećenja dopustati upućivanje većeg trošila. Obično se dizel generatori ne koriste u opterećenju manjem od 30% nazivne snage.

4.1.5 Akumulatori i generatori za nuždu: Akumulatori i generatori za nuždu ne spadaju u glavne izvore napajanja te se koriste u većini slučajeva kada glavni izvor napajanja nije u funkciji. Svaki brod mora imati izvor električne energije u slučaju prestanka rada glavnog izvora električne energije tj. totalnog gubitka električne energije tzv ''blackouta''. Snaga izvora u slučaju nužde mora biti dovoljna da zadovolji potrebe kritične opreme ( osvjetljenja , alarma ,komunikacije , kormila , navigacijske opreme te drugih uređaja potrebnih za održavanje minimalnog sigurnosnog standarda kao i za za potrebe evakuacije posade. Razna pravila i regulacije zahtjevaju da je brod opremljen generatorom u slučaju nužde , baterijama ili da ima oba sistema. Izvor električne energije u nuždi mora biti u potpunosti odvojen i ne ovisiti o drugom izvoru energije iz strojarnice. Generator u slučaju nužde mora biti opremljen vlastitim tankom goriva , vlastitu opremu za upućivanje ( zrak ili baterije ) i mora imati vlastitu razvodnu ploču u blizini. Brodski akumulatori mogu biti spojene da se automatski uključe u slučaju gubitka električne energije iz glavnog izvora. Generator za nužnost se može startati i ručno ali su obično instalirani tao da se automatski upućuju zrakom ili baterijama 30 tak sekundi nakon gubitka glavnog izvora napajanja.


67

ETO Skripta


Iako međunarodna pravila dozvoljavaju da se na brodu nalaze samo baterije kao izvor napajanja u slučaju nužnosti u većini slučajeva baterije koje bi zadovoljile potrebe broda bi bile prevelike za instalaciju te se pristupa instalaciji generatora za nužnost. 4 Druge , manje baterije , mogu isto biti instalirane kao izvor napajanja za kontrolnu i komunikacijski opremu. Na brodovima za prijevoz putnika pravila zahtjevaju da se kao primarni izvor napajanja u slučaju nužde koriste dizel generatori ali i akumulatori moraju biti instalirani i to na način da omogućuju rad rasvjete u trajanju od minimalno 3 sata. Ovi akumulatori su instalirani da bi se onemogućio totalni nestanak električne energije u vremenu od izbacivanja glavnog izvora do uključivanja generatora za nužnost te se time sprječava panika među putnicima.

Slika 27: Generator za nužnost ( emergency generator ) Prilikom normalne operacije broda standarnda i oprema za nužnost se napajaju preko glavnih generatora.U slučaju nužnosti samo oprema za nužnost se napaja preko generatora za nužnost. U opremu za nužnost najčešće spadaju: - kormilo - pumpe hlađenja - kompresor - rasvjeta - automatika - navigacijska , pozicijska i signalna svijetla - vatrodojava i protuožarene pumpe - komunikacijska , navigacijska i radio oprema


68

ETO Skripta


Izvori napajanja u slučaju nužde moraju biti spremni u svakom trenutku što zahtjeva posebnu brigu i održavanje. U određenim intervalima ova oprema mora biti testirana te mora biti potvrđeno da je u potpunosti ispravna u svakom trenutku. Testiranje se obično radi subotom , tj tjekom dana predviđenog za ispitivanje i testiranje sigurnosne opreme. Isto tako , razni lučki inspektori te klasifikacijska Društva zahtjevaju testiranje opreme u njihovoj naznočnosti u svrhu ispunjavanja SOLAS konvencije iz 1974 godine.

Slika 28: Provjera brodskih akumulatora


69

ETO Skripta


4.1.6 Akumulatorske baterije Akumulator, električni je sekundarni električni članak, naprava (tzv. „spremnik energije“) u kojoj se električna energija pretvara u kemijsku (punjenje akumulatora), ostaje u njoj pohranjena i zatim se, prema potrebi, može nanovo pretvoriti u električnu (pražnjenje). Spada pod članak, galvanski sekundarni. Bez obzira na tip, akumulatori imaju razmjerno malen specifični kapacitet, olovni 10 do 30 Ah/kg, alkalni 15 do 25 Ah/kg (srebreno-cinkov najviše do 80 Ah/kg). Unatoč tomu glavnom nedostatku mnogo se primjenjuju jer su zasad praktički jedini dovoljno jeftini i jednostavno prenosivi spremnici električne energije. Upotrebljavaju se za pokretanje motora s unutarnjim izgaranjem kod čamaca za spašavanje te za napajanje električnih uređaja ( GMDSS baterije ) ,te kao pomoćni izvori energije ako nema drugoga raspoloživog izvora električne energije. Pri punjenju se akumulator priključuje na prikladan izvor (istosmjernog) napona. Prilikom punjenja, pozitivni pol ispravljača za punjenje spajamo na pozitivni pol akumulatora. Struja koja tada teče uzrokuje u akumulatoru kemijsku reakciju, ovisno o tipu akumulatora. Tako napunjen akumulator postaje izvorom električne energije ako se na njegove elektrode priključi trošilo. Ta mogućnost dvosmjerne pretvorbe jedne energije u drugu (reverzibilnost) bitna je značajka akumulatora, za razliku od primarnih, galvanskih članaka, u kojima se kemijska energija samo jednosmjernim procesom pretvara u električnu energiju.

4.1.7 Obalni priključak: Spajanje broda na obalni priključak najčešćse se vrši za vrijeme dokovanja broda ali i za vrijeme dugih boravaka u lukama te za vrijeme raspreme broda. Obalni priključak kod većine brodova nalazi se na ploči za nužnost. Postupak spajanja obalnog priključka vrši se u dogovoru s obalnim službama od strane brodskog i lučkog osoblja. Neke vrste brodova imaju i više obalnih priključaka ( posebno ako se radi o odvojenim velikim potrošačima ) te tako veliki RoRo brodovi imaju odvojen obalni priključak za kontrolu glavne rampe. Prije spajanja obalnog priključka svi generatori na brodu se gase ( uključujući i generator za nužnost ) te se stavljaju u Manual mod ( onemogućeno automatsko upućivanje ). Nakon spajanja obalnog priključka važno je provjeriti napon , frekvenciju te redosljed faza obalne mreže. Ukoliko su svi parametri zadovoljeni može se zatvoriti prekidač obalnog priključka.


70

ETO Skripta


4.2 Razvod i razdioba električne energije na brodu Prijenos i razdiobu električne energije na brodu omogućuju vodovi i kabeli, kabelska mreža s priključnim priborom te sklopni uređaji i aparati. Sva električna energija proizvedena na brodu dovodi se na glavnu sabirnu ploču ( Main swichboard ). Ovo ne vrijedi za električnu energiju proizvedenu generatorom za nuždu koja se dovodi samo na Sabirnu ploču za slučaj nužnosti. Na brodovima se uglavnom koristi zrakasta shema razvodi. Svi srednjenaponski vodovi izlaze radijalno iz Glavne sabirne ploče i nisu međusobno povezani, što znači da ne mogu jedan drugom poslužiti kao rezerva. Eventualni kvar na glavnoj sabirnoj ploči izbacit ce iz pogona samo dio postojenja. Ako dođe do prekida napajanja jednog voda u slučaju kvara na istom mreže napajane preko tog voda ostaju bez napajanja. To na brodovima najčešće i nije problem jer je Glavna sabirna ploča podjeljena na dva jednaka djela , najčešće sa dupliranim esencijalnim trošilima u slučaju prekida dovoda do jednog od trošila.

Slika 29: Zrakasta brodska mreža Na posebnim vrstama brodova moguće je naići i na prstenasti oblik mreže. Kod prstenaste mreže, zrakasti izvodi spojeni su razdjelnom stanicom (rasklopno mjesto), pri čemu vodovi predstavljaju rezervu jedan drugom. U normalnom pogonu, rasklopno mjesto je otvoreno, tako da mreža u stvari predstavlja zrakastu mrežu. Ako dođe do kvara (ili isključenja radi održavanja) na nekoj dionici jednog od izvoda, ta dionica se isklapa sa obje strane, a | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

71

ETO Skripta


rasklopno mjesto se zatvara, tako da se dio potrošača s jednog voda (oni iza mjesta kvara) napaja preko drugog voda. Kod ovog oblika mreže koriste se usmjerene zaštite od kratkog spoja koje prepoznaju smjer toga električne energije.

Slika 30: Primjer raspodjele električne energije na brodu 4.2.1 Tipovi razdiobe električne energije Danas se najčešće koristi trofazni sustav napajanja s izoliranom neutralnom točkom. Sustav napajanja kod niskonaponskih mreža je 440V frekvencije 60Hz. Nailazi se i na sustav napajanja od 660V u kojemu je elektromotore rađene za napon vrijednosti od 380V na 50 Hz moguće koristiti u spoju zvijezde. Razdioba kod jednofazne izmjenične struje vrši se: jednovodno ( brodski trup je povratni vodič - ograničeno do napona od 50V ) te dvovodno izolirano ( trošilo priključeno na dva izolirana vodiča ) Za razvod el.energije na tankerima mogu se koristiti samo dvovodni ( jednofazna ) odnosno trovodni izolirani sustavi za trofaznu izmjeničnu struju.


72

ETO Skripta


4.2.2 Uzemljeni i neuzemljeni (izolirani) elektroenergetski sustav Neuzemljeni ili izolirani sustav je u potpunosti izoliran od brodskog trupa.

Slika 31: Izolirani elektroenergetski sustav Ukoliko dođe do zemnog spoja jedne faze nastavit će se kontinuitet pogona što je i glavni uvjet brodskih sistema. Ukoliko i dođe do zemnog spoja jedne faze isti se mora otkloniti je zemni spoj sljeće faze čini međufazni kratki spoj. Lokacija kvara se traži ručno jer su struje premale da bi proradili osigurači. Rizici od požara , električnog lika su minimalni. Osigurači se koriste na oba vodiča jednofaznog napona.Posebni zemni releji koriste se za detekciju zemnog spoja i davanja alarma.Ploče transformatorom odvojene od glavne ploče moraju imati svoj zemni relej. Uzemljeni sustav ima spoj neutralne točke s brodskim trupom.

Slika 32: Uzemljeni elektroenergetski sustav Uzemljeni sustavi primjenjuju se na kopnu. Karaterizira ih trenutna lokacija i izolacija kvara (osigurač),automatski rad prekostruje zaštite u slučaju kratkog spoja te samim time nema potrebe za relejima zemnog spoja. Za brodsko okruženje negativne karakteristike su povećani rizici od luka i požara kao i nemogućnost prisilnog rada ( prekid kontinuiteta brodskog postrojenja ) u slučaju kvara. Moguće je i uzemljenje preko impendacije i omskog otpora kada struja kratkog spoja još uvijek nije dovoljno velika da napravi veće štete a releji zemnog spoja vrše automatsku izolaciju zahvaćenog mjesta.Kod korištenja malog otpora koristi se otpori za ograničavanje 20% do 100% nazivne struje generatora. Ukoliko se koristi visokoomski sustav , otpor mora biti jednak 1/3 kapacitivne reaktancije između faze i zemlje.


73

ETO Skripta


4.2.3 Kvarovi , detektcija i pronalaženje mjesta kvara Regulative zahtjevaju da se indikatori zemnog spoja postave na sve međusobno izolirane sekcije sustava razdiobe električne energije ( primjerice 440V i 220V ). Indikatori mogu biti ili set lampica ili instrument kalibriran u kOhm ili MOhm. Kod korištenja lampica , ukoliko u sustavu nema zemnog spoja , sve tri lampice svijetle jednakom jačinom. Ukoliko se zemni spoj pojavi na jednoj od faza , lampica povezana s tom fazom svijetli smanjenim intezitetom ili se skroz ugasi dok druge lampice svjetle povećanim intezitetom. Mana ovoga načina je što nije jako osjetljiv i nema mogućnost indikacije prisustva zemnog spoja visoke impendacije.

Slika 33: Indikacijske lampice ( zemni spoj na fazi tri ) Instrument tip indikatora ''ubacuje'' malu istosmjernu struju u sustav razdiobe te rezultiranu struju koristi za indikaciju otpora izolacije sustava. Ovaj način omogućuje indikaciju zemnog spoja struje od samo 1mA ( zemne lamice rade na mainimalno 60mA ) te nam pokazuje otpor izolacije dikretno u kOhmima. Može biti postavljen da okida alarm na raznim vrijednostima otpora izolacije ili strujama zemnog spoja. Na tankerima , za struje koje prolaze kroz opasne zone , mora postojati konstantan oblik monitoringa otpora izolacije. Traženje kvara može biti dugotrajno i zbog veličine samog brodskog sustava zahtjeva koordinaciju više osoba. Držeći konstantan pogled na Mohm metar ( indikator ) pojedina trošila ili grupe trošila se isključuju iz mreže. Ukoliko se isključilo ispravno trošilo kazaljka na indikatoru ce pokazati znatno veću vrijednost. Trošilo se odspaja na prekidaču u lokalnoj ploči te se vrši Mohm test prijenosnim testerom izolacije. Za razbijanje linije na manje komade mogu se koristiti razne sklopke , odspajanje u kutijama i slično. Nakon što se mjesto kvara lociralo potrebno je popraviti izolaciju ili ,ukoliko to nije moguće, trošilo zamjeniti novim.


74

ETO Skripta


4.2.4 IC termografija IC termografija vrlo je korisna dijagnostička metoda preventivnog održavanja. U praksi je primjenjiva i potvrđena u više segmenata spomenutog održavanja. Kad apsolutna temp. nije primarna, IC termografijom, primjenom usporedbi, trendiranjem, pronalaženjem problematičnih mjesta, olakšat ćemo i ubrzati otkrivanje potencijalnih mjesta kvarova. Kod Visokonaponskih sustava često postoji ''prozorčić' namjenjen snimanju sabirnica i elektrine opreme IC kamerom. Nakon završetka snimanja prozorčić se zatvara čelinim pokrovom.

Slika 34: Termografska slika spoja

4.2.5 Otpor izolacije Namjena izolacije je da zadrži električnu struju unutar vodiča te da spriječi kontakt sa vodičima pod napoonom. Električni otpor izolacije mora biti veoma velik ( reda veličine Mohm ) kako bi spriječio ''curenje'' struje iz vodiča. Otpor izolacije je otpor izolacije mjeren između vodiča i uzemljenja ili između dva vodiča. Otpor izolacije uključuje i otpor izolacijskog materijala i drugih materijala koji su u dodiru s vodičem ( ulje , lak , prašina ). Ti materijali mogu umanjiti vrijednost otpora izolacije. Izolacijski materijali nisu vodiči , samim time nisu ni metali i zbog toga razloga imaju jako malo dobrih fizičkih karakteristika metala što ih čini ranjivim na razne utjecaje kao što su vlažnost , temperatura , vibracije , kemikalije , ulje , prašina i slično. Većina izolacijskih materijala ne može izdržati temperature veće od 100C. Sva električna oprema se usred protoka struje zagrijava te u većini slučajeva porast temperature vodiča postane veći od sobne temperature (prirodnog hlađenja). Sva brodska električna oprema mora biti konstruirana na način da pruža sigurnu operaciju na 45C (prema Lloyds registru).


75

ETO Skripta


Po tim uvijetima očekivani porast temperature neće prijeći preko maksimalne temperature na kojoj se izolacijski materijal smije koristiti. Izolacijski materijali su klasificirani prema maksimalnoj temperaturi na kojoj se mogu sigurno koristiti. U normalnoj brodskoj primjeni koriste se klase A , E i B

Klasa

A E B F H C

Temperatura 55°C 70°C 80°C 105°C 130°C +130°C

Tablica - Maksimalne temperature po klasi izolacije S porastom vrijednosti temperature vrijednost otpora izolacije opada. Poseban zahtjev izolacijski sustav može biti izveden za specijalne uvjete rada, npr.: • Tropski izolacijski sustav za motore koji rade u prostorima s tropskom klimom ili u prostorima u kojima dolazi do čestih promjena temperature i vlažnosti te kondenziranja vodene pare. Motori koji se transportiraju preko tropskih krajeva također moraju biti izvedeni s tropskom izolacijom. Protiv gljivica i insekata, unutrašnji dijelovi motora zaštićeni su antifungicidnim lakovima. • Izolacijski sustav otporan na povećanu vlažnost za motore koji rade u uvijetima sa vlagom u zraku. • Izolacijski sustav otporan na kemikalije za motore koji rade u prostoru s kemijski agresivnim plinovima i parama • Izolacijski sustav otporan na ulje za specijalne motore koji rade potopljeni u ulje. Mjerenje otpora izolacije ( Niski napon ) Mjerenje izolacije vrlo četo nam daje dobar uvid u stanje električnog uređaja ili vodiča iako otpor izolacije nije osobina na temelju čije vrijednosti imamo jednoznačan odgovor glede kakvoće izolacije. Mjerenje se radi između dva izolirana vodiča te između izoliranog vodiča i zemlje. Testni napon od 500V dovoljan je za testiranje brodske opreme prilagođene za rad na 440 Volti. Vrijednost otpora izolacije ovisi od osobina izolacijskog materijala. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

76

ETO Skripta


Za mjerenje izolacijskih otpora manjih vrijednosti (do nekoliko desetaka megaoma) još uvijek se koriste analogni testeri.

Slika 35: Tester izolacije Postupak pri mjerenju: Kratko spojiti ispitne kablove testera i pritisnuti test gumb. U ovome slučaju otpor bi trebao biti 0 Ohma. Neki testeri mogu biti i korišteni u svrhu provjere jeli krug pod naponom ili ne. Testiranje se radi samo na opremi koja nije pod naponom. Na primjeru mjerenja izolacije motora ( slika dolje ) može se vidjeti položaj ispitnih kablova u mjerenju izolacije između dvije faze te položaj ispitnih kablova u mjerenju izolacije između svake od faza i zemlje.

Budući otpor izolacije ovisi od napona čijem je električnom polju izolacija izložena, pogonska mjerenja se provode s naponima od 500 do 5000 V. Izbor izlaznog napona uređaja za | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

77

ETO Skripta


mjerenje otpora izolacije ovisi od nazivnog pogonskog napona objekta čiju izolaciju mjerimo i vrijednosti mjerenog otpora. 4.2.6 Električni kabeli Svi kablovi korišteni na brodu nezavisno o njihovoj namjeni moraju biti odobreni od Registra. Odobrenje Registra potvrđuje da je korišteni kabel otporan na vlagu,ulje,goriva,toplinu,mehanička oštećenja te da nisu zapaljivi i da ne podržavaju gorenje u skladu sa zahtjevima Registra. Velika većina kablova korištenih na brodu ( posebno u strojanici ) imaju zaštitni oklop od tanke čelične žice čija je uloga dvojaka - povećanje mehaničke čvrstoće kabela te štiti od raznih mehaničkih utjecaja. Čelični oklop smanjuje emisiju elektromagnetnog zraćenja kod energetskih te induciranje napona kod signalih kabela. Pri odabiru energetskog kabela posebna pozornost mora se obratiti na pad napona koji ne smije biti veći od 5% kod krajnjih trošila. Prilikom polganja kabela na kabelske trase važno je poštivati pravila Registra vezano za udaljenost energetskih i signalnih kabela.

.


78

ETO Skripta


4.3 Glavna razvodna ploča Glavna sklopna (razvodna) ploča je centralno mjesto električnog sustava gdje se dovodi energija iz generatora i odvodi prema trošilima izravno ili preko ostali sklopnih uređaja (pomoćne sklopne ploče, uputnici, razdjelnici, pultovi i upravljački ormari) te kao takva predstavlja centar brodskog elektroenergetskog sutava.

Slika 36: Glavna sklopna ( razvodna ploča ).

Da bi se smanjile njene dimenzije koriste se i ostale sklopne ploče – za napajanje u nuždi, grupnih uputnika, pojedinačnih uputnika, razdjelnici snage, rasvjete i pultevi te sklopna ploča za napajanje u nuždi. Podjeljena je na polja generatora, važnih trošila i manje važnih trošila. Polja generatora sadrže: voltmetar, vatmetar, ampermetar, frekvencmetar, sinkronizacijske lampice, preklopku unutar regulatora pogonskog stroja, preklopke za instrumente, kontrolne lampice za glavnu sklopku i ručicu glavne sklopke. Na njega se dovodi energija glavnih generatora i priključak na kopno. Kako je Glavna sklopna ploča podjeljenja na dva jednaka dijela međusobno spojena zračnim prekidačom potrebno je raspodjeliti i generatore i to na način da ih jednak broj napaja svaku stranu razvodne ploče. Polja važnih trošila (trošila uređaja strojarnice i tereta, uređaji kormila, uređaji za zatvaranje pregrada, dojava požara, pumpe za podmazivanje i rashlađivanje, radio uređaji, pupme za pretakanje nafte, crpke morske vode,...) sadrže: ampermetar, voltmetar, vatmetar, cos ϕ | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

79

ETO Skripta


metar i frekvencmetar. Imaju i ručice sklopki, prekidače i preklopke za pojedine uređaje i trošila. Polja manje važnih trošila (crpka hidrofora, kompresori, štednjaci, ventilacija, sidrena vitla,...) sadrže: imaju, uz gore spomenuto, i preklopke za pojedina trošila. Na glavnim razvodnim pločama može postojati i dio za napajanje trošila od 220V. Električna energija se sa sabirnica ploče odvodi prema brodskom transformatoru te se sa sekundara transformatorima kablovima vraća na sabirnicu od 220 Volti odakle se grana dalje prema razdjeljnicima snage ili razdjeljnicima osvjetljenja. Sabirnice glavne razvodne ploče rađene su od profilnog bakra ,najčešće u obliku ravnih traka, neizolirane su i na njih se direktno spaja napajanje s generatora te odvodi prema elementima glavne razvodne ploče.

Slika 37: Sabirnice Sabirnice glavne razvodne ploče podjeljene su na dva djela koja su međusobno spojeni najčeće zračnim prekidačom. Na svaku stranu sabirnica spaja se po jednak broj generatora te po jedan od dupliranih esecijalnih trošila. Namjena ovoga sustava je mogućnost napajanja energijom u slučaju da se jedna grupa sabirnica , zbog oštećenja ili održavanja , isključi iz sustava. Sabirnice su učvršćene i međusobno odvojene izolatorima te moraju biti dizajnirane da moguizdržati naprezanja usljed struje kratkog spoja. Razdjeljnici snage i razdjeljnici osvjetljenja su podploče razmještene po brodu s kojih se električnim kabelima energija odvodi prema potrošačima ili prema daljnjim podpločama. Ove podploče sadrže automatske osigurače za zaštitu i mogućnost odspajanja potrošača na svakom od odvoda. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

80

ETO Skripta


Glavne razvodne ploče najčešće su smještene u kontrolnoj sobi brodske strojarnice. Kod brodova s visokim naponom i kod brodova novije gradnje razvodne ploče se smještaju u posebne prostorije. Ulaz u prostorije s visokonaponskim razvodnim pločama se strogo kontrolira. Visokonaponske ploče (3.3kV, 6.6kV,10kV,11.5kV) Niskonaponske ploče ( 440V,600V,660V) Posebne vrste brodova kao što su seizmološki brodovi uz glavnu razvodnu ploču i ploču za nužnost imaju i treću ( najčešće provenu ) razvodnu ploču koja se automatski aktivira u slučaju blackouta kada se starta generator namjenjen napajanju samo ove ploče u svrhu održvanja brzine broda putem električne propulzije. 4.3.1 Ploča za napajanje u nuždi Ploča za napajanje u nuždi ( Emergency switchboard ESB ) nalazi se u istoj prostoriji u kojoj se nalazi i generator nužnosti. Tijekom normalne operacije broda ploča za napajanje u nuždi se napaja iz glavne razvodne ploče. Tijekom blackouta ili u sličaju prestanka rada brodskih generatora ESB se napaja iz generatora za nužnost koji služi kao izvor energije za esencijalne potrošače. Prema većini brodskih registara generator nužnosti mora biti u mogućnosti automatski preuzeti napajanje ovih uređaja u roku od 30 sekundi od gubitka napajanja iz glavne razvodne ploče. Kod klasičnih brodova ESB se najčešće nalazi u nadgrađu broda dok se kod većine Offshore support brodova nalazi iznad zapovjednog mosta. Trošila se mogu podjeliti na: -

elektromotorna ( uzimaju cca 80% proizvedene brodske energije )

-

toplinska ( uzimaju cca 15% proizvedene brodske energije )

-

rasvjeta ( cca 4% do 6% )

-

navigacijski uređaji ( cca 1% do 2% )


81

ETO Skripta


4.4 Sklopni uređaji Sklopni uređaji služe za uklapanje i iskapčanje struje u jednom ili više strujnih krugova te upravljanje radom električnih uređaja. 4.4.1 Električna sklopka Električna sklopka je električna komponenta koja može prekinuti električni krug ili prebaciti napon od jednog kontakta na drugi. Svaki konakt može biti u jedno od dva stanja: 'zatvoreno' (zatvoreni krug) gdje se kontakti spojeni i omogućuje protok struje, i 'otvoreno' (otvoreni krug) gdje su kontakti razdvojeni i koji ne provode struju. Sklopka nema mogućnost prekidanja struje kratkog spoja i najčešće se upravlja ručno.

Slika 38: Normalno zatvorena i normalno otvorena sklopka 4.4.2 Sklopnik Sklopnik je elektromagnetna sklopka koja se sastoji od kontrolnog svitka , glavnih i pomoćnih kontakata. U brodskim sustavima sklopnici se najčešće koriste pri direkntom upućivanju elektromotora. Sklopnici su vrste sklopki za daljinsko uključenje i držanje u uključenom stanju. Za razliku od releja za opću namjenu sklopnici su dizajnirani za direktno spajanje uređaja koji vuku veliku struju te se uređaji koju uklapaju struju veću od 15 Ampera ili uklapaju potrošače snage veće od nekoliko kW obično se nazivaju sklopnicima. Sklopnici se najčešće sastoje od tri kopomonente. Kontakti su dio sklopnika namjenjen prijenosu struje. Pomoćni kontakti prenose informaciju o stanju glavnih kontakata. Elektromagnetni svitak služi za elektromagnetno zatvaranje kontakata, te pomične jezgre sklopnika. Uključenje se vrši putem namotaja elektromagneta najčešće strujama do 1A. Kućište je najčešće rađeno od izoliranog materijala ( Bakelita , Nylon 6 ili plastike ). Sklopnici se upotrebljavaju za ugradnju u razvodne ormariće i to za primjenu u najrazličitije svrhe: za uključivanje rasvjete za uključivanje pumpi | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

82

ETO Skripta


za uključivanje električnog grijanja za uključivanje elektromotora Prema načinu gašenja luka mogu biti sa i bez komore za gašenje luka.

Slika 39: Shematski prikaz sklopnika

Prema vrsti pobudne struje mogu biti na jednosmernu struju(24V, 48V, 110V) ili na izmjeničnu struju (65V, 110V, 220V, 380V,...). Podjela sklopnika prema namjeni: - prekidački sklopnici - dizalični sklopnici - za manipulaciju kondenzatorskim baterijama (imaju dodatne otpornike za pražnjenje) - pomoćni sklopnici (umnožavaju pomoćne kontakte) - sklopnik u S izvedbi

Slika 40: Tipovi kontakata | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

83

ETO Skripta


Dodavanjem raznih mehaničkih blokova ( aktiviraju se mehanički aktivacijom kontrolnog svitka sklopnika ) proširuju se mogućnosti sklopnika kao kontrolnog uređaja. Ovi mehanički blokovi mogu biti dodatni pomoćni kontakti ali i timeri i drugo.

Slika 41: Kontakti sklopnika Kontaktori najviše stradaju od pojave luka pri uključenju i isključenju, pa se zato oni za veće struje prave sa komorama za suzbijanje luka. Većina sklopnika namjenjenih ukapčanju motora ili drugih trošila do 600 Volti zao sredstvo razgraničavanja među kontaktima koriste prirodno okruženje zraka. Moderni sklopnici za ukopčavanje motora srednjeg napona koriste vakum kao sredstvo razgraničavanja dok sklopnici namjenjeni za rad pod visokim naponom ( 1000 Volti i više ) mogu koristiti vakum ili inertni plin kao sredstvo razraničavanja kontakata. Sklopnici za visoki istosmjerni napon ( preko 600 Volti ) koriste zrak u kombinaciji sa mehaničkom zaštitom od luka. 4.4.3 Releji Relej je vrsta prekidača čije je stanje (uključeno ili isključeno) upravljano električnim nabojem, tj. posredstvom elektromagneta ili nekoga drugog mehanizma. Sklopni aparat koji mjeri neku pogonsku veličinu (struju, napon, tlak, brzinu vrtnje, temperaturu, snagu itd.) te pri određenoj vrijednosti te veličine automatski zatvara ili otvara svoje kontakte. Elektromagnet se obično sastoji od mnogobrojnih namotaja bakrene žice na željeznj jezgri. Kada struja teče kroz žicu (primarni strujni krug), oko elektromagneta se stvara magnetno polje koje privlači željeznu kotvu. Kotva nosi na sebi električne kontakte, koji onda otvaraju ili zatvaraju sekundarni strujni krug (strujni krug).


84

ETO Skripta


Kada se prekine struja kroz elektromagnet, elektromagnet više ne privlači željeznu kotvu, i ona se vraća u početni položaj, obično uz pomoć opruge. Time električni kontakti prekidaju ili uspostavljaju strujni krug, u zavisnosti od tipa kontakata (NO/NC).

Slika 42: Rad releja Na slici 1a, relej je isključen. Kontakti bliže elektromagnetu (žuti cilindar) su zatvoreni (normalno zatvoren kontakt - NC) a kontakti dalje od elektromagneta su otvoreni (normalno otvoren kontakt - NO). Na slici 1b, relej je uključen. Elektromagnetno polje privlači kotvu koja pomera srednji kontakt koji sad uspostavlja vezu sa desnim a prekida vezu sa levim. Na slici 1 je dakle prikazan relej sa naizmeničnim kontaktima. Na slici 1 se takođe vide i delovi releja: 1) elektromagnet, 2) kotva, 3) kontakti.

Slik 43: Simbol releja sa naizmjeničnim kontaktima Kod običnih releja, kotva od železa biće privučena od strane elektromagneta nezavisno od smera struje kroz nju. Ovi releji mogu da rade i na naizmeničnu (AC) i na jednosmernu (DC) struju. Polarizirani releji koriste stalni (permanentni) magnet, pa su osetljivi samo na jedan smer struje. Kod ovih releja prilikom povezivanja treba paziti na polaritet napajanja. Prednosti releja: • • • • • •

Lako prilagođavanje različitim naponima Temperaturna nezavisnost (-40 do 80ºC) Visok otpor između isključenih kontakata Moguće uključivanje /isključivanje većeg broja nezavisnih električnih kola Prisutno galvansko razdvajanje između upravljačkog i glavnog (radnog) električnog kruga Jednostavno održavanje | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

85

ETO Skripta


Mane releja: • • • •

Zahtevaju dosta prostora Javljaju se šumovi pri reagovanju (električno zagađenje mreže) Ograničena brzina reagovanja (3 -17ms) Osetljivi na uticaj prljavštine (prašine)

4.4.4 Vremenski releyi ( Timeri ) Razlikujemo i jednu posebnu kategoriju releja koji se zovu vremenski releji. Vremenske releje karakteriše unapred definisano (uglavnom podešljivo) kašnjenje prilikom uključivanja ili prilikom isključivanja kontakata nakon dovođenja upravljačkog signala. Vremenski relej sa zakašnjenjem pri uključivanju (slika 4a) nakon dobijanja upravljačkog napona (A2-A1) kasni sa pomeranjem svojih kontakata za unapred definisano vreme t. Dijagram signala kod ovog vremenskog releja prikazan je na slici 5a.

Slika 44: Simbol vremenskog releja: a) sa zakašnjenjem pri uključenju; b)sa zakašnjenjem pri isključenju Vremenski relej sa zakašnjenjem pri isključivanju (slika 4b) nakon nestanka upravljačkog napona (A2-A1) kasni sa vraćanjem svojih kontakata u prvobitno stanje za unapred definisano vreme t. Dijagram signala kod ovog vremenskog releja prikazan je na slici 5b.

Slika 45: Vremenski dijagram signala vremenskih releja: a) sa zakašnjenjem pri uključenju;b)sa zakašnjenjem pri isključenju


86

ETO Skripta


4.4.5 Zaštitni releji Zaštitini releji su najčešće kombinacija mjernih pomoćnih i vremenskih releja aa nekad mogu biti i transformatora koji će napajati vremenske i pomoćne releje.Zaštitni releji prema izvedbi se upotrebljavaju za zaštitu elektroenergetskih postrojenjaa najviše se upotrebljavaju:1) prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem, a u njemu se nalaze prekostrujni relej,vremenski relej i pomoćni relej sa signalnom značkom.Vrijeme zatezanja ovogzaštitnog releja je od 0,3 do 10 s. 4.4.6 Pomoćni i signalni releji Pomoćni releji su elektromagnetni releji koji se aktiviraju izmjeničnimili istosmjernim naponom. Ako je taj relej radni ili uklopni on je otvoren u svimsituacijama kad na relej ne djeluje nikakva sila. On je isklopni u svim situacijama kad je kontakt zatvoren a relej nije uzbuđen. Relej je preklopni koji u sebi ima mirni i radnikontakt a između njih je zajednički dovod. Pomoćni releji imaju ulogu da zajedno sasignalnom značkom pokazuju kad je relej aktivan i vraćamo ga u prvobitni položajnakon ručnog aktiviranja. Pomoćni relej ima dopuštenu trajnu struju na svojimkontaktima 5A a napon 500V odnosno (250V). Najveći uzbudni napon i to izmjeničniovih releja je 24, 110, 220 ili 380V a ako je istosmjerni 24, 110, 220V. 4.4.7 Termički relej Termički releji ( toplinski releji ) izvode se za priključak na strujne transformatore isluže za zaštitu motora, ispravljača, transformatora i generatora od preopterećenja.. U releju se nalaze dvije bimetalne trakeod kojih je jedna grijana sekundarnom strujom strujnogtransformatora. Ako struja prekorači proradnu vrijednost, saviti će se strujom grijana bimetalna traka, čime će se zatvoriti kontakt koji se nalazi u okidnom krugu sklopke.Kad se zagrijana bimetalna traka ohladi, vratiti će se u početni položaj.

Slika 46: Termički relej | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

87

ETO Skripta


Termički releji ( toplinski releji ) izvode se za priključak na strujne transformatore isluže za zaštitu motora, ispravljača, transformatora i generatora od preopterećenja. U releju se nalazedvije bimetalne trake od kojih je jedna grijana sekundarnom strujom strujnog transformatora. Ako struja prekorači proradnu vrijednost, saviti će se strujom grijana bimetalna traka, čime će se zatvoriti kontakt koji se nalazi u okidnom krugu sklopke.Kad se zagrijana bimetalna traka ohladi, vratiti će se u početni položaj. Stezaljke 3 i 4 su priključene na sekundarnu stranu strujnog transformatora, dok sustezaljke 1 i 2 ( kontakt ) uključene u okidni krug ili u krug signalizacije. Umjesto nadrugu bimetalnu traku ( njen jedan krak je priključen na stezaljku 2 ) mogli smo drugidio kontakta pričvrstiti na kućište releja. Međutim, pri promjenama okolne temperaturemijenjao bi se položaj prve bimetalne trake. Time bi se mijenjala i karakteristika releja.To drugim riječima znači da je svrha druge bimetalne trake da kompenzira utjecajokolne temperature, odnosno da omogući točno djelovanje releja bez obzira na promjenevanjske temperature. Pri upotrebi termičkih releja potrebno je uvijek imati na umu da oni ne štite od kratkog spoja, nego samo od preopterećenja. 4.4.8 Naponski releji Naponski releji se praktično izvode na isti način kao i strujni releji, s tom razlikom, štose uzbudni svitak naponskog releja priključuje na sekundarnu stranu naponskihtransformatora. Naponski releji se izvode kao Prenaponski ili podnaponski Prenaponski releji djeluju kada se prekorači proradna vrijednost, dok podnaponski relejidjeluju kadase dostigne ili podbaci proradna vrijednost napona. Prenaponski releji djeluju na istinačin kao i prekostrujni releji. Na slici ( 5.4.1. ) prikazan je načelni prikaz podnaponskog releja na principu vage. U normalnom pogonu privlačna silaelektromagneta je veća od sile povratnog pera i radni kontakt je otvoren. Pri smanjenjunapona na proradnu vrijednost ili ispod nje, na primjer na 40 do 90% nazivnog napon,smanjuje se privlačna sila elektromagneta, tako da se bez usporenja zatvara radnikontakt. Upotrebljavaju se za zaštitu motora, uglavnom asinhronih, od niskog napona ili od nestanka napona. 4.4.9 Bimetalni relej Bimetalni relej je sklopni aparat koji radi na fizikalnom principu različitog rastezanjaodređenih metala pri zagrijavanju ( imaju različiti temperaturni koeficijent rastezanja).Vrućom obradom dviju metalnih traka , slijepljenih koje se pri zagrijavanju savijaju na jednu stranu. Kod bimetalnog releja se zagrijavanje događa izravnim protjecanjemstruje ili preko žarne žice omotane oko bimetala ili neizravnim zagrijavanjem pomoću transformatora.


88

ETO Skripta


4.4.10 Osigurači Pojam osigurača je vezan uz namjerno oslabljeno mjesto (ili poseban uređaj) uklopljeno u električnu instalaciju, koje prekida napajanje instalacije u slučaju preopterećenja. Najjednostavnija vrsta osigurača je tzv. rastalni osigurač. Za male napone i jakosti struje (uglavnom u elektronici) rastalni osigurači se izvode u obliku tanke metalne niti u staklenoj cjevčici. Slično tome, osigurači za vozila imaju tanku limenu trakicu razapetu preko malog keramičkog štapića. Ako struja preraste dopuštenu vrijednost, metalna nit se rastali i pregori, pa time prekida strujni krug i sprječava oštećenja trošila, izvora struje ili vodova električne instalacije.

Slika 47: Rastalni osigurač Razlikujemo brze i trome osigurače. Brzi osigurači pregore čim struja preraste nazivnu vrijednost osigurača, što bi ponekad moglo onemogućiti normalno korištenje nekih trošila (elektromotori, hladni grijači i dr. normalno uzrokuju kratkotrajni strujni udar u električnoj instalaciji prilikom uključenja). Tromi osigurači dopuštaju kratkotrajna preopterećenja, a pregorjet će samo ako struja iznad dopuštene, potraje više od sekundu, dvije. Kod rastalnih osigurača to se postiže punjenjem kvarcnog pijeska u umetak. 4.4.11 Magnetski (Automatski) osigurač Danas se i u brodskim sustavima često koriste magnetski (automatski) osigurači (desno) koji su daleko praktičniji od rastalnih. U njima elektromagnet isključuje ugrađenu sklopku kada struja preraste nazivnu vrijednost osigurača.

Slika 48: Automatski (Magnetski) osigurači | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

89

ETO Skripta


Nakon "ispadanja" takvog osigurača, iza otklanjanja uzroka preopterećenja dovoljno je polugicu sklopke vratiti u gornji položaj, čime se sklopka osigurača opet uključuje. Magnetski osigurač se koristi i u ulozi limitatora. 4.4.11 Rastavljači Rastavljač je mehanički rasklopni aparat koji služi za vidljivo odvajanje dijela postrojenja koji nije pod naponom od dijela postrojenja koji je pod naponom. Kada se u postrojenju obavljaju radovi, on je uvijek otvoren. Rastavljačem se otvara i zatvara strujni krug kada se prekida ili uključuje neznatna električna struja. On je sposoban za trajno provođenje struje u normalnim uvjetima i određeno trajanje provoda struje pri nenormalnim uvjetima, kao što su struje kratkog spoja. Sa rastavljačem se ne smije rukovati ako je prekidač u zatvorenom položaju, jer bi došlo do prekidanja velike struje u zraku što može biti opasno. 4.4.12 Prekidači Prekidači su uređaji koji služe za uklapanje i sklapanje strujnih krugova, ali također i za zaštitu strujnih krugova od struja kratkog spoja. Djelimo ih na visokonaponske i niskonaponske te prema načinu gašenja električnog luka. Pa tako kod visokog napona prekidači se djele na: uljne, malouljne, hidromatske, pneumatske, SF6, plinotvorne, s uskim rasporom, DEION, vakuumski. Visoko naponski prekidači se najčešće koriste u na brodovima na kojima je napon glavne ploče iznad 1000V. Postavljaju se prije rastavljača, jer se prema rasporedu iskapčanja prvo se isključuje prekidač, a zatim rastavljač.

Slika 49: Zračni prekidač


90

ETO Skripta


Zračni prekidači se koriste na većini brodova. Služe za uklapanje i iskapčanje brodskih generatora , podjelu glavne razvodne ploče , uklapanje i isklapanje ploče u slučaju nužde te za uklapanje i isklapanje jakih troišila ( primjerice brodskih bočnih porivnika ). Zračni prekidači ovisno o tipu mogu biti aktivirani lokalno ( pristiskom na sami mehničko tipkalo na prekidaču ) ili uz koristenje svitka za iskljicivanje te daljinski putem automatiziranog sustava uklapanja. Kako tijekom uklapanja trošila visoke snage često dolazi do iskrenja potrebno je periodično provjeravati kontakte zračnih prekidača. Isto tako zračne prekidače je potrebno redovno testirati. Na brodovima se obično instaliraju zračni prekidači nazivne jakosti od 600 do 4000 Ampera.


91

ETO Skripta


4.4.13 Vakumski prekidači Vakumski prekidači koriste se većinom na brodovima s srednje ili visoko naponskom mrežom. Ovi prekidači u novije vrijeme se više razvijaju radi svoje jednostavnosti, cjene i isplativosti. Oni se također mogu postaviti u eksplozivnu okolinu. Kod razdvajanja kontakata nastaje luk koji gori u vakuumu u komori. U ovom prekidaču struja svojim poljem tjera luk prema rubu i gasi ga time.

Slika 50: Konstrukcijska shema Vakuumskog prekidača Vakuumske prekidne komore zatvraju se pod tlakom 10-5do 10-7Pa i mogu se upotrebljavati i 25 godina, ili dok tlak u komori ne narastena 10-1 Pa (ovisno o broju sklapanja) Prednosti vakuumskih prekidača: velika električna i mehanička trajnost | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

92

ETO Skripta


velika pouzdanost minimalno održavanje (uvijek čisti kontakti) struja se prekida u prvoj nul-točki bez povratnog paljenja potpuna sigurnost od eksplozije i požara širok raspon temperature okoline u kojima je moguć rad Negativnosti: održavanje vakuuma (visoka cijena) visoki prenaponi

4.4.14 SR6 prekidači Za razliku od Vakumskih koji u svrhu gašenja luka koriste Vakum , SR6 prekidači koriste plin u svrhu gašenja električnog luka.

Slika 51: SR6 prekidač


93

ETO Skripta


4.5 Selektivna zaštita od kratkog spoja

Selektivna zaštita od kratkog spoja koristi se u svrhu brzog isključenja djela mreže ili uređaja u kojoj je nastao kvar. Mjesto kratkog spoja na taj način se vrlo lako locira dok ostatak brodske mreže ostaje u punom radu. Selektivna zaštita od kratkog spoja može se izvesti na sljedeće različite načine. Selektivnost po struji se zasniva na bržoj proradi osigurača s manjo nazivnom strujom. Posebna pozornost mora se obratiti na brzinu prorade povezanih osigurača , tj brzine se ne smiju sijeći jer bi to dovelo u isključenje veći dio mreže od potrebnog. Riječ je o vrlobrzom sustavu zaštite koji dobro š Štiti od i od propadanja napona i frekvencije Koristi se uglavnom kod električne rasvjete i manjih razjeljnika snage. Selektivnost po vremenu zasniva se na uvođenju vremenskog kašnjenja ( 0.2 sekundi ) kod svakog hijerarhijski većeg prekidača u sustavu ). Na taj način zadnji prekidač u liniji će izbaciti trenutno dok prvi do njega u liniji kasni 0.4 sekunde za njim. Generatorski prekidač je posljedni u ovoj liniji. Nedostatak ovoga sustava je produljenje vremenena kratkog spoja što može uzrokovati stabilnost sustava usljed pada napona i frekvencije. Kombinirana selektivnost predstavlja kombinaciju selektivnosti po vremenu i selektivnosti po struji. Zonska selektivnost je najnovije riješenje koje koristi adresirane releje s mogućnostu međusobne komunikacije. Sabirnica se štiti tako da se nadređeni prekidač isključuje samo ako jedan od odvodnih prekidača dojavi postojanje kratkog spoja. U slučaju prekida komunikacije prelazi se na vremensku selektivnost.


94

ETO Skripta


5. ENERGETSKA ELEKTRONIKA Definicija energetske elektronike kaže da je energetska elektronika dio elektrotehnike koji se koristi za pretvorbu parametara električne energije i za upravljanje njenim tokom. Predmeti proučavanja energetske elektronike su: - komponente za sklopove energetske elektronike (elektronički ventili, prigušnice, kondenzatori, poluvodički ventili.. ) - komponente uređaja energetske elektronik (titrajni krugovi, krugovi upravljanja i kontrole, regulacijski krugovi) - Sklopovi (izmjenjivači, ispravljači..) - Praktična uporaba uređaja ispitivanje rada i djelovanja uređaja na izvore i trošila). Proizvodnja električne energije može započeti u direktnom ili indirektnom pretvaraču energija. Indirektni pretvarači su oni koji generiraju električnu energiju pretvorbom primarne u mehaničku energiju a zatim se mehanička energija pretvara u električnu. Primjer: generator ( dizel je primarna energija ). Direktni pretvarači pretvaraju jedan oblik energije u električnu energiju. Primjer: Solarni paneli. Primjer uređaja energetske eletronike je izmjenjivač ili invertor koji služi za pretvaranje istosmjerne u izmjeničnu energiju. Ukoliko se na izmjeničnu mrežu spajamo direktan pretvarač energije koji generira istosmjernu energiju invertor nam je potreban za pretvaranje te energije u izmjeničnu. Uređaji energetske elektronike sve više i više nalaze svoju primjenu na brodu. Neki od sustava koji najčešće koriste uređaje energetske eletronike su: neprekidna napajanja, računalna oprema, brodske dizalice, osovinski generatori ( stabilizacija ) itd.


95

ETO Skripta


5.1. Elektronički ventili

Slika 52: Podjela elektroničkih ventila po upravljivosti Neupravljivi ventili vode struju samo u jednom smjeru te ne postoji mogućnost upravljanja. Polupravljivi se mogu uključiti ali se ne mogu isključiti u željenom trenutku. Uključenje se vrši putem upravljačke elektrode. Za isklapanje tirsitora potrebno je isključiti cijeli strujni krug. Punoupravljivi se mogu i isključiti i isključiti u željenom trenutku

5.1.1 Diode Dioda je elektronički element s dva priključka: anodom (A) i katodom (K). Glavno je svojstvo diode vođenje struje i samo u jednom smjeru (kad je anoda pozitivnija od katode). Slična svojstva ima mehanička sklopka (iako elektronički ventil sa jednakim karakteristikama mehaničkoj sklopci ne postoji); u isključenom stanju kad se priključi na bilo koji napon kroz nju ne teče struja I. Kada je dioda inverzno polarizirana napon na diodi je jednak naponu izvora. Realne diode imaju veoma malu reverznu struju. Dok je sklopka (dioda) u uključenom stanju kroz nju teče struja u iznosu kojeg određuju ostali elementi strujnog kruga. Na diodi u propusno polariziranom stanju napon je u idealnom slučaju jednak nuli. Kod realnih dioda 0,7 – 1,2 V.

Slika 53: Simbol diode Diode rađene za rad s većim nazvinim naponom te diode za rad na većim frekvencijama imaju i veći pad napona. Energetske diode korištene u ispravljačima najčešće su dizajnirane na rad s 60 Hz.


96

ETO Skripta


Ispitivanje diode radi se pomoću ohmmetra i to na način da se + pol ohmetra (obično crvena pipaljka) priključi na anodu a - pol ohmetra na katodu. U ovome slučaju ohmetar bi trebao pokazivati veoma mali otpor. Ukoliko se pipaljke zamjene otpor bi trebao biti veoma veliki. Ako su oba mjerenja otpora dala ovakve rezultate dioda je vjerovatno ispravna ali ipak postoji mogućnost da dioda probija pri višem naponu te da ipak nije ispravna.

Slika 54: Osnovni diodni ispravljač sa svojim valnim oblicima

5.1.2 Tranzistori Tranzistor spada u skupinu potpuno upravljivih elektroničkih ventila jer mu se podešavanjem struje baze može podešavati struja kolektora ili struja emitera. Za raziliku od tiristora kontrolni signal se na upravljačku eletrodu mora dovoditi cijelo vrijeme vođenja tranzistora. Dok upravljačka struja prolazi kroz bazu bipolarnog tranzistora otpor između kolektra i emitera je mali (tranzistor je u ovome slučaju zatvorena sklopka - propusno stanje). Pad napona između emitera i kolektora kod realnih tranzistora je oko 0.3 Volta a kolektorska struja je određena vanjskim izvorom napona u glavnom krugu kolektor emiter. Prekidom upravljačke struje otpor kolektor emiter postoje beskonačan (kod idealnog tranzistora) te se tranzistor nalazi u stanju blokiranja. Kolektorska struja je jednaka nuli a napon kolektor emiter je jednak naponu napajanja na koji je priključen. Zaporno stanje tranzistora dobija se priključenjem negativnog napona na kolektor emiter. Tranzistor se zbog veoma malih reverznih probojnih napona ne može direktno koristi kao ispravljač. Metode zaštite od reverznog napona su: serijski ili antiparalelno spojene didode ili nuldioda (antiparelelni spoj indiktivnom teretu). Većinom se koriste NPN tranzistori jer se PNP tranzistori ne mogu izraditi za velike snage. Pojačanje tranzistora je omjer između struje baze i struje kolektora koje je kod energetskih tranzistora relativno malo (15 do 100) te zbog toga tranzistor zahtjeva velike upravljačke sklopove sa snažnim impulsima. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

97

ETO Skripta


Slika 57: Simboli tranzistora: BJT (NPN) – MOSFET (osiromašenog tipa ) - IGBT Ispitivanje NPN tranzistora može se vršiti putem ohmetra na način: + ohmetra na bazu - ohmetra na emiter = mali otpor + ohmetra na bazu - ohmetra na kolektor = mali otpor - ohmetra na bazu + ohmetra na emiter = veliki otpor - ohmetra na bazu + ohmetra na kolektor = veliki otpot + ohmetra na emiter - ohmetra na kolektor = veliki otpor - ohmetra na emiter + ohmetra na kolektor =veliki otpor Kod PNP tranzistora potrebno je u prva 4 stupca zamjeniti + i – pipaljke ohmetra.

Slika 58: Statičke karakteristike zamišljenog tranzistora u spoju zajedničke baze (a) karakteristike emitera i (b) karakteristike kolektora


98

ETO Skripta


MOSFET (metal oxid semiconductor field efect transistor) za razliku od BJT tranzistora je upravljan naponski a ne strujno što izbacuje potrebu za jakim strujnim izvorima. MOSFET može izdržati veća strujna i naponska opterećenja od BJT-a. Zavisno o načinu izvedbe i djelovanju kanala razlikuju se osiromašeni i obogaćeni MOSFET tranzistor. Kod oba tipa MOSFETA uvjet za protjecanje struje kroz tranzistor je inverzija površine silicija između uvoda i odvoda, odnosno postojanje inverzijskog sloja u kojem manjinski nosioci postaju brojniji od većinskih. MOSFET se sastoji od tri elektrode: gornja (drain), srednja (gate) i donja (source). Glavni krug tranzistora je krug drain-source. Kod obogaćenog tipa: Geit-source krug je upravljački krug preko kojega prolazi upravljačka struja. Šok struja prolazi kroz srednju (geit) elektrodu tranzistora, otpor između kolektora i emitera je vrlo mali - propusno stanje. Ukoliko je dovod upravljačke struje prekinut otpor drain - source postaje beskonačan te se tranzistor nalazi u stanju blokiranja. Spajanjem negativnog napona na drain i source tranzistor je zaporno polariziran i ne provodi struju.

Slika 59: Karakteristike MOSFET tranzistora obogaćenog tipa: (a) struja odvoda na početku područja suženog kanala i (b) struja odvoda prema naponu uDS uz različite vrijednosti napona uGS Kod uređaja u kojima se zahtjeva veći radni napon MOSFET tranzistori imaju slabije karakteristike od klasičnih bipolarnih tranzistora zbog gubitaka na izlaznom krugu koji su proporcionalni naponu zasićenja na source-drain.


99

ETO Skripta


IGBT ( insulated gate bipolar transistor ) je potpuno upravljivi elektronički ventil i predstavlja kombinaciju MOSFET-a i BJT-a na način da se upravlja kao MOSFET ali podnosi velike struje kao BJT. Izvodi IGBT tranzistora su kolektor , gate i source. IGBT je bipolarni tranzistor PNP tipa sa ugrađenim MOS tranzistorom spojenim između njegove baze i kolektora. Kada je IGBT u vodljivom stanju i bipolarni tranzistor je u vodljivom stanju te se znatno smanjuje otpornost odvoda MOS tranzistora. IGBT tranzistori najčešće se koriste kao komponente energetske elektronike kod raznih vrsta pretvarača ( kao elektroničke sklopke ). Razlikujemo 2 vrste stanja a to su: stanje vođenja (napon zasićenja između emitera i kolektra ) i stanje blokiranja ( struja kolektora zanemarivo mala a između kolektora i emitera vlada puni vanjski napon ). IGBT se koristi većinom kod srednje i srednje visokih naponskih sustava te je zbog male potrebne snage na upravljačkoj elektrodi gotovo istisnio bipolarne tranzistore kod tih naponskih sustava. Kod nižih napona koriste se MOSFET tranzistori zbog manjig gubitaka i veće brzine.

Slika 60: Statičke strujno-naponske karakteristike IGBT-a


100

ETO Skripta


5.1.3 Tiristori Tiristor je poluupravljivi elektronički ventil koji ima svojstvo okidne sklopke jer prelazi u vodljivo stanje kada se na upravljačku elektrodu dovede impuls struje i to stanje održava sve dok je struja tereta dovoljno velika. Kada je tiristor proveo ne može se djelovati na njegovo isključenje.

Slika 61: Radni krug idealnog tiristora Elektrode tiristora su anoda A, katoda K i gate G. Kada G nije vezan ni na kakav napon, tiristor se ponaša kao silicijumska dioda u inverznom smjeru. Ako direktno polariziramo A i K, a na G dovedemo pozitivan napon, tada će tiristor provesti. Pri anodnom naponu kada je došlo do tzv. paljenja tiristora, dolazi naglog proticanja struje. Struja anode koja se jednom uspostavi usljed pobude na G više se ne može u daljem radu prekinuti djelovanjem na G, već samo smanjenjem anodnog napona. Probojni napon tiristora je jednak u propusnom ( može mu se dovesti i veći napon od probojnog ) i reverznom smjeru ( napon ne smije biti veći od probojnog ). Vrijeme oporavljanja tiristora je vrijeme potrebno da se obnove njegove barijere. Dok traje vrijeme oporavljanja tiristor se ne smije uključiti kako ne bi došlo do provođenja i bez upravljačkog signala. Zbog vremena oporavljanja tiristor se koristi na nižim frekvencijama prekapčanja od tranzistora ali podnosi veća opterećenja i zahtjeva puno jednostavnije upravljačke sklopove.

Slika 62: Primjer okidnog sklopa tiristora | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

101

ETO Skripta


GTO (Gate turn off) je oblik punoupravljivog ventila koji se kontrolira na isti način kao i tiristor ali se za razliku od tiristora može djelovati na njegovo isključenje koristeći jači negativni inpuls na GATE. Struktura GTO tiristora je ista kao i kod standardnog tiristora i predstavlja četvoroslojnu strukturu. . Ima relativno mali pad napona u uključenom stanju koji iznosi oko 3V.

Slika 63: Simbol GTO Tiristora GTO tiristor predstavlja relativno brzi ventil te može raditi velikom frekvencijom prekidanja i iako se najčešće izrađuje za brzine prekidanja do 10kHz. Kako je pojačanje pri isključenju GTO-a malo negativni strujni impuls za isključenje GTO-a je reda nekoliko desetina ampera s time da kod jačih GTO-a se može raditi i o iznosima preko 100A.

Slika 64: Vremenski dijagram uključenja i isključenja GTO tiristora Vrijeme uključivanja GTO tiristora je od 1µs do 3 µs. Kod velikih snaga se koriste serijski spojevi više jednakih ventila. IGCT tiristor ima sve prednosti GTO tiristora te ima veću frekvenciju prekapčanja. Proizvode se u opsegu za napone od 300-1800V i struje od 10-1000A.


102

ETO Skripta


Slika 65: Simbol IGBT-a Jedna od ozbiljnih mana je pojava parazitnog tiristora. Tiristorski efekat javlja se pri veoma velikim strujama kroz drain i tada se IGBT ne može normalno isključiti dovođenjem nule na gejt. U tom slučaju najčešće dolazi do pregorenja IGBT-a.

5.2 Ispravljači Ispravljači su izravni pretvarači električne energije koji izmjeničnu energiju pretvaraju u istosmjernu energiju ( AC/DC ). Ispravljači koji istosmjernu energiju pretvaraju ponovnu u istosmjernu energiju ( s drugačijim parametrima ) nazivaju se istosmjerno - istosmjerni pretvarači ( DC/DC ).

Ovisno o vrsti elektroničkih ventila ispravljači se mogu podjeliti na neupravljive (rađeni od dioda i nemaju mogućnost regulacije izlaznog napona) , poluupravljive( rađeni od dioda i tiristora , izlazni napon se može reulirati ali je manje kvalitete nego napon na izlazu poptuno upravljivog ispravljača) i poptuno upravljive ( rađene od tiristora). Ovisno o tome uzimaju samo pozitivinu ili obe poluperiode izmjeničnog napona ispravljači se mogu podjeliti na punovalne i poluvalne. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

103

ETO Skripta


Ovisno o mogućnosti protoka energije djele se na dvosmjerne ( aktivni i potpuno upravljivi ) te jednosmjerne ( ispravljače sa diodama ). Dvosmjerni mogu vraćati električnu energiju u izmjeničnu mrežu dok je jednosmjerni samo uzimaju sa izmjenične mreže i daju u istosmjernu potrošnju. Pasivni ispravljači se gase reverznim naponom na ventilu dok se aktivni koristi prisilna kumutacija potpuno upralvljivih elektroničkih ventila.

5.5.1 Poluvalni neupravljivi ispravljač sa djelatinim i induktivnim opterećenjem

Poluvalni ispravljač je sklop koji se služi za propuštanje samo jedne poluperiode izmjeničnog napona. Tipičan predstavnik poluvalnih ispravljača je samo jedna dioda spojena serijski s trošilom. Budući da propušta samo jednu poluperiodu ulaznog izmjeničnog napona, učinkovitost ovakvog sklopa je manje od 50%. Ukoliko je riječ o induktivnom otporu dolazi do pojave napona samoindukcije. Napon samoindukcije je posljedica magnetskog toga (nastalog za vrijeme pozivitne poluperiode) koji gura struju u istom smjeru dok ne potroši svu akomuliranu energiju čak i kad se promjeni polaritet izvora. 5.2.2 Greatzov spoj Ukoliko mrežni transformator nema dva sekundarna namotaja, odnosno srednji izvod na sekundarnom namotaju, tada se redovito koriste četiri ispravljačke diode u Graetzovom spoju, gdje uvijek vode dvije diode. Poluvodičke diode, odn. Graetzov ispravljač u spoju ispravljača mora imati odgovarajuće karakteristike kako u pogledu probojnog napona, tako i u pogledu maksimalne opteretivosti.

Slika 66: Greatzov spoj


104

ETO Skripta


5.2.3 Jednofazni ispravljač u mosnom spoju Primjer jednofaznog ispravljača u mosnom spoju sastoji se od četiri diode ili od četriri tiristora. Neupravljivi jednofazni ispravljač u mosnom spoju ostvaruje se uporabom četiri neupravljiva električna ventila tj.dioda. Za vrijeme pozitivne poluperiode vode diode jedan i dva dok za vrijeme negativne poluperiode vode diode tri i četiri. Srednja vrijednost izlaznog napona u tome slučaju računa se formulom:

2√2 𝑈𝑑 = 𝑈𝑠 π

Budući da se spoj sastoji od neupravljivih poluvodičkih elemenata vrijednost ispravljenog napona može se regulirati jedino promjenom vrijednosti ulaznog napona. Upravljivi jednofazni ispravljači u mosnom spoji sastoje se od četiri tristora. Kod ovoga spoja tiristori vode u grupama , tj. pozitivnu poluperiodu vode tiristori jedan i dva dok negativnu vode tiristori tri i četiri. Za vrijeme kuta upravljanja 0 tiristori se ponašaju kao didide. Ukoliko se koriste diode srednja vrijednost izlaznog napona računa se po forumli:

1 + cosα Udα = Ud0 2

Slika 67: Jednofazni ispravljač opterećen omsko induktivnim trošilom Na početku ni jedan tiristor nije u provodnom stanju a na tiristorima T1 i T2 imamo manju vrijednost blokiranog napona, dok je na tiristorima T3 i T4 vrijednost zapornog napona smanjena. Kada tiristori T1 i T2 dobiju impuls krenu provoditi dok se na T3 i T4 javlja puna vrijednost zapornog napona. T1 i T2 vode dok poluperioda ne dodje opet u nulu, u tome | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

105

ETO Skripta


slučaju ni jedan tiristor opet ne vodi. T3 i T4 imaju manju vrijednsot blokiranog napona a T1 i T2 imaju smanjenu vrijednost zapornog napona. Impuls se ovoga puta daje tiristorima T3 i T4 koji vode a na tiristorima T1 i T2 imamo punu vrijednost zapornog napona. Kod tiristorskih ispravljača sa induktivnim teretom dolazi do toga da tiristori nastavljaju voditi i dio druge poluperide.

5.2.4 Trofazni ispravljač u mosnom spoju Trofazni ispravljač u mosnom spoju sastoji se od tri diode i tri tiristora. Diode se nazivaju anodna grupa dok se tiristori nazivaju katodna grupa. Anode svih dioda su spjene zajedno.

Slika 68: Shema trofaznog ispravljača u mosnom spoju Za vrijeme rada sklopa struju uvijek propuštaju jedna dioda i jedan tiristor. Uključuje se onaj tiristor čija je anoda na višem potencijalu od anoda drugih tiristora u grupi, a u anodnoj grupi ona dioda kojoj je potencijal katode najniži. Izlazni napon jednak je sumi pojedinih izlaznih napona tiristorskog i diodnog dijela ispravljača. Na iznos tiristorskog djela možemo utjecati promjenom kuta upravljanja što u teroriji znači da možemo ići od 0° do 180°. U realnosti maksimalan kut je 150°zbog vremena odmaranja tiristora. Na iznos diodnog izlaznog napona ne možemo utjecati. Ako je kut upravljanja jednak nuli srednja vrijednost ispravljenog napona jednaka je formuli.

𝑈𝑠𝑟 = 1.17 𝑈𝑠 ( 1 + cos 𝛼 ) | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

106

ETO Skripta


5.3 Čoperi Pretvaraju nestabilni DC ulazni napon u stabilni DC izlazni napon zahtjevanog nivoa te imaju mogućnost regulacije i podešavanja srednje vrijednosti istosmjernog izlaznog napona (poznati kao DC-DC regulatori).

Podešavanje izlaznog napona kod impulsnih pretvarača vrši se primjenom širinsko-impulsne modulacije (PWM – pulse width modulation) Odnos ulaznog i izlaznog napona zavisi od odnosa vremena uključenosti (ton) i isključenosti (toff) poluprovodničkog prekidača regulatora u toku periode T=ton+toff, odnosno vrijednost faktora popunjenosti D=ton/T

Osnovni tipovi Čopera: - BUCK ( Step down ) Čoperi za sniženje naona - BOOST ( Step up ) Čoperi za povećanje napona - BUCK - BOOST Čoperi za povećanje / smanjenje napona BUCK BOOST čoperi se mogu relizirati i preko kaskadne veze BUCK i BOOST čopera. Sadrže po jedan punoupravljivi elektronički ventil, po jednu diodu, prigušnicu i kondenzator. U impulsnim DC-DC pretvaračima sa električno izoliranim terminalima umjesto prigušnica koriste se transformatori. Neki od tih pretvarača izvedeni su od osnovnih topologija impulsnih pretvarača. Na primjer: - flyback (indirektni, nepropusni) konvertor (dobijen od Buck-boost konvertora), - forward (direktni, propusni) konvertor (dobijen od Buck konvertora).


107

ETO Skripta


Slika 69: BOOST ( Step up ) Čoper Za izradu čopera uglavnom se koriste punoupravljivi poluprovodički prekidači – dvo operacijski ventili (tranzistori, GTO tiristori), u kombinaciji sa neupravljivim (diodama). - Frekvencija f=1/T u praksi se kreće od nekoliko kHz do nekoliko stotina kHz. - Čoperi bazirani na jednooperacijskim ventilima (SCR tiristorima) su nepraktični. - U slučaju čopera sa SCR tiristorima moraju postojati posebna krugovi (krug sa paralelnim kondenzatorom, rezonantni krug itd.) za forsiranu, prinudnu komutaciju.

Slika 70: Čoper za povećanje/sniženje napona (step−up/step−down iliBUCK − BOOST čoper) Kod ovog čopera izlazni napon može biti veći ili manji u odnosu na ulazni,pri čemu je polaritet izlaznog napona suprotan ulaznom.To je u suštini kaskadna sprega BUCK i BOOST čopera, pa je rezultantni odnos transformacije (Uo/Ud) jednak proizvodu pojedinačnih odnosa:


108

ETO Skripta


Slika 71: Čoper za sniženje napona (step- down ili BUCK čoper) Pri stalnoj struji, BUCK čoper je ekvivalentan jednosmjernom transformatoru. Odnos struja i napona može se kontinualno regulirati u rasponu od 0 do 1 regulacijom faktora popunjenosti D.


109

ETO Skripta


6. ELEKTRIČNA PROPULZIJA i PRETVARAČI FREKVENCIJE 6.1 Pretvarači frekvencije Pretvarači frekvencije, iako se na kopnu koriste već 40tak godina, tek razvojem mikroprocesorskih i poluvodičkih tehnologija kao i posebnim zahtjevima o štednji energije te porastom cijena naftnih derivata postaju dio brodskih električnih sustava. Primjena pretvarača frekvencije kod klasičnih brodova najviše se očitava na kormilarskim uređajima i ventilatorima strojarnice dok je kod offshore brodova njihova primjena puno šira te se nalaze, između ostalim, na azimutalnim porivnicima i drugim oblicima električne propulzije, raznim HVAC sistemima, priteznim vitilima, pumpama hlađenja itd. Glavna prednost pretvarača frekvenije očitava se u mogućnosti pune kontrole brzine elektromotora što se posebno očitava u: štednji energije, optimizaciji procesa, ''mekanom'' radu motora (soft startanje), manjima troškovima održavanja i poboljšanom radnom okruženju. Primjena u offshore brodovima posebno se očitava u velikim DP sustavima kada se azimutalni porivnici mogu uputiti samo u trenu kada je izdana naredba od DP sustava (nema praznog hoda motora i rasipanja energije) što u konačnici dovodi do štednje energije i pogonskih goriva generatora. Pretvarači frekvencije sastoje se od četiri glavne komponente: Ispravljač – Istosmjerni međukrug - Inverter (izmjenjivač) te upravljačkog kruga.

Slika 72: Osnovni djelovi pretvarača frekvenije Pri odabiru frekventnog pretvarača važno je u obzir uzeti nazivnu struju motora (ne prema snazi jer neki motori mogu za istu snagu imati i veću nazivnu struju. Ukoliko pretvarač ima manju nazivnu struju od struje motora može se koristiti ukoliko je moment tereta manji od nazivnog momenta pretvarača. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

110

ETO Skripta


Ukoliko se pretvarač koristiti za regulaciju brzine dvaju ili više motora potrebno je ugraditi zaštitu u svaku od grana prema motorima. Prilikom ugradnje novoga pretvarača frekvencije potrebno je podesiti sve parametre pretvarača. Podešavanje se vrši, najčešće, putem ''displaya'' na samo pretvaraču ili putem programa za podešavanje. U tome slučaju komunikacija između pretvarača i PC-a vrši se putem USB priključka.

Slika 73: Software za podešavanje pretvarača frekvencije ( Danfoss )


111

ETO Skripta


6.1.2 Podjela pretvarača frekvencije

Glavna značajka indirektnih pretvarača je u tome što energiju ispravljenu ispravljačem skladište u ugrađenim skladištima energije (energija se stabilizira istosmjernim međukrugom) prije nego je izmjenivačem pretvore u izmjeničnu energiju promjenjene frekvencije. Ovisno o izvedbi pretvarača međukrug može biti rađen na sljedeće načine: Prigušnicom (pretvarači sa utisnutom strujom). Kombirnira se isključivo sa kontroliranim ispravljačem. Kondzenzatorom (pretvarači sa utisnutim naponom). Može biti kombiniran s oba tipa ispravljača. Kod kontroliranog ispravljača napon je konstantan zadanoj frekvenciji (DC napon prmjenjive amplitude) dok u slučaju nekontroliranog ispravljača imamo DC napon konstante amplitude. Izmjenjivači (Inverteri) Invertor je posljednji dio frekventnog pretvarača, prije motora i točke gdje se odvija finalna adaptacija izlaznog napona. Frekventni regulator omogućuje dobre operativne uvijete, kroz čitav kontrolni opseg, adaptirajući izlazni napon prema uvjetima opterećenja. To je moguće izvesti magnetiziranjem motora na optimalnoj vrijednosti. Iz međukruga invertor prima: − promjenljivu direktnu struju − promjenljiv DC napon − konstantan DC napon | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

112

ETO Skripta


U svakom slučaju, regulator osigurava da napajanje bude kvantitativno promjenljivo. Frekvencija napajanja motora se uvek generira u izmjenivaču. Ako su struja i napon promjenjivi, izmjenjivač generira samo frekvenciju. Ukoliko je napon konstantan, izmjenjivač generira frekvenciju kao i napon. Iako izmjenjivači rade na različite načine, njihova osnovna struktura je uvijek ista. Glavne komponente su kontrolirani polu vodički elementi, postavljeni u parove u tri grane. Tiristori su sada zamenjeni sa visoko-frekventnim tranzistorima koji se brzo pale i gase. Mada ovo ovisi od poluvodiču, tipično je između 300Hz i 20kHz. Poluvodički elementi u ispravljaču se uključuju i isključuju signalom generiranim u upravljačkom krugu. Signali mogu biti kontrolirani na različite načine. Pri promjenljivom ili konstantnom naponu međukruga izmjenivači, imaju šest prekidačkih komponenti i bez obzira koji poluvodički elementi su upotrebljeni, funkcija je ista. Upravljački krug pali i gasi poluvodičke elemente koristeći različite modulacijske tehnike i na taj način se mjenja izlazna frekvencija frekventnog pretvarača. Prve tehnike radile su sa promjenljivim naponom ili strujom u međukrugu. Intervali tokom kojih individualni poluvodički elementi provode su smješteni u sekvencu koja se koristi da bi se postigla zahtjevana izlazna frekvencija. Sekvenca rada poluvodičkih elemenata je kontrolirana veličinom promjenljivog napona ili struje u međukrugu. Koristeći naponski kontroliran oscilator, frekvencija uvek prati amplitudu napona. Ovakav tip izmjenjivača se naziva amplitudno modulirani (PAM). Ostale glavne tehnike koriste fiksni napon međukruga. Napon motora se mjenja primjenjujući napon međukruga duže ili kraće vrijeme. Frekvencija se mjenja varirajući naponske impulse duž vremenske osi pozitivno za jednu poluperiodu i negativno za drugu. Tehnika mjenjanja širine naponskog impulsa naziva se impulsno-širinska modulacija (PWM). PWM (i slične tehnike kao sinusno-modulirani PWM) je najčešća tehnika izmjenjivačle kontrole. U PWM tehnici kontrolni krug određuje vrijeme paljenja i gašenja poluvodičkog elementa u presjeku između napona i nametnutog sinusoidnog referentnog napona (sinusno-kontrolirani PWM).

Slika 74: Modulacija amplitude I širine impulsa Upravljački krug Upravljačkki krug ili upravljačka kartica, je četvrta važna komponenta pretvarača frekvencije i ima četiri bitna zadatka: − upravljanje poluvodičkim elementima pretvarača frekvencije − razmjena podataka između frekventnog regulatora i perifernih uređaja | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

113

ETO Skripta


− skupljanje i izvještavanje o porukama greške − ostvarivanje zaštitne funkcije za pretvarač i motor Mikroprocesori povećavaju brzinu upravljačkog kruga, značajno povećavajući broj odgovarajućih aplikacija za pokretanje, a ujedno smanjujući broj neophodnih proračuna. U pretvaraču frekvencije integrirani su mikroprocesori, koji omogućavaju da se odabere optimalna povorka impulsa za svako radno stanje.

Slika 75: Danfoss VLT pretvarači frekvencije

6.1.3 Sinkrokonverteri Sinkrokonverter ili pretvarač sa utisnutom strujom komutiranim teretom je vrsta pretvarača s utisnutom strujom kod kojega tiristori izmjenjivača komutiraju. Komutacija u ovome slučaju znači da tiristor preuzme struju od tiristora koji je vodio prije njega. Inducirani napon sinkronog stroja predstavlja teret sinkrokonverteru te uzrokuje mrežnu komutaciju. Negativna strana sinkrokonvertera očitiva se u tome što mogu raditi samo sa sinkronim motorima (koji moraju biti priključeni zbog komutacije tiristora). Kako je riječ o pretvaraču sa utisnutom strujom kao transformator međukrug se koristi prigušnica na koju su sa obe strane spojeni trofazni tiristorski ispravljači. Ispravljačni se na prigušnicu vežu istosmjernom stranom dok se na mrežu, odnosno potrošač vežu izmjeničnom stranom. Kod kočenja sinkronog motora dolazi do promjene rada ispravljača te mrežni most radi u izmjenjivačkom a motorski u ispravljačkom režimu rada. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

114

ETO Skripta


6.1.4 Ciklokonverteri Riječ je o direktnim pretvaračima frekvencije koji ne koriste ni kondenzator ni prigušnicu kao oblik skladištenja energije te zbog toga ima ulaznu struju nepravilnog oblika koja je ovisna o samom opterećenju motora te ju u većini slučajeva nije moguće u potpunosti filtrirati. Za razliku od sinkrokonvertera mogu se koristiti i na asinkronim motorima (azimutalni porivnici). Podjela ciklokonvertera vrši se na ciklokonvertere u kružnom (prigušnice ograničavaju struju kratkog spoja tijekom prelaska iz pozitivne u negativnu poluperiodu) ili blokiranom spoju (potrebno je vrijeme t između paljenja i gašenja tiristora u prelasku iz pozitivne i negativne poluperiode).

Ciklokonverteri za trofazne sustave sastoje se od tri grane, sastavljene od dva antiparalelno spojena tiristorska ispravljačka mosta (pozitivne i negativne grupe) što znači da je tijekom pozitivne poluperiode aktivna pozitivna grupa dok je u slučaju negativne poluperiode aktivna pozitivna grupa.

6.1.5 Pulsno širinski modulirani pretvarači frekvencije (PWM) PWM (pulse width modulation) je postupak modulacije širine izlaznih impulsa koji se sastoji od toga da se istosmjerni napon sječe u promjenjive širine (nepromjenjene vrijednosti). Mjenjajući širinu i polaritet impulsa istosmjernog napona moguće je na izlazu generirati sinusni izmjenični napon u velikom rasponu frekvnecija. Prednost ovih pretvarača očitava se u lakšem filtriranju harmonika na izlazu jer su kod ovih pretvarača harmonici na višim frekvecnijama.


115

ETO Skripta


Slika 76: Modulacija širine pulsa 6.1.6 Električni filtri Namjena električnih filtera je promjena frekvencijskog spektra ulaznog signala. Djele se na: - Pasivne filtere (sastavljeni su samo od pasivnih komponenti kao što su zavojnice, kondenzatori i otpornici ) - Aktivni filteri (sastoje se od pasivnih i od jedne ili više aktivnih komponenti sa svojstvom pojačanja signala kao što su transzistori i razni oblici pojačala ). Aktivni filteri djele se na: Analogne - obrađuju analogni signal i može se predstaviti linearnim četeropolom. Digitalni - obrađuju digitalni signal i izrađuju se pomoću posebnih integriranih krugova ili kao algoritni koji izvode procesori digitalnog signala. Tipovi filtara djele se na: − Niskopropusni (propušta sve frekencije niže od granične frekvencije) a guši više frekvencije. − Visokopropusni (propušta sve frekvencije više od granične frekvencije) a guši niže frekvencije. − Pojasnopropusni ( propuštaju sve frekvencije između sdviju graničnih frekvencija ) a guši sve ostale frekvencije van pojasa. Karakteristike filtara: | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

116

ETO Skripta


Prijenosna funkcija fitlra se definira kao odnos izlaznog signala Y(s) i ulaznog signala X(s) u domeni kompleksne frekncije S:

𝐻(𝑠) =

𝑌(𝑠) 𝑋(𝑠)

Amplitudno frekvencijska karakteristika pokazuje koliko filtar pojačava (ili guši) signal na određenoj frekvneciji. Definirana je kao logaritam apsolutne vrijednosti prijenosne funkcije kada se zamjeni sa jω.

A(ω) = log I 𝐻(jω)I

Fazno-frekvencijska karatkeristika pokazuje kako izlazni signal filtra prethodi ili zaostaje u fazi za ulaznim na određenoj frekvenciji. Pojasana brana ( guši sve frekvencije između dviju graničnih frekvencija ). 6.1.7 Instalacija pretvarača frekvencije Jedan od glavnih uzroka pregorijevanja frekencijskih pretvarača je visoka temperatura. Pri instalaciji pretvarača stoga je veoma važno ostvariti efektivno hlađenje cirkulacijom zraka. Prilikom instalacije obično se koriste oklopljeni kablovi prema motoru (smanjenje elektromagnetnih smetnji) dok kablovi napajanja ne trebaju biti oklopljeni. Ukoliko se u sustav instaliraju sklopnici najbolje ih je instalirati na izlaz frekvencijskog pretvarača (ulaz je ograničen na 1 do 2 uklopa u minuti). Zbog manjih frekvencija rada a samim time i manje brzine vrtnje moguća je potreba za dodatnim hlađenjem motora ugrađivanjem dodatnog ventilatora. Preporučuje se i ugradnja du/dt filtra ili sinusnog LC filtra kako bi se ograničile vršne vrijednosti izlaznog napona. Ukoliko se pretvarač frekvencije želi koristiti za promjenu smjera vrtnje to se može postići zamjenom faza na izlazu (ne na ulazu) ili aktiviranjem jednog od digitalnih ulaza koji je programiran za promjenu smjera. Isto tako , bitno je da se za trofazne sisteme koriste pretvarači sa trofaznim ulazom. Postoje i pretvarači koji imaju jednofazni ulaz i trofazni izlaz ali u ovome slučaju se dobija napon od 3x230V a ne 3x440V jer frekventni pretvarač ne može služiti za povećanje napona. Ovakvi pretvarači su obično malih snaga. 6.2 Električna propulzija ( POD ) Osnovna podjela sustava električan propulzije odnosi se na:


117

ETO Skripta

-

-


klasičnu propulziju s horizontalnim električnim mmotorom (smještenim u brodskoj strojarnici). Ovakav oblik propulzije najčešće koristi list kormila za upravljanje brodom. Azimutalnu propulziju u kojoj se koriste L ili Z tip azimutalnih porivnika kao sredstvo glavne propulzije. Kod ovoga tipa propulzije električni motor je smješten u unutrašnjosti broda te se zakretom porivnika upravlja brodom. Pod propulzija (najčešće nazivana Azipod) sastoji se od električnog motora koji se nalazi ispod trupa broda u posebnom tzv podu te se upravljanje brodom može vršiti ili okretom poda ili listom kormila.

Postoje i drugi oblici električne proulzije kao što su waterjet propulzije. U ovome slučaju elektromotori se koriste za pokretanje velikih turbina koje izbacuju morsku vodu. Isto tako postoje i drugi tipovi manjih električnih propulzija koje se koriste najčešće kod remorkera i manjih pomoćnih brodova.

Slika 77: Azipod jedinica Jedan od najvažnijih oblika električne propulzije definitivno je POD propulzija. Jedan od uvaženih hrvatskih naziva za ovaj oblik propulzije je ''gondolska propulzija'' te joj ime dolazi iz samog oblika POD-a koji podsjeća na gondolu. Iako trenutno postoje četiri proizvođača ovoga oblika propulzije izraz Azipod postao je sinonim za ovaj oblik propulzije te dolazi od proizvođača elekrične POD proplzije – ABB-a. Drugi proizvođači ovoga oblika propulzije su Rolls Royce (Mermaid) , Scholetel i Dolphin. Glavna razlika Azipod i Azumit porivnika je u motor smješten pod samim trupom broda te električnog motora. Izbjegavajući upotrebu propulzije može se smjestiti dublje u zonu hidrodinamička i mehanička svojstva.

tome što je kod Azipod porivnika električni je brodski vijak spojen direktno na osovinu klasičnog brodskog vijka, vijak električne protoka mora te samim time pruža bolja


118

ETO Skripta


Slika 78: Azipodi. Dva zakretna i jedan fiksni Ovo se najviše očitava na brodovima za prijevoz putnika jer se korištenjem ovoga oblika propulzije smanjuju brodske vibracije. Nadalje, korištenjem električne propulzije smanjuje se veličina brodske strojarnice ostavljajući više prostora za teret ili se dolazi do bolje raspodjele brodske električne centrale.

Slika 79: Poprečni presjek fiksonog Pod-a Dovod električne energije do električnog motora vrši se kliznim prstenovima (omogućuje zakretanje gondole za 360 stupnjeva) ili električnim kabelima (samo kod nezakretnih oblika propulzije). Kako se većina oblika POD propulzije proizvodi bez vijka sa zakretnim lopaticama


119

ETO Skripta


koriste se pretvarači frekvencije kako bi se fino regulirala brzina okretaja i smjer propulzije. Regulacija smjera propulzije veoma je slična regulaciji na azimutalnim porivnicima. Vijak gondole najčešće je okrenut prema naprijed jer je u ovoj konfiguraciji efikasniji zbog neprekinutog toka mora pod brodom. Kako se mogu okretati 360° oko svoje osi ovi oblici propulzije mogu dati jedan potisak bez obzira u kojemu su smjeru okrenuti te omogućuju bolja manevarska svojstva broda te omogućuju efikasno kretanje broda krmom. Dobre karakteristike ove propulzije, uz bolja manevarska svojstva i uštedu prostora očituju se i uštedi goriva koja može biti i do 15% u usporedbi sa brodom istih dimenzija pogonjenih direktno dizelskim motorima. 6.2.1 Klasična dizel električna propulzija Klasična električna proplzija podrazumjeva električni motor kao pogonsku jedinicu smještenu u strojanici broda. Najvažniji djelovi ovoga sustava propulzije su: Genetratorske jedinice, Glavne rasklopne ploče, Propulzijski transformatori (ovisno o tipu pretvarača frekvencije), Pretvarači frekvencije, Električni motori (propulzolski), Reduktori (ovisno o brzini električnog kotora) te brodski vijsk sa osovinom. Kako je već rečeno radi se o obliku propulzije kod koje je električni motor osovinom vezan za brodski vijak. Najčešće korišteni oblici zaštite kod ovoga sustava su: Zaštita od kratkog spoja, prekostrujna zaštita, zaštita od spoja na masu, podnaponska, termalna te oblici zaštite koji se svode na monitoring temperature namotaja električnog motora i temperature rashladnog zraka.

Slika 80: Prikaz klasične Električne propulzije Kako bi se osigurala konstantna i neprekinuta operacija propulzije ugrađuju se računalni sustavi koji upravljaju pretvaračima frekvencije ovisno svim ulazima o stanju u kojima brod | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

120

ETO Skripta


operira. Ovi sustavi najčešće povezuju PMS ( power management system ) , DP ( dynamic position system ) te druge brodske sustave automatike i kontrole broda. Glavne namjene ovoga sustava su očuvanja rada propulzije ovisno o kapacitetu brodske mreže , hlađenju pretvarača , referencama brzine i pozicije te svim ulaznim informacijama koje sustav dobija iz same propulzije.

6.2.2 Električni motori električne propulzije Podjela električnih motora korištenih u električnoj propulziji vrši se na: - Istosmjerne motore (većinom se ne koriste kod novijih pogona). Za regulaciju brzine okretaja koriste posebne pretvarače kojima se izmjenična energija pretvara u istosmjernu za napajanje električnog motora te se regulacija brzine vrtnje smanjuje ili povećaje ovisno o iznosu napona na stezaljkama motora. - Asinkroni motori koriste se većinom za manje sustave propulzije. Mogu biti u kombinaciji sa pretvaračima frekvencije ili bez pretvarača. Na manjim offshore brodovima, sa azimutalnim sustavom propulzije, koriste se i metode direktnog upućivanja elektromotora u kombinaciji sa vijkom sa zakretnim krilima. Najveća mana ovih motora očitava se u maloj korisnosti i u visokoj startnoj struji motora zbog čega se moraju koristiti razni oblici mekanih startera. - Sinkroni motori se najčešće koriste u sustavima električne propulzije. Imaju odličan faktor snage, veću korisnost i manje klizanje od asinkronog motora. Uzbudna struja im se dovodi iz udupanih poluvodičkih izvora. Uduplani izvori se koriste kako bi se osiguralo normalno funckioniranje propulzije u slučaju gubitka jednog izvora usljed kvara. Mogu se koristiti i permanentno uzbuđeni sinkroni motori koji imaju manji promjer od klasičnih te samim time brodu daju bolja hidrodinamička svojstva. Regulacija broja okretaja vrši se pretvaračima frekvencije. U trenucima kada motor smanjuje broj okretaja ili se treba početi okretati u drugom smjeru dolazi do njegovoga generatorskog rada. Za ''kočenje'' motora instaliraju se posebni otpornici tzv. break resistors.


121

ETO Skripta


6.2.3 Prednosti električne propulzije

Glavna prednost električnih propulzija očitava se u hidrodinamičkim svojstvima broda. Mogućnost instalacije propulzije neovisno o glavnoj brodskoj osovini omogućava bolja plovidbena svojstva povodom većeg i efikasnijeg zahvata mora. Omogućena je bolja regulacija brzine brodskog vijka u rasponu od 0 do 100% a za samu promjenu smjera vrtnje vijka nije potrebno raditi prekret motora. Isto tako omogućena je bolja raspodjela brodske strojarnice i povećanje iskoristivog teretnog prostora broda. Kod putničkih brodova omogućena je plovidba s manje vibracija što povećava samu udobnost brodskog hotelskog sustava. Efikasnost električne proplzije posebno se očitava kod offshore brodova. Manji brodovi imaju bolja svojstva kada operiraju u sustavu dinamičkog pozicioniranja dok kod većih brodova i instalacija korištenje električne propulzije , uz bolje pozicioniranje , dovodi do značajnih ušteda u potrošnji dizelskog goriva ( nema praznog rada motora ). Nedostaci električne propulzije svode se na cijenu prve instalacije koja je još uvijek skuplja od dizelskih propulzija.


122

ETO Skripta


7. VISOKI NAPON NA BRODU S pojavom novijih tipova brodova, posebno brodova s dizel električnom propulzijom raste i potreba za raspoloživom električnom energijom u brodskom energetskom sustavu. Električna struja postaje sve veća te njena praktičnost i efikasnost postaje sve manja u kombinaciji s klasičnim 440V brodskim sustavima te je povećanje napona neophodno za smanjenje struje generirane sve većim potrošačima. Visokonaponski generatori su kod većih snaga jeftiniji, lakši i manjih dimenzija, a zbog manje struje za istu snagu (P=√3UI) imaju mnogo manje gubitke odnosno veći stupanj korisnosti. Primjerice , korištenjem napona od 6600V za pogon električnog motora smanjujemo struju na 220 Ampera u usporedbi sa 3300 Ampera koliko bi iznosila na normalnoj brodskoj mreži od 440V. Struje kratkog spoja su isto manje 9000 Ampera za 6600V umjesto 90 000Ampera na 440V. Prekidači koji bi trebali u slučaju korištenja 440V mreže isključiti ovoliku struju kratkog spoja bili bi preveliki i preskupi za korištenje. Moderni brodovi , posebno brodovi za prijevoz ukapljenih plinova , putnički te brodovi za eksploataciju nafte grade se sa visokonaponskim generatorima te samim time imaju i visoko naponske mreže. Svi naponi veći od 1000V smatraju se visokim naponima. Na brodovima najčešće korišteni visoki naponi su: 3300V , 6600V, 11000V te 15000V uz frekvenciju 60Hz. Na brodovima se ponekad koriste i visoki naponi na frekvencijama od 50Hz radi lakšeg spajanja na obalni visokonaponski priključak. 7.1 Propisi za visokonaponske mreže Brodovi opremljeni visokonaponskim mrežama za razliku od većine brodova opremljenih niskonaponskim mrežama glavnu sabirnu ploču nemaju u kontrolnoj sobi brodske strojarnice. Glavna sabirna ploča smještena je u posebnu prostoriju u koju se ulaz strogo kontrolira te je ulaz u nju dozvoljen samo odobrenim osobama. Ulaz u prostoriju je najčešće zaključan. Vrata svih ormara moraju biti zaključana dok je uređaj pod naponom ili dok nije uzemljen.Visokonaponski i niskonaponski kabeli ne smiju biti položeni u isti trasu te se visoko naponski kabeli moraju jasno označiti. Najčešće su crvene boje. Isto kao i kod niskonaponske glavne ploče mora postojati mogućnost da se visokonaponska ploča putem rasklopnog uređaja podjeli na dva neovisna djela te svaki dio mora imati napajanje od barem jednog visokonaponskog generatora. Zvjzdište generatora mora imati mogućnost odvajanje od brodskog trupa za vrijeme redovitog održavanja te za vrijeme mjerenja izolacije. Zračni razmaci među fazama i masi za visoko naponske sustave: Napon 3300 V 6600 V 11000 V

Razmak 55mm 90mm 120mm


123

ETO Skripta


7.2 Zaštite na visokonaponskim sustavima: Na visokonaponskim sustavima se ugrađuju sve zaštite koje se ugrađuju i na niskonaponskim sustavima. Ipak postoje neke specifičnosti. Na visokonaponskim generatorima je zaštita od spoja među fazama na generatorskoj strani prekidača (generator, kabeli, generatorsko polje u GRP) obvezatna. Trošila najčešće imaju odvojene ormariće za priključak pojedinih faza. Na taj način spriječavaju se kratki spojevi. Uporabom jednožilnih kabela eliminira se mogućnost kratkog spoja između faza kebela. Zemni spoj , za razliku od kratkog spoja, za dobro uzemljene sustave ne predstavlja veliku opasnost. Brzo isključenje kratkog spoja smanjuje opasnost od požara , mogućnost prouzrokovanja daljnih šteta te pospješuje stabilnost sustava. U slučaju ispadanja jednog od generatora sustav automatskog upravljanja rasterećuje sustav dok se ne pokrene novi generator. Svaki zemni spoj se mora dojaviti svjetlosnom i zvučnom signalizacijom. U slučaju sustava s velikom strujom zemnog spoja (direktno uzemljeni ili uzemljeni preko male impedancije) dio sustava u zemnom spoju se mora odmah isključiti. Svi generatori ali i motori moraju imati ugrađenu termičku zaštitu s prenaponskom zaštitom strujnog kruga. Sve električne zaštite na visokonaponskim sustavima su sekundarnog tipa, što znači da su zaštitni releji galvanski odvojeni od visokog napona najčešće primjenom strujnih i naponskih mjernih transformatora. Za pouzdanost funkcioniranja zaštita posebnu ulogu ima pomoćno napajanje zaštitnih releja i isklopa sklopnih aparata, pa mora biti izvedeno iz besprekidnih izvora napajanja. Pouzdanost zaštita se povećava uvođenjem redundantnog napajanja, redundantnih isklopnih svitaka i neprekidne kontrole neprekinutosti strujnih krugova za isklop. Prednosti visoko naponskog sustava: - Eliminiranje prevelike struje kratkog spoja - Smanjenje veličine generatora , motora , kablova itd. - Više teretnog prostora - Manji gubici - bolja iskoristivost generirane energije Mane visoko naponskog sustava: - Veći zahtjevi za izolaciju korištenu u sustavu. - Veći rizik pri rukovanju i servisu ukoliko se ne drži standardnih sigurnosnih mjera. Važno je napomenuti da se kod brodova s visokonaponskom mrežom i dalje većina trošila spaja na standardnu niskonaponski mrežu putem transformatora. Niskonaponski sustav se | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

124

ETO Skripta


zaštićuje od prednapona koji se može dogoditi usljed kontakta primarnog i sekudarnog namota i to putem raznih prednaponskih zaštita , uzemljenim zaštitnim plaštem između namotaja ili uzemljenjem zvjezdišta sekundarnog namotaja transformatora. Trošila koja su spojena direktno na visokonaponski mrežu najčešće su pumpe tereta , kompresori klime, sustavi električne propulzije, transformatori za napajanje niskonaponske mreže te sustavi bočnih porivnika. Na brodovima mogu biti instalirani i visokonaponski transformatori koji podižu napon brodske mreže na visoki napon za napajanje pramčanog bočnog porivnika. Ovo se može izvesti jednim transformatorom 440V / 3300V ali i kombinacijom više transformatora 440V / 3300V pa dalje s 3300V na 6600V. Ovi sustavi se koriste radi lakšeg prijenosa energije na relativno velike udaljenosti , jeftinije izvedbe samog elektromotora i manjeg presijeka kabla potrebnog za rad porivnika.

7.3 Visoko naponski obalni priključci: Zbog sve strožij odredbi o zaštiti okolište te pravila o boravku brodova u lukama same luke sve češće instaliraju obalne priključke visokog napona ( HSVC - High voltage shore connections ). Zbog frekvencija od 50Hz hrvatske se luke može klasificirati kao luke s visokim troškovima instalacije obalnog priključka. kako se na većini brodova koristi frekvencija od 60Hz moraju se instalirati snažni pretvarači frekvencije koji bi trebali imati brzi dinamički odaziv te mali utjecaj na samu kvalitetu električne energije. Kako kvaliteta električne enrgije kojom se napaja brod mora zadovljavati uvijete koju postavljaju klasifickacijska društva širinsko-impulsi modulirani pretvarači s više naponskih razina predstavljaju naprimjerenije ali i najskuplje riješenje u konstruiranju visokonaponski obalnih priključka. Noviji brodovi s niskonaponskom mrežom zbog sve češćeg prisustva visokonaponskih obalnih priključaka u lukama imaju instaliranje transformatore koji visoki napon s obale pretvaraju na vrijednost brodske mreže.

7.4 Siguran rad s Visokim naponom Prilikom rada s visokim naponom treba se strogo držati propisanih uputa , regulativa te biti posebno educiran i u svakom trenutku svjestan rizika kojemu se izlažemo. Važno je da cijela grupa koja sudjeluje u održavanju visokonaponskog sustava potpuno koncentrirana, ne preskače propisane korake te da posebnu pažnju posvete izolaciji i uzemljenju strujnog kruga na kojemu će zahvat biti izveden.


125

ETO Skripta


Kao primjer sigurnog rada s Visokim napon uzeti ćemo proceduru ABB-ovih tehničara poznatiju kao sedam koraka koji spašavaju živote. Ovi koraci su usklađeni sa standardnim koracima servisera visokonaponske opreme.

1.Korak Indetifikacija i točan odabir lokacije na kojoj će se servisodržavati. Lokacija mora imati čisti pristup i osvjetljenje. Lokaciji imaju pristup samo osobe koje će servis i izvršiti.

2.Korak Isključenje opreme na kojoj će se održavati servis i osiguranje od bilo kakve mogućnosti da se oprema uključi u mrežu. Važno je opremu isključiti na svim mjestima na kojima se može ubaciti u mrežu te se zaštiti od slučajnog uključenja pomoću lokota ili drugog oblika zaključavanja.

3.Korak Zaštita od svih drugih ''živih'' vodiča putem obavijesti upozorenja na svim pločama na kojima se NE održaje servis. Prije početka rada provjeriti da li je otvorena ploča ujedno i ploča na kojoj se zahtjeva servis. Ukoliko je više ploča otvoreno zna se dogoditi da se slučajno krene s radom na krivoj ploči.

4.Korak Posebna pažnja kod približavanja sabirnicama. Važno je imati na umu da se servis održaje na objektu koji se u bilo kojemu trenutku može početi naginjati. Kod postavljanja sigurnosne opreme važno je koristiti rukavice i nikada ne koristiti ljestve.

5.Korak Dokazivanje da je oprema na kojoj ce se održavati servis isključena te testerom dokazati ne prisustvo napona. Prije provjere važno je testirati sami tester te ga testirati opet nakon provjere. Tek onda možemo biti sigurni da je oprema isključena i da ne postoji prisustvo napona. Dobra praksa je ovo učiniti sa 2 različita testera.


126

ETO Skripta


6.Korak Uzemljenje. Pri uzemljenju je važno koristiti samo opremu danu od prozvođača za ovaj korak.

7.Korak Izdavanje odobrenja za rad. Izdavanjem odobrednja za rad ( Permit to work ) svi koji su uključeni u posao potpisuju da su upoznati sa sigurnosnim zahtjevima te lokaciji na kojoj će se rad izvršiti. Izdavanje odobrenja može biti i prvi korak u samome poslu s visoko naponskom opremom. 7.5 Mjerenje otpora izolacije ( visoki napon ) Za mjerenje otpora izolacije u visokom naponu koriste se Mohm metri s područijem rada od 2 kV naviše. Primjerice za visokonaponski sistem od 6.6kV koriste se 5kV Mohm metri. Postupak pri mjerenju izolacije visokonaponskog sistema: Isključiti ispitni sistem - Provjera napona - Uzemljenje - Priključenje instrumenta - Isključenje uzemljenja - Mjerenje - Provjera napona - Uzemljenje - Odspajanje instrumenta - Isključenje uzemljena - Uključivanje ispitnog sistema

Slika 81: 10kV Mohm tester Prema STCW'10 sva posada koja dolazi u dodir s visokim naponom u strojarnici morat će biti osposobljena ili High voltage certifikatom na operacijskoj ili upravljačkoj razini.


127

ETO Skripta


7.6 Permit to work ( Dozvola za rad ) – Visoki napon Dozvola za rad na Visokom naponu je dokument kojim se utvrđuje procedura održavanja određene operacije na visokonaponskoj opremi. Permit to work je dokumentirani obrazac koji je prekontroliran i odobren od strane višeg časnika te upoznaje izvršioca operacije sa svim točkama potrebnim za sigurno izvršenje operacije. Dokumentom se utvrđuje lokacija obavljanja zadatka. Obično se uz Permit to work prilaže i Risk assesment kojim se utvrđuju sve moguće mjere opreza koje treba poduzeti. Osoba koja izvršava zadatak svojim potpisom izjavljuje da je zadovoljna mjerama opreza , da je oprema na kojoj se zadatak izvršava uzemljena te adekvatno izolirana. Nako izvršenja zadatka osoba odgovorna za izvršavanje isto potpisuje dio u kojemu se dokumentira rezultat obavljenog posla te da su svi zaduženi za odrađivanje zadatka napusti mjesto izvršavanja skupa sa svim korištenim alatom. Dozvola se poništava potpisom osobe koja ga je izdala te automatski nakon utvrđenog vremenskog razdoblja ( na visokom naponu to je najčešće 8 sati ). 7.7 Sigurnosna provjera ( Safety Check list ) Lista se izdaje uz odobrenje i listu određivanja rizika. Lista se popunja prije početka samog posla te svi redovi moraju biti označeni sa ''YES''. Primjer safety check liste:

Safety Checklist - Work on Low-High Voltage Equipment Issued with Permit Number XXX SECTION 1 – CHECK LIST / ISOLATION DATA – COMMON NO. PRIOR TO COMMENCEMENT OF WORK 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Y/N

Comments

Toolbox meeting held. Ch. Eng. and all relevant staff notified and plans agreed. Necessary equipment and circuit diagrams ready. Risk assessment carried out by Ch. Eng., Task Supervisor and Safety Representative (officer) / Safety Officer*. OOW in the ECR and on the bridge (if applicable) informed. Isolation Certificate (PTW-101) completed Caution notices i.e. “MEN AT WORK DO NOT START” posted at all relevant locations. All areas tested for loss of voltage using voltage tester Rubber mat (of appropriate rating) in use. All workers are using appropriate personal protection equipment.

SECTION 2 – CHECK LIST / ISOLATION DATA – BELOW 1000 V NO. PRIOR TO COMMENCEMENT OF WORK 2.1

Y/N

Comments

Precautions taken to ground any charged components of the circuit


128

ETO Skripta


SECTION 3 – CHECK LIST / ISOLATION DATA – ABOVE 1000 V NO. PRIOR TO COMMENCEMENT OF WORK 3.1 3.2 3.3

Y/N

Comments

Y/ N

Comments

Detailed key interlock instructions for the specified equipment & individual areas to be isolated and earthed down available. Temporary flexible earth connections to be connected in all work areas All free interlock keys given to the Ch. Eng. where permit to work does not apply

SECTION 4 – CHECK LIST /RE-CONNECTION NO. AFTER COMPLETION OF WORK 4.1 Ch. Eng. to be advised and interlock keys issued for unearthing the system 4.2 All connections tight and correct 4.3 4.4 4.5

Work areas inspected and all equipment removed Flexible earths removed when used. Caution notices removed

4.6 Task Supervisor / Electrical Eng. to advise work completion to the Ch. Eng. and ECR 4.7 4.8

Equipment energised and live tests carried out All relevant personnel advised – system operational


129


ETO Skripta

Formular za izolaciju opreme na kojoj se radi servis:

Electrical Isolation – Precautions to be taken Fuses Removed No

Breaker No

Amps

Action

Padlock No

Warning Label

Open⁪

locked

off ⁪

Yes

No

Open⁪

locked

off ⁪

Yes

No

Open⁪

locked

off ⁪

Yes

No

Open⁪

locked

off ⁪

Yes

No

Open⁪

locked

off ⁪

Yes

No

Sign

Other Precautions Warning labels attached to Master/ Officer on Watch

Person carrying out Isolation

Head of Department

I hereby declare that the above stated precautions for electrical/mechanical isolations have been taken. I confirm the above stated equipment is now safe to work on.

I have verified the above stated electrical/mechanical isolations. I will continue to monitor the situation until work is completed and the area is secured.

I am aware of and approve of the removal of the above stated equipment from service.

Name

-

-

-

Rank

-

-

-

Date/Time

-

-

-

Sign

-

-

-

Re-instating Equipment Head of Department I hereby declare that all work has finished on the above stated equipment, all the work team have signed off and the equipment has been left in a safe condition. The equipment may be re-instated to allow normal operation to resume. Name

Rank

Date

Sign

Person Re-instating Equipment I hereby declare that all Isolations and warning signs have now been removed and I am satisfied the equipment stated above is in a safe and functional condition for use. Name

Rank

Date


Sign

130

ETO Skripta


Master/ Officer on Watch I sign to acknowledge that the equipment stated above is now back in service, and that this isolation certificate is now closed out. Name

Rank

Date

Sign

Slika 82: Teleskopski tester za visoki napon


131

ETO Skripta


8. OSTALI BRODSKI SUSTAVI 8.1 Sustavi besprkidnog napajanja Sustav besprekidnog napajanja (uninterruptible power supply) ili sustav besprekidnog izvora struje je električni uređaj koji daje električnu energiju brodskim uređajima u trenucima kada je glavni izvor napajanja van funkcije. Sustav besprekidnog napajanja razlikuje se od generatora u slučaju nužde , baterija i ostalih izvora energije po tome što će uređajima koje opstrbljiva pružiti zaštitu od raznih poremećaja tako što električnu energiju daje iz ugrađenih baterija. Trajanje ovih akomulatora je relativno kratko ali je dovoljno da bi se sustav održao dok se ne vrati glavni ili pomoćni izvor napajanja.

Slika 84: Prikaz rada sustava besprekidnog napajanja Sustav besprekidnog napajanja se najčešće koristi za zaštitu računala, telekomunikacijske opreme, automatike broda te drugih sistema kod kojih promjene u napajanju ili gubitak napajanja mogu prouzrokovati oštećenja ili gubitak trenutnih podataka. Sustav besprekidnog napajanja može biti od reda veličine 200VA (sustav namjenjen zaštiti osobnih računala) do velikih jedinica namjenjenih zaštiti raznih sustava automatike i kontrole na brodovima s Dinamičkim pozicioniranjem.

Slika 84: Sustav besprekidnog napajanja na AHTS brodu


132

ETO Skripta


Sustavi besprekidnog napajanja djele se na 2 osnovne vrste. Offline ili preklopnik je vrsta besprekidnog napajanja koja reagira isključivo u slučaju nestanka električne energije i u tome slučaju služi kao izvor napajanja ( pretvorobom napona iz vlastitog akomulatora ).Offline sustavi imaju vrijeme odaziva ili reagiranja oko 5ms. Online ili stalni sustavi besprekidnog napajanja neprekidno pretvara energiju akomulatora u izmjeničnu energiju a samo akomulator se neprestano nadopunjava. Prednost online uređaja je u tome što su trošila konstantno zaštićenja od poremećaja u brodskoj mreži dok im se mana očitava u samim dimenzijama i nabavnoj cijeni. Na brodu se, zbog zaštite od kolebanja brodske mreže najčešće koriste sustavi sa ugrađenom automatskom kontrolom napona.


133

ETO Skripta


8.2 Brodska rasvjeta Originalna namjena električne energije na brodu svodila se samo i na isključivo brodsku rasvjetu. Danas se sustav brodske rasvijete može podijeliti u sljedeće osnovne skupine: - Osnovna rasvjeta (osvjetljava sve prostorije na brodu) - Rasvjeta za nužnost (osvjetljava obično jednu trećinu broda i napaja se iz ploče za nužnost i generatora za nužnost). Rasvjeta za nužnost koristi se i za vrijeme normalne operacije broda te su kućišta rasvjete za nužnost obično obilježena crvenom točkom ili crvenim slovom E. - Pomoćna rasvijeta za nužnost (napaja se iz brodskih baterija te pruža osvijetljene u vremenu između prestanka rada brodskog generatora i uklapanja generatora za nužnost). Za unutarnje osvjetljenje najčešće se koriste Fluorescentne svetiljke. One rade na principu prolaska električne enrgije kroz razređeni argon i malu količinu sitnih kapljica žive. Živa isparava tokom čega se zrači UV energija. Tanak sloj fosfora na unutrašnjoj strani zida sijalice, pod uticajem energije UV zračenja, počije da emituje vidljivu svjetlost.

Slika 85: Starter za flourescentne cijevi Automatski tinjajući starter ima malu tinjalicu, koja se puni neonom ili argonom, s bimetalnom elektrodom. Kada se uključi struja, tinjalica će zagrijati plin u starteru i bimetal će se saviti prema elektrodi. Kada dotakne elektrodu, dvije žarne niti i prigušnica će biti spojeni u seriju na ulazni napon. To će dovesti da žarne niti počnu izbacivati elektrone zbog termoelektronske emisije. U tinjalici startera, bimetal će se odmaknuti i plin će se početi hladiti. Induktivni otpor s prigušnice će omogućiti visoki napon da se svjetiljka pokrene. Starter ima dodatno jedan kondenzator, povezan paralelno s tinjalicom, da omogući duži radni vijek elektrodi. Kada svjetiljka počne svijetliti, katoda će biti dovoljno topla i starter se neće uključivati. Osim toga, radni napon svjetiljke nije dovoljan da uključi ponovo tinjalicu. | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

134

ETO Skripta


Međutim, ponekad će se tinjajući starter uključivati par puta, prije nego se katoda dovoljno ugrije. Elektronski starter koriste puno kompliciraniji način da predgriju katodu, obično specijalno konstruiran poluprovodnički prekidač. Oni se programiraju s predefiniranim vremenom predgrijavanja, obično unutar 0,3 sekunde. Za vanjsko osvjetljenje u obliku reflektora najčešće se koriste Natrijumove žarulje pod visokim pritiskom. Kao i žarulje sa halogenim metalima i živinom parom, žarulje sa natrijumom pod visokim pritiskom (HPS, High-Presure Sodium) proizvode svjetlost kada plin koji se nalazi u jednoj cijevi, biva pobuđen do fluorescencije. Glavnina proizvedene svjetlosti se nalazi između 550 i 650 nm, što daje svjetlo kojim dominira narančasta boja. HPS lampe imaju i visoku efikasnost i dug radni vijek. Drugi tip žarulja korištenih za vanjsko osvjetljenje su Halogene žarulje. One su također žarulje sa žarnom niti, te koriste princip termičkog zračenja pri generiranju svjetla. Dodatak halogenida (brom, klor, fluor i jod) plinskom punjenju gotovo potpuno sprečava crnjenje balona žarulje, čime se održava gotovo konstantan svjetlosni tok kroz cijeli vijek trajanja. Zbog toga je moguće napraviti balon puno manjih dimenzija, s višim pritiskom plinskog punjenja, čime se dodatno povećava iskoristivost inertnih plinova u punjenju – Kriptona i Ksenona. Također, moguće je žarnu nit zagrijati na puno višu temperaturu, čime se podiže svjetlosna iskoristivost. Ovisno o tipu broda u nekim brodskim prostorima potrebnna je i protueksplozivna rasvjeta. Karakteristika ova rasvjete je u tome što su startni krug i žarulje hermetički izolirane od okoline čime se priječava pojava iskre i eksplozije. Ukoliko se kućište protueksplozivne rasvjete otvori doći će do automatskog izsključenja rasvjete te ju nije moguće ponovno aktivirati dok god se kućište na zatvori. Klasičan primjer mjesta korištenja ovoga tipa rasvjete je brodsko skladište boje. S obzirom na utjecaj vremena , mora , soli te česte promjene temperature kućišta brodske rasvjete ( posebno vanjske ) moraju biti izvedena na način da pružaju dovoljnu zaštitu od svih utjecaja i omogućuju dugu eksploataciju. Pojavom novijih tehnologija LED rasvjeta postaje sve učestaliji oblik rasvjete na brodovima. Ostala rasvijeta na brodu svodi se na razna signalizacijska svijetla , reflektore za pretragu ( obično velike snage i koriste se za pretragu mora u slučaju ''Čovjeka u moru'', ručne svjetiljke ( radne i sigurnosne ) te osvjetljenja teretnog prostora broda.


135

ETO Skripta


8.2.1 Navigacijska i signalna svjetla Brodska navigacijska svjetla upravljaju se sa zapovjedničkog mosta preko posebnog panela. Sva navigacijska svijetla moraju biti duplirana sa mogućnosti automatskog prebacivanja na drugo svijetlo ( ukoliko dođe do prestanka rada glavnog svijetla ).Sustav navigacijskih svjetala mora biti u mogućnosti dati korisniku vizualnu ili zvučnu obavijest ( alarm ) ukoliko dođe do prestanka rada jednoga svjetla.

Slika 86: Dijagram sklopa navigacijskog svjetla sa zvučnim alarmom Ovisno o sistemu koriste napon napajanja od 24 do 220 Volti te se napajaju iz glavne rasklopne ploče i ploče za slučaj nužde.

Slika 87: Raspodjela navigacijskih svjetala Na novijim brodovima i brodovima izloženijim konstantnim vibracijama koriste se LED navigacijska i signalizacijska svjetla. Ova svjetla zahtjevaju kompliciranje sustave monitoringa rada svjetla jer se svode na motrenje radne struje LED žaruljica.


136

ETO Skripta


Signalna svjetla rade na istom pricipu kao i navigacijska ali su drugčijeg razmješta i boje osvjetljenja. Svjetla za navigaciju: Jarbolsko svjetlo, bjele boje, a postavljeno je na jarbolu i osvijetljava luk obzora od 225 stupnjeva po pramcu Bočna svjetla, zeleno na desnoj strani i crveno na lijevoj, svako osvijetljava luk po 112,5 stupnjeva (skupa pokrivaju sektor jarbolskog svjetla) Krmeno svjetlo, bijele je boje, postavljeno na krmi broda i osvjetljava luk obzora od 135 stupnjeva po krmi, te se postavlja na najvidljivije jesto na brodu i osvjetljava luk obzora od 360 stupnjeva. Signalna svijetla koriste se kao oblik komunikacije s drugim brodovima. Neka od najvažnijih signalnih svjetala su Svjetlo potrebe za pilotom , svjetlo indikacije opasnog tereta , bijelo svjetlo za komunikaciju preko Morsovog koda te svijetlo indikacije da brod nije u manervrirajućem stanju (NUC). Ova svjetla mogu se napajati iz 2 različita izvora a često postoji i treći izvor od 24V posebno za NUC svjetla.


137

ETO Skripta


8.3 Katodna zaštita broda Termin katodna zastita se odnosi na elektrokimijsku zaštitu brodskog trupa radi spriječavanja nastajanja korozije. Uz zaštitu premazima, katodna zaštita je najčešća metoda zaštite od korozije u brodogradnji. Najbolje rezultate daje u kombinaciji sa sustavima premaza, gdje zaštitni sloj prevlake odvaja materijal od okoline, a katodna zaštita mijenja vanjske činitelje oštećivanja smanjenjem pokretne sile korozijskih procesa. Zaštitom od korozije metodom katodne zaštite pruža se sigurnost u eksploataciji i višestruko produžava vijek trajanja brodskog trupa, smanjuju troškovi održavanja i antikorozivnih popravaka te smanjuju sama oštećenja na brodskom trupu uzrokovana korozivnim djelovanjem. Katodna zaštita se sprovodi na dva osnovna načina: - zaštita žrtvovanim anodama - zaštita narinutim naponom 8.3.1 Zaštita žrtvovanim anodama Zaštita žrtvovanom elektrodom zaštita je željeza ili čelika protiv korozije koristeći reaktivniji metal. Komadići cinkove ili magnezijeve slitine pričvrste se za tijela pumpi ili cijevi. Zaštićeni metal je katoda i ne korodira dok anoda korodira. Ovakvi se predmeti zovu žrtvovane anode. Žrtvovane elektrode moraju se periodično zamjenjivati ovisno o brzini trošenja.

Željezna cijev spojena je s reaktivnijim metalom, kao što je magnezij, koji će donirati svoje elektrone i sprječiti hrđanje željeza. Eventualno oksidirano željezo će se reducirati nazad u elementarno stanje. Ako uzmemo u obzir da su dva komada metala u moru u međusobnom kontaktu dolazimo do zaključka da će manje plemeniti materijal imati niži potencijal od plemenitijeg metala. Razlika potencijala između dva metala povezanih morskom vodom generira tok struje


138

ETO Skripta


između metala. Tok struje kroz morsku vodu oslobađa ione u vodi te dovode do otapanja ( anodne reakcije ) manje plemenitog materijala (anode) u vodi. Kod ove zaštite većinom se koriste anode od cinka , aluminija ili magnezija. Iako su anode od cinka najraširenije njihova primjena ima i negativnu stranu u vidu oštećenja brodskog trupa nastala varanjem anoda na trup broda. Na novijim gradnjama koristi se i kombinacija anoda od različitih materijala. Primjerice , ukoliko su na sami trup broda montirana dva različita tipa anoda , kada se jedna vrsta anode istroši struja će teći između plemenitijeg metala i sljedećeg manje plemenitog metala.

Slika 88: Anode na brodskom trupu Trošenje anoda proprcionalno je stupnju oštećenja brodske oplate. Ukoliko je oštećenje veće doći će do bržeg trošenja anoda

Slika 89: Katodna zaštita malog brodskog motora | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

139

ETO Skripta


Sami sustav katodne zaštite žrtvovanim anodama omogućuje rasporedbu anoda duž cijelog brodskog trupa u svrhu bolje zaštite te između dokovanja broda ne zahtjeva nikako održavanje. Negativni aspekti korištenja ove zaštite očituju se u fizičkom oštećenju vanjske oplate ( primjerice kroz plovidu ledenim morima ) u kojima dolazi do brzoga trošenja anoda. Isto tako , vijek trajanja anoda je nepredvidiv te mogu trajati od 1 do 5 godina.

Slika 90: Žrtvovane anode u tanku balasta 8.3.2 Zaštita narinutim naponom Zaštita narinutim naponom ( ICCP - ) je sistem zaštite u kojemu se voda pozitivno polarizira te se na taj način dobija tok struje prema brodskoj oplati na mjestima gdje je oplata u kontaktu s vodom.

Slika 91: Djelovi katodne zaštite narinutim naponom

Sistem zaštite narinutim naponom se sastoji od: - Ispravljača - ICCP anoda | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

140

ETO Skripta


- Referentnih elektroda - Kontrolne jedinice

Princip rada zaštite s narinutim naponom Ispravljač se spaja na brodsku oplatu s negativnim polom što uzrokuje da se voda pozitivino polarizira sto daje tok struje prema oplati broda dok god je ona u kontaktu s morskom vodom. Referentna elektroda se spaja na automatsku regulaciju te služi za indikaciju stanja antikorozivne zaštite te u slučaju a su vrijednosti potencijala negativnije od potencijala korozivne zaštite za korišteni tip elektrode može se smatrati da je brodski trup zaštićen od korozije. Vrijednost narinute struje kreće se od 10 do 600A što ovisi o vličini broda. Napon je u najviše slučajeva od 20 do 30 volti što ovisi o broju i rasporedu anoda. Prednosti ovoga sustava su što zahtjeva minimalno održavanjeali je potrebno je voditi dnevnik vrijednosti koji se šalje na analizu proizvođaču. Isto tako nije potrebno zavarivanje anoda što smanjuje samo oštećenje brodskog trupa te sustav automatski regulira jakost struje ovisno o oštećenju vanjskog premaza broda te vodi u kojoj se brod nalazi.

Slika 92: Anoda zaštite s narinutim naponom


141

ETO Skripta


8.4 VATRODOJAVA NA BRODU Vatrodojavni sustavi izuzetno su važni u pravoremenom otkrivanju požara na brodu , zaštitu brodskih postrojenja , tereta , opreme kao i života same posade broda. Sami sustav vatrodojave na brodu sličan je sustavima vatrodojave na kopnu te se sastoji od centralne jedinice , detektora dima , vatre ili topline te raznih panela i korisničkih sučelja na kojima je moguće motriti stanje sustava (repeatera). Brodovi su obično opremljeni jednim ili više sustava za vatrodjavu te se drugi sustav ( autonoman ) obično nalazi u brodskoj strojarnici. Ovaj sustav posjeduje mogućnost automatskog ispuštanja sitne vodene maglice ukoliko jedan od detektora detektira da je u strojarnici izbio požar.

Slika 93: Korisničko sučelje brodskog vatrodojavnog sustava Centralna jedinica vatrodojave obično je spojena i sa brodskim sistemom uzbune davajući jasan signal da je na brodu detektiran požar preko brodskih sirena. Isto tako centralna jedinica je spojena i na magnetne držače protupožarnih vrata koji u slučaju požara se demagnetiziraju i time automatski zatvaraju vrata. Na nekim brodovima centralne jednicice su spojene i na brodski klimatizacijski sustav te ga automatski gase , onesposobljavaju korištenje dizala te automatski zatvaraju svu ventilaciju u požarom zahvaćenom području broda. Detektori vatrodojavnog sustava mogu se , prema svojoj namjeni , podjeliti na detektore za otkrivanje plamena , dima , plinova ili topline. Ionizacijski dimni detektori imaju veliku osjetljivost na vatre s malo dima. Koriste se većinom u brodskim skladištima , garažama te u prostorima u kojima se nalaze lako zapaljivi materijali. Optički dimni detektori služe za otkrivanje sporog gorenja s puno dima.


142

ETO Skripta


Termički detektori koriste se većinom u brodskim kuhinjama te spremištima boje. Postoje dvije vrste termičkih detektora a to su Termodiferencijalni ( mjere promjenu temperature i reagiraju na nagli porast temperature ) te Termomaksimalni ( mjere fiksnu temperaturu i reagiraju kada temperatura dostigne predefiniranu vrijednost za aktivaciju alarma. Multisenzor detektori su kombinacija optičkog i termičkog detektora te se većinom koriste na brodovima novije gradnje. Riječ je o detektorima koji su veoma dobri za opću upotrebu. Razlog kombinacije ovih detektora je u smanjenu broja lažnih alarma. Detektori plamena namjenjeni su otkrivanju ultraljubičaszog ili infracrvenog spektra emitiranog od vatre pa mogu detektirati i gorenje plina ( koje nije vidiljivo gollim okom ). Najčešće se koriste u brodskim strojarnicama i većinom su instalirani oko dizelskih motora. Na brodovima s velikm prostorima za teret ( brod za rasute terete , kontejnerski brod ) instalira se sustav nadzora teretnog prostora pomoću usisnika koji zrak iz teretnog prostora periodično dovode do centrale za nadzor koja provjerava sadržaj zraka na dim. Zrak se do centrale za nadzor dovodi najčešće cijevima koji su namjenjene gašenju požara u brodskim teretnim prostorima pomoću CO2 sustava.

Slika 94: Multisenzor ( detektor topline i dima )

Na brodove se postavljaju i ručni javljači požara koji se koriste uglavnom u kombinaciji sa detektorima a u naravi predstavljaju tipkalo koje osoba koja primjeti požar aktivira pritiskom radi podizanja vatrodojavnog alarma. Zbog velike količine detektora i ručnih dojavljivača na brodovima prilikom instalacije je potrebno brod podjeliti u zone. Da bi se spriječilo onemogućavanje rada cijele zone ili petelje u slučaju kratkog spoja koriste se izolatori. Izolatori nisu adresabilni uređaji iako se koriste na | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

143

ETO Skripta


adresabilnim sustavima te su namjenjeni izoliranju uređaja ili djelova zone u slučaju kratkog spoja. Svi noviji sustavi su adresabilni te nam na samoj upravljačkoj konzoli daju točnu lokaciju požara , broj i adresu detektora koji se aktivirao te zonu u kojoj se detektor nalazi. Sustav vatrodojave mora se redovito testirati, kontrolirati i servisirati jer mora uvijek biti spreman na vrijeme korisnika obavjestiti o nastalom stanju. Neispravan sustav vatrodajave je velika opasnost jer se u njega pouzdamo a u stvari nas ne štiti od ničega.


144

ETO Skripta


8.5 POWER MANAGEMENT SYSTEM Power management system ili PMS koristi se kako bi se omogucila sigurna i efikasna raspodjela električne energije na brodovima. Ovisno o modelu i postavkama PMS-a, između staloga, moguće ja i automtsko startanje , sinkroniziranje i ubacivanje u mrežu dodatnog izvora energije (dizelskog genratora) ukoliko sustav procjeni da je isti neophodan za sigurno funkcioniranje broda i izbjegavanje blackouta. Na istim sustavima moguc je i obrnut proces , gašenje generatora u slučajevima u kojima sustav procjeni da je jedan ili više genratora dovoljan za sigurnu operaciju broda. Kod novijih teretnih brodova opremljenih teretnim dizalicama iste se spajaju na PMS te u slučaju korištenja dizalica operator najprije mora zatražiti ''dopuštenje'' od PMS-a. Tek kada PMS uputi dodatni izvor energije moguće je vršiti operacije teretom. Ove funkcije su posebno korisne kod operacija teretom jer ne zahtjevaju više genratora za vrijeme kad se brodskim dizalicama ne upravlja. Kod DP brodova , posebno sa brodovima DP klase 2 ili više PMS je jedan od najvažnij sustava na brodu. Da bi brod udovoljio DP klase 2 mora , u najgorem slučaju , imati potpuno neovisni izvor sustava napajanja što znači da u slučaju kompletnog nestanka jednoga izvora brod mora ostati u sustavu dinamičkog pozicioniranja napajan iz drugog generatora kako bi na siguran način prekinuo operaciju.

Slika 95: Power management system Kod ovakvih brodova najčešće postoje PMS A i PMS B , jedan za svaku stranu Main switchboarda. Oba PMS-a (međusobno komuniciraju) preko raznih feedbacka dobijaju inpute ( aktivnu snagu npr. ) te vrše izračun preostale dostupne energije.Informacije o dostupnoj energiji šalju se na pretvarače frekvencija (azimutalnih porivnika). Ukoliko PMS A zakaže PMS B automatski preuzima kontrolu nad svim izvorima i trošilima. Kao i kod teretnih brodova , generatori koji se nalaze u Auto modu automtaki se upućuju ovisno o odluci PMS-a o potrebi za dodatnim izvorom energije.


145

ETO Skripta


Da bi se izbjegao blackout PMS vrši konstantnu usporedbu između aktivne snage i dostupne snage. Ukoliko PMS detektira povećanje aktivne snage iznad sigurne zone signel se šalje pretvaračima frekvencije kako bi se smanjila snaga porivnika. Ukoliko PMS detektira nedostatak dostupne energije kao i nemogućnost uspučivanja dodatnog generatora signal se opet šalje na pretvarače frekvencije dajući im maksimalnu vrijednost do koje može ići opterećenje na svakom od porivnika. Za vrijeme DP operacije PMS i pretvarači frekvencije brzo će smanjiti potrošnju na željeni level (ukoliko ne postoji dostpuni višak energije). U ovome slučaju daje se i prioritet važnijim porivnicima (azimutalni najčešće imaju prednost nad bočnim porivnicima).

8.6 RASHLADNI UREĐAJI NA BRODU Rashladni uređaji na brodu koriste se za hlađenje prostorija, hlađenje spremišta hrane te hlađenje tereta (refer kontejneri ili rashlađena skladišta tereta). Glavna primjena klimatskih uređaja na brodu očitava se u hlađenju prostorija s automatikom i elektronikom kako bi se omogućio njihov efikasan rad. Druga primjena je za samu posadu i hlađenje životnih prostorija posade. Glavni djelovi osnovnog rashladnog uređaja svode se na: -

-

Kompresor - elektromotor (ili drugi pogon) sa mogućnošću pokretanja protoka rashladnog plina u sistemu (kompresijom). Kondenzator - sastoji se od sistema cijevi pločastog profila te akumulira plin pokrenut kompresorom koji se u njemu sabije te se usljed povećanja tlaka povećaje i temperatura plina. Ekspanzijski ventil - (kapilara ) određuje koliko će se pritisak stvoriti u kondenzatoru , tj kada će plin prijeći graničnu točku i nastaviti protok dalje prema isparivaču. Isparivač - sistem cijevi , rebrastog oblika, jednak je kondenzatoru ali obrnute funkcije. Nakon prolaska rashladnog plina kroz ekspanzijski ventil, usljed rasterećenja (prolazak iz uskog ventila u kondenzator), naglo gubi na tlaku a time se i temperatura mjenja. Na isparivače su najčešće montirani fanovi (ventilatori) koji kroz iste pušu zrak koji se hladi.

Za potrebe hlađenja zraka jedan od mogućih načina hlađenja je posredan način hlađenja – pothlađenom vodom temperature 7/12°C. U rashladnom uređaju voda se u pločastom isparivaču hladi s temperature 12°C na temperaturu 7°C. Uređaj je smješten izvan objekta, a svi priključci, dijelovi armature i cijevi moraju biti izolirani. Hladna voda se pumpama distribuira u prostorije koje treba klimatizirati. Ovi sustavi zovu se chilleri ili chilled water sustavi. Koriste se posebno na većim brodovima jer rashladni plin nije | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’

146

ETO Skripta


potrebno distribuirati do prostorije koja se hladi te samim time onemogućuje velika curenja plina i kvarove na sustavu.

Slika 96: Chiller sistem (Strojarska jedinica)


147

ETO Skripta


9. Literatura Automatika i procesi – Pretvarači frekvencija – Internet Sveučilište u Rijeci - Pomorski fakultet - BRODSKI ELEKTRIČNI STROJEVI I SUSTAVI – Autor: Doc. dr. sc. Dubravko vučetić Dynamic positioning conference October 9-10, 2007 - Power Management Control of Electrical Propulsion Systems - Ingve Sørfonn - Wärtsilä N.A. Inc. Diesel-electric Drives – MAN Diesel & Turbo – Brief guidline Sveučilište u Rijeci - Pomorski fakultet – BRODSKI ELEKTRIČNI UREĐAJI – Autor: Doc. dr. sc. Dubravko Vučetić Sveučilište u Rijeci - Pomorski fakultet –Energetska Elektronika– Autor: Doc. dr. sc. Dubravko Vučetić Pomorski fakultet Split – Transformatori – Autorica: Maja Krčum Pomorski fakultet Split – Električna propulzija – Autorica: Maja Krčum Practical Marine Electrical Knowledge – Prvo izadnje - DennisT . Hall BA(Hons) .Eng.,MIEEM, lMarE - Principrl Lcctur, Marine & Tcchnical Collegc, South Shields

Sveučilište u Rijeci - Pomorski fakultet - Primjena visokonaponskih kopnenih priključaka u hrvatskim lukama- Aleksandar Cuculić, mag. ing.- Dr. sc. Dubravko Vučetić - Dr. sc. Vinko Tomas Automatic Voltage Regulator User’s Manual- ABB – Finland – 2011 Dc‐Dc pretvarači – impulsni regulatori jednosjmjernog napona ‐čoperi- Napoznat autor – Internet ASINKRONI STROJEVI - Napoznat autor – Internet Sveučilište u Rijeci - Pomorski fakultet – BRODSKI ELEKTROENERGETSKI SUSTAVI– Autor: Doc. dr. sc. Dubravko Vučetić Fakultet elektrotehnike i računarstva – ASINKRONI STROJEVI I POGONI– Autor: Doc. dr. sc. Damir Žarko Sveučilište u Rijeci - Pomorski fakultet – BRODSKI ELEKTRIČNI SUSTAVI – Autor: Doc. dr. sc. Dubravko Vučetić PROTIVEKSPLOZIVNA ZAŠTITA - Mr Zorana Marković, dipl. ing. el. Mr Nedžad Hadžiefendić , dipl. ing. el., pod mentorstvom Prof. dr Zorana Radakovića, dipl. ing. el. Seminarski rad.


148

ETO Skripta


Koncepcija procesora lifta sa distribuiranom strukturom B. Petrović, G. Nikolić - Elektronski fakultet, 18000 Niš – Republika Srbija Prekidači I sklopke srednjeg I visokog napona – Nepoznat autor – Predavanja – Internet UDŽBENICI TEHNICKOG VELEUCILIŠTA U ZAGREBU – Sinkroni I Asinkroni električni strojevi – Ivan Mandic - Veselko Tomljenovic - Milica Pužar SINKRONI STROJEVI – Nepoznat autor – Predavanja – Internet KONČAR - ELEKTRIČNI APARATI SREDNJEG NAPONA, d.d. - VAKUUMSKI PREKIDAĈSREDNJEG NAPONA – Serije VK – Korisnički manual - KONSTRUKCIJA, NAČIN RADA, KORIŠTENJE I ODRŢAVANJE – Zagreb 06/2005 High Voltage on Ships,Safety, Equipment Testing – D. T.Hall Electrical Engineer's Reference Book- Sixteenth edition - M. A. Laughton CEng., FIEE D. J. Warne CEng., FIEE - OXFORD AMSTERDAM The Electrical Engineering Handbook - Ed. Richard C. Dorf ENERGETSKA ELEKTRONIKA - Doc. dr. sc. Danko Kezić OPŠTA TEORIJA ELEKTRIČNIH MAŠINA – Autor nepoznat – Internet Pomorski fakultet Split – Brodski električni uređaji – Autorica: Maja Krčum VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA PULA - ELEKTRONIKA 1 (izvadci predavanja šg.2010/2011) Lekcija 3 - Dr.sc.Branimir Ružojčić Rolls Royce – Azimuth – Users manual Ostali users manual sa raznih brodova. Razni maturalni radovi Razne internet stranice Ostali nenamjerno nespomenuti izvori


149

ETO Skripta


Ova skripta sastavljena od od nekoliko izvrsnih knjiga i skripti Visokih učilišta i Srednjih tehničkih150 škola - Kondenzator | Program dodatne edukacije ‘’Časnik elektrotehnike’’ spomenutih u literaturi. Pri sastavljanju skripte posebna pažnja posvećena je budućim Časnicima elektro tehnike koji su tek završili vježbenički staž. Split 2014

0Brodska elektroenergetika

Recommend Documents