BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEKE S PREDAVANJA 5
BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 5 Napomena: kompletno gradivo je u literaturi, ovo su samo bitne natuknice
BIMETALI Bimetale tvore dvije međusobno spojene metalne trake izrađene od dviju različitih slitina. Svaka od njih ima svoj linearni koeficijent rastezanja, različit od koeficijenta druge sastavnice. Prolaskom električne struje povećava se temperatura traka, one se različito rastežu i bimetal se savija na jednu stranu. Bimetali se, između ostalog, rabe za bimetalnu zaštitu. Keramička pećica Pegla Štednjak I sl.
OSIGURAČI Prekostrujni osigurači (rastalni, bimetalni i sl. ) automatski prekidaju strujni krug kada struja pređe maksimalnu dozvoljenu vrijednost. Podnaponski osigurači prekidaju strujni krug kada u krugu napon padne ispod dozvoljene granice. Bimetalni osigurači su tromi. Često se koriste u pomoćnim krugovima koji isključuju glavni krug.
OSIGURAČI Jedan od najvažnijih uređaja koji radi na principu Jouleove topline je rastalni osigurač. To je zaštitni električni uređaj koji prekida strujni krug kojega štiti kada jakost električne struje prijeđe dopuštenu vrijednost. Do prekoračenja jakosti električne struje dolazi zbog kvara na instalaciji ili trošilu, ili uključenja trošila prevelike snage. Tako se instalacija štiti od posljedica koje izaziva kratki spoj. Na mjestu gdje rastalna nit pregori javlja se svjetlosni luk s visokom temperaturom. Da ne dođe do požara ili nekih drugih štetnih posljedica, rastalna nit se okružuje kremenim pijeskom i sve se zatvara u porculanski omotač. -Automatski - Rastalni.
NAPRAVE ZA UKLAPANJE STRUJNIH KRUGOVA Sklopke služe za uklapanje i isklapanje strujnih krugova do nazivne struje. Sklopnici i kontaktori su elektromagnetske sklopke za daljinsko upravljanje trošila. Prekidač je sklopni uređaj koji može uklapati i prekidati i nominalne i struje kratkog spoja do svoje nazivne (uklopne i prekidne) vrijednosti. Tipkalo je uređaj koji služi za ručno kratkotrajno spajanje ili prekidanje kontakta ako su manje od 10 [A]. Razvodni uređaji služe za razvođenje ili grananje električnih vodiča.
NAPRAVE ZA UKLAPANJE STRUJNIH KRUGOVA
KABELI Služe za prijenos informacija ili energije. Optički kabeli, posebna prezentacija na: http: //www. pfst. unist. hr/~ivujovic/stare_stranice/ppt/pred 10. ppt
NEKE POSEBNOSTI BRODSKIH KABELA Brodski kabeli su: - energijski, - telekomunikacijski, - signalni, - optički. Jedino na S možemo utjecati. Stoga su Energijski kabeli najdeblji! Dolaze u dodir s materijalima agresivnih svojstava: - benzinom, - raznim gorivima, - bojama, - lakovima i - uljima. Tijekom rada trajno su izloženi djelovanju morske atmosfere, i to u ekstremnim klimatskim uvjetima. Vodiči, izolacijski materijali, omotači, električki i mehanički opleti moraju udovoljavati zahtjevnim normama i testovima.
NEKE POSEBNOSTI BRODSKIH KABELA Prema namjeni mogu se podijeliti na: - brodske energijske kabele za napone do 1000 V (mogu imati od 1 do 4 žile, s presjekom žile do 400 mm 2, - signalne kabele (mogu imati više tankih žila debljine do 1, 5 mm 2) za povezivanje kontrolnih zvrčnokompasnih i signalnih uređaja, za daljinsko upravljanje, za iskazivanje rezultata mjerenja itd, - telekomunikacijske kabele, - kabele za posebne namjene, - posebne kabele za demagnetizaciju broda (degausizacija - npr. s brodskim trupom kao zaštita od magnetskih mina, i sl. ), - teško gorivi kabeli, - optički kabeli. Brodski kabeli trebaju imati: - veliku električnu čvrstoću, - veliku mehaničku čvrstoću, - otpornost na djelovanje vlage, lužine, kiseline, ulja i sol.
NEKE POSEBNOSTI BRODSKIH KABELA Za izolaciju brodskih kabela rabi se veliki broj materijala: polivinil, teflon, polietilen, guma, azbest, itd. Kabelska ispuna često su jutena vlakna impregnirana katranom, parafinom, i sl. Izvana se postavlja tzv. vanjski plašt (od olova, sintetičke mase ili čak platna). Posebnu brigu treba voditi o uzemljenju. Kabeli se uzemljuju na oba kraja, a oni koji se prekidaju uzemljuju se na mjestu svakog prekida, na prolazima kroz pregrade i palube, te na uvodima u kućišta.
MJERENJE SNAGE I RADA ELEKTRIČNE STRUJE Snaga se može mjeriti: izravno vatmetrom ili neizravno mjerenjem struje i napona. Električna snaga istosmjerne struje jednaka je umnošku očitanih vrijednosti s ampermetra i voltmetra: P=UI W Za mjerenje električnog rada (električne energije), odnosno njegovog utroška, koriste se brojila. Temeljna relacija je: W = U I t Ws = J
GUBITAK SNAGE U VODOVIMA Kao vježbu pogledati zadatak 53. iz Zbirke. Gubitak snage u vodu u postotcima je:
IZVORI ISTOSMJERNE ELEKTRIČNE STRUJE Proizvodnja električne energije temelji se na činjenici da se električna energija može dobiti utroškom nekog drugog oblika energije. Uređaji koji omogućuju tu pretvorbu služe kao izvori električne struje. Izvori električne energije mogu biti: - kemijski, - toplinski, - svjetlosni, - mehanički i sl. Dvije su osnovne vrsti kemijskih izvora električne struje. To su: primarni izvori, ili galvanski članci (elementi) i sekundarni izvori, ili akumulatori. Primarni elementi su oni koji su odmah, čim su sastavljeni, sposobni za svoju funkciju, te u načelu nisu obnovljivi. Sekundarne kemijske izvore treba prije uporabe napuniti, ali su uz ispravnu uporabu obnovljivi.
PRIMARNI KEMIJSKI IZVORI Ako se u elektrolit urone dvije ploče (elektrode) od različitih materijala, svaka ploča dobiva prema elektrolitu određeni potencijal (EMN), kojemu je uzrok elektrolitička polarizacija. Ako se u elektrolit urone ploče od istog materijala, neće biti razlike u potencijalu! Što su materijali udaljeniji u nizu iz tablice među elektrodama se može dobiti viši napon. Ta omogućuje izradbu galvanskih članaka (Luigi Galvani, 173798. ). Prvi takav element napravio je Alessandro Volta (1745 -1827), a kasnije su razvijeni i mnogi drugi: Leclanchéov, alkalni-Mn. O 2, litijev, itd. Voće ili povrće u kombinaciji s 2 metala – film Win. DVD 75 MB
LECLANCHÉOV ČLANAK Elektrolit je vlažna smjesa N 4 HCl, a anoda je ugljeni štapić obložen prahom mangan -dioksida (Mn. O 2), koji služi kao depolarizator. Negativni pol, koji je ujedno i posuda, izrađen je od cinka. Napon ovog članka je 1, 5 (V). Izrađuje se i u plosnatom obliku, gdje su serijski spojena takva tri članka, ukupnog napona 4, 5 (V).
WESTONOV ČLANAK Westonov neopterećeni zasićeni članak tijekom duljeg vremena daje izuzetno konstantan napon (1, 01865 V), te se njime koristi kao etalonom napona. Napon članka ovisi o temperaturi. Katoda je od kadmij-amalgama pokrivenog slojem kristala kadmij-sulfata. Anoda je od žive, a depolarizator je živa(II)-sulfat (Hg 2 SO 4). Kao elektrolit služi zasićena vodena otopina kadmij-sulfata (Cd. SO 4). Može se koristiti samo neopterećen (u kompenzacijskim mjernim postupcima).
OSTALI PRIMARNI KEMIJSKI IZVORI • ALKALNI - Mn. O 2 ČLANAK (razlikuje se od Leclanchéovog članka samo po elektrolitu: kalijevoj lužini) • ŽIVIN OKSID - CINK ČLANAK (Ovaj članak razlikuje se oblikom od ranije spomenutih. Malih je dimenzija i po obliku nalikuje na dugme. Područje primjene su bili medicinski uređaji (slušni aparati), električni satovi, svjetlomjeri, kamere, kalkulatori, itd. ) • LITIJEV ČLANAK (Od svih članaka daje najviši napon, 3 V, može se vrlo dugo skladištiti, koristi se od niskih do visokih temperatura. Ima vrlo široko područje primjene: računalna tehnika, vojne namjene (prenosivi radari, oprema za gađanje, oprema za noćno motrenje), slušni aparati, pace-makeri (elektronički stimulatori rada srca), svjetionici, izdvojene meteorološke postaje, mobitele, itd.
NAPRAVITE SAMI BATERIJU Dva različita metala – elektrode. Povrće, voće, kvasina, morska voda ili sl. elektrolit.
SEKUNDARNI KEMIJSKI IZVORI Sekundarni kemijski izvori električne struje su akumulatori. Oni se mogu obnavljati prolaskom električne struje kroz akumulator u smjeru suprotnom od smjera kad akumulator služi kao izvor. Poznati su: - olovni, - srebreni (u kombinaciji s cinkom i s kadmijem), - čelični, - nikal - kadmijevi i - nikal - metalhidrid akumulatori.
OLOVNI AKUMULATORI Pažnja! -Prilikom punjenja kroz čepiće čelija izlazi tzv. plin praskavac. - U slučaju da kožu dotakne elektrolit, potrebno je isprati to mjesto.
ČELIČNI AKUMULATORI Glomazni su. Najpoznatija upotreba je u željezničkim vagonima (velike kutije na dnu vagona).
SREBRENI AKUMULATORI
KEMIJSKI IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE - AKUMULATORI a) Klasični akumulatori s tekućim elektrolitom b) Gel ili VRLA (Valve Regulated Lead-Acid) akumulatori c) AGM (Absorbed Glass Mat) akumulatori
KEMIJSKI IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE - AKUMULATORI a) - Akumulatori s tekućim elektrolitom imaju karakteristike: Značajno nižu cijenu, manja težina, maksimalna tolerancija napona punjenja, montiraju se na plovilima jedino u vertikalnom položaju, mogućnost curenja elektolita, potrebna je stalna kontrola i održavanje, potrebna je ventilacija prostora, manji broj ciklusa pražnjenja i punjenja, prosječni vijek trajanja 2 -3 godine, moguć kratki spoj unutar akumulatora zbog olovnog sulfata koji se s vremenom taloži na dnu akumulatora.
KEMIJSKI IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE - AKUMULATORI b) Gel akumulatori (elektrolit je imobiliziran između ploča u obliku želatinozne mase) je karkteristika: - nije potrebno nikakvo održavanje, - moguća je montaža u bilo kojem položaju, - nema izlaženja plina praskavca prilikom punjenja, - ako su kleme izolirane mogu raditi pod vodom, - otporni su na vibracije i udarce, - stupanj samopražnjenja je malen, - vijek trajanja 5 -8 godina, - brzo se pune, a mogu se prazniti do 50% nominalnog kapaciteta, - duplo veća cijena od klasičnog akumulatora, - potrebni posebni punjači, pa se na brodu teško obnavljaju.
KEMIJSKI IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE - AKUMULATORI c) AGM akumulatori (elektolit je imobiliziran u staklenoj vuni) imaju karakteristike: - tehnološki najnapredniji, - dug vijek trajanja, - vrlo velik broj ciklusa punjanja i pražnjenja, - niski stupanj samopražnjenja, - nije potrebno održavanje, - može raditi u različitim položajima, - nema plinova prilikom punjenja, - otporan na vibracije i udarce, - visoka cijena, - vrlo je osjetljiv na visinu napona punjenja, - izrađuje se samo u nekoliko veličina.
UPORABA I SMJEŠTAJ AKUMULATORA NA BRODOVIMA Akumulatori na brodu namijenjeni su za rasvjetu u nužnosti, signalizaciju, telefoniju, zališnu rasvjetu, dojavu požara, alarmna zvonca, pozivna zvonca, zališne radiouređaje, električne satove, itd. Najčešći napon baterija u uporabi je 24 V i 60 V. Na brodu se akumulatorijske baterije čuvaju u posebnim prostorijama. Prostorije u kojima se čuvaju akumulatori trebaju biti smještene visoko na brodu, da u slučaju nesreće mogu biti što dulje izvan vode, jer se njima u principu opskrbljuju električnom energijom uređaji za nužnost. U tim prostorijama nužna je dobra provjetrenost, zbog plinova koji se oslobađaju. U tim prostorijama nije mjesto ni za kakve električne naprave ili uređaje - oni se nalaze izvana (prekidači). Materijal od kojeg su izrađene stijenke prostorije i pod, treba biti otporan na djelovanje kiselina, ali i lužina. Akumulatorske baterije obično se čuvaju u drvenim sanducima, koji imaju ručice za lakše prenošenje.
TOPLINSKI IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE Termoelementi (termoparovi) su naprave u kojima se toplinska energija pretvara u električnu. Dva vodiča izrađena od različitih materijala, A i B, spojena su čvrsto (zalemljena) na kraju 2. Slobodni su im krajevi, 1 i 3, povezani. Ako se spojno mjesto 2 zagrijava, u strujnom krugu će poteći električna struja. Pojavu je otkrio Thomas Johann Seebeck (1770 - 1831. ) i nazvao je termoelektricitetom. Spomenutu kombinaciju nazvao je termoelementom. Termoelektricitet se tumači difuzijom slobodnih elektrona. Njihov je broj u jedinici volumena različit u svakom metalu. Kako kod termoelemenata postoji dodir, nastaje difuzija, a zbog nje i pojava razlike u potencijalu (onaj metal iz kojeg slobodni elektroni difundiraju nabija se pozitivno, a drugi negativno). Ako se spoj zagrijava, difuzija je sve brža. Kaže se da se u strujnom krugu pojavljuje termoelektromotorna sila (TEMS).
SVJETLOSNI IZVORI ELEKTRIČNE STRUJE Svojstvo na temelju kojeg neki materijali (K, Na, Si, Rb, Cz, Se, Li, Cu 2 O, itd. ) oslobađaju elektrone kada se obasjaju svjetlošću, naziva se fotoelektricitet, a primjenjuje se za izradbu fotootpornika i fotoelemenata (fotogeneratorske ćelije). Rad fotootpornika zasniva se na činjenici da se električni otpor nekih materijala smanjuje kad se obasjaju svjetlošću (oslobađaju se elektroni i povećava se vodljivost). Fotootpornici imaju dosta praktičnih primjena, npr. u zaštiti od provala. Tada se fotootpornik nalazi u strujnom krugu s alarmom koji se uključuje ako električna struja prestane teći krugom.
- Slides: 29