BRODSKI ENERGETSKI SUSTAVI mr sc Marijan Gran dipl

BRODSKI ENERGETSKI SUSTAVI mr. sc. Marijan Gržan dipl. ing

1. Uvod • Skup objekata kojima se ostvaruje proizvodnja , prijenos i potrošnja el. energije zove se električna oprema.

Električna oprema se dijeli u više skupina: • izvori el. Energije • transformatori za rasvjetu i snagu • sklopni uređaji , te uređaji za razdiobu i prijenos el. energije • sve vrste elektro motornih pogona • električni porivni uređaji • uređaji brodske instrumentacije

Brodski energetski sustav sastoji se od dva dijela: • glavni pogonski sustav koji osigurava plovidbu • pomoćni brodski sustav koji osigurava ostale procese na brodu

Elektro energetski sustav obuhvaća Elektroenergetska postrojenja PROIZVODNJA RASKLOP RASPODJELA POTROŠNJA

PROIZVODNJA: • El. Centrala - više generatora( glavni, osovinski, lučki itd) - svi regulacijski , mjerni i zaštitni uređaji

RASKLOP I RASPODJELA: • Sadrži sve elemente potrebne za distribuciju energije trošilima sa zahtijevanim iznosima napona, i frekvencija

POTROŠNJA: • El. motori • Svjetlosna trošila • Toplinska trošila • Uređaji veze • Uređaji za navigaciju

2. Zahtjevi za brodske el. uređaje i sigurnost na brodu • Zahtjevi sa obzirom na materijal ( materijali koji ne gore • • , otporni na utjecaje mora i sl. ) Zahtjevi s obzirom na klimatske i pogonske uvjete ( temperatura , vlaga, nečistoće u zraku , mehanički utjecaji) Zahtjevi s obzirom na koroziju

3. PROIZVODNJA EL. ENERGIJE • Proizvodnja mora biti prilagođena potrošnji • Pri pretvorbi energije gubitci moraju biti što manji • Brod mora imati takvo skladište primarne energije da je zajamčena proizvodnja el. energije

Osnovni izvori el. energije na brodu • Akumulatorske baterije za brodove sa malom potrošnjom • Jedan ili više diesel motora s el. generatorima • Plinske ili parne turbine s turbogeneratorom

IZBOR VRSTA STRUJE I IZNOSI NAPONA • trofazni sustav napona ( 380 V ili 440 V)- najviši dopušteni 500 V za sustave snage i 250 V za sustave rasvjete , grijanja • Frekvencija 50 ili 60 Hz • Istosmjerni 12 i 24 V • Izmjenična jednofazna 24 i 42 V

IZVORI EL. ENERGIJE • Primarni galvanski članci ( baterije bez naknadnog punjenja) • Akumulatori • Električni generatori ( istosmjerni ili izmjenični)

AKUMULATORI- prednosti • Spajanjem ćelija u bateriju (serijski spoj veći napon –paralelni veća struja ) • Mali unutarnji otpor – napon se malo mijenja promjenom opterećenja • Punjenje je moguće

ELEKTRIČNI GENERATORI • Istosmjerni- • - kao glavni izvor za napajanje istosmjernom strujom - kao izvor el. energije u slučaju nužde - u kombinaciji motor-generator za punjenje akumulatora - kao izvor za napajanje istosmjernih motora Izmjenični s obzirom na vrst uzbude - generatori sa istosmjernim uzbudnikom - generatori sa statičkom uzbudom - generatori sa rotirajućim izmjeničnim uzbudnikom

ODREĐIVANJE SNAGE BRODSKE CENTRALE • • • Veličina , vrsta, i namjena broda Vrsta i snaga pogona broda Vrsta pogona za pomoćne i palubne strojeve Vrsta tereta Udobnost posade i putnika Područje eksploatacije i kretanja broda Standardna rješenja ili posebni zahtjevi Vrsta struje i visina napona Stupanj automatizacije

TROŠILA EL: ENERGIJE -podjela • Grupa uređaja za palubnu službu i sigurnost broda • • ( kormilarski i navigacijski uređaji , vitla , protupožarni uređaji reflektori , radiostanica ) Grupa za manipulaciju teretom ( teretna vitla i dizalice , te rashladni uređaji za teret) Grupa pomoćnih uređaja za glavni motor ( uređaji za ukrcaj goriva maziva i vode te ventilatori za strojarnicu i kotlovnicu) Grupa za standard posade i putnika ( ventilacija , klima , kuhinje , frižideri za namirnice , hidrofori) Grupa rasvjete

IZVORI EL: ENERGIJE ZA SLUČAJ NUŽNOSTI • Izvori su : dizelgeneratori ili aku baterije koji omogućuju • napajanje svih trošila neophodnih za slučaj nužnosti Ova trošila su: - rasvjeta za slučaj nužnosti( mjesta ukrcavanja u čamce, izlazi iz prostorija, strojarnica, upravljački pultovi, protivpožarni sustavi medicinske prostorije) - pozicijske svjetiljke - radiooprema i navigacijska oprema - sredstva unutarnje veze - sustav dojave požara - svjetiljke za dnevnu signalizaciju - kaljužne pumpe

AUTOMATIZACIJA I INFORMATIKA NA BRODU • Sustavi vođenja broda ( plovidba broda , • • • određivanje položaja , automatsko upravljanje brodom , izbjegavanje sudara) Pogonski sustav ( opskrba el. energijom, rad pomoćnih strojeva , propulziski motori, ) Sustav tereta ( planiranje rada s teretom , nadzor nad sigurnosti broda za vrijeme rada sa teretom) Ostalo ( navigacija i komunikacije )

AUTOMATSKA PROIZVODNJA EL. ENERGIJE • Automatsko reguliranje napona i frekvencije • Automatsku sihronizaciju i paralelni rad • • generatora Automatsku raspodjelu opterećenja između generatora Programirano priključenje trošila velike snage Automatsko pred podmazivanje dizel motora Automatsko ponovno uključivanje mreže kod njenog ispadanja iz pogona

4. RAZDIOBA I PRIJENOS EL. ENERGIJE • Dvovodni izolirani sustavi • Dvovodni sustav s jednim polom uzemljenim na • • • brodski trup Jednovodni sustav s izoliranim pozitivnim vodičem i brodskim trupom kao povratnim vodom Trovodni sustav s izolirana oba vodiča i uzemljenim srednjim izoliranim vodičem Trovodni sustav s izolirana oba vodiča s brodskim trupom kao povratnim vodom

DVOVODNI IZOLIRANI SUSTAV • Jednostavno se kontrolira izolacija • Jednostavno se radio smetnje blokiraju • Mreža najsigurnija

BRODSKA EL. MREŽA • Služi za prijenos i razdiobu el. energije od izvora • do trošila Podjela: ili mreža snage mreža rasvjete mreža sigurnosnog napona istosmjerna izmjenična

BRODSKI ELEKTRIČNI SKLOPNI UREĐAJI • Sabirnice i neizolirani priključci • Sklopne ploče • Razdjelnici • Sklopni aparati i naprave • Upravljački uklopni uređaji

SABIRNICE • Su bakrene trake učvršćene preko izolatora i drugih • izolacijskih elemenata. Na njih se priključuju dovodi sa osnovnih izvora el. energije i odvodi prema glavnoj ploči Označuju se kao( izmjenična struja): - L 1 žuto - L 2 zeleno - L 3 ljubičasto - nulti vod sivo - dozemni vod zeleno i žuto u poprečnim prugama

GLAVNA SKLOPNA PLOĆA • Središnje je mjesto na koju su priključeni osnovni izvori • el. Energije. Ovdje se energija mjeri , kontrolira , i raspodjeljuje trošilima i uređajima Značajke modernih GSP su: - mali prostor za smještaj - Niži troškovi proizvodnje - velika otpornost na struje kratkog spoja - Jednostavna montaža - dobra preglednost - velika sigurnost pogonskog osoblja

• Danas se GSP spajaju spojevima sa paralelnim radom generatora • Generatori se spajaju na sabirnice koje se dijele na tri sekcije: - sekcija važnih trošila - sekcija manje važnih trošila - sekcija trošila lučkog pogona

• Sabirnice na mjestu spoja mogu biti podijeljene – Ručnim rastavljačem – Mostom koji se skida – Automatskim prekidačem

ELEKTRIČNI VODOVI , KABELI, I KABELSKA MREŽA • Električni vodovi: skup el. Vodiča izoliranih • • • međusobno , od trupa i drugih konstruktivnih dijelova Izolirani vodovi : upotrebljavaju se za unutrašnje ožičenje Kabeli : su izolirani i od vanjskih utjecaja zaštićeni vodovi ( kod kabela je više naznačena zaštita od vanjskih utjecaja) Kabelska mreža : za prijenos informacija unutar broda

5. POTROŠNJA EL: ENERGIJE NA BRODU – relativna potrošnja teretni trgovački Putnički EMP 93 -95 % 79 – 81 % 74 -76 % Gospodarski uređaji Rasvjeta 2– 4% 14 -16 % 11 – 13 % 2 -5 % 3– 4% 10 – 12 % Navigacija i veze Do 1% 1– 2% 1– 3%

BRODSKA RASVJETA • Su oni dijelovi koji uređaja koji je zadaća osvijetliti sve • dijelove broda Osnovne svjetlosne veličine su : - kandela (cd) jedinica za jakost svjetlosti - prostorni kut ( omega) - svjetlosni tok ( lm) lumeni - jakost svjetlosti - rasvjetljenost E (lx)luksi - svjetlosna iskoristivost

ELEKTRIČNI IZVORI SVJETLOSTI • Žarulje sa užarenom niti • Flourescentne cijevi • Halogene žarulje • • - za mrežni napon - niskonaponske - s reflektorskim zrcalom Žarulje na izboj Visokotlačne žarulje sa živinim parama

Brodske svjetiljke i reflektore • Svjetiljke u društvenim prostorijama • Reflektori - navigacijski - signalni • Suez reflektori • Morse signalni reflektori

Podjela rasvjetnih mreža na brodu • Osnovna rasvjeta - opća rasvjeta - rasvjeta radnog mjesta - vanjska rasvjeta • Rasvjeta za slučaj nužnosti koju napaja dizel agregat • Rasvjeta za slučaj nužnosti koju napaja akumulator

ELEKTRIČNO GRIJANJE • El. grijanje brodskih prostorija • Brodska ventilacija • Provjetravanje – Prirodno – Mehaničko • Klimatizacija broda • El. predgrijanje goriva • El. zagrijavanje tankova

Elektromotorni pogoni na brodu • Veliki značaj za sve režime rada , za sve standardne • pogone na brodu( pumpe, kompresori, ventilatori, dizalice , ispirače , rashladni uređaji) Podjela - EMP male i srednje snage ( motori za palubne i pomoćne strojeve - EMP velike snage ( motori za pogon propelera) Ili - EMP pomoćnih brodskih strojeva i uređaja - EMP palubnih strojeva

EMP pomoćnih strojeva • EMP pod palubom tj. svi strojevi i uređaji na brodu , osim glavnih brodskih strojeva • Služe pri pogonu glavnih brodskih strojeva • Broj ovih strojeva ovisi o vrsti broda i veličini

EMP brodskih pumpi • Potisne pumpe ( stapne , klipne , vijčane, ) • Turbopumpe ( centrifugalne , radijalne , dijagonalne i aksialne) • Prema korisnicima i namjeni - pumpe za strojeve i brodske uređaje - pumpe za brodski teret - pumpe za brodsku posadu i putnike

EMP ventilatora • Služe za usisavanje i isisavanje zraka • Dijelimo ih - za provjetravanje kotlovnice, strojarnice - za ventiliranje skladišta - za ventiliranje prostorija stanovanja

EMP ostalih pomoćnih strojeva • Kompresori • Separatori • Vodonepropusnih i PP vrata

EMP palubnih strojeva • EMP za manevar broda - sidrena vitla, povlačna vitla, vitla za čamce za spašavanje - kormilarske uređaje • EMP - za teretna vitla , za vitla teških tereta, okretne dizalice, pomoćna vitla, jaružala, pogone dizalica

6. ELEKTRIČNI PORIV BRODA • Je pogon brodskog propelera elektromotorom • Primjenjuje se kada je mehanički prijenos energije od pogonskog stroja do propelera manje prikladan • Zastupljen je na specijalnim brodovima: podmornice , kabel polagači , ledolomci, bageri, dizalice, ratni brodovi i sl.

TIPOVI električnih poriva • Potpuno el. Propulzija koristi akumuliranu energiju za pogon. Javlja se kod malih brodica , podmornica, • Propulzija sa električnim prijenosom koristi za pogon el. Energiju iz generatora • Kombinirana propulzija

Prednosti • Mogu se odabrati najpovoljnije brzine propelera i pogonskog stroja • • • jer nema mehaničke veze Primarni strojevi mogu biti brzohodni nereverzibilni čime se pojednostavljuje konstrukcija Udarci i vibracije sa propelera ne prenose se na glavni stroj Ušteda u masama i dimenzijama primarnih strojeva Smještaj primarnih strojeva i generatora bilo gdje na brodu Prekretanje propelera radi se bez promjene smjera vrtnje primarnih strojeva Na raspolaganju je ista snaga za pogon naprijed i nazad Brzina propelera se regulira u većim granicama Bolje manevarske sposobnosti broda Jedna osovina propelera može se pogoniti sa više agregata

NEDOSTATCI • Niža korisnost zbog dvostruke pretvorbe energije ( mehanička od 0, 95 -0, 98 električna 0, 86 -0, 92) • Viša cijena, a katkad i veća masa postrojenja • Za nadzor i rukovanje potrebni veći broj visokokvalificiranog osoblja

POTPUNO EL. PROPULZIJA • Najstariji je el. motorni pogon još od 1839 g. • Dizel-elmotorna propulzija s mogućnošću direktnog pogona dizel motorom • Dizel električna propulzija

Dizel-elmotorna propulzijapodmornice • Ima jedan ili više diesel motora, istosmjernih strojeva i aku. bateriju - diesel motor je spojen preko spojke sa istosmjernim strojem - istosmjerni stroj radi kao motor ili generator - akumulatorska baterija ili napaja elektromotor ili se puni istosmjernim strojem koji radi kao generator

DIESEL ELEKTRIČNA PROPULZIJA • Ima porivni el. motor dva dizel generatora i aku bateriju. El motor pokreće propeler bilo da je u površinskoj ili podvodnoj vožnji • Pri tome se motor napaja ili iz aku baterije ili iz dizel generatora • Pri manjoj potrošnji tijekom plovidbe puni se aku baterija

Propulzija sa električnim prijenosom • Važna primjena na ledolomcima • Specijalnim brodovima • Primarni izvor energije može biti motori, turbine • ili nuklearno postrojenje Razlozi manje primjene električne propulzije su : - kvalitetniji mehanički reduktori - dobro prekretanje sporohodnih diesel motora - primjena propelera sa pokretnim krilima - nedostatci električnog prijenosa

PODJELA električnog prijenosa za propulziju • Prema vrsti primarnog stroja • • - diesel električnu ( za motore do 6000 KW - turbo električnu ( do 45 MW) Prema značajkama pogona - prema učestalosti i brzini prekretanja - prema opsegu promjene brzine Prema vrsti struje - istosmjerno – istosmjerni ( sastoji se od istosmjernog generatora i istosmjernog motora) - izmjenično – istosmjerni ( kombinirani) ( sastoji se od sinkronog generatora i istosmjernog motora - izmjenično – izmjenični ( trofazni) od sinkronog generatora i asihronog propulziskog motora

ZAHTJEVI NA ELEKTRIČNO PORIVNI SUSTAV • Dopušteni naponi kod istosmjerne struje su do 500 V • Električni strojevi moraju stupanj mehaničke zaštite od • • • najmanje IPX 4 Uzbuda ovih strojeva napaja se iz najmanje dva pretvornika Hlađenje i ventilacija strojeva mora biti vrlo dobro izvedena Podmazivanje ležajeva mora biti sigurno El. spojke moraju se izvoditi tako da se mogu rastavljati bez rasklapanja pogonskog stroja ili reduktora Sustav daljinskog upravljanja izveden je sa zapovjednog mosta Mjerenje i signalizacija mora osiguravati stalnu i neposrednu kontrolu

7. Brodska instrumentacija • Ovdje se obuhvaća instrumentacijski skup povezan sa brodskim funkcijama – navigacijom i izmjenom informacija • Navigacijski uređaji • Radar • Hidroakustični uređaji • Brodske komunikacije

Navigacijski uređaji • Prema namjeni • • • - lučki - obalni - oceanski Prema temeljnom načinu djelovanja - kooperativni sustavi - autonomni sustavi Navigacijskim uređajem određuje se pripadnost pozicije nekom skupu točaka - pravac , linija pozicija određena smjerom na objekt - kružnica, linija pozicija određena konstantnom udaljenošću - hiperbola stajnica sa stalnom razlikom udaljenosti dviju točaka Različiti fizikalni principi djelovanja - inercijski - hidroakustični - elektromagnatski valovi

TRADICIONALNA NAVIGACIJSKA SREDSTVA • Magnetski kompas • Giro kompas • Inercijski navigacijski sustav • Goniometar • Hiperbolni sustav

SATELITSKA NAVIGACIJA • Sustav TRANSIT od 1970 god • GPS - pokriva cijelu zemlju - nema ograničenja broja korisnika - korisnik samo prima - Sustav se sinhronizira na točno GPS

GPS • Svemirski segment - U šest orbitalnih ravnina pod kutom 55 stupnjeva prema ekvatoru s vremenom ophoda oko 12 sati na 20200 km giba se 24 satelita po četiri u svakoj ravnini. Sustav omogućava na bilo kojoj točki Zemlje trajni doseg najmanje 5 satelita. Najzastupljeniji sateliti su serije BLOCK IIa sa karakteristikama - masa 840 kg - životni vijek 7, 5 godina - energetski izvor s oko 7 m 2 sunčanih baterija - Vremenska kontrola atomskim satovima - proizvođač Rockwell International

GPS • Korisnički segment - prioritetni korisnici su vojne postrojbe - točnost civilnih korisnika namjerno umanjena - prijemnici su jednofrekvencijski i dvofrekvencijski - prijemnici mogu biti s multipleksom ili višekanalni

GPS • Kontrolni segment - nadzor , provjera i upravljanje vrši se iz zemaljske kontrole mreže - promatračke stanice prate satelite, akumuliraju podatke o putanjama i prenose ih u glavnu bazu gdje se kontroliraju i podešavaju parametri putanje i satova za sljedeće razdoblje

RADAR • Treba otkrivati objekte na što manjim udaljenostima • Treba postići što veću daljinu otkrivanja • Dobro razlučivati objekte • Izbjeći utjecaj smetnji na radara

BRODSKE KOMUNIKACIJE • Unutrašnje – služe za prijenos naredbi , potvrdi prijama naredbi, izvješćivanje i obavješćivanju. Mogu biti dvosmjerne , jednosmjerne , žične i bežične • Vanjske – VHF , MF ,