Instalatii Electrice Navale

Cuprins Memoriu justificativ; 1.

Instalaţii electrice navale; 1.1. Noţiuni introductive;

2.

Alegerea caracteristicilor energiei electrice; 2.1. Alegerea curentului; 2.2. Alegerea tensiunii; 2.3. Alegerea frecventei;

3.

Întocmire bilanţ energetic (calculul puterii cerute); 3.1. Condiţii de exploatare; 3.2. Calculul puterii cerute şi alegerea numărului generatoarelor sincrone; 3.3. Protectia generatoarelor electrice;

4.

Punerea în paralel şi stabilitatea funcţionării în paralel a

generatoarelor electrice; 4.1. Funcţionarea în paralel a unui generator cu reţeaua; 4.2. Funcţionarea în paralel a generatoarelor sincrone; 4.3. Calculul diferenţei de sarcină activă între grupurile Diesel Generator; 4.4. Metode de sincronizare ale generatoarelor sincrone; 4.5. Schema de punere în paralel a două generatoare sincrone prin intermediul unui automat programabil (PLC); 2.

Distribuţia navală; 2.1. Condiţii de calitate a energiei electrice pe navă; 2.2. Tipuri de sisteme de distribuţie; 2.3. Alegerea protectiilor pentru ramura consumatoare;

3.

Lumini de navigaţie; 3.1. Semnalizări în diverse regimuri de funcţionare ale navei;

2

Memoriu justificativ

Tema dezvoltată în prezentul proiect o consider ca o punte de legătură firească între sistemele electroenergetice instalate pe uscat şi cele existente în alte domenii ale activităţii umane precum: naval, aerian, cale ferată, etc. Toate acestea au ceva esenţial în comun, dar au şi particularităţi conforme cu domeniului lor aplicativ. O instalaţie electroenergetică în orice domeniu aplicativ se constituie din surse de energie electrică, reţeaua de transport şi distribuţie, şi apoi toate sistemele de protecţie şi automatizare. Suportul teoretic, ştiinţific şi apoi aplicativ al acestei lucrări le-au constituit cunoştinţele acumulate de-a lungul anilor la Facultatea de Inginerie Electrică, îndrumările conducătorului de proiect, bibliografiei studiate pe care o anexez şi apoi în egală măsură Institutul de Proiectări şi Cercetări Navale ( ICEPRONAV )., SC RETEC SA. Tuturor celor care m-au sprijinit în realizarea acestei lucrări şi în acest context, le adresez mulţumiri cu toată consideraţia mea.

3

1. Notiuni introductive

Istoria dezvoltarii civilizatiei aduce dovezi certe care demonstreaza ca navigatia a fost una dintre cele mai vechi îndeletniciri ale omului. Începutul navigatiei s-a produs cu câteva sute de mii de ani în urma, când unul dintre stramosii nostri, pentru a scapa fie de primejdia animalelor salbatice, fie de calamitatile naturii, fie pentru a-si gasi un loc în care sa se poata hrani, a încalecat pe un bustean si a fost purtat de apele râului sau, si mai departe, în largul marii de catre curentii marini... Evolutia navigatiei a fost lenta si calea maritima a fost întotdeauna plina de primejdii iar omul care-si desfasoara activitatea pe nava este lipsit de avantajele celui care îsi desfasoara activitatea pe uscat. Dar, cu toate aceste riscuri si privatiuni, marea l-a atras pe om, iar omul a cautat sa o înfrunte si sa o supuna. Se poate spune ca navele actuale, dotate cu echipament de înalt nivel tehnic si care ofera un confort sporit, reprezinta o concentrare colectiva, în scopul efectuarii transportului maritim în deplina siguranta pentru om, nava si marfa aflata la bord. În cadrul activitatii complexe si specifice a transporturilor maritime, un loc de seama îl ocupa semnarea contractului, modul de amplasare al marfii la bord, astfel încât expeditia maritima sa se desfasoare în deplina siguranta, marfa sa nu se deplaseze si sa nu se pericliteze stabilitatea navei, în orice fel de conditii meteorologice si de starea marii. Apoi, marfa sa fie predata la destinatie asa cum a fost încarcata. Jumbo este capabil sa garanteze operatii si transporturi de mare capacitate cu un risc minim pentru incarcatura, nava si echipaj. Acesta este beneficiul si meritul unui proiect ingineresc. Pregatirea proiectului include, nelimitat, manuale(ghiduri), desene, calcule ce se vor potrivi cu calitatea stricta si tandard a companiei. Fenomenele, evenimentele sunt identificate si mentinute, pe baza acestora fiind calculate o serie de scenari cat mai variate, iar fiecare specificatie ( desen ) va avea un grad foarte ridicat de precizie. Proiectul Jumbo este bine pregatit pentru a oferi servicii ingineresti cu baze perfecte pentru o incarcatura de mare capacitate, fara a avea complicatii.

4

Acesta se presupune a fi liderul in calitate , greutate, securitate si protectia mediului, situandu-se dincolo de regulile guvernamentale. Jumbo se apropie de programul QHSE cu aceeasi inovatie, dedicatie si respectabilitate care au sustinut si celelalte ramuri ale afacerii. Programul Stay Well, in vigoare din 2005 , este o initiativa de a aduce cele mai mari proceduri de siguranta si calitate in fiecare proiect, incluzand 3 prioritati : 

-Reducerea ranirii personalului la cel mai mic grad



-Largirea pietei de desfacere, in functie de cerelile clientilor Jumbo

concentrarea in stabilirea lui Jumbo pentru a fi liderul QHSE, asa cum este in transportul de mare greutate 

-Siguranta maxima si prevenirea unor eventuale raniri si accidente incepe de la

constrangerea angajatilor, atat in birouurile Jumbo cat si la borbul navei.Fiecare angajat al Jumbo este echipat cu unelte necesar lucrarii in cel mai sigur mod. De aprope 4 ani Jumbo si-a construit o reputatie ca fiind un principal contractor in domeniul instalatiilor cu o tinta clara : instalari maritime, instalari sub apa, sisteme de ancorare, si sisteme de protectie de o inalta clasa. Principala nava de instalare este Jumbo Javelin, nava de tipul DP2 J-Class , dotata cu 2 macarale ce pot ridica pana la 900 de T fiecare, echipate cu system dinamic de pozitionare, cu o punte enorma si o capacitate mare de depozitare, o piesa foarte importanta si utila. Cu o foarte mare capacitate de ridicare, nava va Ridica, Naviga, Instala, intr-o lina si continua manevra. De exemplu incarcarea utilajelor se facein Europa, dupa care vasul naviga pana in Vestul Africii unde are loc operatiunea de instalare. Acest tip de nava este construita dupa motto-ul : ridicare, navigare, instalare – toate intr-una (all in one).

5

Principalele caracteristici ale vasului DP2 J-Class sunt : 

Sisteme Kongsberg DP-2 [Se considera ca o nava are 6 grade de libertate in miscarea sa : 3 de translatie si 3 de rotatie].Sistemul dinamic de pozitionare se concentreaza in principal pe controlul navei pe planul orizontal.Acesta calculeaza forta ce trebuie furnizata de propulsor pentru ca nava sa fie stabila (remain in station )]



-Capacitate de ridicare apropiata de 1800 T



-Capacitate de ridicare in larg 1100T



-Punte de lucru la acelasi nivel



-O punte principala la acelasi nivel, reglabila, demontabila



-O capabilitate avansata de echilibrare si antibalansare

Curand Jumbo a asisatat la operatiunea de instalare si punere in functiune a unei terminal petrolier in Puffin Field. Ca urmare nava Junbo va trebui sa instaleze inca 2 terminale asemanatoare. Un alt proiect la care va fi folosita nava este instalarea a 16 largi conducte care se vor intinde de-a lungul a 7 mii de metri cu o toleranta de 135 mm. Jumbo este folosita si la transportul si instalarea unor mci platforme in tinuturi mai indepartate. Nava este de tip DP2 pentru constructiile maritime (in larg), cu o viteza de transit de 17 noduri este echipata cu 2 macarale cu o capacitate de ridicare de 900 T pe uscat iar in larg de 700 T pana la o adancime de 1000m , o capacitate a incarcaturii de 8000 T, punte demontabila de 120* 26,5m ,spatiul de depozitare de 80m lungime, 12,5 inaltime. Sistemele de instalatii modulare pot fi mobilizate pe vas lucru ce permite instalarea structurilor maritime mai grele in adancimile apei. Una din operatiunile la care nava a fost contractata a fost instalarea unor utilaje de 208 T respectiv 250 T ale unei companii petroliere la o adnacimede 150 m si cu o precizie de +_ 1 grad, +_ 1 m fata de coordonatele initiale. Alta operatiune a fost instalarea unor structuri de 400 T la 800 de m adancime respective 600 T la 1300 de m adancime.

6

Genul acesta de operatiuni sunt in concordanta cu capabilitatile vasului Jumbo DP2 JClass. Navele maritime si fluviale reprezinta sisteme tehnice deosebit de complexe. Printre instalatiile care se afla la bord un loc deosebit îl ocupa instalatia electrica de forta a navei. La navele aflate în dotarea flotei maritime si fluviale cât si la cele aflate în constructie, energia electrica are un rol vital în functionarea lor. Actionarea mecanismelor de la bord, a sistemului de guvernare, a propulsiei navei, iluminatul, încalzirea, instalatiile de navigatie etc., nu pot fi concepute fara utilizarea energiei electrice.

2. Alegerea caracteristicilor energiei electrice a centralei navale : 2.1 Alegerea curentului: O decizie corecta, în ceea ce priveste alegerea felului curentului, se poate lua numai pe baza unei analize tehnico-economice a diverselor variante de instalatii electrice navale. Din practica actuala se poate constata ca la navele mari si mijlocii de transportat marfuri, la traulere si la navele tehnice se utilizeaza cu precadere instalatia electrica navala de curent alternativ, iar la navele mici si la unele nave speciale instalatia electrica navala de curent continuu (în special la navele militare, submarine ). În general, se poate mentiona ca masinile de curent alternativ (50 Hz – 60 Hz), în comparatie cu masinile de curent continuu au mase, gabarite si costuri mai mici, sunt mai sigure în functionare si impun cheltuieli de exploatare mai mici. Mult timp motoarele de curent continuu au fost cu precadere utilizate în actionarile electrice navale pentru caracteristicile mecanice si posibilitatile de reglare a turatie, ceilalti parametri ramânând aproximativ constanti. Însa, odata cu dezvoltarea convertoarelor c.a-c.a actionarile electrice reglabile în curent alternativ le înlocuiesc pe cele de curent continuu. Aparatele din circuitele de forta de curent alternativ sunt mai sigure în functionare decât cele de curent continuu. Tablourile de distributie de curent continuu si curent alternativ, în ce priveste masele, gabaritele si preturile de cost, nu difera esential.

7

Curentul masoara deplasarea sarcinilor electrice intr-o perioada de timp si o directie q specificata. i= t . Este caracterizat de valoarea numerica si directie.

unde: Δq= sarcinile electrice Δt= unitatea de timp

Se cunosc 2 tipuri de tensiuni : DC si AC. Pentru fiecare din aceste tensiuni avem curenti diferiti: - pentru DC:

*Semnal continuu de amplitudine k Curentul continuu poate fi definit mathematic ca fiind : i(t)= K, unde [-∞
8

-

pentru AC:

Semnalul de raspuns a “ steady-state “ este o functie sinusoidala. Frecventa de raspuns a semnalului este identical cu frecventa sursei. Amplitudinea si faza semnalului de raspuns sunt de obicei diferite de cele ale sursei. 2.2 Alegerea tensiunii:

9

De regula, pe nava sunt necesare tensiuni de diverse valori (pentru forta, pentru iluminat, pentru consumatorii de avarie). Odata cu cresterea tensiunii generatoarelor, pentru aceeasi putere se micsoreaza masele si gabaritele acestora. Statistic se poate arata ca la puteri ale instalatiei electrice navale de pâna la câtiva kilowati se utilizeaza tensiunea de 24 V, la o putere de ordinul zecilor de kilowati, 110 V sau 127 V, la o putere de ordinul sutelor de kilowatti, 220 V, iar la puteri mai mari, 380 V, 690V. Alegerea tensiunii se face pe baza prescriptiilor de registru. În ultima instanta, pentru alegerea valorii tensiunii, se tine cont nu numai de masele si gabaritele echipamentului si traseelor de cabluri ci si de o serie de alti factori: curentii de scurtcircuit, capacitatea de rupere a aparatelor electrice, fiabilitatea, durata de viata a izolatiei, pericolul de electrocutare, aparitia supratensiunilor. Datorita destinatiei navei precum si conform diagramei monofilare a distributiei navei avem 4 tipuri de tensiune necesare pentru alimentarea consumatorilor mai sus mentionati : 3x690 V C.A. care se obtine de la cele doua generatoare de shaft ale dieselelor principale:sau de la generatoarele auxiliare PTO(AUX) PS si PTO(PTO) SB ;

10

3x440 V C.A. care se obtine prin intermediul transformatorului coborâtor de tensiune 690/440 s-au de la dieselul de avarie GA;

11

3x230 V C.A. care se obtine prin intermediul transformatorului coborâtor de tensiune 440/230;

24 V C.C. obtinuta fie de la redresoarele de tensiune din dotarea navei în regim normal de functionare(Inverter Room), fie de la bateriile de acumulatoare(Battery Room) atunci când apare o situatie de avarie. În regimul normal de functionare bateriile trebuie încarcate prin intermediul redresoarelor de tensiune lucru cerut de altfel si de registru naval pentru ca ele sa poata alimenta când situatia o impune atât consumatorii de curent continuu cât si pe cei de curent alternativ prin intermediul invertoarelor de tensiune de pe nava.

12

2.3 Alegerea frecventei: Frecvenţa este măsura numărului de repetări ale unui fenomen periodic în unitatea de timp. În Sistemul Internaţional unitatea pentru frecvenţă este numită hertz şi este simbolizată prin Hz, în cinstea fizicianului german Heinrich Hertz. O frecvenţă de 1 Hz corespunde unei perioade de repetare de o secundă

La unele nave (nave cu aripi portante, nave pe perna de aer, submarine) masele si gabaritele echipamentelor si cablurilor din instalatia electrica navala au un rol hotarâtor. La aceste nave de obicei se utilizeaza frecventa de 40 Hz în loc de 50 Hz. Aceasta permite cresterea turatiei motoarelor electrice si deci micsorarea corespunzatoare a maselor si gabaritelor, la aceeasi putere. De exemplu, cresterea turatiei de sincronism de la 3000 rot/min la 8000 rotatii/min duce la micsorarea masei de 2.5 - 3 ori, iar a

13

gabaritului de 2.5 ori. Totusi, gabaritele nu pot fi micsorate prea mult prin marirea frecventei, întrucât la gabarite mici este dificila disiparea caldurii datorata pierderilor. Un aspect deosebit de important privind instalatiile de distributie a energiei electrice pe nava este cuprins în reglementarile internationale date în 1974 prin Conventia Internationala a Sigurantei Vietii pe Mare care cuprinde o serie de reguli dintre care cele mai importante fiind: Impunerea existentei unei surse principale de energie electrica care sa aiba o putere suficienta pentru asigurarea alimentarii si functionarii normale a tuturor serviciilor esentiale de la bord. De asemenea se impune existenta sursei de siguranta. Daca puterea instalata depaseste valoarea de 3000 KW bara de distributie principala trebuie sa fie tipizata în doua parti cel putin, si cu o repartitie echitabila a consumatorilor pe cele doua parti divizate. In cazul navei Jumbo puterea instalata se apropie de valoarea de 5500-6000kW, de aceea gasim la bordul navei 2 generatoare principale de cate 3000kW fiecare si 2 generatoare auxiliare de 1825kW fiecare cate unul din fiecare pentru babord si tribord(in schema de distributie). Acestea trebuie sa asigure alimentarea cu energie electrica a celor 2 macarale, 2 bowthrustere, azimuth thruster-ului si tabloul auxiliar “P“. -Sursa de alimentare de siguranta trebuie sa alimenteze timp de 36 de ore consumatorii vitali. -Se refera la tratarea nulului. Toate aparatele electrice de la bordul navei trebuie sa fie legate la masa. Este necesar un sistem care sa supravegheze nivelul izolatiei si sa semnalizeze punerea la masa. De aceea trebuie sesizata prima punere la masa pentru a nu apare scurtcircuit între prima punere la masa si o eventuala a doua punere la masa. Sistemul energetic al navei are rolul de a furniza energie electrica consumatorilor. Furnizarea energiei electrice oricarui consumator se face cu respectarea unor cerinte numite conditii de calitate impuse marimilor electrice tensiune, frecventa, putere. Conditiile de calitate în alimentarea cu energie electrica a consumatorilor se refera la

14

conditiile pe care trebuie sa le îndeplineasca marimile electrice dar si conditii referitoare la continuitatea alimentarii consumatorilor si asigurarea puteri necesare.

Pe nava consumatorii sunt împartiti în trei categorii dupa cum sunt prezentati în continuare: Consumatorii vitali: sunt consumatorii care trebuie sa fie în stare de functionare tot timpul pentru a mentine manevrabilitatea navei în ceea ce priveste propulsia si cârma. Dintre acestia amintim: instalatiile de cârma si propulsie, electrosuflante motor principal, pompe pentru servicii generatoare, instalatii de ungere si racire motor principal, pompe hidraulice folosite pentru alimentarea consumatorilor vitali, echipamente de comanda, supraveghere si control pentru cele de mai sus, echipamentul de control al vâscozitatii, etc. Consumatorii esentiali: sunt consumatorii necesari pentru siguranta navei, a pasagerilor si a echipajului, si care pot fi scosi din functiune fara ca instalatiile de propulsie si cârma sa fie întrerupte. Dintre acestia amintim: vinciul de ancora, bowthruster, pompe gaz-inert, pompe transfer marfa în cazul tancurilor si macarale în cazul navelor tip cargo, compresorul de aer comprimat pentru lansarea motorului principal, pompe balast santina, sisteme de comunicatie, lumini de navigatie, etc. Consumatorii neesentiali: sunt consumatorii a caror deconectare temporara nu influenteaza în nici un fel instalatiile de propulsie si cârma, si nu pun în pericol siguranta pasagerilor, a echipajului, a navei, a încarcaturii si a echipamentelor de la bordul navei. Dintre acestia amintim:instalatia de aer conditionat, instalatia de încalzire, consumatorii din bucatarie si instalatiile de ventilatie suprastructuri.

15

3. Întocmirea bilanţului energetic . 3.1 Condiţii de exploatare Datorită numărului mare de consumatori, care diferă între ei ca putere nominală, destinaţie, durată de funcţionare, funcţionare în diferite regimuri de exploatare, adică: marş, staţionare, avarie, manevre etc., întocmirea bilanţului energetic şi determinarea cu precizie a numărului şi puterii generatoarelor este deosebit de laborioasă. Puterea consumată din centrala electrică depinde de o serie de factori ca: puterile nominale ale consumatorilor, numărul de consumatori în funcţiune, încărcarea acestora în regimul de funcţionare. Dar, toţi aceşti factori depind la rândul lor de regimul de funcţionare, exploatare al navei după cum urmează: regimul de marş, de manevră, de staţionare fără operaţii de încărcare-descărcare şi de staţionare cu operaţii de încărcaredescărcare etc. Pentru a se putea întocmi bilanţul de energie pentru o navă se cere o bună cunoaştere a tuturor detaliilor hotărâtoare pentru aceasta. De aici fac parte mărimea şi felul navei, repartizarea încăperilor, echiparea cu instalaţii speciale pentru siguranţa sau exploatarea navei, etc. Detaliile proiectului rezultă de obicei chiar din planurile generale, totuşi este necesar ca mărimea centralei navale, ţinându-se seama de dimensiunile şi necesarul de spaţiu, să fie cunoscută deja în vederea întocmirii proiectului. Toate elementele consumatoare de energie electrică existente la navă sunt centralizate într-o listă a elementelor consumatoare. Este bine dacă ele se aranjează după felul lor, deci de exemplu antrenări pentru maşini de punte, pentru exploatarea navei, pentru ventilaţie, iluminat, radio, instalaţii de navigaţie şi de telecomunicaţii etc. Pentru unele antrenări, puterile probabile pot fi scoase din prescripţiile din construcţie de exemplu pentru pompele de incendiu şi pompele de santină care depind de mărimea navei. Multe maşini de punte sunt tipizate făcând posibil să luăm puterea de antrenare a motoarelor lor, din fişele corespunzătoare de tipizare. Aceasta putere poate fi determinată de exemplu la vinciurile de ancoră din diametrul verigilor lanţului, la cabestane din

16

tracţiunea cablurilor, la vinciurile de marfă din sarcina utilă, iar la instalaţiile de cârmă din momentul axului. Elementele consumatoare de energie electrică aflate pe o nava, care servesc pentru scopurile cele mai diferite, îşi ridică pretenţiile faţă de centrala furnizoare de curent în cele mai diferite feluri şi la timpuri foarte diferite. În timp ce centralele terestre au o desfăşurare de încărcare strict determinată, care este supusă fireşte unor oscilaţii regulate în funcţie de oră şi de anotimp, la bord trebuie să deosebim o întreagă serie de stări, stări care rezultă din natura navei care nu se deplasează în permanenţă şi care şi descarcă şi încarcă sau trebuie să îndeplinească sarcini speciale. Diferitele elemente consumatoare participă într-un fel foarte diferit la toate aceste stări de exploatare, deoarece nava trebuie să fie echipată cu instalaţii şi dispozitive pentru cele mai diferite posibilităţi, a căror utilizare se face sau se poate face în funcţie de cerinţele momentane existente. În legătură cu aceasta se vede că diferitele stări de exploatare solicită centrala în cadrul unui domeniu, care se poate ridica pana la 1:10. Totodată trebuie sa se producă energia în mod economic, la majoritatea stărilor adică cu agregate bine utilizate; în afară de acestea, la multe stări de exploatare trebuie să existe o rezervă potrivită pentru ca în cazul defectării unui agregat să se asigure alimentarea cu curent a tuturor consumatoarelor de importanţă vitală, şi importanţă pentru exploatare, ceea ce necesită o cercetare temeinică, care anume consumatoare trebuie alimentate la fiecare stare de exploatare. Stările de exploatare cele mai importante care se repetă întotdeauna la majoritatea navelor, sunt cele ce urmează: a)

Mersul pe mare (marş):

Aceasta este exploatarea normală propriu-zisă a navei. Nava se deplasează cu întreaga putere a maşinilor, fără modificarea vitezei, de cele mai multe ori cu un curs fix, cu încărcătura completă. Aceasta stare poate dura zile întregi sau săptămâni, în funcţie de ruta parcursă. Toate maşinile auxiliare asociate exploatării maşinii principale funcţionează în mod continuu şi uniform, ca de exemplu, pompele pentru apă de răcire, pentru combustibil şi ulei lubrifiant, la vapoarele şi suflantele de cazan, pompele de apă

17

de condensaţie şi de apă de alimentare. În afară de aceasta lucrează ventilatoarele în sala maşinilor, în cala şi în spaţiile de locuit precum şi în instalaţiile refrigerente. Dintre maşinile de punte nu lucrează decât instalaţia de cârmă însă numai cu o putere redusă, deoarece capul se comandă cu devieri de cârmă mici. Pompele pentru exploatarea navală propriu-zisă, se folosesc de cele mai multe ori la perioade regulate, de exemplu pompa de balast, pompa de incendiu, pompa de santină, etc. Iluminatul se foloseşte în timpul zilei în măsura mai mică iar noaptea în măsură mai mare. Farurile nu se folosesc în timpul mersului pe mare. b)

Deplasări in radă (manevre)

Sub cuvântul deplasări în radă se înţelege deplasarea în ape înguste sau foarte frecventate, de exemplu în estuarele fluviilor intrările în porturi sau pe canale. Aici, spre deosebire de mersul pe mare, trebuie să se ia în consideraţie schimbări dese ale traiectoriei şi ale vitezei, de asemenea o manevră de oprire sau de mers înapoi, câte odată si cu manevre de ancorare. În timp ce restul exploatării navale decurge ca şi la deplasări pe mare, toate antrenările legate de maşina principală vor fi supuse în parte unei utilizări intensificate. Maşina de cârmă lucrează cu o putere mai mare, este adevărat că momentele de cârmă nu ating valoarea lor completă, deoarece în astfel de ape deplasarea se face de obicei cu viteza redusă. Farurile nu pot fi folosite, de exemplu în scopul identificării semnalelor maritime; în canalul Suez, farul canalului lucrează în permanenţă în timpul nopţii. Dar şi diferitele aparate sunt în permanenţă folosite, de aceea încărcarea centralei la deplasări în radă va fi de regulă mai mare decât la deplasări pe mare. c)

Exploatarea de avarie

Sub cuvântul exploatare de avarie se înţeleg incendii pe navă, sau pătrunderea apei (în urma ciocnirilor, atingerii solului etc. ) şi aceasta numai atât timp cât alimentarea cu curent nu este întreruptă. În cazul defectării acestei alimentări intră în funcţiune alimentarea cu curent de avarie, a cărui volum este prins însă separat, deci nu în bilanţul de energie, bilanţul trebuie să constate ce putere trebuie să furnizeze centrala principală în cazul unui caz de avarie

18

menţionat mai sus. Dar şi deranjamentele produse prin defectarea unor maşini şi altele similare nu trebuie considerate cazuri de avarie, luate în acest sens. Solicitarea centralei poate fi foarte diferită într-un astfel de caz. La incendii se va folosii pompa de incendiu şi pompa de santină, deoarece apa folosită pentru stingerea focului trebuie din nou evacuată din navă. Ventilatoarele se opresc cel puţin în încăperile pentru care lucrează acele pompe. În cazul pătrunderii apei se folosesc pompe de santină şi alte pompe disponibile în acest scop. Dintre maşinile de punte se foloseşte numai maşina de cârmă. Vinciurile pentru coborârea bărcilor de salvare nu se trec în bilanţ, deoarece coborârea bărcilor trebuie să fie posibilă conform prescripţiilor internaţionale fără recurgerea la ajutorul unor energii străine, deoarece astfel de energii nu mai pot sta la dispoziţie. Instalaţiile de navigaţie, mai ales radiotelegrafie, sunt foarte mult solicitate, în timp ce iluminatul în încăperile de locuit şi în cele sociale va fi redus, deoarece tot personalul disponibil va fi utilizat. Dacă la exploatarea de avarie instalaţia maşinilor este complet solicitată, necesarul de energie se poate ridica la valori mari datorită capacităţii relativ ridicate a pompelor de incendiu şi de santină care întrec capacitatea pompelor la mersul pe mare. În acest caz se cere un generator de rezervă. d)

Exploatarea în porturi cu descărcări şi încărcări.

Solicitarea instalaţiilor în porturi diferă foarte mult între diferitele tipuri de nave. La tancuri de exemplu toate operaţiunile de încărcare-descărcare se realizează cu ajutorul aparatelor proprii ale bordului, iar solicitarea va fi mult mai mare decât cea în cazul stărilor de exploatare descrise mai sus. Dintre maşinile de punte se pun în funcţiune în port, respectiv în rada portului în afară de vinciurile de marfă şi a macaralelor de bord, probabil vinciurile de ancoră sau cabestanul pentru strângerea cablului, însă niciodată concomitent cu cele menţionate mai sus, care vor intra în funcţiune doar când nava este imobilizată la cheu. Puterea majorată în porturi poate fi realizată cu toate generatoarele de curent disponibile, deoarece în acest caz nu se cere existenţa unei rezerve. Dacă un agregat se defectează,

19

rezultă o prelungire a staţionării şi prin urmare un dezavantaj economic pentru armator, însă nu se produce o periclitare a navei şi nici a echipajului ei. 3.2. Calculul puterii cerute si alegerea numarului generatoarelor sincrone. Se defineşte puterea activă sau puterea reală, P, ca fiind valoarea medie a puterii instantanee, pe o perioadă, sau pe un număr întreg de perioade:

Puterea instantanee este reprezentată de o componentă sinusoidală, de amplitudine Uef, Ief care oscilează cu o pulsaţie dublă faţă de pulsaţiile tensiunii şi curentului, , în jurul unei valori medii egale cu

Se defineşte ca fiind puterea instantanee,

, produsul valorilor instantanee ale

tensiunii şi curentului:

Unitatea de măsură a puterii instantanee este watt [W].

20

.

Maşina de curent alternativ la care turaţia motorului este egală cu cea a câmpului învârtitor, indiferent de sarcină, se numeşte maşină sincronă .Maşinile (motoarele) sincrone pot funcţiona în regim de generator, de motor şi într-un regim de compensator de putere reactivă (compensator sincron). Generatoarele sincrone (alternatoarele), constituie surse de curent alternativ de frecvenţă industrială din centralele electrice. Tendinţa este ca ele să se realizeze cu puteri cât mai mari pe unitate, pentru abţinerea de randamente mari şi consumuri specifice mici de materiale. Proiectarea centralei navale presupune în primul rând calculul puterii cerute de consumatorii de energie electrica ai navei în diverse regimuri de exploatare ale acesteia. De marimea puterii cerute depind principalii parametrii ai centralei: numarul si puterile generatoarelor, gabaritele si greutatile echipamentelor, costul energiei etc. Datorita numarului mare de consumatori care difera între ei ca putere nominala destinatie, durata de functionare, sarcina în diferite regimuri de exploatare: mars, manevre, avarie, etc., calcularea cu precizie a puterii cerute este deosebit de dificila. Puterea consumata din centrala electrica depinde de o serie de factori: puterile nominale ale consumatorilor, numarul de consumatori în functiune, încarcarea lor si regimul lor de functionare. Dar, toti acesti factori, depind la rândul lor de regimul de exploatare al navei. Metoda cea mai simpla de calcul a puterii cerute din centrala electrica navala este metoda tabelelor de sarcina. În coloanele verticale se trec valorile de baza: numarul de bucati, putere nominala, putere absorbita, putere totala consumata, factorul de putere, puterea totala consumata pe grupe de consumatori, coeficient de simultaneitate. Alte coloane sunt împartite pe diversele regimuri de exploatare: mars, mars cu încalzire, manevre, operatii de încarcaredescarcare, avarie etc.

21

o

t

c

o

b

s

o

m

s

φ

t

Daca toate aceste procese s-ar amortiza în acelasi timp atunci factorul de simultaneitate ar fi egal cu 1 si centrala electrica a navei s-ar încarca în mod inutil, în timp ce la o însiruire rationala a unor astfel de procese centrala ar fi mai putin solicitata. Pentru fiecare din grupele de consumatori se determina coeficientul de simultaneitate si de încarcare. Coeficientul de simultaneitate permite sa se tina cont de faptul ca nu toti consumatorii din grupa respectiva sau din întreaga instalatie functioneaza simultan. Numeric acest coeficient, pentru o grupa de consumatori, este raportul dintre numarul de consumatori care functioneaza în mod normal în regimul dat si numarul total de consumatori. Estimarea acestui coeficient se face de catre proiectant pe baza experientei anterioare, pe baza statisticilor, diferitelor firme constructoare de nave si prin analiza functionarii în timp a consumatorilor. Coeficientul de încarcare tine cont de faptul ca, consumatorii electrici nu functioneaza la putere nominala ci la o putere mai mica decât aceasta. Numeric acest coeficient este egal cu raportul dintre cele doua puteri si este deci subunitar. Sarcina totala calculata si determinata prin metoda de mai sus constituie o marime de baza pentru alegerea numarului optim de generatoare si a determinarii puterii acestora. Dar în afara de sarcina totala este necesar sa se tina cont si de alti factori care pot decide alegerea sarcinii definitive a centralei electrice a navei. Pentru aceasta se analizeaza si se compara între ele câteva variante de centrale pe baza anumitor indicatori tehnicoeconomici. Pentru întocmirea acestor variante este necesar sa se tina cont de anumite 22

Avarie

a

Descărcare

n

Încărcare

u

Manevre

P

Marş Cu

c

încălzire

P

Marş

P

Coef.

r

B

simultaneitate

N

Nume Cons.

Exemplu de tabel de sarcina:

considerente legate de functionarea optima si de fiabilitatea instalatiei electroenergetice a navei. Se recomanda ca generatoarele sa fie de acelasi tip deoarece acest lucru simplifica întretinerea, reparatiile, distributia sarcinii între generatoare la functionarea în paralel, etc. Încarcarea generatoarelor în diverse regimuri trebuie sa asigure o functionare optima. Se considera ca generatoarele trebuie încarcate fiecare în parte cu o sarcina egala cu 70-80% din puterea nominala a generatorului. De asemenea, este necesar ca în regimurile cu durata cea mai mare (mars, etc.) sarcina generatoarelor sa fie egala cu 80% din cea nominala. În regimurile de scurta durata (avarie, manevra) sarcina poate fi 70% si chiar mai mica. Deoarece durata stationarii navei este compatibila cu durata marsului este necesar ca si generatoarele care functioneaza la stationarea navei sa fie încarcate tot cu 80%. Pentru o încarcare cât mai buna a generatoarelor în practica se folosesc doua metode: functionarea în paralel a unui numar corespunzator de generatoare sau deconectarea temporara a consumatorilor neesentiali. Numarul minim de generatoare dintr-o centrala electrica navala este de doi, fiecare generator putând sa satisfaca orice regim de functionare. Totusi este indicat ca centrala sa fie compusa din trei sau patru generatoare. În acest caz, în functionare pot fi doua sau trei generatoare, unul putând fi în revizie sau reparatie, iar altul în rezerva. În afara de cele mentionate mai sus trebuie sa se tina cont de faptul ca puterea totala ceruta de consumatorii navei creste si dupa ce nava intra în exploatare. Aceasta se explica prin faptul ca pe nava se instaleaza ulterior si alti consumatori de energie. De aceea este necesar ca centralele electrice ale navei sa aiba o putere mai mare cu 15-20% decât cea reiesita din calcul. Dupa ce s-au întocmit câteva variante de centrale electrice este necesar sa se aleaga varianta optima efectuând o analiza comparativa pe baza unor indicatori tehnicoeconomici. Criteriul principal de comparatie al acestor variante este costul anual al energiei electrice produse la bordul navei. Puterea si numarul generatoarelor trebuie sa fie stabilite astfel încât costul mediu anual sa fie minim.

23

Nava Jumbo este dotata cu 5 astfel de generatoare : 

2 generatoare de Shaft (adica se afla pe axus motorului principal) – cu o putere fiecare de 3000 kW



2 generatoare Auxiliare de 1825 kW



1 generator de urgenta de 440 kW

24

25

3.3 Protecţia generatoarelor electrice Generatoarele de la bordul navelor se construiesc de puteri relativ mari de aceea apariţia regimurilor de avarie in sistemele de curent alternativ pot avea consecinţe deosebit de grave. Sistemele de protecţie trebuie sa îndeplinească anumite condiţii si anume: selectivitate, excluderea declanşării false, viteza mare de acţionare, etc. Pentru generatoarele care funcţionează pe nava se vor monta următoarele dispozitive de protecţie: - protectie terminca - protectie anti-condens - protecţie împotriva suprasarcinilor si scurtcircuitelor; - protecţie împotriva creşterii sau scăderii tensiunii; - protecţie împotriva curentului invers sau puterii inverse; - protecţie împotriva variaţiilor de frecventei; 1 Protecţia termica – este realizata cu ajutorul senzorilor de temperatura PTC, Acesta este conectat la sistemul de alarme a navei, sistemult de monitorizare, sistem ce functioneaza pe sircuit inchis de 4-20mmA. PTC trebuie sa transmita semnal de pe statorul generatorului, barele acestuia si alte locuri critice de pe generator. Tipul de sensor folosit este PT100

26

Standard :DIN 43 760, class B

Scara :-50 to 300C

Dimensiune :100mm, 1/2" BSP

Type :3 sau 4 fire, simple sau duble

Iesire

• Tip iesire: 4 - 20mA • Valoare la defectare senzor: 32mA • Valoare la scurtcircuit senzor: 0,2mA Precizie transmitter • Eroare de masura: 0,2 % din domeniu • Deriva termica: 0,01 % din domeniu / OC Alimentare • Tensiune: 10 - 32Vcc • Riplu: 1Vvv • Sarcina maxima: 750 ohmi la 24V si 20mA Conditii de lucru • Presiune maxima: 25 bari • Temperatura mediu: -40 ... +85OC • Umiditate mediu: 0 ... 98%RH • Compatibilitate electromagnetica: conform EN 61 326

2 Protecţia împotriva suprasarcinilor si scurtcircuitelor Acesta protecţie se realizează cu ajutorul releelor de curent si a siguranţelor fuzibile care reacţionează la depăşirea curentului peste valorile menţionate mai sus. Pentru a

27

asigura selectivitatea necesara, sistemul de protecţie este prevăzut cu temporizare care este dependenta de curentul care trece prin releu respectiv siguranţa fuzibila. Releele de curent sunt utilizate numai in circuite cu elemente de comanda prin contact de tip impuls(butoane cu revenire), astfel incat dupa racirea bimetalelor san u fie posibila o reconectare automata Declansarea corecta a releului se produce atunci cand consumul de current al motorului datorata supraincarcarii mecanice a motorului, tensiunii reduse sau caderii unei faze la sarcina nominala, sau cand motorul nu porneste datorita blocarii rotorului. Valoare de setare a protectiei trebuie sa fie valoarea curentului nominal al motorului, nici mai mare , nici mai mica (in practica se regleaza cu putin mai mic decat valoarea nominala) .Sigurantele fuzibile sunt necesare pentru protectia impotriva scurtcircuitelor atat a motorului cat si a releului. Valoarea lor maxima este indiata pe fiecare releu si trebuie avuta in vedere. Alegerea unor valori mai mari decat cele indicate conduc la distrugerea motorului si a releului. In figura din continuare este prezentata schema unei astfel de protectii exact asa cum apare in planul de punere in functiune a echipamentului.

28

iar in urmatoarea cum arata fizic un astfel de aparat :

29

3 Protecţia împotriva creşterii sau scăderii tensiunii Apariţia supratensiunilor în reţea se datorează supraexcitării generatorului în cazul defectării sistemului de reglare a tensiunii (RAT- regulatorul automat de tensiune). Valoarea supratensiunii în reţeaua de curent alternativ depinde de natura defectului, de valoarea iniţială a sarcinii în reţea şi de viteza de rotaţie a generatorului. Când generatorul supraexcitat lucrează în paralel cu alte generatoare sunt posibile diferite regimuri de lucru în funcţie de sarcina totală reactivă din sistem, de numărul şi puterea generatoarelor, de tipul regulatoarelor de tensiune şi de eficacitatea sistemului de echilibrare a puterilor reactive între generatoarele cuplate în paralel. Datorită creşterii tensiunii în reţea, regulatoarele de tensiune vor acţiona în sensul micşorării tensiunii, micşorând curenţii de excitaţie la generatoarele în stare bună de funcţionare. Coborârea tensiunii în reţelele de curent alternativ se datorează pierderii excitaţiei generatorului, care poate să apară în urma întreruperii circuitului de excitaţie. În cazul funcţionării izolate a generatorului, pierderea excitaţiei duce la declanşarea protecţiei şi la decuplarea generatorului de la reţea. În cazul funcţionării în paralel a câtorva generatoare, pierderea excitaţiei la unul dintre ele poate duce la regimuri anormale de funcţionare.

30

Generatoarele în stare bună de funcţionare se vor supraîncărca cu sarcina reactivă consumată de generatorul defect. În urma acestui lucru generatorul va trece in regim asincron producând oscilaţii periculoase ale curenţilor în generatoare şi ale tensiunii în reţea. De asemenea se produce si o supraîncălzire a înfăşurărilor de excitaţie a generatorului defect.Daca sarcina reactivă atinge o anumita valoare, atunci regulatoarele de tensiune ale generatoarelor în stare bună, sub acţiunea sistemului de egalizare a puterii reactive, coboară tensiunea până la nivelul de acţionare a sistemului de protecţie şi generatorul defect se decuplează din reţea.

*schema bloc a unui RAT

4 Protecţia împotriva curentului invers sau puterii inverse Apare în cazul unor defecţiuni la sistemul de reglare automată a frecvenţei sau în sistemul de egalizare a puterilor active (se poate întâmpla schimbarea sensului de circulaţie a puterii active a generatorului ). În cazul acesta generatorul trece în regim de motor, adică consumă putere activă de la reţea. Curentul şi puterea inversă sunt dăunătoare atât pentru generatorul avariat cât şi pentru celelalte generatoare din reţea.

31

5 Protecţia împotriva variaţiilor de frecvenţă Creşterea sau scăderea frecvenţei peste limitele admise în sistemele de alimentare în curent alternativ cu frecvenţă stabilă se datorează următoarelor cauze: •Întreruperi si scurtcircuite în elementele sistemelor de reglare a frecvenţei şi de egalizare a puterilor active; •Defecte mecanice în transmisia cu viteză constantă; În cazul funcţionării independente a generatorului valorile stabilizate ale frecventei depind aproximativ liniar de raportul dintre puterea activă a generatorului şi puterea sa nominală conform relaţiei: În concluzie pentru acţionarea sigură a protecţiei la abateri nepermise ale frecvenţei, este necesar ca la elementele de comandă ale acesteia să se aplice semnale suplimentare, proporţionale cu dezechilibrul curenţilor activi sau al puterilor active.

4. Manevre de punere în paralel şi stabilitatea funcţionării în paralel a

generatoarelor electrice. Conectarea generatoarelor la TPD se poate face în două feluri: a) fiecare generator se conectează la bare proprii, iar consumatorii de energie electrică se

pot lega cu ajutorul unor comutatoare la diferite bare colectoare ale

generatoarelor. În acest caz generatoarele funcţionează izolat şi vor alimenta numai 32

consumatorii care sunt legaţi la barele lor. Deranjamentul pe reţeaua alimentată de un generator nu afectează funcţionarea celorlalţi consumatori cuplaţi la reţeaua unui alt generator, ei putând fi comutaţi la reţeaua generatorului care funcţionează corespunzător dacă puterea lui este suficientă. b) a doua posibilitate este conectarea tuturor consumatorilor de pe navă la barele comune la care funcţionează generatoarele în paralel. 4.1 Funcţionarea în paralel a unui generator cu reţeaua Ca reţea se poate considera reţeaua malului sau barele TPD la care sunt conectate două sau mai multe generatoare sincrone. Generatorul sincron de la bordul navei poate funcţiona în paralel cu reţeaua malului dacă consumatorii de pe navă sunt consumatori de energie reactivă, şi pentru a se evita plata acestei energii reactive se preferă folosirea acestui generator pe post de compensator sincron. La funcţionarea în paralel a unui generator sincron cu reţeaua, în regim staţionar, rotorul se roteşte sincron cu câmpul statorului. În cazul în care câmpul rotorului depăşeşte câmpul statorului, unghiul intern θ fiind pozitiv, maşina funcţionează în regim de generator sincron, cedând energie activă în reţea, iar la rămânerea în urmă a rotorului faţă de câmpul statorului, maşina trece în regim de motor sincron consumând energie activă din reţea. Puterea activă a generatorului, egală cu puterea primită de la motorul diesel în regim staţionar, este proporţională cu sinusul unghiului intern al maşinii.

P

U E0 U2 1 1 sin   (  )  sin 2 xd 2 xq xd

(11)

în care: P - puterea activă cedată în reţea; U – tensiunea reţelei; E0 - tensiunea electromotoare a generatorului; xd - reactanţa sincronă a statorului maşinii sincrone după axă longitudinală; xq - reactanţa sincronă a statorului maşinii sincrone după axă transversală; θ – unghiul intern al maşinii sincrone.

33

4.2 Funcţionarea în paralel a generatoarelor electrice Punerea în paralel a generatoarelor sincrone este necesară întrucât puterea cerută de consumatorii navei variază de la un regim la altul. Posibilitatea ca generatoarele sincrone să funcţioneze în paralel oferă următoarele avantaje: - se asigură funcţionarea fiecărui agregat cu randament maxim: - se asigură posibilitatea efectuării unor revizii şi reparaţii ale grupurilor DG fără ca alimentarea cu energie electrică a navei să fie întreruptă; - creşte fiabilitatea instalaţiei electroenergetice. În cazul funcţionării în paralel trebuie îndeplinite anumite condiţii astfel încât sarcina să se repartizeze între generatoare proporţional cu puterile acestora. Trebuie avută o anumită siguranţă în exploatare pentru că orice ieşire din funcţiune a unui generator ca urmare a unei defecţiuni poate pune în pericol exploatarea întregii reţele a navei. Dacă în timp ce mai multe generatoare funcţionând în paralel, se defectează unul, atunci sarcina se va împărţi la celelalte generatoare ducând la supraîncărcarea lor şi în funcţie de reglajul releelor de suprasarcină, poate apare declanşarea întrerupătoarelor automate ale generatoarelor rămase şi instalaţia va rămâne fără tensiune. La punerea în paralel a două sau mai multe generatoare trebuie îndeplinite patru condiţii esenţiale după cum este prezentat mai jos: - tensiunile să fie egale; - frecvenţele să fie egale; - tensiunile să fie în fază;

34

Fig.12 - succesiunea fazelor să fie aceeaşi.(se realizează la legarea generatoarelor în sistemul energetic al navei)

Fig.13 După cum se observă în figurile de mai sus între sistem şi generator nu sunt îndeplinite condiţiile de mai sus, de aceea se vor pune voltmetre între cele trei faze pentru egalizarea tensiunii şi sincronoscop pentru egalizarea alunecării. Prin mărirea turaţiei generatorului vom creşte frecvenţa până când alunecarea între fazorii tensiunilor este

35

zero. În acest moment se mai pune problema egalizării tensiunilor care se va realiza prin mărirea sau micşorarea excitaţiei generatorului. Cu ocazia reglării tensiunii trebuie să se facă o deosebire între exploatarea individuală şi exploatarea în paralel. La exploatarea individuală trebuie să menţinem constante tensiunea şi frecvenţa la bornele generatorului ţinând seama de reţea; curentul necesar reţelei trebuie furnizat de la o singură maşină. În consecinţă, regulatoarele trebuie să regleze curentul de excitaţie la fiecare încărcare a curentului, astfel încât tensiunea la bornele generatorului să rămână constantă şi reglarea turaţiei motorului de acţionare astfel încât frecvenţa să se păstreze constantă în jurul valorii de 50 Hz . Regulatorul lucrează acum astatic, adică el reglează la fiecare sarcină aceeaşi tensiune nominală şi aceiaşi frecvenţă. Conectarea individuală se foloseşte rar, de cele mai multe ori numai la agregatele pentru curent de avarie. De regulă lucrează două sau mai multe generatoare exploatate în paralel pe bare comune. În acest caz reglarea sarcinii se schimbă fundamental, o modificare a curentului de excitaţie are ca rezultat numai o deplasare a puterii reactive, în timp ce puterea activă rămâne nemodificată. Dacă cele două generatoare funcţionează în paralel iar fazorii tensiunilor electromotoare E1 şi E2 nu sunt coliniari, egali şi opuşi, apare un curent de circulaţie care se închide pe circuitul alcătuit din înfăşurările statorice ale celor două generatoare. Pentru ca acest circuit are un pronunţat caracter inductiv, acest curent de circulaţie este reactiv şi defazat cu π/2 în urma fazorului ΔE, care rezultă ca diferenţă a fazorilor E1 şi E2. Acestui curent de circulaţie îi corespunde un transfer de putere reactivă care are următoarele efecte negative: - apariţia unor eforturi electrodinamice şi termice în înfăşurări; - demagnetizarea maşinii a cărei tensiunea electromotoare este mai mare şi magnetizarea maşinii a cărei tensiunea electromotoare este mai mică. Pentru eliminarea acestor defecte este necesar ca cei doi fazori să fie în permanenţă egali. Acest lucru se asigură numai prin reglarea corespunzătoare a curenţilor de excitaţie a celor două maşini. Deşi tensiunea electromotoare depinde şi de turaţia generatorului, aceasta nu se reglează în acest scop deoarece reglajul turaţiei este utilizat în cazul funcţionării în paralel a generatoarelor doar pentru reglarea puterii active. Generatoarele

36

sincrone care funcţionează în paralel, cedează reţelei aceiaşi valoare a puterii reactive dacă cele două tensiuni electromotoare sunt egale. Creşterea curentului de excitaţie a uneia dintre maşini duce la creşterea contribuţiei sale în putere reactivă şi la scăderea în putere reactivă a celei de-a doua maşini. Dacă, în plus, creşte curentul de excitaţie al primei maşini şi scade curentul de excitaţie al celei de-a doua maşini, prima maşina va acoperii nu numai întregul curent reactiv al sarcinii ci şi curentul reactiv al celei de-a doua maşini, care devine consumator de putere reactivă. În regim normal, la funcţionarea în paralel, curenţii de excitaţie trebuie să fie egali. Dacă aceasta egalitate nu există, atunci sarcinile reactive nu se distribuie uniform. Stabilitatea distribuţiei sarcinii reactive la funcţionarea în paralel a generatoarelor de putere egala se asigura cu ajutorul legăturilor de egalizare între circuitele de corecţie a tensiunii. Aceste legături se realizează cu ajutorul traductoarelor de curent reactiv, blocuri de măsură a diferenţei curenţilor reactivi şi blocuri de comandă ale curenţilor de excitaţie pentru anularea diferenţei

dintre curenţii reactivi. De asemenea, pentru stabilitatea

distribuţiei sarcinii reactive se utilizează statismul realizat cu ajutorul regulatorului de tensiune într-un mod similar cu distribuţia sarcinii active. Dacă nu se realizează stabilitatea distribuţiei sarcinii reactive pot apare efectele negative menţionate mai sus. În mod similar se poate afecta echilibrul şi în cazul puterilor active. Aşa cum s-a văzut în cele prezentate anterior generatorul ca obiect comandat are doua mărimi de ieşire: tensiunea si frecvenţa. Pentru menţinerea constantă a frecvenţei trebuia sa se realizeze o reglare corespunzătoare a turaţiei motorului diesel. În acelaşi timp la funcţionarea în paralel se pune problema distribuţiei uniforme a sarcinii active între grupurile dieselgeneratoare. Există doua situaţii de distribuţie a sarcinii active: la mers in gol şi la mersul în sarcină. În prima situaţie se va analiza cazul când la barele TPD nu este conectat nici un consumator, înfăşurările de excitaţie sunt parcurse de curenţi cărora le corespund tensiunile nominale la bornele generatoarelor, iar motoarele diesel acoperă numai pierderile mecanice. În acest caz, curenţii generatoarelor şi unghiul dintre axele rotoarelor sunt egale cu zero. Dacă în acest caz se măreşte consumul de combustibil al unui motor diesel, de exemplu al primului, atunci rotorul începe sa se rotească mai repede, tensiunile

37

electromotoare devin diferite, iar în circuitul închis format din reactanţele M 1 şi M2 şi impedanţa liniei de legătură apare un curent care are un caracter mai mult reactiv. Dar, deoarece rezistenţa circuitului nu este egală cu zero, curentul are şi o componentă activă. Datorită acestei componente active a curentului apare un cuplu activ de frânare la arborele primului grup diesel generator; iar la arborele celui de-al doilea un cuplu de accelerare, maşina sincronă din grupul doi funcţionând ca motor. Întrucât puterea activă consumată în acest caz este mică fiind egală cu pierderile mecanice, dacă se măreşte în continuare consumul de combustibil al primului motor diesel, nu se va mai modifica distribuţia sarcinii active ci vor creste numai corespunzător turaţia celor doua grupuri şi bineînţeles frecvenţa la barele TPD. Funcţionarea stabilă a grupurilor se asigura de obicei cu ajutorul regulatoarelor de turaţie care funcţionează cu un anumit statism. La funcţionarea în paralel a grupurilor DG trebuie avute in vedere următoarele lucruri:  alunecarea la mers in gol a primului generator fata de turaţia nominala

s01=

n01  nnom ; nnom

unde n01 este turaţia la mers in gol a primului generator; n nom – turaţia nominala;  alunecarea de mers in gol a celui de-al doilea generator fata de turaţia nominala; s02=

n02  nnom ; nnom

unde n02 este turaţia de mers in gol a celui de-al doilea generator;  alunecările generatoarelor care funcţionează în paralel cu aceiaşi turaţie de sincronism faţă de turaţia nominală: s=

ns  nnom ; nnom

38

n0

n nom ns

Pnom

P

 statismul primului generator:

1 

n01  ns1 ; nnom

unde : n01 este turaţia la mersul în gol a primului grup.  statismul celui de-al doilea grup diesel generator:

2 

n02  n s 2 ; nnom

unde : n02 este turaţia la mersul în gol a celui de al doilea grup. În cea de a doua situaţie, dacă la barele TPD se conectează o sarcină activă grupurile care funcţionează în paralel îşi distribuie această sarcină în funcţie de amplasarea caracteristicilor lor mecanice. Dacă cele două caracteristici mecanice se suprapun atunci sarcina activă se distribuie uniform. Dacă însă, caracteristicile mecanice nu se suprapun, apare o distribuţie neuniformă a sarcinii ΔP precum şi o abatere a frecvenţei Δf de la valoare corespunzătoare mersului in gol.

n

39

n01 n02 nnom 1

ns

2

0 P2 P1

P

Cele doua caracteristici au atât statism cât şi turaţii iniţiale diferite. Se consideră că cele două grupuri au puteri nominale egale şi întrucât funcţionează în paralel au şi turaţii egale cu cea de sincronism.

4.3 Calculul diferenţei de sarcină activă între grupurile DG

Pentru calculul diferenţei de sarcină activă între cele două grupuri (în unităţi relative) ΔP=p1-p2 se utilizează formulele:

 01    02     2 1 ΔP=p1-p2= ;

40

rezulta: ΔP=

 01  02 1 1   (  ) ; 1  2 1  2

Înlocuind pe  din formula (23) se obţine in final:

ΔP=

   02  2  1 p sarc  2 01 ; 1   2 1   2

(29)

Din această formulă se vede că dacă  01   02 si  1   2 , atunci ΔP=0. Dacă în anumite cazuri se impune un anumit ΔP se menţin constante toate mărimile şi se calculează una dintre ele astfel încât să rezulte valoarea dorită.

4.4 Metode de sincronizare ale generatoarelor sincrone:  Sincronizarea precisa;  Sincronizarea grosiera;  Autosincronizarea sau pornirea in asincron; În toate aceste metode de sincronizare, în afara de cea grosiera, în cazul în care succesiunea fazelor este aceiaşi aparatura îndeplineşte două condiţii principale: măsurarea unghiului dintre fazorii tensiunilor cu emiterea unui semnal de comandă a întreruptorului automat şi controlul diferenţelor de frecvenţă şi de tensiune a celor două generatoare cu scopul interzicerii cuplării, dacă aceste diferenţe depăşesc limitele admise.

Sincronizarea precisă: Diferenţele frecventelor şi ale tensiunilor se verifică cu ajutorul frecvenţmetrelor şi respectiv voltmetrelor conectate în circuitul generatoarelor. Dacă frecvenţele nu coincid 41

se reglează corespunzător turaţia motorului diesel de antrenare a generatorului care urmează să se conecteze. Dacă însă tensiunile nu sunt egale, se reglează curentul de excitaţie al generatorului sincron care urmează să se conecteze prin intermediul regulatorului de tensiune. Succesiunea fazelor se consideră aceiaşi întrucât este stabilită definitiv la punerea în funcţiune a instalaţiei. Ultima condiţie care trebuie îndeplinită, este aceea ca tensiunile să fie în fază. Aceasta condiţie se verifică fie cu ajutorul unor lămpi conectate pe faze între bare şi bornele de ieşire ale generatorului, fie cu ajutorul sincronoscopului. Fiecărei faze îi corespunde o diferenţă de potenţial care alimentează o lampă. Când cele trei lămpi sunt stinse atunci diferenţa de potenţial este nulă şi deci generatorul poate fi cuplat la bare. Totuşi aceasta metoda nu este foarte precisă deoarece fluxul luminos dat de lămpi este imperceptibil ochiului chiar şi la o diferenţa de potenţial mai mare decât zero. De aceea aceasta metoda se utilizează rar şi uneori numai ca rezervă. În cadru sincronizării precise toate operaţiile efectuate în vederea sincronizării sunt efectuate manual.

Sincronizarea grosieră: Prin sincronizarea grosiera se înţelege cuplarea generatorului sincron la bare fără respectarea condiţiilor de sincronizare precisa menţionate anterior, adică frecvenţa poate sa difere cu 3-5 % din frecventa generatorului cuplat, iar între mărimile fazelor poate fi orice diferenţa, tensiunile fiind aproximativ constante. Succesiunea fazelor fiind aceiaşi. Din aceasta cauza o asemenea conectare este însoţită de şocuri mari de curent şi de căderi bruşte de tensiune. Pentru a micşora aceste efecte , conectarea se face cu ajutorul unei bobine de reactanţa care se şuntează sau se deconectează după sincronizare. O schemă monofilară posibilă de sincronizare grosiera este cea prezentata in figura de mai jos. Se considera mai întâi generatorul G2 cuplat la bare (întreruptorul a2 fiind închis). După ce motorul de acţionare a generatorului G1 a pornit şi s-a accelerat până la o turaţie apropiată de turaţia de sincronism se anclanşează contactorul c1 (întreruptorul automat a1 fiind deschis). Datorită nerespectării condiţiilor de sincronizare, apare un curent de circulaţie care este limitat de bobina de reactanţa B.R. După anclanşarea 42

contactorului c1, generatorul G1 se apropie de sincronism, iar după ce a intrat în sincronism se închide întreruptorul automat a1, iar contactorul c1 va fi declanşat, bobina de reactanţa fiind scoasă din circuit. Contactorul c2 are o funcţie similară cu contactorul c1 pentru cazul sincronizării generatorului G2. Avantajul principal al acestei metode este simplitatea ei, dezavantajul constând în prezenţa bobinei de reactanţa şi în apariţia unor şocuri de curent.

Fig.18. Schema monofilară pentru sincronizarea grosieră Autosincronizarea (pornirea in asincron).

Autosincronizarea sau pornirea în asincron este metoda de sincronizare cea mai simplă din punct de vedere al aparatajului şi al operaţiunilor pregătitoare. Aceasta metodă constă în aceea că generatorul sincron neexcitat se accelerează de către motorul primar până la o turaţie care diferă cu 2-3% de cea sincronă, după care statorul generatorului se conectează la reţea, iar înfăşurarea de excitaţie la o sursa de curent continuu corespunzătoare. Înainte de a fi alimentata în curent continuu înfăşurarea de excitaţie este închisă pe o rezistenţă pentru a se elimina supratensiunile care s-ar induce în aceasta înfăşurare, supratensiuni care ar putea străpunge izolaţia înfăşurării de excitaţie.

43

Generatorul sincron intră in sincronism sub acţiunea cuplurilor sincron şi asincron care iau naştere. Când generatorul sincron neexcitat se cuplează la reţea, el se comportă ca o maşină asincronă cu alunecarea micşorata şi antrenează rotorul până la o turaţie apropiată de cea nominală. Dacă turaţia generatorului care se sincronizează este mai mare decât cea a generatorului deja cuplat, atunci el funcţionează ca generator asincron si produce un cuplu rezistent care frânează motorul principal de antrenare până la turaţia de sincronism a generatorului. Pe măsura scăderii alunecării, (la sincronism alunecarea este egala cu zero) cuplul asincron se micşorează astfel încât la valori mici ale alunecării el devine neglijabil. În acest moment se poate cupla alimentarea în curent continuu, la excitaţia generatorului care face sa apară un cuplu constant. Acest cuplu sincron face ca generatorul să intre automat în sincronism. Uneori pe rotor se pune o înfăşurare în scurtcircuit care are rolul de a mări cuplul asincron necesar sincronizării.

4.5 Punerea în paralel a două generatoare prin intermediul unui automat programabil

(PLC).

Un automat programabil, PLC este de fapt un minicalculator industrial specializat pentru tratarea problemelor de logică secvenţială şi combinaţională. Într-o formă generală poate fi considerat ca un echipament care permite legături logice între un număr mare de intrări şi ieşiri. Funcţional acest echipament simulează structuri logice cu relee s-au cu porţi integrate, substituind configuraţia cablată printr-o structură elastică, modificabilă prin programare Avantajele utilizării automatelor programabile apar cu uşurinţă la o analiză comparativă a unui sistem automat clasic cu un sistem automat numeric Fiabilitate ridicată: fiabilitatea componentelor de tip industrial utilizate în realizarea hardware a sistemului este o garanţie pentru fiabilitatea acestuia. Pe de altă parte însă înlocuirea logicii cablate, folosită la realizarea sistemelor clasice,cu logică implementată software conduce la simplificarea şi reducerea numărului de legături fizice lucru ce evident are consecinţe pozitive asupra fiabilităţii în funcţionare.

44

Automatizarea funcţionării, funcţie specifică sistemelor automate numerice, permite darea unor semnalizări la detectarea defectelor interne şi scurtarea duratelor cât echipamentul ar putea fi indisponibil. Comunicaţia la distanţă: este de asemenea o funcţie specifică sistemelor numerice cu toate avantajele ce decurg din aceasta: urmărirea unor procese aflate la distanţă, descentralizarea funcţiilor de automatizare, înregistrarea automată a evoluţiei proceselor, etc. Testarea şi punerea în funcţiune: a sistemelor moderne de automatizare este facilitată pe de o parte de similitudinea noilor sisteme comparativ cu cele clasice în partea de interfaţă cu procesul, iar pe de altă parte de interfeţele om-maşină care oferă rapid informaţii despre funcţionare dar şi posibilitatea forţării unor variabile pentru a simula anumite situaţii de funcţionare. Flexibilitatea sistemelor moderne: sub aspectul modificărilor care pot apare în timp este un alt avantaj care se datorează pe de o parte posibilităţii de a defini componente software adecvate noilor cerinţe apărute iar pe de alta modulelor hardware ce permit preluarea în cadrul aceluiaşi sistem de noi componente ale procesului tehnic controlat. Flexibilitatea sistemelor moderne, uşurinţa parametrizării şi a punerii în funcţiune, preluarea mărimilor din procesul tehnologic fără risipă de resurse, fiabilitatea sistemului de-a lungul anilor de funcţionare conduc împreună la reducerea costurilor. În fig.19 este prezentată schema simplificată de punere în paralel a două generatoare cu ajutorul unui PLC. Pe lângă PLC în circuit se introduc trei PPU ( Parallel and protection unit) care pot să îndeplinească diverse funcţii. PPU poate sincroniza generatorul cu sistemul şi după sincronizare realizează funcţiile de protecţie ale acestuia la suprasarcină, scurtcircuit, putere inversă etc.; poate realiza controlul frecvenţei şi al tensiunii pentru a nu apare variaţii ale acestora; controlul puterilor activă şi reactivă precum şi încărcarea egală a generatoarelor funcţie de puterea acestora( load sharing şi de-load ), acestea din urmă putând fi realizate prin comenzi date atât regulatorului de tensiune (AVR) cât şi regulatorului motorului Diesel (GOV).

45

În fig.urmatoare este prezentată logica de comandă a sistemului de control a puterii (PMS). Automatul programabil comunică cu CB (circuit breaker- întrerupătorul automat ) citind starea acestuia care poate fi închis, deschis sau triped ( această stare apare atunci când acţionează protecţia termică sau electromagnetică iar întrerupătorul se află într-o poziţie intermediară între închis şi deschis ), folosind această informaţie în logica sa internă şi poate da comanda de deschidere a întrerupătorului dacă apare vreun defect.

46

Sistemului de control a puterii (PMS) este conceput astfel încât dacă sarcina pe navă creşte peste 80% PPU va sesiza acest lucru şi va da semnal la PLC care va da comandă celuilalt PPU care va cupla în bare generatorul 2 În acelaşi mod se va acţiona şi în cazul când sarcina scade sub 20% iar PLC va da comanda celuilalt PPU iar acesta comandă declanşarea a întrerupătorului şi scoaterea din bare a generatorului 2. Tim reprezintă timoneria, de aici se poate comanda regimul de exploatare al navei: port, manevre, marş fiecare având particularităţile lui.

47

De exemplu în modul manevră apare cuplarea automată în bare a ambelor Diesele deoarece în acest mod avem un consumator important reprezentat de bowthruster ( sau macara dacă nava trece pe modul port). O altă funcţie pe care o îndeplineşte PLC este pornirea sau oprirea motoarelor Diesel. Importanţa acestei funcţii este prezentată şi de comanda cooldown folosită atunci când se scoate un generator din bare; pentru a nu apare şocuri în reţea datorită scoaterii bruşte a generatorului din bare PLC comandă regulatorul GOV al dieselului pentru ca motorul să-şi încetinească turaţia treptat până la oprire, iar PPU va da comandă regulatorului AVR pentru micşorarea curentului de excitaţie.

5. Distribuţia navală Centralele electrice navale de bord se compun din maşini mecanice primare, generatoare electrice şi tablouri de distribuţie a energiei electrice. Generatoarelor electrice navale ca de altfel majoritatea instalaţiilor navale li se impun cerinţe deosebite. Spre deosebire de cele terestre ele sunt de puteri mai mici: de la câteva sute la câteva mii de KW. Din această cauză generatoarele navei sunt mult mai sensibile la variaţiile de sarcină din reţea şi de aceea pentru buna funcţionare a lor necesită instalaţii de reglaj deosebite pentru menţinerea aproximativ constantă a tensiunii la borne. Ca motoare de acţionare pentru generatoarele electrice se pot folosi orice tipuri de motoare cu ardere internă, turbine cu aburi sau turbine cu gaze adaptate la condiţiile de exploatare de la bordul navelor. Proiectarea centralei electrice navale presupune în primul rând calculul puterii cerute de consumatorii de energie electrică ai navei în diverse regimuri de exploatare a acesteia. De mărimea puterii cerute depind principalii parametrii ai centralei: numărul şi puterile generatoarelor, gabaritele şi greutăţile echipamentelor, costul energiei etc.

48

5.1 Tipuri de sisteme de distribuţie Sistemul de distribuţie este ansamblul tuturor liniilor prin care energia electrică se distribuie către consumatori, legăturile acestor linii cu tabloul principal de distribuţie, precum şi între ele. Sistemul de distribuţie trebuie sa permită secţionarea circuitelor astfel încât să limiteze consecinţele unui defect pe un anumit circuit si să permită echipelor de întreţinere electrică să lucreze în instalaţie fără să debranşeze alimentarea în totalitate. Pe nave se utilizează următoarele trei sisteme de distribuţie:  Sistemul cu linii magistrale.  Sistemul cu linii radiale.  Sistemul cu linii mixt.

a)

Sistemul cu linii magistrale

Acest sistem se caracterizează prin existenţa unor linii magistrale de alimentare a consumatorilor. Pe aceste linii sunt conectate tablourile auxiliare de distribuţie TA sau uneori se utilizează în locul acestora cutii de conexiune sau doze de derivaţie. Avantajele acestui sistem constau în consumul mic de cabluri, reducerea curenţilor de scurtcircuit şi micşorarea numărului de circuite care pleacă din tabloul principal de distribuţie. Dezavantajele constau în faptul că siguranţa alimentării cu energie electrică a consumatorilor este mai mică, iar căderile de tensiune sunt mari. Prin specificul său sistemul cu linii magistrale se pretează cel mai bine pentru alimentarea consumatorilor de importanţă relativ mică pentru securitatea navei, existenţi în număr mare şi distribuiţi pe suprafeţe mari. Asemenea consumatori sunt de exemplu corpurile de iluminat amplasate într-un anumit compartiment. G 1

TA

TA

Consumatori

TPD G 2

TA

TA

49 TA

TA

Fig.. Sistem de distribuţie cu linii magistrale

b)

Sistemul cu linii radiale

Schema monofilară a unui astfel de sistem este dată în figura de mai jos. Acest sistem permite alimentarea consumatorilor fie direct de la tabloul principal de distribuţie, fie din tablourile auxiliare de distribuţie, alimentate la rândul lor direct din tabloul principal de distribuţie. Avantajele acestui sistem constau în aceea că siguranţa electrică este mai mare faţă de sistemul cu linii magistrale iar căderile de tensiune sunt mai mici. Dezavantajele constau în faptul că, curenţii de scurtcircuit sunt mai mari, iar consumul de cabluri este de asemenea mai mare decât la sistemul magistral. Datorită acestor caracteristici, sistemul cu linii radiale se utilizează pentru alimentarea consumatorilor esenţiali, adică a consumatorilor care au o importanţă deosebită în ce priveşte securitatea navei şi a echipajului, ca de exemplu: motoarele electrice pentru acţionarea cârmei, pompele de santină, etc.

50

consumatori G1 Fig. Sistemul de distribuţie radial TA G2

c)

TPD

Sistemul mixt

Acest sistem este o combinaţie a celor două sisteme anterioare. Practic, pe nave, pentru a îmbina avantajele celor două sisteme anterioare, toate sistemele de distribuţie sunt mixte, deşi în anumite reţele separate predomină liniile magistrale sau cele radiale.

În ce priveşte numărul de căi de curent, reţele electrice de la bordul navei se clasifică în:

 reţele cu două conductoare (în curent alternativ monofazat şi în curent continuu);  reţele cu trei conductoare (în curent alternativ trifazat)

Utilizarea corpului navei drept conductor de întoarcere este admisă numai pentru tensiuni mai mici de 24V, iar puterea instalată într-o asemenea reţea nu trebuie să depăşească 2 KW. Totuşi pe tancurile petroliere, asemenea reţea nu este admisă, chiar la tensiuni şi puteri mai mici decât cele menţionate anterior.

G1

51

TA TA

TA

G2

TA

TPD

Fig.. Sistemul de distribuţie mixt 5.2 Alegerea protecţiilor pe ramura de consumatoare

1. Protecţia la suprasarcină: Releele termice sunt folosite pentru a semnaliza sau a scoate din funcţie o anumită parte a unei instalaţii la care temperatura a crescut peste o anumită limită, sau a scăzut sub o anumită limită stabilită iniţial. Pentru reglarea la suprasarcină se porneşte de la formula curentului nominal care este dat de consumator: I n 

Pn 3U cos 

;

Astfel Itermic= 1.2 In şi mai trebuie pusă condiţia ca Itermic > IN termic (catalog) Folosirea releelor termice şi electromagnetice pentru întreruperea circuitului, urmăreşte limitarea efectelor dăunătoare ale curentului mărit, creat în urma unui defect, a unei suprasarcini sau a unui scurtcircuit. 2.Protecţii la scurtcircuit: Aparatele electrice se găsesc în numeroase variante constructive şi funcţionale în toate instalaţiile electrice, îndeplinind în circuitele dintre sursele de energie şi receptoare funcţii de o deosebită importanţă precum: închiderea, deschiderea sau comutarea circuitelor electrice, supravegherea şi protecţia instalaţiilor şi receptoarelor.

52

În funcţionarea aparatelor, atât în condiţii normale cât şi în caz de avarii, elementele componente ale aparatelor electrice sunt supuse unor solicitări. Aceste solicitări sunt produse de mărimile electrice curent şi tensiune fiind solicitări electrice sau dielectrice (tensiunea este cauza) solicitări termice (produse de curent) solicitări electrodinamice (curenţii de scurtcircuit fiind cauza) şi solicitări ale arcului electric (cauza fiind acţiunea combinată a curentului şi tensiunii). Procedura de calcul a curentului de scurtcircuit intr-o distribuţie a energiei electrice implica determinarea 

valorii maxime a curentului de scurtcircuit ce impune  capacitatea de rupere a aparatului de comutaţie  capacitatea de închidere  eforturile electrodinamice



valorii minime a curentului de scurtcircuit ce impune timpul de acţionare al protecţiei;

Spre exemplificare la orice nava (sistem energetic izolat ) se calculează: 1) curentul maxim de scurtcircuit simetric pe:

Ug a) pe barele principale având valoarea efectivă I  , KS " Xg

(1.11)

curent ce stabileşte capacitatea de rupere a întrerupătoarelor ce alimentează TPD-ul. b) Într-un punct nesituat pe barele principale (la intrarea într-un tablou auxiliar), Ug

curent calculabil cu relaţia I KS  Z şi a cărui valoare impune capacitatea de t rupere a întrerupătoarelor pe plecările din TPD şi timpul minim de intrare în funcţiune a protecţiei la scurtcircuit a întrerupătoarelor ce alimentează TPD-ul. 2) Curentul maxim de scurtcircuit asimetric: a) Defect pe sistemul principal de bare (TPD) foloseşte pentru stabilirea curenţilor de închidere a întrerupătoarelor (capacitatea de închidere) şi pentru verificarea la eforturi electrodinamice a barelor (TPD): 53

2,5Ug IKM  "  6,5 Im Xg

(1.12)

b) Defect nesituat pe barele principale; foloseşte pentru stabilirea curenţilor de închidere ai întrerupătoarelor pe diferitele plecări din tabloul principal de distribuţie şi stabilitatea electrodinamică a barelor din tablourile auxiliare alimentate din TPD. 3) Curentul minim de scurtcircuit simetric pe plecarea cea mai lungă (cu impedanţa cea mai ridicată); curent calculabil cu relaţia definită la curentul maxim de scurtcircuit în care reactanţa sincronă tranzitorie se înlocuieşte cu cea sincronă. Acest curent stabileşte valoarea minimă de intrare în funcţiune a protecţiei la scurtcircuit a întrerupătoarelor de pe plecările TPD-ului (Iem
k

Usc %

T

Iscp

Factor putere Încărcare coincidenţ ă U In

Sarcin a

Caracteristi ci - bare înălţime grosime aşezare - cabluri tip izolaţie lungime secţiune temperatură config. circuit

Prima r

Cap. Secunda rupere Timp pr. r

Iscs Bare j.t Iscb

Iscd

Distribuţ ie Consu 54 m

Iscc

Cap. rupere Timp pr. Cap. rupere Timp pr. Cap. rupere Timp pr.

Întrerupto r din primar trafo Întrerupto r din secundar trafo Întrerupto r plecări tablou principal Întrerupto

alimentar e consumat or

Organigrama de calcul a curenţilor de scurtcircuit

Scurtcircuitele în instalaţiile electrice navale sunt fenomene complexe care datorită lungimii mici a circuitelor afectează toate echipamentele electrice de la bordul navei. Durata unui scurtcircuit nu depăşeşte o secundă, totuşi în acest interval pot apare fenomene cu urmări destul de grave: 

incendii în locul scurtcircuitului datorită arcului electric;



distrugerea echipamentului electric ca urmare a efectelor termice şi

electrodinamice ale curenţilor de scurtcircuit; 

căderi bruşte de tensiune, instabilitatea funcţionării în paralel a

generatoarelor, etc Pentru protecţia instalaţiilor electrice împotriva scurtcircuitelor sunt utilizate siguranţele fuzibile şi relee electromagnetice.

55

Date Tehnice Conform normelor: EN-60269 Tensiune nominala:400 Vc.a.; 250 Vc.c. Curent nominal: 16 A (D01); 63 A (D02) Prindere: Pe sina DIN 35

La protecţia la scurtcircuit se vor pune: 

-protecţia pe motor Isc= 10In (pentru a nu declanşa la pornire)



-protecţia pe linie Isc= (3-6)In.

Aceste protecţii la scurtcircuit de pe linie şi de pe generator vor fi reglate pentru aceiaşi valoare a curentului de scurt dar vor avea temporizare diferită, protecţia generatorului va funcţiona cu o oarecare întârziere de până la 300 de ms deoarece datorită distanţelor mici, acest fel de defecte pot influenţa toate elementele conectate la reţea şi astfel un scurtcircuit într-un anumit loc de pe navă poate provoca decuplarea din bare a generatorului şi astfel pierderea sursei de energie electrică. Astfel că la apariţia unui

56

scurtcircuit locul defectului va fi dat afară iar generatorul va continua să alimenteze porţiunea de circuit care nu a fost implicată. În cazul în care prima protecţie nu va decupla generatorul va fi decuplat de a doua protecţie pentru că altfel se poate ajunge la o întreţinere a scurtcircuitului lucru care poate avea urmări extrem de grave. Se calculează două valori ale curentului de scurtcircuit şi anume scurtcircuit simetric, acest curent stabileşte valoarea minimă de intrare în funcţiune a protecţiei la scurtcircuit a întrerupătoarelor şi scurtcircuit asimetric se foloseşte pentru stabilirea curenţilor de închidere a întrerupătoarelor. Siguranţele fuzibile se intercalează în serie, în circuitul protejat şi întrerup circuitul prin topirea unui fir metalic sau lamele denumit fir fuzibil sau lamele denumit fir fuzibil sau lamelă fuzibilă, atunci când intensitatea curentului din circuit depăşeşte o anumită valoare pentru care a fost construit fuzibilul

4.

Lumini de navigaţie:

Luminile de navigaţie şi semnalizare se folosesc pentru evitarea abordajelor pe mare şi pentru transmiterea unor informaţii altor nave. Ele se aprind la apusul soarelui, componenţa acestor lămpi fiind descrisă în reguli ce se găsesc în diversele registre navale (DNV, BV, GL, RNR etc.). După apusul soarelui nu trebuie să se vadă nici o altă lumină care să poate fi confundată cu luminile de navigaţie şi semnalizare şi care să poată stânjeni vederea sau

57

caracterul distinctiv al acestora sau care pot împiedica efectuarea unei veghi corespunzătoare. Luminile de navigaţie şi semnalizare trebuie să fie folosite de asemenea de la răsăritul la apusul soarelui şi pe timp cu vizibilitate redusă, precum şi în toate celelalte împrejurări în care această măsură este necesară. Aceste lumini sunt produse cu ajutorul unor corpuri de iluminat speciale cunoscute sub denumirea de felinare de navigaţie si semnalizare. Numărul şi tipul acestora, modul de distribuţie şi culoarea luminii, bătaia (distanţa până la care trebuie să fie vizibilă lumina) precum şi modul de amplasare la bord sunt stabilite pentru fiecare tip de nava. Având în vedere importanţa acestor felinare pentru asigurarea navigaţiei pe mare, ele trebuie să fie de o construcţie deosebit de îngrijită în conformitate cu prescripţiile de construcţie şi verificare foarte severe. Pentru obţinerea vizibilităţii (bătăii) necesare în conformitate cu modul prescris de distribuirea luminii, felinarele de navigaţie se prevăd cu lentile Fresnel, şi cu filtre de lumină pentru obţinerea culorilor corespunzătoare. În acelaşi scop este de asemenea necesar ca centrul sursei de lumină să fie aşezat în focarul lentilei. Aceasta se asigură fie printr-o construcţie specială care să permită reglarea înălţimii sursei de lumină (construcţie rar întâlnită), fie prin montarea numai acelor surse de lumină care au înălţime corespunzătoare centrului focal al lentilei (înălţime prescrisă, de regulă, de către constructorul felinarului).

58

De foarte mare importanţă pentru felinarele cu lumina colorată este şi puterea maximă a lămpii care se montează, deoarece culoarea filtrelor de lumină corespunde la aşa zisa temperatură de culoare a filamentului (în cazul lămpilor cu incandescenţă), fiind posibil ca la lămpile mai puternice, culoarea acestuia să se schimbe iar filtrul să coloreze lumina altfel decât cea necesară, spre exemplu: din verde in cenuşiu şi din roşu în rosugalben. Corpul felinarelor, ca o măsură de prevedere, se execută de obicei din bronz sau alama, deoarece din cauza locului de amplasare (pe punţi deschise) ele vin în permanenţă în contact cu apa de mare fiind din acest punct de vedere mult mai expuse decât celelalte corpuri de iluminat de pe nava. Materialul din care se fabrica lentila şi filtrul de lumina trebuie să fie de calitate superioară atât din punct de vedere al calităţii cât si al rezistenţei la şocuri de temperatură. Dintre felinarele existente pe nava amintim: 

Lumina de catarg este o lumină albă, puternică, continuă, vizibilă, pe un

arc de orizont de 225 grade şi cu o bătaie de 6 mile marine 

Luminile de borduri sunt reprezentate de o lumină verde, clară la tribord şi o

lumina roşie, clară la babord, fiecare din aceste lămpi proiectând o lumină continuă pe un arc de orizont de 122 grade 30’ şi cu o bătaie de 3 mile marine 

Luminile de pupa sau prova sunt reprezentate de o lumină alba sau galbenă,

clară, continuă, vizibilă pe un arc de orizont de 135 grade şi cu o bătaie de 3 mile marine.

Lumini si semnale interzise

59

Este interzis a se folosi lumini sau semnale în afara celor menţionate în regulament sau de a folosi luminile sau semnalele de navigaţie în alte condiţii decât cele prevăzute sau admise în regulament. Totuşi pentru comunicările între nave sau între nave şi uscat, folosirea altor lumini sau semnale este admisă cu condiţia ca acestea să nu se confunde cu luminile sau semnalele prevăzute în regulament.

Luminile de rezerva

Când luminile de navigaţie prevăzute în regulament nu funcţionează ele trebuie înlocuite fără întârziere cu luminile de navigaţie de rezervă. Reinstalarea luminilor avariate trebuie să se execute în cel mai scurt timp posibil. Luminile de navigaţie sunt alimentate dintr-un tabloul special numit tabloul felinarelor de navigaţie. Acesta va alimenta prin circuite separate felinarele de catarg, felinarele de borduri si de pupa. Felinarele de navigaţie trebuie conectate la reţeaua de alimentare printr-un cablu flexibil cu fişă. Circuitele de alimentare a felinarele de navigaţie trebuie executate după un sistem cu doi conductori, fiecare circuit fiind protejat pe ambii conductori. Tablou luminilor de navigaţie este alimentat din trei surse, după cum este prezentat in schemele de mai jos. 1.

tabloul principal de distribuţie;

2.

tabloul de avarie;

3.

baterii de acumulatoare (UPS) a căror capacitate trebuie sa fie suficienta

pentru alimentarea acestor consumatori timp de 18 ore;

60

7.1 Semnalizări in diverse regimuri de funcţionare ale navei

Navă în marş:

1.

o lumină de catarg dispusă în partea din fata a navei, pe axa navei la o

înălţime de 6 m; 2.

luminile din borduri dispuse la aceeaşi înălţime şi pe acelaşi plan

perpendicular, pe axa navei la cel puţin 1 m de lumina de catarg; 3.

o lumina de pupa dispusă în partea din spate a navei pe axa ei şi la o astfel

de înălţime încât să poată fi văzută bine de navele care vin din urmă.

Navă care remorchează: Întâlnim două situaţii:  lungime remorcă mai mică de 200 m  lungime remorcă mai mare de 200 m

1.

lumina de catarg dispusă în partea din faţă a navei, pe axa navei la o

înălţime de 6 m; 2.

luminile din borduri dispuse la aceeaşi înălţime şi pe acelaşi plan

perpendicular, pe axa navei la cel puţin 1 m de lumina de catarg; 3.

lumina de pupa dispusă în partea din spate a navei pe axa ei si la o astfel

de înălţime încât sa poată fi văzuta bine de navele care vin din urma. 4.

lumina de remorca pupa dispusa in partea din spate a navei pe axa ei, în

dreptul luminii din pupa; 5.

o lumină sau două (funcţie de lungimea remorcii) de remorcă prova,

dispuse în partea din faţă navei, pe axa navei şi aflate sub lumina de catarg.

61

Nava cu capacitate de manevra redusa

1.

lumina de catarg dispusă în partea din faţă a navei, pe axa navei la o

înălţime de 6 m; 2.

luminile din borduri dispuse la aceeaşi înălţime şi pe acelaşi plan

perpendicular, pe axa navei la cel puţin 1 m de lumina de catarg; 3.

lumina de pupa dispusă în partea din spate a navei pe axa ei şi la o astfel

de înălţime încât să poată fi văzută bine de navele care vin din urmă. 4.

lumina de remorcă pupa dispusă în partea din spate a navei pe axa ei, în

dreptul luminii din pupa; 5.

lumina de remorcă prova, dispusă în partea din faţă a navei, pe axa navei

şi aflata sub lumina de catarg. 6.

lumina: „ capacitate de manevra redusa” dispusa pe catarg, sub lumina de

catarg 7.

două lumini „nu pot guverna” dispuse tot pe catarg deasupra şi dedesubtul

luminii „ capacitate de manevră redusă” şi aflate tot sub lumina de catarg;

Navă stânjenita de pescaj:

1.

lumina de catarg dispusă în partea din faţă a navei, pe axa navei la o

înălţime de 6 m; 2.

luminile din borduri dispuse la aceeaşi înălţime şi pe acelaşi plan

perpendicular, pe axa navei la cel puţin 1 m de lumina de catarg; 3.

lumina de pupa dispusă în partea din spate a navei pe axa ei şi la o astfel

de înălţime încât să poată fi văzută bine de navele care vin din urmă. 62

4.

trei lumini „nu pot guverna” dispuse tot pe catarg deasupra şi dedesubtul

luminii „ capacitate de manevra redusă” şi aflate tot sub lumina de catarg;

Nava ancorată:

1.

două lumini de ancoră pupa-prova aflate una în pupa cealaltă în prova navei

pe axa ei, şi la o astfel de înălţime astfel încât să poată fi observate de navele care vin din spate sau din faţă.

Nava eşuata:

1.

doua lumini de ancoră pupa-prova aflate una în pupa cealaltă in prova

navei pe axa ei, şi la o astfel de înălţime astfel încât să poată fi observate de navele care vin din spate sau din faţă. 2.

doua lumini „nu pot guverna” dispuse tot pe catarg deasupra şi dedesubtul

luminii „ capacitate de manevră redusă” şi aflate tot sub lumina de catarg;

Nava nestăpână pe manevră: 1.

o lumină de catarg dispusa in partea din fata a navei, pe axa navei la o

înălţime de 6 m; 2.

luminile din borduri dispuse la aceeaşi înălţime si pe acelaşi plan

perpendicular, pe axa navei la cel puţin 1 m de lumina de catarg; 3.

o lumina de pupa dispusă în partea din spate a navei pe axa ei şi la o astfel

de înălţime încât să poată fi văzuta bine de navele care vin din urmă.

63

4.

doua lumini „nu pot guverna” dispuse tot pe catarg deasupra şi dedesubtul

luminii „ capacitate de manevră redusă” şi aflate tot sub lumina de catarg;

Bibliografie 

W. Krebs – Instalaţii electrice la nave – traducere din limba rusă –

Ed. Ver Technik Berlin 1962. 

D. Călueanu, S. Stan, E.Banu, F. Drăgan – Instalaţii electrice la

bordul navelor - Ed. tehnica Bucureşti 1981.

64



L. M. Piotrovschi –Maşini electrice – traducere din limba rusă –

Ed. Energetică de stat 1953. 

I. Minulescu, C.Pătrăşcoiu, E. Ciobanu, D. Nanu – Curs de

instalaţii electrice navale- vol.II. Ed. Bucureşti 1971. 

Registrul Naval Român – Reguli pentru clasificarea şi construcţia

navelor maritime- Ed.Bucureşti 1978

65