BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA

1. BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 12 Napomena: kompletno gradivo je u literaturi, ovo su samo bitne natuknice

2. TROFAZNI SUSTAV Potreba za izmjeničnim strujama proistječe iz distribucije električne energije, jer s udaljenošću rastu i gubici na prijenosnim vodovima elektroenergetskog sustava. Vodič pruža otpor struji koja protječe kroz njega. Da bi se ti gubici smanjili koristi se vremenski promjenljivo magnetsko polje koje omogućava transformaciju električnog napona. Transformacijom na visoki električni napon, od npr. 400 [kV], smanjuju se gubici u vodovima, jer se razmjerno smanjuje jakost električne struje. Najjednostavniji je sustav s jednom fazom. Spajanjem dva jednofazna sustava, može se dobiti dvofazni sustav, s tri trofazni, itd. Ako se svi povratni vodiči svih faza spoje, nastaje višefazni sustav, za što je na ideju prvi došao Nikola Tesla.

3. TROFAZNI SUSTAV Ako se kratko spoji Tri jednofazna sustava – nastanak trofaznog Spoj izvora u zvijezdu Zvijezda-zvijezda spoj s nul-vodičem Spoj izvora u trokut Zvijezda-zvijezda spoj bez nul-vodiča

4. TROFAZNI SUSTAVI 380/220 V

5. TROFAZNI SUSTAVI

6. TROFAZNI SUSTAVI Glavne prednosti trofaznog sustava nad jednofaznim su: • omogućavanje ekonomičnijeg prijenosa električne energije, s manjim gubicima i uštedom materijala za vodove; • generira se rotacijsko magnetsko polje, na kojem se temelji rad većine rotacijskih strojeva; • trenutna snaga simetričnog trofaznog trošila je konstantna bez obzira na vrstu spoja; • trofazni uređaji su robustni i ekonomični.

7. SIMETRIČNO TROŠILO U praksi se simetrična trošila rjeđe susreću i u pravilu su trofazna. Međutim, mnogi kućanski aparati (fen, mikrovalna pećnica, pegla, mikser, televizor, kompjutor, video, linija itd.) priključuju se na jednu fazu te nastaje nesimetrično opterećenje mreže. Može se reći da je simetrično trošilo ono koje u svakoj grani ima jednako opterećenje:

8. OKRETNO MAGNETSKO POLJE Trofazna struja protječući kroz namote trofaznog motora stvara magnetski tok koji rotira jednolikom brzinom.

9. OKRETNO MAGNETSKO POLJE Ako se tri namotaja prostorno razmaknu, svaki će od namotaja stvarati svoje magnetsko polje, što znači da u svakoj točki prostora postoji rezultantno magnetsko polje dobiveno vektorskim zbrajanjem polja pojedinih namotaja. Os rezultantnog polja pomiče se duž namotaja tako da se uvijek nalazi iznad onog faznog namotaja u kojem je struja maksimalna. Kako su namotaji postavljeni u cilindričnu površinu rezultantno se polje okreče, pa se naziva okretnim ili rotacijskim magnetskim poljem. Dakle, s pomoću trofazne struje dobiva se u namotajima koji miruju magnetski tok koji rotira. Promjena smjera okretnog polja postiže se promjenom redosljeda faza trofaznog sustava. Okretno magnetsko polje je temelj rada električnih strojeva.

10. Povijesni razvoj elektrifikacije broda • Teretni brod „Columbia“ 1880. godine. 115 žarulja. • Teretni brod „Oregon“ porinut 1883. godine. 500 žarulja • Danas su brodovi nezamislivi bez električnog pogona pomoćnih strojeva strojarnice, palubnih strojeva, gospodarskih uređaja i uređaja radionice, grijanja ili klimatizacije, navigacijskih elektroničkih i kominikacijskih uređaja, signalizacije i rasvjete. Razvoj elektrifikacije broda može se podijeliti u više faza. • U prvoj se na brodu koriste samo istosmjerni izvori (dinamo – generator istosmjerne struje), a prvi je ugrađen 1880. • Od 1896. na brodove se uvode i pričuvne akumulatorske baterije. • U drugoj fazi, na brodovima se sve više koriste generatori izmjenične struje. Propulzija je s parnog stroja prešla na dizelski motor, a za pomoćne strojeve se sve više koristi električni pogon. Između dva svjetska rata (do 1940.) na brodovima glavni izvor električne energije postaje alternator (izmjenični sinkroni generator).

11. Povijesni razvoj elektrifikacije broda • Trofazni sinkroni generator od 1955. postaje izvor za razna brodska trošila. Od 1965. izvedbe velikih trofaznih sinkronih samouzbudnih kompaundnih generatora, s vrlo brzom regulacijom napona, postaju glavni izvori električne struje svim elektromotornim pogonima na brodu, dok istosmjerni izvor postaje pomoćni izvor na velikim brodovima, dok je ostao osnovni na malim brodovima. • Razvoj elektrifikacije broda pratila je i regulativa o sigurnosti u obliku standarda, propisa i zakona: ukupna brodska električna instalacija mora biti izvedena tako da u najtežim uvjetima plovidbe radi pouzdano i nije opasna za posadu i putnike. • Koliko je brz razvoj elektrotehnike i elektronike vidi se iz činjenice da je proteklo samo 125 godina od prvog broda s električnim žaruljama, preko uvođenja brodskog električara, do toga da se brodski električar sve rjeđe javlja u posadama suvremenih brodova. Teži se što manjem broju članova posade i što većoj automatizaciji, što je moguće samo jakom elektroničkom i električnom podrškom na brodovima.

12. ELEKTRIČNI KRUG BRODA Izvori energije na brodu mogu biti: generatori, akumulatorske baterije, solarne ćelije, električni pretvarači i priključak na kopno. Razvod i razdiobu električne energije na brodu omogućuju kabeli.Sustav razdiobe, ovisno u izvoru, može biti: • za istosmjernu struju (jednovodni s upotrebom brodskog trupa kao povratnog vodiča do 50 [V], dvovodni izolirani, trovodni), • za jednofaznu izmjeničnu struju (jednovodni ili dvovodni), • za trofaznu izmjeničnu struju (trovodni izoliran u sve tri faze, trovodni uzemljen zvjezdištem s tri izoloirane faze, trovodni s tri izolirane faze i nul vodom i trovodni s tri izolirane faze i uzemljenim nul-vodom priključenim na zvjezdiše izvora). U ovisnosti o osjetljivosti tereta, neki spojevi se ne mogu koristiti na nekim vrstama brodova.

13. ELEKTRIČNI KRUG BRODA

14. ELEKTRIČNI KRUG BRODA Glavna sklopna (razvodna) ploča je mjesto električnog sustava gdje se dovodi energija iz generatora i odvodi prema trošilima izravno ili preko ostali sklopnih uređaja (pomoćne sklopne ploče, uputnici, razdjelnici, pultovi i upravljački ormari). Sklopni uređaji sastoje se od sklopki, pokretača, programatora, osigurača, okidača, releja, mjernih i signalizacijskih uređaja. Postoje i elektroenergetski sustavi s više naponskih razina pa imaju i više glavnih sklopnih ploča. Da bi se smanjile njene dimenzije koriste se i ostale sklopne ploče – za napajanje u nuždi, grupnih uputnika, pojedinačnih uputnika, razdjelnici snage, rasvjete i pultevi te sklopna ploča za napajanje u nuždi. Sklopna ploča za nuždu sa sklopnim uređajima za generator u nuždi mora se nalaziti u razini glavne palube, obično na palubi čamca za spasavanje. Trošila na brodu mogu se podijeliti na: • elektromotorni pogon, • topilinska, • rasvjetna, • navigacijska i komunikacijska, itd.

15. ELEKTRIČNI KRUG BRODA

16. GLAVNA RASKLOPNA PLOČA Podjeljena je na polja generatora, važnih trošila i manje važnih trošila. Polja generatora sadrže: voltmetar, vatmetar, ampermetar, frekvencmetar, sinkronizacijske lampice, preklopku unutar regulatora pogonskog stroja, preklopke za instrumente, kontrolne lampice za glavnu sklopku i ručicu glavne sklopke. Na njega se dovodi energija glavnih generatora i priključak na kopno. Polja važnih trošila (trošila uređaja strojarnice i tereta, osvjetljenje, pozicijska svjetla, uređaji kormila, uređaji za zatvaranje pregrada, dojava požara, pumpe za podmazivanje i rashlađivanje, radio uređaji, pupme za pretakanje nafte, crpke morske vode,...) sadrže: ampermetar, voltmetar, vatmetar, cos  - metar i frekvencmetar. Imaju i ručice sklopki, prekidače i preklopke za pojedine uređaje i trošila. Polja manje važnih trošila (crpka hidrofora, kompresori, štednjaci, ventilacija, sidrena vitla,...) sadrže: imaju, uz gore spomenuto, i preklopke za pojedina trošila.

17. GLAVNA RASKLOPNA PLOČA

18. ELEKTRIČNI STROJEVI Palubni pomoćni strojevi - pumpe, kompresori, kormilarski uređaj, sidreno vitlo itd = asinkroni izmjenični, te istosmjerni motori Trofazni sinkroni generator = glavni izvor na brodu

19. ELEKTRIČNI STROJEVI

20. NEKI POJMOVI O ELEKTRIČNIM STROJEVIMA Prazan hod – nema korisnog djelovanja, trošila nisu priključena, stroj je spreman za preuzimanje opterećenja, prijelazno stanje između motorskog i generatorskog rada. Korisnost je 0. Pri djelomično optetećenju stroj nije potpuno iskorišten, a preopterećenje izaziva nedopušteno veliko grijanje. Nazivno opterećenje je ono za koje je stroj izgrađen. Kratki spoj je stanje u kojem zbog prevelikog opterećenja prestaje korisna pretvorba energije. Razvija se velika topilna, pa se stroj treba zaštititi od KS. Motor-generator se sastoji od jednog motora i jednog ili više generatora. Motor je u takvoj kombinaciji izmjenični, a generatori istosmjerni. Za pogone promjenjive brzine koriste se tzv. kaskade, u kojima su dva rotacijska stroja spojena i mehanički i električki. Električna osovina je kombinacija dva stroja u kojoj su primarno spojeni na istu mrežu, a sekundarni namoti električki povezani, a s ciljem postizanja podudarnosti vrtnje. Strojevi mogu bit i specijalnih namjena, npr. tahogeneratori, selsini i amplidini.

21. TRANSFORMATORI • Transformatori mogu biti energetski, regulacijski, mjerni, laboratorijski, autotransformatori i specijalni. • Energetski transformator statička je elektromagnetska naprava koji povišava ili snižava izmjenični napon prema načelu elektromagnetske indukcije. Ne mijenja frekvenciju. • Energija je u idealnom slučaju očuvana, a snaga je nepromijenjena. • Primjena transformatora je velika na kopnu i na brodovima. • Transformator se sastoji od dvije zavojnice koje su električki izolirane, a povezane su magnetnim tokom. Transformatori mogu biti bez i sa željeznom jezgrom. Za transformatore bez željezne jezgre kaže se da su zračni transformatori i takvi se obično koriste u elektronici, a sa željeznom jezgrom u energetici. Zavojnice se nazivaju primarna i sekundarna. Na primarnu se narine napon koji se želi transformirati. Vrijede transformatorske jednadžbe: 1. transf. jednadžba 2. transf. jednadžba

22. UVJETI PARALELNOG RADA TRANSFORMATORA Da bi transformatori mogli raditi paralelno, moraju ispunjavati uvjete da: • su im jednaki prijenosni omjeri, • su građeni za približno iste nazivne napone, • imaju isti satni broj i spojnu grupu, • su im naponi kratkog spoja približno isti i • omjeri nazivnih snaga nisu veći od trostruko (3:1).