Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei [608399]
ACADEMIA NAVALĂ "MIRCEA CEL BĂTRÂN"
FACULTATEA INGINERIE MARINĂ
PROIECT DE DIPLOMĂ
COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Lt. Cdor. Conf. Univ. Dr. Ing. Deliu Florențiu
ABSOLVENT: [anonimizat]
2017
ACADEMIA NAVALĂ "MIRCEA CEL BĂTRÂN"
FACULTATEA INGINERIE MARINĂ
PROIECT DE DIPLOMĂ
TEMA: Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei
electrice navale.
COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Lt. Cdor. Conf. Univ. Dr. Ing. Deliu Florențiu
ABSOLVENT: [anonimizat]
2017
REZUMAT
Această lucrare are ca scop calcularea, găsirea și punerea în practică a elementelor
constructive folosite la automatizarea unei centrale elctrice navale pentru o nava de tip cargo.
Pentru această lucrare m -am folosit de cărți din domeniul automatizărilor navale și de
documentația navei . Această lucrare ajută într -o oarecare măsură pentru un eventual studiu
științific în domeni ul automatizărilor centralelor electrice navale, deoarece conținutul lucrării
este foarte ușor de înțeles , ceea ce face o asimilare a informației mult mai ușor.
În capitolul al doilea al lucrării sunt trecute caracteristicile tehnice ale navei și
partic ularitățile constructive și exploatarea navei cum ar fi; osatura, viteza cu care se
deplasează aceste tipuri de nave , tipul de propulsie cât și despre centrala electrică a navei.
În capitolul al treilea se regăsește calculul instalației de ancorare, care din punct de
vedere al siguranței și al diverselor manevr e ale navei este unul foarte important pentru că
toate tipurile de nave se folosesc de acest sistem care ajută nava în diferit e condiții meteo să
stea la un punct fix . Aici regăsim diferite calcule care ne ajută să alegem o ancoră de un
anumit tip și de lungimea lantului folosit dar și alegerea motorului electric ce va fi folosit la
acționarea acestui ansamblu.
Alegerea generatoarelor sincrone cât și a motoarelor de acționare este expusă în
capitolul patru. Se ține cont de stările de exploatare și de consumul total de energie electrică
ce va fi transpusă la bordul navei. Această tehnologie trebuie să aibă un g rad de fiabilitate
crescut , deoarece indiferent de locul în care este pe mare, funcționarea ei în siguranță necesită
energie electrică.
Pentru capitolul cinci am facut o sinteză pentru alegerea regulatorului automat de
tensiune ce va fi folosit la bordul navei pentru a nu exista fluctuații de energie electrică ceea
ce ar duce la arderea și scoaterea din funcțiune a unor aparate.
Capitolul al șaselea reprezintă totalitatea elementelor de măsură și protecție din tabloul
principal de distribuție a energiei electrice. Sunt enumerați supracurenții ce pot apărea în
rețeaua electrică dar și scurtcircuitele. Pentru gener atoare am ale s un întreruptor automat
ORCMAX, care suportă curenți mari, ceea ce duce la o exploatare în siguranță a Diesel
generatoarelor .
În ultimul capitol am descris principalele probleme ce pot apărea într -o automatiza re a
centralei electrice navale și combaterea lor în principal prin dispunerea și unei comenzi
manuale care este independentă de cea automat ă tocmai pe ntru a se evita punerea în pericol a
personalului uman și siguranței navei.
SUMMARY
This paper aims to calculate, find and implement the construction elements used to
automate a naval power station for a cargo ship. For this paper I have used books of ship
automation and vessel documentation. This paper helps for a possible scientific study in the
field of automation of ship power plants, because the content of the paper is very easy to
understand, which makes the assimilation of information much easier.
In the second chapter of the p aper there are the technical characteristics of the ship and
the constructive features and exploitation of the ship such as; the backbone , speed of these
types of ship, propulsion type and ship's power plant.
In the third chapter we find the calculation of the a nchoring system, which from the
point of view of the safety and various maneuvers of the ship is very important because all
types of ships use this system which helps the ship in different weather conditions to stand at
fixed point. Here we find different calculations that help us choose an anchor of a certain type
and the length of the chain used but also the choice of the electric motor to be used to drive
this assembly.
The choice of synchronous generators a nd drive motors is outlined in c hapter four.
Account shall be taken of the operating conditions and the total electricity consumption to be
implemented on board the ship. This technology should have a high degree of reliability
because regardless of where it is at sea, it s safe operation requires electr icity.
For chapter five, I made a synthesis for choosing the automatic voltage regulator to be
used on board the ship to avoid power fluctuations, which would cause burning and removal
from service of certain devices .
The sixth chapter represents al l the measurement and protection elements in the main
power distribution panel. There are listed overcurrent’s that may appear in the power grid but
also short circuits. For the generators I chose an ORCMAX automatic circuit breaker that
supports high curr ents, which leads to safe operation of Diesel generators.
In the last chapter I have described the main problems that may arise in the automation
of the naval power plant and their combat mainly by the arrangement and manual order which
is independent of the automatic one precisely in order to avoid endangering the human
personnel and the safety of the ship.
5
CUPRINS
1. Cuprins pag 5 – 6
2. Capitolul 1. Introducere pag 7
1.1 – Scurt istoric și generalități ale navelor de tip cargo pag 7
1.2 – Generalități ale sistemului electroenergetic al navelor de tip cargo pag 7
1.3 – Normative și reguli de registru pag 10
3. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de exploatare ale navei pag 11
2.1 – Caracteristi cile generale ale navei alese. Cargoul Grădiștea pag 11
2.2 – Particularități constructive și de exploatare ale navei pag 13
2.3 – Centrala electrică a navei pag 16
4. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare pag 18
3.1 – Prezentarea normelor de registru pag 18
3.2 – Alegerea principalelor elemente componente pag 21
3.3 – Calculul parametrilor necesari și alegerea motorului de acționare pag 22
3.4 – Calculul forțelor ce acționează în lanțul de ancoră pe timpul staționării navei la
ancoră pag 25
3.5 – Calculul forțelor ce acționează în lanțul de ancoră, la barbotină pe timpul
ridicării ancorei pag 28
3.6 – Verificarea electromotorului ales pentru regimul de avarie pag 34
5. Capitolul 4. Alegerea generatoarelor sincrone și a motoarelor primare de acționare
pag 3 5
4.1 – Alegerea generatoarelor sincrone pag 3 5
4.2 – Alegerea motoarelor de antrenare a generatoarelor sincrone pag 3 6
6. Capitolul 5. Alegerea regul atorului automat de tensiune pag 3 7
5.1 – Generalități pag 37
5.2 – Alegerea regulatorului automat de tensiune pag 38
5.3 – Principiul de funcționare pag 3 9
5.4 – Funcționarea paralelă a generatoarelor și a regulatoarelor automate de tensiune
electrică pag 5 2
7. Capitolul 6. Calculul de alegere a aparatelor de conectare, protecție, măsură și
semnalizare din T.P.D. pag 5 4
6.1 – Aparatele de măsură și protecție pentru generatoare pag 5 6
6
8. Capitolul 7. Implementarea principalelor probleme a le automatizării centralei electrice
navale pag 5 8
7.1 – Reglarea automată a tensiunii și puterii reactive pag 5 8
7.2 – Reglarea automată a frecvenței și puterii active pag 6 4
7.3 – Distribuția sarcinii active la funcționarea în paral el a generatoarel r pag 66
7.4 – Reglarea automată a frecvenței și distribuției sarcinii active pag 68
7.5 – Reglarea automată a frecvenței și distribuției sarcinii active pag 70
7.6 – Reglarea automată a frecvenței și distribuției sarcinii active pag 7 4
9. Concluzii pag 78
10. Bibliog rafie pag 7 9
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 1. Introducere
7
CAPITOLUL I
INTRODUCERE
1.1. Scurt istoric și gener alități ale navelor de tip c argo
Prin navă cargou se înțelege ca fiind aceea nava folosită pentru transportarea
diverselor tipuri de mărfuri atât uscate cât și lichide, ambalate sau neamblate dar se pot folosii
și pentru mărfuri vrac, de aici și renumele de vrachier.
Navele de tip cargo , mărfuri generale, sunt cele mai răspândite nave de transport marfă
la ora actuală deoarece din punct de vedere al prețului al tonei de marfă per mila marină este
cel mai convenabil. Cargourile cele mai rentabile din punct de vedere al masei deadweight
sunt cele egale sau mai mici 15000 tdw deoarce operațiunile de încărcare -descărcare sunt de
durate mici ceea ce implică și costuri mici.
Pentru acest proiect s -a ales nava de tip cargo cu numele Grădiște , pentru care în
capitolele ce vor urma se va descrie metoda din spatele automatizării centralei eletrice , care
totodată reprezintă și scopul lucrării.
Cargoul Grădiștea a fost unul dintre cele 15 cargouri de acest tip construite în
Șantierul Naval Galați, în anul 1981 care deservea flota comercială română. Spre sfârșitul
perioadei de exploatare, nava a fost rebotezată sub numele de Danube Trader , apoi fo losită
pentru piese de schimb pentru alte nave, ca mai apoi să fie dusă la tăiere în Turcia în 2003.
1.2. Generalităț i ale sistemului electroenergetic al navelor de tip cargo
Sistemul electroenergetic naval presupune ca pricipală sursă de energie generatoa rele
elctrice, care pot fi de curent continuu sau de curent alternativ. Ele pot fi clasificate astfel:
După tipul motorului primar: Dieselgeneratoare (cele mai cunoscute
sub denumirea de DG), turbogeneratoare și generatoare de ax;
După funcția de bază: generatoare pricipale, de rezervă și de avarie;
După tipul curentului: de curent alternativ și de curent continuu.
Compunera Diesel generatoarelor este astfel: dintr -un motor Diesel ce pune în mișcare
direct un generator de curent alternativ sau continuu, nefiind nevoie de un reductor.
Turbogeneratoarele sunt compuse dintr -un generator de curent continuu sau alternativ
antrenate de o turbină cu abur sau gaz prin intermediul unui reductor deoarece turația este
mult mai mare în comparație cu generatoarele Die sel.
În cazul generatoarelor de ax sau de arbore acționarea se face de către axul
propulsorului sau de către axul motorului principal de propulsie prin intermediul unei
transmisii(curea, roți dințate etc).
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 1. Introducere
8
Conversia în energie electrică a acestor mașini este următoarea:
Dieselul este mașina care transformă energia chimică a combustibilului prin
ardere în energie mecanică și apoi generatorul o transformă în energie
electrică;
La turbine energia termică este transform ată în energie mecanică iar apoi este
transformată în energie electrică tot de către generator, iar ene rgia termică
este obținută cu ajutorul căldarilor navale;
Avantajele generatoarelor Diesel este reprezentat de posibilitatea de a lucra
independent față de restul instalațiilor dar și de pornir ea și punerea în bare. Durata pentru
puteri de până în 100 kW este de 15 -25 secunde, iar pentru puteri mai mari de 100 kW se
mărește la 1,5 -2 minute.
Dezavatajele sunt reprezentate de nivelul redus de ore de funcționare între reparații, de
masă în funcție de puterea pe care o dezvoltă și de zgomotele mari. La o turație constantă de
1000 -1500 rot/min numărul orelor de funcționare până la intrarea lor în mentenanță este de
până la 6000 h, iar la o turație de max 700 rot/min n umărul ore lor de funcționare se d ublează.
Turbinele cu abur în comparație cu generatoarele D iesel, au o durată mult mai mare de
funcționare, de circa 30 000 h, iar masa și gabaritul este mult mai mic dar și un nivel redus de
zgomot. Un oarecare dezavantaj al acestui sistem este că necesit ă un timp crescut de po rnire
pentru preluarea sarcinii tocmai pentru că este nevoie de instalația căldărilor pentru
producerea aburului.
Randamentul turbinei cu abur este unul superior celui produs de generatoarele D iesel.
Turbina cu gaz are o construcție mai specială față de cele două sisteme de mai sus,
pentru ca are o cameră de ardere a gazelor. Autonomia acestui sistem este una ca și la
generatoarele Diesel , dar diferețiindu -se de ele prin avantaje asemănătoare cu turbin a cu abur.
Dezavantajul acestui sistem constă în consumul mare de combustibil și durata mare necesară
pentru pornire la fel ca și la turbina cu abur.
La alegerea grupului electroenergetic naval se ține cont de proprietățile motoarelor
primare: turbină sau Diesel.
Spre deosebire de turbogeneratoarele cu abur care se instalează doar pe nave care au
sistemul energetic principal pe căldări și turbine cu abur, generatoarele Diesel și
turbogeneratoarele cu gaze pot fi montate pe orice tip de navă.
Generatoarele D iesel de regulă sunt fabricate pentru puteri mari 25 -1000 kW și cu
turații nominale de la 500 până la 1500 rot/min.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 1. Introducere
9
Turbogeneratoarele sunt construite pentru puteri cuprinse între 400 -3000 kW, iar cu o
turație a generatoarelor de 1500 rot/min și turația tu rbinelor de 6000 -12000 rot/min.
Sursele de bază ale sistemului electroenergetic naval sunt acele surse de energie care
asigură alimentarea consumatorilor, fără întreruperi pe întreaga lor funcționare indiferent de
regim. Sursele de rezervă sunt cele care p ot înlocui sursele de bază în anumite codiții precum
executarea unor lucrări de reparații sau în cazuri accidentale până atunci când nu mai este
nevoie. Ambele surse de energie formează centrala electrică de bază și sunt conectate la
același tablou princip al de distribuție (TPD).
Există un al treilea tip de surse de energie și anume cel de avarie, adică alimentează cu
energie electrică toți consumatorii importanți pentru siguranța navei care sunt prevăzuți să
funcționeze în regim de avarie.
Regimul de avari e reprezintă regimul în care centrala electrică de bază din diferite
motive nu mai funcționează (incendiu în compartimentul centralei sau inundare).
Pentru sursele de bază și cele de rezervă se folosesc tur bogeneratoare și generatoare
Diesel, iar pentru su rsele de avarie se folosesc numai generatoare D iesel și baterii de
acumulatoare.
Sursele de curent sunt împărțite în două mari categorii și anume:
1. Surse de curent continuu care sunt generatoarele de curent continuu.
2. Sursele de curent alternativ care sunt g eneratoarele sincrone trifazate cu
autoexcitație sau cu excitație independentă.
Sursele de curent continuu în prezent nu mai sunt folosite ca surse de bază pentru
sistemul electroenergetic al navei ele fiind înlocuite de sursele de curent alternativ.
Generatoarele de curent continuu mai pot fi găsite încă la bordul navei pentru alimentarea
unor acționări ce necesită variații mari ale cuplului de sarcină și necesită reglarea turației în
limite largi, cum sunt instalațiile de ridicat. Puterea acestor generatoare nu depășește 200kW.
La bordul navelor se mai găsesc mașini de curent continuu de puteri foarte mari folosite
pentru propulsia electrică a navei.
Sursele de curent alternativ sunt cele mai răspân dite la bordul navelor. Particularitatea
de bază a generatoarelor sincrone este reprezentată de sistemul de excitație care poate fi: cu
excitatrice de curent continuu, cu autoexcitație sau cu excitatrice de curent alternativ.
În prezent sistemul cu excitatrice de curent continuu nu se mai regăsește decât pe
navele de construcție veche . Dezavantajele acestui sistem sunt reprezentate de prezența
generatorului de curent continuu și de viteza mică de reacție la regimurile trazitorii datorate
creșterii le nte a curentului de excitație.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 1. Introducere
10
Sistemul cu autoexcitație este cel mai des întâlnit datorită acțiunii rapide în regimurile
trazitorii pentru restabilirea parametrilor generatorului și siguranța mare în funcționare.
Sistemul cu excitatrice de curent alternat iv este unul mai nou din punct de vedere
tehnologic și care prezintă marele avantaj de a nu mai avea inele și perii pentru alimetarea în
curent continuu a excitației ceea ce înseamnă că dispare uzura periilor ceea ce îl face mai
fiabil. Acest tip de sistem are încă o ră spândire mică față de precedentul, tocmai prin prisma
faptului ca este nou, dar se adoptă la o scară largă.
Excitatricea de curent alternativ este înglobată în construcția generatorului și are
înfășurarea de excitație alimentată în curent con tinuu dispusă pe statorul mașinii, iar
înfășurarea trifazată, de curent alternativ se montează pe rotorul mașinii și alimentează prin
diode redresoare montate pe axul mașinii înfășurarea de excitație a generatorului principal.
Acestui tip de generator i s e mai spune și generator fără perii tocmai din cauză că au
fost eliminate periile și inelele, datorită acestei așezări.
La exploatarea generatoarelor electrice navale se ține cont de unele prevederi speciale,
deoarece mediul marin nu este ca și cel de la s ol.
Condiții de spațiu și dimensiuni. Echipamentele electrice navale trebuie să prezinte o
serie de calități constructive; să aibă greutate și gabarit mic, randament mare, construcție
unificată, costuri mici, să fie silentioase, să nu producă paraziți radiofonici și întreținere
ușoară.
Greutatea și gabaritul mic sunt unele din cele mai importante calități pe care trebuie să
le aibă un echipament deoarce de acest lucru depinde și volumul de marfă pe care nava
ulterior îl va transporta.
La amplasarea aces tor echipamente se va ține cont de posibilitatea accesului pentru
montarea și demontarea lor, asigurată de către personal.
1.3. Normative și reguli de registru
1.3.1 Toate navele cu tonaj brut egal sau mai mare de 300 trebuiesc prevăzute cu o
sursă princip ală de energie electrică, care să asigure alimentarea tuturor cosnumatorilor
esențiali ai navei în regimurile indicate la 2.1. 2. R.N.R. Sursa aceasta trebuie să fie alcătuită
din două generatoare cu acționare independentă.
1.3.2 Numărul generatoarelor inde pend ente cât și puterea acestora trebuie să fie
calculate încât la ieșirea oricărui convertizor sau generator să asigure:
1. Alimentarea cu energie electrică a instalațiilor esențiale în reg imurile indicate
la 2.1.3, tot î n același timp asigurând condiții minime pentru echipaj;
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 1. Introducere
11
2. Realizarea pornirii celui mai puternic motor electric cu cel mai mare curent
de pornire și cu pornirea cea mai grea, fără ca să scadă tensiunea și frecvența
care ar duce la ieșirea din sincronism și implicit la oprirea motorului care
acționează generatorul.
3. Alimentarea consumatorilor necesari pentru pornirea motorului principal,
pornind de la navă oprită complet.
1.1.3 În locul generatorului D iesel cu acț ionare independentă indicat se poate utiliza
un generator acționat de arborele mo torului principal, doar dacă acesta corespunde cerințelor
următoare:
1. Turația generatorului care este pus în mișcare de către arborele motorului
principal trebuie să fie constantă, indiferent de regimurile de marș;
2. Se poate pune în funcțiune instalația de p ropulsie a navei în cazul defectării
oricărui generator cu acționare independentă.
Generatoarele de ax, care funcționează cu turație variabilă a motorului principal, fac
parte din examinări speciale ale registrului.
1.3.4 Numărul, puterea generatoarelor pr incipale și a transformatoarelor trebuiesc
făcute după următoarele regimuri de funcționare a navei:
1. Regimul de marș;
2. Regimul de manevră;
3. Regimul de avarie;
4. Alte regimuri, în funcție de destinația navei.
1.3.5 Dacă principala sursă de e nergie electrică o reprezintă bateriile de acumulatoare,
atunci capacitatea lor trebuie să fie suficientă pentru a asigura 8 ore de funcționare fără
reîncărcare.
1.3.6 Navele care au regimul de navigație limitat III, cu instalație electrică de mică
putere, sursa principală de energie poate fi un singur generator cu acționare independentă sau
baterii de acum ulatori.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de
exploatare ale navei
12
CAPITOLUL II
CARACTERISTICILE TEHNICE ȘI DE EXPLOATARE ALE NAVEI
2.1. Caracteristicile generale ale navei alese . Cargoul Grădiștea
Dimensiuni principale:
Lmax = 130,80 m
LPP = 121,00 m
B = 17,70 m
D = 10,20 m
d = 8,10 / 6.78 m
T=7,04 m
Număr elici:1
Caracteristici transport:
Deadweight = 8850 dwt
Capacitate mărfuri vrac: 11980 m3
Capacitate mărfuri generale: 11067 m3
Cherestea de punte: 910 t
Nr. magazii: 4
Nr. guri mazazii: 4
Instalație încarcare: 4 macarale
de 5 / 3.2t;
Fig. 2.1 Planul navei
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de
exploatare ale navei
13
Caracteristici maș ini:
Motor tip: 6L52/55A
Principiu de funcționare: diesel ireversibil 4 timpi simplu efect
Nr. cilindrii: 6
Putere: 6000 CP (2206 kw)
Turație: 450 rpm
Viteza: 15.00 nd
Generatoare: 3 x604 kW 400V 50Hz
motor diesel tip MB 836 Bb navalizat
putere nominală: 880[CP]
turație nominală: 1500[rot/min]
variația turației de sarcină constantă la % < 1
Constructor: S.N. Galati
2.2. Particularitati constructive ș i de exploatare ale navei
Osatura folosită la construcția acestor tipuri de nave poate să fie atât transversal cât și
combinat și are următoarele caractersitici:
Numărul punților este unul mic și anume de la 1 până la 3 datorat de
înălțimea de stivuire a mărfii tocmai pentru a se evita strivirea ei și sunt
prevăzute cu guri mari de magazii iar construcția este urmatoarea: puntea
principală reprezentată de osatura transversală și longitudinală iar punțile
itermediare de osatura verticală;
Pereții transversali sun t construiți în sistem de osatură verticală și sunt plați;
La acest tip de navă nu se regăsesc pereți longitudinali;
Planșeele de bordaj se regăsesc doar sub formă de sistem de osatură
transversal;
Planșele de fund diferă în funcție de mărimea navei și anu me: navele de
dimensiuni mici sunt reprezentate de sitemul de osatură transversal cu simplu
fund; cele de dimensiuni mari și mijlocii de sistemul de osatură longitudinal
cu dublu fund dar și transversal;
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de
exploatare ale navei
14
Navele cargou pentru mărfuri generale sunt constru ite cu suprastructuri continue
denumite și shelter -deck sau răzlețe și anume castel, dunetă sau teugă. Cargourile dispun și de
spații foarte mari de depozitare cât și cabine pentru pasageri dacă este cazul, cât și pentru
echipaj.
Din punct de vedere economic viteza cargourilor pentru mărfuri generale este de v=12
până la 20 Nd iar propulsia folosită este una cu motoare Diesel, lente sau semirapide, care pun
în mișcare elicea cu pale fixe.
Compartimentul mașini este amplasat în trei moduri, și anume:
1. În zona centrală a navei;
2. În zona extinsă pe L/3 de la perpendiculara pupa spre prova;
3. La pupa navei.
În prezent majoritatea cargourilor pentru mărfuri generale sunt construite cu
compartimentul mașinii dispus la pupa deoarece prezintă o serie de avantaje ș i anume:
Dispare linia de arbori intermediari și a tunelului liniei de arbori,
ceea ce înseamnă o greutate mai mică a navei;
Volumul util al mărfurilor în zona pupa este unul mare și operația de
încărcare -descărcare este una cât mai simplă datorată dispariției
tunelului liniei de arbori;
Operațiile de încărcare -descărcare sunt din ce în ce mai simple
deoarece compartimentul mașini nu mai este fracționat;
Probabilitate mică de producere a unor avarii corpului navei;
Dispariția sau reducerea tensiunii provocate de înconvoierea navei la
capetele postamentelor mașinilor de propulsie;
Se ușurează curățenia navei prin instalarea coșului de fum la pupa.
Prin dispunerea compartimentului mașini la pupa se regăsesc și unele dezavantaje,
astfel:
Regăsim lățimii mici în secțiunile transversale de la pupa;
Echilibrarea asietei navei este mai dificilă la navigația în balast;
Pe mare agitată, în zona punții apar tensiuni de compresie mari.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de
exploatare ale navei
15
Aceste dezavantaje enumerate mai sus pot fi înlăturate prin folosirea adecv ată a
spațiului destinat compartimentului mașini prin dispunerea etajată a agregatelor cât și a
instalațiilor aferente mașinilor principale de propulsie; amplasarea corectă a tancurilor de
combustibil, de apă potabilă și de balast; alegerea unui tip de osa tură adecvat pentru puntea și
fundul navei tocmai pentru a se elimina solicitările.
Agregatele electrice trebuie să fie calculate pentru funționare continuă tinând cont de
scăderea de putere în timpul exploatării navei.
Funcționarea în pozitii înclinate. Pe parcursul marșului navele sunt supuse la
înclinări pe plan longitudinal și pe plan transversal. Aceste înclinări sunt de scurtă durată
datorate valurilor și de lungă durată datorită unor situații de avarie.
Normele de registru ne indică faptul că toate e chipamentele electrice trebuie să
funcționeze sigur și pot fi manevrate în orice tip înclinare la care este supusă nava.
Regulile pentru aceste clasificări sunt:
În cazul unei canarisiri îndelungate a navei, până la 15°;
În cazul unei asiete a navei, max 5°;
În cazul unui ruliu de până la 22,5°, cu o perioadă maximă de 9 sec;
Pentru tangaj maxim 10°.
Pentru instalațiile de avarie în afară de regulile de mai sus ele trebuie să poată fi
operate concomitent la o înclinare transversală lungă de durată de până la 22,5° și o înclinare
longitudinală până la 10°.
Efectul acestor înclinări și oscilații ale navei sunt datorate de apariția unor forțe de
forfecare suplimentare, iar pentru diminuarea lor se i -au măsuri speciale cum ar fi montarea
echipamentelor eclectri ce cu arbore orizontal în paralel cu planul diametral al navei ori din
construcție vor fi proiectate să reziste acestor forțe.
Funcționarea în regimuri dinamice. Echipamentele electrice de la bordul navelor
funcționează în marea majoritate a timpului în re gim intermitent, având perioade de repaus
mult mai mari. Acest tip de funcționare este dezavantajoasă deoarce se poate produce condens
în carcasele echipamentelor, îmbătrînirea lor și coroziunea lor. Pentru evitarea acestui lucru se
introduce în rezistențe electrice în interiorul echipamentelor pentru a ține temperatura ridicată
față de mediu, tocmai pentru a se evita condensul.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de
exploatare ale navei
16
Vibrații și scuturături. Deoarece corpul navei este construit din oțel, vibrațiile sunt
propagate și amplificate mult mai usor, iar acțiunea lor asupra echipamentelor electrice este
una de rău augur, de aceea se i -au măsuri speciale pentru prevenirea distrugerii
echipamentelor electrice.
Vibrațiile pe o navă pot fi de două feluri:
1. Generale – apar din cauza valurilor ori elicei nave i;
2. Locale – ca urmare a forțelor de inerție necompensate a mașinilor
sau a unor mecanisme (motoare diesel, compresoare, pompe).
Pentru combaterea acestora se încearcă pe cât posibil evitarea tuarțiilor critice,
folosirea cuplajelor elastice, folosirea amor tizoarelor la agregatele care oscilează, folosirea de
șuruburi sudate sau nituirea, la echipamentele electrice care pe timpul exploatării nu necesită
desfacerea lor, cotrapiulițe etc.
2.3. Centrala electrica a navei
Centrala electrică a acestei nave este formată din trei generatoare Diesel care asigură
un necesar de energie suficient cât să acopere întregul consum al instalațiilor de pompe, celor
de încărcare – descărcare , iluminat și pentru uzul gospodăresc, indifere nt de regimul în care se
află nava.
Atunci când se produce un scurtcircuit în rețeaua navei, generatoarele trebuie să
asigure o valoare curentului stabilizat de scurtcircuit tocmai pentru acționarea protecțiilor.
Caracteristicile regulatoarelor meca nisme lor de acționare a generatoarelor de cu rent
alternativ, destinate să funcționeze în pa ralel, trebuie să fie astfel, încât în limitele de la 20%
până la 100% din sarcina totală, sar cinile active ale diferitelor generatoare să nu difere de
valoarea pute rii care le revine pro porțional cu mai mult de 15% din puterea ac tivă nominală,
a celui mai mare generator care funcționează în paralel sau 25% din puterea activă nominală a
generatorului mai mic, în funcție de care dintre aceste mărimi este mai mică. Agregatele de
curent alternativ des tinat funcționării în paralel trebuie dotate cu un dispozitiv pentru reglarea
precisă a sarcinii în limitele a 5% din sarcina nominală, la frecvența nominală, fără a fi
necesară o reglare manuală.
La generatoarele de cu rent alternativ, forma de undă a tensiunii pentru mersul în gol
trebuie să fie cât mai sinusoidală, se acceptă o abatere de la această forma de maxim 5%.
Realizarea repartizării sarcinii la funcționarea în paralel a agregatelor.
Generatoarele cu acționare independentă trebuie să asigure posibilitatea reglării
tensiunii și frecvenței în limite indicate.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 2. Caracteristicile tehnice și de
exploatare ale navei
17
Agregate de curent alternativ, des tinate pentru funcționarea în paralel, trebuie să fie
prevăzute cu un astfel de sistem de com pensare a căderii de tensiun e reactiva, încât în timpul
funcționării în paralel a agregatelor, re partizarea sarcinii reactive între generatoare să nu
difere de mărimea puterii proporționale cu mai mult de 10% din sarcina reactivă no minală a
celui mai mare generator, sau nu mai mult de 25% din puterea nominală a celui mai mic
generator, dacă această valoare este mai mică decât cea de mai sus.
La funcționarea în paralel a generatoarelor de curent alternativ cu o sarcină între 20%
și 100% la puterea nominală , se admite variații de ±15 % din valoarea nominală a curentului
celui mai mare generator.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
18
CAPITOLUL III
CALCULUL INSTALAȚIEI DE ANCORARE A NAVEI
3.1. Prezentarea normelor de registru
Instalația de se compune din:
două cabestane de ancoră și manevră;
trei ancore din care două principale și una de rezervă; două declanșatoare de lanț ,
două lanțuri de ancoră din oțel de rezistență mărită;
două nări de ancoră din table roluite și sudate;
două nișe de ancoră în borduri;
două nări de lanț din table roluite și sudate;
două stope cu rolă și cuțit în construcție sudată;
două dispozitive de boțare a lanțului din parâmă;
două capace de furtună amplasate în extremitate de pe puntea tuga a nării de
ancoră.
Norme de registru ce privește instalația de ancorare
Toate navele trebuie să aibă un sistem de ancorare. Caracteristica de dotare, Na,
pentru nave, se calculează în modul următor:
⁄ (3.1)
în care:
– deplasamentul volumetric al pescajului corespunzător liniei de încărcare de vară
[m3];
B – lățimea navei [m];
h – înălțimea de la linia de încărcare de vară până la fața superioară a înve lișului punții
celui mai înalt ruf, care se calculează în modul următor:
∑ (3.2)
în care:
a – distanța măsurată pe verticală, la secțiunea maestră, de la linia de încăr care până la fața
superioară a învelișului punții superioare [m];
hi – înălțimea în plan diametral, a fiecărui nivel al suprastructurii sau rufului cu o lățime
mai mare de 0,25B [m];
A – suprafața velică în limitele lungimi i navei considerată de la linia de încărcare [m2].
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
19
Regiunile de navigație pentru care se construiesc navele, se clasifică astfel:
0 – nave destinate navigației maritime nelimitate;
1 – nave destinate navigației în mări deschise la 200 Mm de locurile de adăpost,
sau pe parcursuri în care distanțele dintre aceste locuri sunt sub 400 Mm;
2 – nave destina te navigației în mări deschise, la distanțe față de locurile de
adăpost sub 50 Mm, sau pe parcursuri în care distanțele dintre aceste locuri sunt
sub 100 Mm;
3 – nave destinate navigației maritime costiere sau în golfuri.
Există trei categorii de oțel, în funcție de caracteristicile mecanice :
tip 1 – oțel categorie 1 cu Rm = 305 490 N/mm2;
tip 2 – oțel categorie 2 cu Rm = 490 N/mm2;
tip 3 – oțel categorie 3 cu Rm = 690 N/mm2
în care Rm reprezintă rezistența la rupere a materialului.
Lanțurile de ancoră se alcătuiesc din chei de lanț .
Cheile de lanț se împart în:
cheie de lanț de ancoră, care se prinde de ancoră;
chei de lanț intermediare;
cheie de lanț de capăt, care se fixează la dispozitivul de declanșare a lanțului.
Cheile de lanț intermediare au lungimea cuprinsă între 25 m și 27,5 m numărul zalelor
fiind întotdeauna impar.
La fundarisirea și virarea ancorei princi pale cu o masă mai mar e de 35kg, pentru
asigurarea ancorajului, mecanismul de ancorare se instalează pe puntea navei la prova.
Puterea motorului de acționare a mecanismului de ancorare trebuie să asigure tragerea
neîntreruptă timp de 30 minute a unui lanț de ancoră împreună cu ancora, cu o viteză de cel
puțin 9 m/min și cu o forță de tracțiune la barbotină P 1 cel puțin egală cu cea determinată cu
formula:
(3.3)
unde:
a = 3,75 pentru lanțuri de categoria 1;
a = 4,25 pentru lanțuri de categoria 2;
a = 4,75 pentru lanțuri de categoria 3;
d – diametrul (calibrul) lanțului în [mm].
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
20
Pentru navele de aprovizionare forța de tracțiune la barbotină P2 nu trebuie să fie mai
mică decât cea determinată cu formula:
( ) (3.4)
în care:
q – masa unui metru liniar de lanț de ancoră [kg/m];
h – adâncimea de ancorare [m], dar nu mai puțin de:
– 200 m pentru nave cu caracteristica de dotare până la 720;
– 250 m pentru nave cu caracteristica de dotare mai mare de 720;
G – masa ancorei [kg].
Viteza de virare a lanțului de ancoră se măsoară pe lungimea a două chei de lanț
începând din momentul în care trei chei de lanț sunt complet scufundate în apă.
La apropierea ancorei de navă, viteza de virare a lanțului treb uie să fie cel mult de
10m/min.
Pentru desprinderea ancorei de fund, mecanismul de acționare al instalației trebuie să
asigure timp de 2 minute crearea în lanț, pe o barbotină a unei ancore, a forței de tracțiune de
cel puțin 1,5 P 1.
Mecanismul de ancorare trebuie să aibă un dispozitiv de frâna re corespunzător unei
forțe în lanț la barbotină de cel puțin 1,3 P 1 sau 1,3 P 2.
Barbotinele trebuie să aibă cel puțin 5 locașuri pentru zale. La barbotinele vinciurilor
unghiul de înfășurare a lanțului trebuie să fie de cel puțin 115°, iar la barbotinele cabestanelor
de cel puțin 150°.
Dacă sistemul de acționare poate dezvolta un moment ce crează o forță în lanț mai
mare de 0,5 din sarcina de probă a lanțului de ancoră, trebuie să se prevadă o protecție la
depășirea sarcinii arătate, montată între sistemul de acționare și mecanism.
Frânarea barbotinei mecanismului de ancorare trebuie să asigure oprirea lanțului de
ancoră în cazul filării line în cel mult 5 secunde și cel puțin 2 secunde din momentul apariției
comenzii de frânare.
La postul de comandă de la distanță trebuie să se prevadă un contor al lungimii
lanțului de ancoră filat și un indicator de viteză a filării lanțului cu marcarea vitezei limită
admisibilă de 180m/min.
Pentru mecanismele care au și comandă de la distanță automat sunt prevăzute și cu
comandă locală .
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
21
3.2. Alegerea principalelor elemente componente
Din subcapitolele anterioare avem dimensiunile principale ale navei:
Lmax = 130,80 m – lungimea navei în metri ;
T = 7,04 m – pescajul navei la cuplul maestru;
B = 17,70 m – lățimea maximă a navei în metri ;
cB = 0,7 – coeficientul bloc al corpului navei;
Δ = T B Lmax cB = 7,04 17,70 130,80 0,7 = 11409 ,108 m3 – deplasamentul
navei în m3.
h = 18,00 m – înălțimea de la linia de încărcare de vară până la fața superioară a
învelișu lui punții celui mai înalt ruf;
A = 18,00·130,80 =2354.4 m2 – suprafața velică în limitele lungimii navei
considerată de la linia de încărcare.
Caracteristica de dotare a navei se calculează astfel:
Se îndeplinește condiția deci din tabelul din anexe se vor extrage
datele:
Numărul de ancore: nr = 3
Aleg ancorele de tip Hall a câte: Manc = 3780 kg fiecare.
Lungimea totală a două lanțuri unul de 10 și altul de 11 chei cu lungimile:
L10 = 275 m L11 = 247.5 m
Lungimea lanțului este:
L2lant = L 10 + L 7=11 247,5 + 275 = 522,5 m
Calibre disponibile:
Ctip1 = 62 mm Ctip2 = 54 mm Ctip3 = 48 mm
Aleg lanț cu calibrul mediu adică Ctip2 = 54 mm
Se aleg 4 parâme de legare sintetice sau met alice cu o lungime totală de 190 m și o
forță de rupere de 369 kN/mm2 .
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
22
3.3. Calculul parametrilor necesari și alegerea motorului de acționare
Alegerea motorului electric se face după un număr de criterii. În primul rând trebuie
ales felul curentului, continuu sau alternativ, apoi tensiunea, eventual frecvențele, puterea și
tipul constructiv al motorului.
Alegerea puterii motorului de acționare a unui mecanism naval se face considerând
cunoscut ă variația în timp a cuplului de sarcin ă
tf MS , a mecanismului respectiv.
Subdimensionarea motoarelor electrice determin ă supraîncălzirea și deteriorarea
rapid ă a izolațiilor.
Supradimensionarea motoarelor nu duce decât la creșterea costurilor și a factorului de
putere .
Puterea motorului electric se alege ținându -se seama de înc ălzirea lui și apoi se
verific ă la suprasarcin ă.
Motoarele asincrone cu rotorul în scurtcircuit cu mai multe viteze cunosc o largă
răspândire în acționarea mecanismelor de ancoră deoarece sunt simple, rezistente și ușor de
exploatat. Astfel de motoare se folosesc în prezent pentru puteri până la 85kW și au de regulă
trei viteze corespunzător numărului de poli 2p = 4/8/16 . Viteza medie, 2p = 8 , corespunde
caracteristicii mecanice naturale și realizează învingerea cuplurilor de sarcină mari pe timpul
tragerii navei pe lanț și smulgerii ancorei sau pentru tragerea parâmelor d e legare când
sarcina are valori mari. Viteza mică, 2p = 16 , este utilizată, de regulă, pentru tragerea ancorei
în nară.
Calculul forței nominale de tracțiune în lanț la barbotină:
Puterea motorului de acționare a mecanismului de ancorare trebuie să asig ure tragerea
neîntreruptă timp de 30 minute a unui lanț de ancoră împreună cu ancora cu forța de ținere
normală, cu o viteză de cel puțin 9m/min și cu o forță de tracțiune la barbotină P1 cel puțin
egală cu cea determinată cu formula:
unde:
a = 3,75 pentru lanțuri de categoria 1;
a = 4,25 pentru lanțuri de categoria 2;
a = 4,75 pentru lanțuri de categoria 3;
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
23
d – diametrul (calibrul) lanțului în [mm].
Viteza de virare a lanțului de ancoră se măsoară pe lungimea a două chei de lanț
începând din momentul în care trei chei de lanț sunt complet scufundate în apă.
Calculul cuplului nominal la axul motorului electric :
Se realizează cu relaț ia:
mNMMMAXs
nec
(3.5)
în care = 2 este coeficientul de suprasarcin ă, iar MSMAX este cuplul de sarcin ă maxim.
Solicitarea maxim ă a motorului poate s ă apară în urm ătoarele situații:
a) la smulgerea ancorei de pe fundul apei în care caz MSMAX = MSM = MIII;
cuplul necesar smulgerii ancorei de pe fundul apei calculându -se cu relația:
NmiR FM
nara ib sm
sm
(3.6)
în care:
Rb m – raza barbotinei;
Barbotinele au de regulă pe circumferință 5 locașuri pentru lanț, iar pasul lanțului sau
lungimea unei verigi este de 8d. De aici rezultă că:
i = 0,72 – randamentul transmisiei mecanice;
nara = 0,7 – randamentul narei de ancor ă;
i =170 – raportul de transmisie al vinciului de ancor ă;
Fsm – forța necesar ă smulgerii ancorei de pe fundul apei, care se calculeaz ă cu formula
empiric ă:
unde: ka = 3,5 – coeficientul de ținere al ancorei;
– greutatea liniar ă a unui metru de lanț
în aer;
H = 100 m – adâncimea în locul de staționare;
– greutatea ancorei în aer;
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
24
Deci:
( )
( )
b) la virarea (ridicarea) ancorei de la o adâncime egal ă cu lungimea total ă a lanțului,
în care caz:
( )
( )
unde L = 577,5 m este lungimea total ă a lanțului de ancor ă;
c) la ridi carea simultan ă a dou ă ancore suspendate liber, de la jum ătatea adâncimii
convenționale a apei, în care caz:
( )
( )
Din relația :
va rezulta ca:
Turația motorului electric în rot/min necesară pentru a asigura viteza nominală de 9
m/min la ridicarea lanțului de ancoră se calculeaza cu formula:
(3.7)
în care:
= 9 m/min – vitez ă medie impus ă de virare a ancorei ;
– valoare estimat ă a alunec ării nominale dup ă catalogul din care se alege motorul
electric.
Considerăm : , iar va fi
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
25
Puterea motorului electric în kW necesară pentru ridicarea ancorei cu viteza și
sarcina nominală , rezultă valoarea puterii de :
Calculul forței de frânare la barbotină pentru menținerea frânată a axului motorului
electric în cazul dispariției tensiunii de alimentare:
unde k =1,3 (mecanism cu vitez ă normal ă);
Valoarea forței de frânare este de :
Cuplul necesar al frânei electromagnetice la axul motorului electric :
(3.8)
rezultă valoarea de :
Pe baza datelor obținute se alege motorului electric din catalogul fabricii
constructoare UEMB motorul ASU 315MX -8 de 90 kW .
Pentru alegerea motorului electric se ține cont de următoarele cerințe:
1. Cuplul nominal al motorului pentru regimul de scurtă durată , 30 minute, la turația
de bază trebuie să fie mai mare decât cuplul nominal calculat:
2. Cuplul de pornire al motorului electric pentru turația de bază trebuie să fie:
3. Cuplul fr ânei electomagnetice:
3.4. Calculul forțelor ce acționează în lanțul de ancor ă pe timpul stațion ării navei
la ancoră
Pe timpul staționării navei la ancoră, asupra e i acționează forțe exterioare cum ar fi :
forța vântului și a curentului, a căror rezultantă este pe o direcție orizontală. Nava stă la
ancoră nemișcată atunci când rezultanta forțelor exterioare aplicată navei este echilibrată de
forțele interioare, datorate greutății lanțului și ancorei.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
26
Pentru dimensionarea instalației trebuie se calculează forțele ce solicită el ementele
componente ale instalației de ancorare.
Rezultanta acestor forțe o vom nota cu Fext. Forțele exterioare care acționează asupra
navei au diverse origini, evidențiindu -se cantitativ doar cele produse de interacțiunea
curentului marin, Fc, și a vântu lui, Fv.
Se poate scrie că:
(3.9)
unde:
( )
(3.10)
în care:
– densitatea apei de mare în zona de țărm a Mării Negre ;
– coeficient de corecție pentru influența curburii corpului;
În tabelul 3.1 (de mai jos) sunt date valorile coeficientului k k în funcție de raportul
dintre lungimea si lățimea navei.
Tabelul 3.1. Valorile coeficientului de corecție al curburii
L/B 6,0 8,0 10 12
kk 1,04 1,03 1,02 1,01
( ) – coeficient de frecare a apei de carenă;
( ) – majorarea coeficientului de frecare datorată prezenței
asperităților pe corpul navei;
( ) ( )
(4.1) – suprafața udată a carenei;
unde
un coeficient care ține seama de forma corpului navei, adoptăm
valoarea de 0,8.
Dimensiunile navei sunt:
pescaj – T = 7,04 m,
lățime maximă – B = 17,7 m,
lungime maximă – Lmax = 130,8 m.
(3.11)
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
27
– viteza curentului marin [m/s];
– viteza navei la tragerea acesteia pe lanț [m/s];
– coeficient de presiune a vântului [N·s2/m4];
A
– suprafața velică a navei [m 2];
– viteza vântului, corespunzătoare a (3
6) grd. Beaufort [m/s].
adoptăm:
⁄ ⁄
⁄
Lungimea lanțului de ancoră liber suspendat în apă este:
√
√
(3.12)
unde:
h = 100 m – adâncimea de ancorare;
q
[N/m] – greutatea unui metru liniar de lanț în aer;
– accelerația gravitațională [m/s2];
Lungimea p ărții de lanț care este a șezată liber pe fund:
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
28
Fig. 3.1 Prezentarea lanțului de ancoră cu cele dou ă componente
3.5. Calculul forțelor ce actionează în lanțul de ancoră, la barbotină pe timpul
ridicării ancorei
În figura 3.2 sunt prezentate pozițiile succesive ale navei și lanțului de ancoră pe
timpul ridicării ancorei.
Pentru ridicarea ancorei se execută următoarele operațiuni:
a) Tragerea navei pe lanț cu forță de tracțiune constantă
Pe durata acestei operațiuni cabestanul (vinciul) trage lanțul de ancoră cu o forță de
tracțiune constantă până la ridicarea ultimei verigi așezată liber pe fund. Nava se deplasează
spre locul de fundarisire a ancorei, iar forma lănțișorului rămâne neschimbată. Neglijând
distanța dintre nară si linia de plutire în comparație cu h și ținând seama de frecările în nară
se obține expresia forței în lanț la barbotină pentru prima etapă:
( )
(3.13)
unde:
– randamentul narei de ancor ă;
– greutatea unui metru liniar de lanț în apă
⁄
⁄
– coeficientul de mișcare al apei de mare;
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
29
Figura 3.2 Pozițiile succesive ale navei și lanțului de ancoră la ridicarea ancorei
b) Aducerea navei deasupra ancorei
Nava continuă să fie trasă spre locul de fundarisire a ancorei. Forma lănțișorului se
schimbă continuu și odată cu aceasta forța de tracțiune în lanț crește continuu, iar motorul
electric este solicitat să dezvolte cupluri din ce în ce mai mari.
Forța de tracțiune crește liniar față de forța constantă din prima etapă, ajungând până
la valoarea de smulgere a ancorei.
c) Smulgerea ancorei de pe fund
Forța totală de tracțiune în lanț, în momentul desprinderii, pe care trebuie să o
dezvolte motorul electric este:
( )
d) Ridicarea ancorei suspendată liber
Imediat după smulgere, forța de tracțiune în lanț la barbotină va fi:
( )
Pe timpul acestei etape forța de tracțiune scade continuu pe măsură ce se virează
lanțul de ancoră la bord, fiind egală la sfârșitul operațiunii cu greutatea ancorei ajunsă la
suprafața apei:
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
30
e) Tragerea ancorei în nară
Pe măsură ce ancora intră în nară, forța de tracțiune crește ca urmare a măririi
coeficientului de frecare, fiind către sfârșitul operațiunii egală cu:
( )
Așadar pentru instalația de față considerăm:
( )
Pe lângă regimului normal de ridicare a ancorei, mai există și un regim de avarie ,
adică regimul în care filarea ancorei a fost efectuată la o adâncime care depășește lungimea
totală a lanțului de ancoră.
Valoarea tracțiunii în lanț la barbotină la începutul regimului de avarie este:
( )
iar la sfârșitul regimului este:
Trasarea caracteristicii mecanice naturale
Pentru motoarele cu rotorul în scurtcircuit, cu condiția ca repartiția curentului pe
secțiunea conductoarelor (barelor) rotorice s ă rămână destul de uniform ă, în intervalul s = 1
până la s = 0.
Mașina asincrone cu rotorul în scurtcircuit, de construcție normal ă, are un cuplu mic
la po rnire, ceea ce înseamnă o pornire în gol sau cu sarcini mici .
Cum multe acțion ări electrice solicit ă sarcini (cupluri ) mari la pornire, s -a impus
fabricarea unor motoare cu rotor în scurtcircuit de construcție special ă, cu rezistența rotoric ă
mărită, în așa fel încât s ă rezulte un cuplu de pornire mare, corespunz ător unui curent rotoric
mic; aceste motoare au parametrii variabili cu alunecarea, motiv pentru care nu se poate
exprima caracteristica mecanic ă natural ă sub form ă analitic ă, similar celor cu rotor bobinat.
Fiecare motor de acest tip trebuie însoțit de caracteristica sa natural ă.
De multe ori însă, aceasta nu se cunoaște și nici nu se dispune de mijloace pentru
determinarea ei pe cale experimentală. În aceste situații, unii autori propun formele, obținute
pe bază de cercetări și experimentări, cu ajutorul cărora poate fi calculată caracteristica
mecanica naturală a unui astfel de motor.
Pentru unele motoare, caracteristica mecanic ă natural ă se poate exprima cu
aproximație bun ă prin relația :
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
31
(
)
în care M N se calculeaz ă cu relația:
, cu PN [kW] și nn [rot/min ]
Dând valori lui s între 0 și 1, se calculeaz ă cuplul cu relația de mai sus, apoi
reprezentând prechile de valori (s, M) se traseaz ă caracteristica mecanic ă natural ă.
Caracteristicile mecanice naturale ale motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit, cu
pornire ameliorat ă, utilizate în acțion ările electrice navale, se pot calcula cu aproximație bun ă
cu așa numita „ecuație general ă“ a caracteristicii mecanice a motoarelor electrice navale:
( )
în care s -a notat:
– turația, în m ărimi relative;
– cuplul în m ărimi relative;
( )
– alunecarea nominal ă;
x – exponent ce depinde de tipul motorului, în cazul motoarelor asincrone cu
alunecare m ărită, având valoarea x =
31…21 .
Tinând cont de considerațiile teoretice de mai sus se va trasa caracteristica mecanică
naturală a motorului ales. Tabelul 3. 2
Tip
motor Puterea
nominală
[kW] Turație
nominală
[rpm] Curent
nominal
(400V)A η % cos φ
Masa
[kg]
ASU
315MX –
8 90 735 175 94 0,79 5,9 1,8 2,0 1110
x= 1/2,5; PN = 90 kW.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
32
Fig. 3.4 Caracteristica mecanică naturală
Calculul momentelor și a turațiilor la axul motorul electric pentru etapele de
ridicare ale ancorei :
Calculul momentelor se va face în functie de fortele de tracțiune cu ajutorul formulei:
unde :
VIk
;
Turațiile se vor extrage din diagrama caracteristicii mecanice naturale în funcție de
moment.
În urma calculelor avem:
0100200300400500600700800
0 500 1000 1500n
M Serie1
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
33
Calculul timpilor pentru etapele de ridicare a lanțului de ancoră se va efectua
astfel:
tragerea navei pe lanț:
aducerea navei deasupra ancorei:
( )
( )
smulgerea ancorei. Durata repausului sub curent:
adoptăm
ridicarea ancorei:
Durata totală a ciclului este:
Calcul momentului echivalent se face cu formula:
√
√
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 3. Calculul instalației de ancorare
34
Figura 3.5 Diagrama de sarcină a acționării electrice pentru
instalația de ancorare în regim normal.
3.6. Verificarea motorului electric ales pentru regimul de avarie
Se determină lungimea de lanț scufundat l iber care poate fi ridicată de motor ul
electric în regimul de avarie:
(
)
unde:
Așadar:
(
)
Se determină raportul Lav/Llant. Acționarea electrică trebuie să asigure ridicarea
ancorei, care atârnă de lanț și o lungime a lanțului de 85% din lungimea lui totală. Adică
motorul electric ales satisface regimul de avarie dacă Lav/Llant = 0,85 .
Deci motorul electric ales satisface regimul de avarie.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 4. Alegerea generatoarelor sincrone
și a motoarelor primare de acționare
35
CAPITOLUL IV
ALEGEREA GENERATOARELOR SINCRONE ȘI A
MOTOARELOR PRIMARE DE ACȚIONARE
4.1. Alegerea generatoarelor sincrone
Pe baza bilanțului energetic se alege puterea electr ică necesară centralei pentru
diferitele stări de exploatare. În funcție de stările de exploatare, puterile sunt diferite iar
producerea energiei electrice trebuie produsă cât mai economic, cu un consum cât mai mic de
combustibil. La stările de exploatare de lungă durată crește obligatoriu și consumul de
combustibil și sarcina pe generator spre deosebire de regimurile de scurtă durată. Consumul
de combustibil crește proporțional cu dimensiunile agregatului.
Pe lângă cerințele de importanță economică se regăsesc și cele de exploatare în
siguranță , adică la defectarea unui singur generator să nu se pună în pericol siguranța navei și
a echipajului.
Cerințele convenției internaționale pentru siguranța navelor impune să se instaleze cel
puțin doua tipu ri de generatoare identice astfel încât dacă se d efectează un tip, celălalt să
poată să suțină întreaga sarcină fără alte defecțiuni. Acest lucru este avantajos și din punct de
vedere că la nevoie piesele pot fi schimbate între ele și astfel rezultă o întreținere mai ușoară.
Prin acest sitem identic se simplifică funcționarea și punerea lor în paralel .
Din bilanțul electric al navei reiese un consum total de 2250 KVA, iar pentru
acoperirea acestui consum se aleg trei generatoare navale executate de I.M.E. București cu
următoarele caracteristici tehnice:
Puterea nominală aparentă…………………………………………………….775[KVA]
Puterea activă……………………………………………………………………604[KW]
Factor de putere……………………………………. ……………………………0,8
Turația nominală…………………………………………………………………1500[rot/min]
Tensiunea nominală…………………………………………………………….3×400[V]
Frecvența…….. …………………………………………………………………..50HZ
Temperatura mediului în care funcționează………………………………. .45[℃]
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 4. Alegerea generatoarelor sincrone
și a motoarelor primare de acționare
36
4.2. Alegerea motoarelor de antrenare a generatoarelor sincrone
Cele mai des întâlnite motoare pentru antrenarea generatoarelor electrice se î ntâlnesc
motoarele Diesel, motoare cu ardere internă. Se folosec în special aceste motoare pe ntru că au
avantajul de a porni rapid, randament ridicat, greutate relativă mică. Un dezavantaj im portant
ar fi capacitatea redusă la suprasacină, față de sarcina nominală și anume 10%.
Motoarele trebuie să funcționeze fără vibrații mari. Motoarele trebuie să funcționeze și
la eventualele suprasarcini admisibile, având tensiune și frecvențe constante . Aceste motoare
trebuie să fie prevăzute cu un regulator automat de turație.
Motoarele primare care antrenează generatoarele trebuie să aibă caractersiticile de
sarcină identice pentru a putea fi conectate în paralel. Sarcina activă la funcționarea în paral el
trebuie să fie repartizată în mod egal cu o precizie de ±10%.
Pentru alegerea motoarelor de antrenare ale generatoarelor se ține cont de puterea P n în
KW al fiecărui generator în parte.
Pentru antrenarea fiecărui generator tip GEN 765 știind că:
η=96[% ]
Pn=610[KW]
Pa=(P n/η) 100=635[KW]
Pc=235 1.36=863.6[CP]
S-a considerat un motor diesel tip MB 836 Bb navalizat. Acest tip de motor are
următoarele caracteristici tehnice:
– putere nominală ………………………………880[CP]
– turație nominală……………………………….1500[rot/min]
– variația turației de sarcină constantă la % < 1
– caracteristica mecanică n=f(P) pentru o variație a sarcinii de la 0 la 100% se
reprezintă astfel:
Fig 4.1
n
[%]
la gol
nmax=10%
in sarcina
P[%] Pn
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
37
CAPITOLUL V
ALEGEREA REGULATORULUI AUTOMAT DE TENSIUNE
5.1. Generalități
Funcționarea regulatoarelor automate de tensiune se bazează pe va riația curentului din
înfășurarea de excitație a generatoarului și de variația tensiunii la bornele acestuia.
Tensiunea electromotoare din înfășurarea indusului este direct proporțională cu
tensiunea la bornele generatorului.
Turația generatorului trebuie menținută constant, deoarece ea afectează direct
frecvența, iar acest lucru se obține printr -o bună funcționa re a fluxului magnetic inductor care
este direct proporțional cu valoarea curentului din înfăsurarea de excitație a generatorului.
Principalele caracteristici ale regulatoarelor de tensiune sunt:
1. Carac teristica astatică – se folosește pentru generatoarele care funcționeză
individual. Regulatoarele astatice mențin tensiunea la o valoare constantă.
2. Caracteristica statică – folosită la generatoarele care funcționează în paralel.
Permit e o repartiție judicioasă a sarcinii între generatoare, deoarece sarcina și
tensiunea generatorului se modifică în același timp.
Variația tensiunii este determinată de panta caracteristicii:
[ ] (5.1)
unde:
U0 – tensiunea la bornele gene ratorului la mers în gol;
Un – tensiunea la bornele generatorului când acesta lucrează cu un factor de putere cât mai
mic posibil.
Reprezentarea grafică a celor două caracteristici :
U
U0
Unastatic
staticIreactiv=Inf
I
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
38
Pentru alegerea regulatorului automat de tensiune se ține cont de condițiile impuse de
Registrul Naval Român (R.N.R.) și anume: dioda Zener D2 având pragul de tensiu ne depășit,
dioda începe să conducă curent electric astfel încât bobinajul de comandă a amplificatorului
magnetic Ic -Sc va fi parcurs de un curent proporțional cu creșterea tensiunii la bornele
generatorului. Acest curent va fi amplificat și redresat de că tre amplificatorul magnetic și apoi
va fi trimis către înfășurarea comună a transformatorului TIA 5.
Reactanța transformatorului scade deoarece transformatorul este în gol ceea ce face ca
transformatorul să absoarbă un curent mare prin bobina de reactanță, ceea ce duce la scăderea
curentului prin puntea redresoare , care este alimentată de înfășurarea de excitație a
generatorului. Atunci când scade curentul de excitație scade și fluxul inductor din care rezultă
o scădere a tensiunii la bornele generatorului determinându -l să revină la o valoare impusă.
Regulatoarele automate de tensiune după cum indică și numele sunt folosite pentru a
menține tensiunea generatorului la o anumită valoare fără a fi supravegheate de către operator.
Pentru generatoarelele sincr one, regulatorul automat de tensiune reprezintă un lucru
obligatoriu, deoarece variația tensiunii în procente poate fi și de 50%, iar în unele cazuri și
mai mare. Lucrul ce provoacă variația tensiunii generatoarelor sincrone este dat de reacția
indusului ș i căderea inductivă de tensiune, care la rândul lor este dată de rezistența chimică a
statorului. Regăsim variații mari de tensiune la pornirea motoarelor asincrone cu rotor în
scurtcircuit, prin conectarea directă la rețea.
5.2. Alegerea regulatorului automat de tensiune
Pentru alegerea regulatorului automat de tensiune se ține cont de normele Registrului
Naval Român din paragraful 5.3.2. „Reglarea tensiunii generatoarelor de curent alternativ”, și
anume:
5.3.2.1. Fiecare generator de curent alternativ trebuie să aibă un sistem dependent
pentru reglarea tensiunii.
5.3.2.2. Sistemele de reglare automată a tensiunii agregatelor de curent alternativ
trebuie alese astfel încât, în cazul variațiilor de sarcină, de la mersul în gol până la sarcina
nominală, în cazul unui factor de putere nominal dat, tensiunea nominală să fie menținută cu o
precizie de până la 2.5%. Pentru generatoarele principale se admite menținerea constantă a
tensiunii în limitele ±3,5% din tensiunea nominală, la un factor de putere de la 0,6 la 0,9,
excluzând pe cel nominal. Aceasta în cazul funcționării cu număr nominal de rotații ale
agregatelor și la o sarcina nominală a generatorului.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
39
5.3.2.3. Variația bruscă a sarcinii simetrice a generatorului care funcționează cu
număr nominal de rotații și cu tensiune nominală, la un curent și factor de putere dat, nu
trebuie să provoace scăderea tensiunii nominale sub 85% și o creștere a acestuia peste 120%,
tensiunea generatorului trebuie să se restabilească în decurs de maxim 1,5 (s) în limitel e de
±3%din tensiunea nominală.
Cu ajutorul acestor cerințe se alege un sistem de autoexcitație și de stabilir e a tensiunii
de tip TUR. Acest tip de sistem se foloseș te de elemente semiconductoare, și implicit sunt mai
mici având parametri foarte buni, ind iferent de regim (static sau dinamic).
Aceste regulatoare sunt folosite pentru diferite tipuri de generatoare sincrone, fără a
mai fi nevoie de modificări asupra regulatoarelor de pe fiecare generator în parte.
Regulatorul de tensiune de tip TUR, trebuie s ă fie montat într -o carcasă de oțel, pentru
a fi protejat de impurități și de apă.
5.3. Principiul de funcționare
Se bazează p rin furnizarea curentului de excitație de la bornele generatorului, la rotor,
necesar menținerii constante tensiunii la borne indiferent de caracterul și valoarea sarciinii.
Regulatorul de tensiune de tip TUR este format din următoarele subansamble:
1) Blocul de comandă;
2) Blocul de aprindere;
3) Blocul de alimentare;
4) Blocul redresorului de câmp al unității de prornire;
5) Blocul limitator de curent de excitație;
6) Blocul corectorului de distribuție a puterii reactive pentru funcționarea în paralel;
7) Blocul eliminator de interferență.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
40
1) Blocul de comandă
28
612 2
2114242
43 4341 130
66
65
4645
97
98
99U
V
W
15
38
38 a
37
36 a
36
34 a
31 30131
44
Figura.5.114 29
Fig. 5.1
Principiu de funcționare:
Tensiunea ge neratorului la bornele (97, 98, 99) este aplicată prin intermediul
transformatorului cu faze multiple (45), redresorului (46), bobinei de soc (44), rezistorului
(65) și potențiometrului (66), la puterea de măsură care este alcătuită din două diode Zener
(42) și rezistorii (43).
Prin reducerea variabilă a tensiunii electrice a rezistorilor oscilanți (1) și decalarea cu
90° față de tensiunea de alimentare a redresorului pri n câmp prin intermediul bobinei de șoc
deducem caracteristica de măsurare la bornele (128-135), fig ( 5.2).
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
41
zona normala de
functionare
Figura.5.2Uwy (129-135)
Fig. 5 .2
Având variații de tensiune electrică la bornele generatoarelor, se produce o variație a
semnalului la ieșirea din puntea de măsurare și implicit defazarea pe verticală a undei
sinusoidale la căder ea de tensiune electrică (Fig. 5 .3).
Tensiunea care este obținută, acționează ca semnal de comandă pentru blocul de
aprindere (blocul 2 -6 pentru primul oscilator și borne le 6-12 pentru cel de -al doilea oscilator).
a
b
c
t
62
12 13
UTENSIUNEA ELECTRICĂ DE COMANDĂ
A ALTERNATORULUI
a) Sarcină nominală
b) Condiții de subsolicitare
c) Condiții de suprasolicitare
Figura 8.3
Fig. 5 .3
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
42
2) Blocul de aprindere
Figura 5.4453
8 9622
5 5
7 74
46
3 31 17 1
128
10109863
Fig. 5 .4
Blocul de aprindere este alcătuit din două oscilatoare, câte unul pentru fiecare tiristor.
Fiecare oscilator este generator de autoreglaje care trasformă tensiunea electrică în impulsuri
de aprindere pentru tiristoare. Oscilatorul are rolul de a amorsa generarea impulsurilor de
aprindere, prin tensiunea electrică de comandă, la o anumită valoare.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
43
impulsurile de aprindere
emise cu fregvente
de aprox. 1,5 KHztensiuneade actionare
a oscilatorului
Figura 5.5U
(4-5
10-11)
U(2-6 8-12)
Dispozitiv de comanda pe grila
Fig. 5 .5 Dispozitiv de comandă pe grilă
Oscilatorul este alimentat de tensiunea de undă, de la blocul de alimentare (bornele de
conexiune 3 -6 și 9 -12), iar semnalul electric de comandă este aplicat la bornele 2 -6 și 8 -12
(Fig. 5.5).
Pentru ap rinderea tiristoarelor regăsim transformatori secundari (6 bornele 4 -5 și 10 –
11), pentru a genera impulsuri de frecvență de 1,5 Hz. Pentru a nu avea creșteri de tensiune
electrică la nivelul tranzistoarelor (5) în timpul blocării lor, ele au fost undate cu diode Zener
(7) la o tensiune de 30V. Pentru a se impiedica funcționarea oscilatorului atunci când nu
există semnal electric de comandă, diodele (4) din circuitul emițătorului produc reacții
negative. Oscilato rul acționează în funcție de valoarea semnului punții de măsurare, care este
proporțională cu valoarea tensiunii generatorului, astfel acționarea tiristorului este modificată
de la 0° până la 180°.
Tensiunea electrică și cea nominală de câmp a generatorulu i sunt alese astfel încât la
sarcina nominală, unghiul electric de funcționare al tiristorului să fie de 90°. Formele undelor
de tensiune și caracteristica electrică a oscilatorului sunt prezentate în Fig. 6.6.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
44
impulsurile electrice
de
aprindere cu frecventa
de aprox. 1,5 KHztens. electrica de
actionare a osc.
zona de functionare
a oscilatorului
α
β
-unghiul de
aprindere
al tiristorului
-unghiul de
functionare al
tiristoruluitens. electrica
de c-da090 180
α
β U(2-6 8-12)
U tens. el
a tiristor
Ufir (4-5 10-
11)
Fig.5.6Dispozitiv de comanda pe grilaFig. 5 .6 Dispozit iv de comandă pe grilă
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
45
3) Blocul de alimentare ( Fig. 5.7)
Transformatorul (15) este alimentat cu tensiune de fază W -0 (bornele de conexiune
31-32) pentru frecvența de secundare.
OW31 15
38
38a
37
36a
36
34a
34
3313
12
1311
11
Figura 5.7
Fig. 5 .7
a) Înfășurările având bornele de conexiuni 36 -37-38 pentru frecvența de 50 Hz, asigură
tensiunile electrice la alimentare a oscilatorului.
Aceste tensiuni electrice sunt redresate de diode Zener 11. Din cauza valorilor ridicate
ale tensiunilor electrice secundare ale transformatorului în comparație cu tensiunea electrică a
diodei Zener (11), tensiunile de alimentare ale oscilatorului (bornele de conexiune 13 -14, 14 –
15) au formă de undă aproximativ dreptunghiulară (zonele hașurate din Fig.5.8).
0 90 180270
360tU
Bloc de alimentare D.C.G Figura 5.8
Fig. 5 .8 Bloc de alimentare D.C.G
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
46
Avantajul acestor tiristori este că ei pot fi comandați numai în semiperioadă pozitivă,
pentru că alimentarea os cilatorilor se face cu tensiune electrică care este reprezentată de
semiperioada tăiată.
b) Înfășurările având bornele de cone xiune 33 -34 pentru frecvența de 50 Hz și
tensiunea de 400 V care alimentează circuitul electric alcătuit din bobina de șoc (14) și
rezistorii (1).
Deoarece bobina de șoc defazează curentul electric cu 90°, produce o cădere de
tensiune electrică asupra rezi storului (1), ducând la modularea tensiunii electrice la puntea de
măsurare.
4) Blocul redresorului de câmp pe ntru unitatea de pornire (Fig. 5 .9)
W
K
O
J
f l6419
17649
4940104117
5857575758
18
1820
17
5060
60 596919
5
19
M1754
2653198
183
52187a
187
189
191
191a
18429
2929
63 6356
5055
556356199W
494
c d
19 51
58576566
Figura 5.9 Redresorul principal si circuitul rezonant de pornire
Fig. 5 .9 Redresorul pricipal rezonant de pornire a
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
47
Redresorul de câmp este alimentat cu tensiunea electrică defazată a generatorului W -0
prin intermediul bobinei (20) de șoc, al cărei rol este de a limita panta de creștere a curentului
electric al tiristorului și a suprima interferențele radio -electrice.
Siguranțele fuzibile de acționare rapidă (16) sunt utilizate pentru protecția tiristoarelor
(17) împotriva avariei, iar circuitele de telecomandă (elementele 57,58) sunt aplicate pentru
amortizarea supratensiunilor electrice ale tiristoarelor și diodelor (18).
Pornirea blocului: regulatoru l automat funcționează automat în timp ce turația
generatorului crește de la 0 la nN.
Valoarea minimă a tensiunii electrice reziduale a generatorului care asigură
autoexcitația agregatului de 3,5 V (valoarea tensiunii de linie).
Tensiunea electrică rezidua lă alimentează ansamblurile reprezentate de elementele 59 –
60, 26 -29, 49 -56 (5, 70, 71) având ca piese componente principale condensatorul (57) și
bobina de șoc (52).
Aceasta acționează pe principiul rezonanței și permite netezirea parțiala a
alternanțelor. Ca urmare a rezonanțelor serie, valoarea tensiunii electrice a înfășurării primare
a transformatorului de șoc (52) depășește de multe ori valoarea tensiunii electrice reziduale.
Înfășurarea secundară a ansamblului bobina șoc -transformator (52) este conect ată prin
intermediul diodelor (49) direct la bornele I și K ale generatorului. Curentul circulă prin
înfășurarea de excitație inițiind procesele de autoexcitație de tip avalanșă.
Când tensiunea electrică a generatorului atinge valoarea de 7 V, autoexcitați a este
continuată de tiristorii (17).
Circuitele poartă ale acestor tiristori sunt scurtcircuitele prin intermediul anozilor de la
bornele de șoc (60) și diodele (59), contactele inactive ale releului de curent (19) și contactele
întrerupătorului (63), cee a ce face ca curentul electric să poată circula peste aceste circuite și
să aprindă tiristorii, mărind tensiunea electrică a generatorului.
La o tensiune electrică de (30 -40) V, releul (51) este acționat și închide înfășurarea
primară a ansamblului bobina de șoc – transformator prin intermediul contactelor sale. Tot în
acest moment acționează și releul de curent (19) și, cum tensiunea are o valoare suficientă
pentru alimentarea oscilațiilor, făcând să crească tensiunea generatorului până la valoarea
nominal ă.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
48
Diodele (59) și bobina de șoc (60) protejează circuitul poartă al tiristorului împotriva
unor avarii în timp ce diodele (56), rezistorii (29) și condensatorul electrolitic (55) servesc
pentru temporizarea declanșării armaturii (51) în cazul unei reduc eri a tensiunilor electrice a
generatorului.
Rezistorul (53) descarcă condensatorul (54). Închiderea contactelor de la releele (19) și
(51) (bornele de conexiune c și d) are drept scop cooperarea cu disjunctorul principal pentru
deconectarea generatorului de la rețea în cazul căderii de tensiune electrică de excitație. După
închiderea contactului (51) care este conectat în serie cu bornele de conexiune c și d permite
deconectarea generatorului de la rețea în cazul deteriorării bobinei acestui releu.
5) Blocul limitator de curent de excitație (Fig. 5 .10)
Acest bloc are rolul de a limita curentul de excitație al generatorului până la o valoare
situată sub 1.2/WN la o frecvență de f n=20%fN.
Această limitare se realizează în felul următor: tensiunea de fază U -0 de la alternator
alimentează alternatorul prin intermediul unui sistem de rezonanță paralel la f n=50 Hz (bobina
de șoc 33 și condensatorul 34). Condensatorul (37) conectat în paralel cu înfășurarea primară
a transformatorului împreună cu condensatorul (34) f ormează un divizor care limitează
tensiunea armonică. Tensiunea din secundarul transformatorului (38) depinzând în principal
de frecvența redresată de diodele (27) și liniarizată de condensatorul (32) face ca comanda
tranzitoriului (23), după tensiunea dio dei Zener (21) să fie depășită. Comanda tranzistorului
se produce numai la o frecvență situată sub f n=20%F N. În cadrul domeniului de frecvență
nominală f n = ±10% tranzitorul nu este conductor și astfel limitatorul nu va efectua deloc
funcționarea regulat orului de tensiune electrică de la transformatorul (47). În momentul în
care tranzistorul (23) începe să devină conductor, tensiunea electrică de la transformatorul
(47) – bornele de conexiune 100 -10-III; înfășurarea secundară dupa ce a fost redresată de
diodele (28) și liniarizată de condensatorul (31) este aplicată asupra rezistorului (31) – bornele
de conexiune 130 -131 de la blocul de comandă.
Prin apariția acestei căderi de tensiune electrică de la nivelul rezistorului (41) se
produce o reducere a unghi ului de conectivitate al tiristorului și în consecință căderea
curentului de excitație, la o valoare sub I wn. Rezitorul variabil (36) permite reglarea corectă a
valorii maxime de curent electric de excitație pe timpul funcționării generatorului.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
49
V
O
U
34333787 38
90
89
8827
2728
28 10847107113
112
110
111131
31
30
32
2524 23
22
21353592130
Figura 5.10 Limitarea val. de curent de excitatieFig. 5 .10 Limitarea valorii de curent de excitație
6) Blocul corectorului de distribuție a puterii reactive pentru funcționarea în paralel
Acest bloc are rolul de a corecta tensiunea de comandă a oscilatorilor încât puterea
reactivă să fie pe generatoare să fie în limite admisibile.
Principiul de funcționare este reprezentat în figurile următoare, cu următoarea
explicație: căderea de tensiune a potențiometrului (67) pe bornele de conexiune 168 – 169
este proporțională cu , curentul de sarcină de la alternator iar tensiunea înfășurării secundare a
transformatorului (47) la bornele (112 -113) este proporțională cu tensiunea electrică de lucru
a generatorului.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
50
punte
redresoareK
U V169
16867
107
108 4711111010911247113125
124122
123
4041
13116248
130
135
Z
Figura 5.11 Repartizarea sarcinii reactive
Fig. 5 .11 Repartizarea sarcinii reactive
Tensiunea electric ă rezultantă de la nivelul rezistorilor (40) reprezintă o suma
geometrică a tensiunilor electrice specifice și depinde de caracteristica electrică de sarcină a
generatorului (Fig. 6.12). În timpul funcționării în paralel bornele de conexiuni a și b de la
alternator sunt conectate în conformitate cu schema de circuite și conexiuni numărul E 624 –
054/A/7. În cazul unei distribuții de putere reactivă provizoriu incorectă între generatoare,
tensiunile electrice de la nivelul rezistorilor (40) ale generatoarelor interconectate vor fi
diferite, ceea ce determină începerea circulației unui curent electric de egalizare. Căderea de
tensiune electrică de la nivelul rezistorilor (41), produsă de circulația acestui curent electric de
egalizare se adaugă semnalul de ieși re al punții de măsură, ceea ce face să se producă o
corecție a curentului electric de excitație și o egalizare a distribuției puterii reactive.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
51
U
102,5% U0
100% U1
Uk
97,5% Un
U(112-113)
U(169-124)U(169-124)
U(122-124)
U(112-113) tensiunea din secundar traf 17
U(169-124) caderea de tensiune a potentiometrului 67
U(122-124) tensiunea rezultata a blocului corector
Figura 5.12. Repartizarea sarcinii reactive
Fig. 5 .12 Repartizarea sarcinii reactive
7) Blocul eliminatorului de interferență
Din numele blocului îi regăsim utilitatea acestui bloc și anume acela de a elimina
interferențele radio -electrice de la bornele generatorului de tensiune electrică până în limite
acceptabile.
El este alcătuit din condesatorii de autointerferență din clasa „T” (61 și 62) care
scurtcircuitează bornele generatorului de tensiune electrică u,v,w,o,j,k față de masă.
Exploatarea regulatorului automat de tensiune este foarte simplă , funcționarea
agregatului, generator de tensiune la bornele generatorului se face a utomat după pornirea
electromotorului de acționare a alternatorului , iar apoi tensiunea și puterea reactivă în condiții
variabile de sarcină, frecvență și temeperatura ambiantă se face automat, doar se
supraveghează de către operator ca limitele admisibile să nu fie depășite.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
52
Pentru o bună instalare și funcționare a regulatorului automat de tensiune electrică, se
verifică tipul de generator dacă este compatibl cu regulatorul automat, iar conexiunile
trebuiesc făcute conform cu schemele de conexiuni și circuite el ectrice nr. E 629 -054/A/7(Fig.
5.13).
w
v
u
k
l
okjW
fnmhg
TUR
G
3
~
~ w
v
u
k
l
okjK
fnmhg
TUR
G
3
~
~ J
K IwJ
K Iwll
L
Fig.5.13 Schema de principiu a instalației electrice exterioare între generatorii sincroni și
regulatorii de tensiune electrică TUR pentru funcționarea intercalată paralelă.lR
S
T
I3 I3
I3I3
Fig. 5 .13 Schema de principiu a instalației electrice exterioare între generatoarele sincrone și
regulatorii de tensiune electrică TUR pentru funcționarea intercalată paralelă.
5.4. Funcționarea paralelă a generatoarelor și a regulatoarelor automate de
tensiune electrică
Se ține cont de schema de conxiuni și circuite electrice E 629 -054/A/7 pentru
funcționarea în paralel a mai multor generatoare.
Transformatoarele de curent conec tate la bornele K și I sunt selectate în funcție de
tipul generatorului I sunt instalate pe navă de către producătorul echipamentului electric.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 5. Alegerea regulatorului automat
de tensiune
53
Polaritatea transformatoarelor K și I, precum și curenții de ieșire de la conectorii a și b,
trebuie să fie adecvați. Conexiunile electrice din conectori trebuie să fie conectate în același
moment în care se conectează alternatorii la rețeaua de aliment are. Potențiometrul (66) (Fig.
5.1) se realizează pentru stabilirea nivelurilor egale de tensiune electrică, cu condiții identice
de temperatura ambiantă . În timpul acestei operații nivelele de tensiune electrică trebuie să
fie măsurate cu același voltmetru.
La terminarea operației potențiometrul (66) va fi blocat în această poziție.
Potențiometrul (67) (Fig. 5 .11) este folosit pentru reglarea precisă a distribuției puterii
reactive în timpul funcționării în paralel a generatoarelor.
Dacă este necesar reglajul de distribuție a puterii reactive, atunci corecția va trebui să
fie începută de la reglajul cu ajutorul po tențiometrului (67) care este interconectat cu
generatorul care furnizează un curent prea mare la o putere activă egală proporțională cu
curentul de ieșire al generatorului, astfel încât să se egalizeze distribuția puterii reactive. După
efectuare acestei operații va trebui să se procedeze la blocarea potențiometrului de reglaj (67).
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 6 . Calculul de alegere a aparatelor
de conectare, protecție, măsură și semnalizare din T.P.D.
54
CAPITOLUL VI
CALCULUL DE ALEGERE A APARATELOR DE CONECTARE,
PROTECȚIE, MĂSURĂ ȘI SEMNALIZARE DIN T.P.D.
Pentru o bună funcționare a echipamentelor electrice de la bordul navelor se ține cont
de modul în care se instalează și se aleg, dar și de regimurile de funcționare în care vor fi
exploatate. Pentru regimul normal de funcționare, alegerea echipamentelor electrice se f ace pe
baza tensiunii nominale și a curentului nominal. Când se alege pe baza tensiunii nominale se
ține cont de ca tensiunea maximă de durată a instalației, să nu depășească tensiunea nominală
de funcționare a aparatului.
Curentul nominal de durată al ap aratului este reprezentat de curentul pe care aparatul îl
poate suporta un timp nelimitat, iar temperatura părților componente ale acestuia nu depășesc
valorile admisibile. Criteriul de alegere al aparatului este de a avea curentul nominal mai
mare sau ce l puțin egal ca și curentul maxim de exploatare al circuitului în care va fi
exploatat.
Pe lângă cele două criterii menționate anterior se ține cont și de supracurenții ce pot
apărea în instalație în caz de avarie. Pentru a se depășii acest impediment, ech ipamentele
electrice trebuie să fie construite în așa fel încât să poată suporta acești supracurenți pe
perioade scurte de timp, suficient de mult ca dispozitivele de protecție să poată fi acționate.
Generatoarele și transformatoarele nu intră în această categorie, deoarece ele sunt pre văzute
cu protecții prin relee, în rest toate ech ipamentele electrice se verifică la acțiunile
electrodinamice și termice ale curenților de scurtcircuit.
Verificarea stabilității termice se face ținându -se cont de valorile efective ale
curentului de scurtcircuit și de durata de acționare, iar stabilitat ea electrodinamică se face pe
baza valorii de șoc a curentului de scurtcircuit.
Pentru alegerea corectă a echipamentelor electrice și pentru reglaj ele ulterioare,
aparatele electrice trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
Icalc < In si U b ≤ U n
Icalc = curentul calculat[A];
In = curentul nominal al aparatului ales [A];
Ub = tensiunea pe barele tabloului[V];
Un = tensiunea nominală a aparatului ales[V];
La o suprasarcină maximă de 120% din curentul absolut la funcționare normală,
protecția și reglaju l aparatului se face astfel:
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 6 . Calculul de alegere a aparatelor
de conectare, protecție, măsură și semnalizare din T.P.D.
55
0,6 I r <Icalc < Ir
unde:
Ir – curentul de reglaj al aparatului ales[A](de regulă I r=1,2I calc).
Pentru verificarea la efectul termic:
I∞ = 2,3[KA]
Pentru verificarea la efectul electrodinamic:
Ika1 = 21,1[KA]
Curentul de scurtcircuit simetric:
I2ks3 = 4,45[KA]
Curentul maxim de scurtcircuit asimetric:
I2ka3 = 5,54[KA]
Scala de măsură a aparatelor electrice trebuie să indice o valoare de până la 120% I calc
pentru a fi alese.
Pentru transformatoarele de curent se ține cont d e curentul calculat și anume:
Icalc ≤ In
In – curentul nominal al transformatorului de curent la înfășurarea primară.
Generatoare
Aparatele de măsură și protecție pentru generatorul de 280 KVA se aleg astfel încât:
404,6[A]
400310 280
U3SI3
nn
nG
Pentru cuplarea la bare s -a ales un întreruptor automat ORCMAX, care respectă
următoarea condiție a stabilității termice:
It = I∞
Itf ;
I∞ = 4,2 [KA]
tf = 0,35[sec]
t = 1[sec] timpul limită al întrerupătorului pentru a suporta curentul termic.
Rezultă:
It = 4,2
][48,2165,0KA <57[KA]
Curentul minim termic al întrerupătorului este considerat egal cu capacitatea de rupere
57[KA]. Pentru verificarea stabilității termice electrodinamice se face comparația dintre
capacitatea de închidere a aparatului 125[KA] și curentul de șoc la scurtcircuit.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 6 . Calculul de alegere a aparatelor
de conectare, protecție, măsură și semnalizare din T.P.D.
56
125[KA] > I ka1 = 18,3[KA]
Deci rezultă că aparatul asigură protecția la scurtcircuit, iar reglajul lui se face în așa
fel încăt acesta să se declanșeze la un curent mai mic decât curentul maxim de scurtcircuit
care poate fi suportat:
Ioc = 15[KA] > I ko = 7,66[KA]
6.1. Aparatele de măsură și protecție pentru generatoare
În conformitate cu registrul partea X1, paragraful 5.2.4, pentru generatoare sunt
prevăzute următoarele aparate de măsură:
ampermetru cu comutator pentru măsurarea curentului pe fiecare fază, cu limita
scalei curentului de sarcină 130% I n;
voltmetru cu comutator pentru măsurarea tensiunii între faze, cu limita tensiunii
120% U n;
watmetru cu limita scalei puterii de sarcină 130% P n și limita scalei puterii inverse
15% P n;
frecvmetru cu scala ±10% f n;
pentru suprasarcina între (110% -115%)I n se realizează cu releele de supracurent
d2I și d 2 temporizat prin releul d 3I care acționează printr -un contact n ormal închis
scoțând de sub tensiune bobina Dtm a întrerupătorului automat de cuplare la bare.
Protecția la putere inversă se realizează prin releul de putere inversă d 2 reglat
pentru a acționa la o putere inversă de (8% -5%)P n prin contactul sau n.d din
circuitul releului temporizat d 3I.
Cu ajutoru l bobinei de tensiune minimă DTm, a întreruptorului automat se realizeaz ă
protecția la tensiunea minimă, a cărei acționare se face printr -un dispozitiv cu temporizare, la
o scădere a tensiunii la bornele generatorului, aproximativ la o valoare de 80%U n.
Aparatele de măsură și protecție la suprasarcină sunt alimentate prin transformatoare
de măsură care au curentul termic:
Ita = 24[KA] > I ka1
Toate aparatele au caracteristicile tehnice trecute în specificația echipamentului
electric din T.P.D.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei electrice navale. Capitolul 6 . Calculul de alegere a aparatelor
de conectare, protecție, măsură și semnalizare din T.P.D.
57
Consumato ri la 3x380V, 50Hz
a) Aparatele de conectare și protecție
Consumatorii care satisfac condiția:
Icalc≤100A
Vor fi alese pentru conectare la bare întrerupătoare automate tripolare, în aer, tip
ISOL 100, cu caracteristicile notate în specificația de echipament electric din
T.P.D.
Verificarea la stabilitate termică:
It = 50[KA]
capacitatea minimă de rupere pentru ISOL 100.
Rezultă că aceste întreruptoare nu pot realiza protecția la scurtcircuit fără a fi avariate .
Pentru a se asigura protecția la scurtcircuit se utilizează siguranțe cu mare putere de
rupere și cu acțiune lentă – rapidă (lentă folosită pentru curenți mici de suprasarcină și rapidă
pentru curenții de scurtcircuit) tip SIST 250 care au capacitatea de conectare:
50[KA]>18,3[KA] = I ka1
Curentul nominal al fuzibilului se alege în funcție de I calc.
Inf = (2,5 -3)Icalc[A]
Pentru consumatorii care satisfac relația:
Icalc ≤ 250A se prevăd întrerupătoare automate tripolare tip ISOL 250.
Aceste întreruptoare au capacitatea de închidere de 50 KA și se consideră că
îndeplinesc protecția la scurtcircuit a consumatorilor, iar pentru protecția la suprasarcină se
apelează din nou la relee termice.
b) Aparate de măsură
Aceste aparate sunt prevăzute doar la consumatorii esențiali de pe navă, iar
alimentarea lor se face pri n trasnformatoare de măsură.
Se consideră că aceste transformatoare nu sunt supuse la efctele termice și
electrodinamice importante tocmai prin prisma faptului că protecția la scurtcircuit a
consumatorilor este realizată cu siguranțe cu mare putere de ru pere.
Consumatori la 3x220V, 50 Hz
Se folosesc întrerupătoare automate de tip ISO<100, de oarece:
Icalc < 250[A]
Capacitatea de rupere:
12[KA] > 6,47[KA] = I 2ka3
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
58
CAPITOLUL VII
IMPLEMENTAREA PRINCIPALELOR PROBLEME ALE
AUTOMATIZĂRII CENTRALEI ELECTRICE NAVALE
Pentru o eficiență cât mai bună a navelor, diversele operațiuni de la bord s -au
automatizat ori supravegeherea sau conducerea mecanismelor și a mașinilor se face de la
distanță tocmai pentru a ușura activitățile zilnice ale personalului dar și pentru a se reduce
eroarea umană. Prin prisma acestui fapt gradul de fiabilitate al acestor automatizări trebuie să
fie unul ridicat tocmai pentru a nu pune siguranța navei și a personalului navigant în pericol.
Mecanismele sau mașinile care dispun de comandă de la distanță sau de automatizare
trebuie să aibă și comandă manuală în cazul diverselor defecțiuni ce pot apărea în cadrul
automatizării. Această comandă de pe manual pe automat trebuie să fie făcută prin mijloace
cât mai simple și cât mai eficiente. Cele două comenzi trebuie să fie independente una de
cealaltă.
Toate instalațiile care dispun de automatizare vor fi verificate periodic în timpul
marșului dar și l a cheu tocmai pentru a se depista dacă există defecțiuni, pentru a se trece pe
comandă manuală.
7.1. Reglarea automată a tensiunii și puterii reactive
Caracteristicile și clasificarea sistemelor de reglare automată a tensiunii (RAT)
Pentru aducerea tensiunii electrice la valoarea prescrisă după ce valoarea ei a fost
schimbată din diverese motive și în diferite regimuri, idiferent dacă a fost cel normal sau cel
de avarie, se va acționa asupra excitației gen eratorului sincron, de aceea sistemele de reg lare
automată a tensiunii prezintă o importanță deosebită la bordul navelor.
Aceste sisteme îndeplinesc următoarele funcții:
1. Mențin nivelul dat al tensiunii în sistem și distribuie în mod egal sarcina reactivă
între generatoarele care lucrează în paralel.
2. Creșterea excitației generatoarelor peste valoarea nominală în cazul curenților de
scurtcircuit, ori din cauza altor avarii. Valoarea maximă a excitației se produce la o
scădere a tensiunii generatorului cu până la 10 -15% față de valoarea nominală.
3. În caz de scurtcircui t înafară de scăderea tensiunii, cuplul motor și viteza vor fi
afectate și ele de aceea RAT asigură restabilirea ei într -un scurt timp dar și
accelerează motoarele asincrone pentru refacerea turației nominale.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
59
4. Avantajează pornirea motoarelor asincrone în scurtcircuit de putere mare. Prin
pornirea acestor motoare, rezultă o valoare mare a curentului de pornire reactiv,
ceea ce duce la demagnetizarea generatorului și implicit la micșorarea tensiunii
ceea ce ar duce la o prelungire a duratei de p ornire a motorului daca RAT nu ar
forța exicitația și restabilirea tensiunii.
5. Îmbunătățesc condițiile de sincronizare a generatoarelor. Fără aceste regulatoare
automate de tensiune nu ar fi posibilă menținrea constantă a tensiunii
generatoarelor sincrone .
Sisteme de compoundare a generatoarelor sincrone
a) Compoundarea după curent
Reprezintă același proces ca și la generatorul de curent continuu cu excitație compund
(mixtă) , ea realizând schimbarea excitației în dependență de mărimea curentului de sarcină.
Ex G
EEx
eExi
Rd
ki
ki
TC
Gi
Rr
Fig 7.1 Schema de principiu a compoun dării curentului generatorului sincron
Curentul de sarcină al generatorului trece prin înfășurarea primară a transformatorului
de curent TC. Din secundarul transformatorului, curentul
kI proporțional cu curentul de
sarcină
GI este redresat și se aplică înfășurării de excitație a excitatricei. Curentul suplimentar
ki
introdus în înfășurarea de excitație compensează variația tensiunii determinată de curentul
de sarcină. Mărimea necesară a curentului
ki se asigură prin alegerea corespunzătoare a
elementelor din circuitul de compensare.
Legea compound ării după curent:
Gi 0de de Ik E E
(7.1)
unde:
deE
– tensiunea electromotoare a generatorului proporțională cu tensiunea excitatricei;
0deE
– tensiunea electromotoare a generatorului proporțională cu tensiunea excitatricei, în
absența alimentării suplimentare de la sistemul de compoundare (
0 IG );
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
60
ik – coeficientul de compoundare;
GI
– curentul de sarcină al generatorului.
La scurtcircuite și mărirea bruscă a sarcinii în sistemul electromagnetic, se produce
scăderea rapidă a tensiunii la bornele generatorului. Curentul de compoundare,
ki , determinat
de creșterea curentului generatorului,
GI , produce forțare excitației până la valoarea maximă
și restabilirea tensiunii generatorului.
b) Compoundarea fazică
Acest sistem se bazează pe principiul reglării combinate și asigură factorul de putere al
sarcinii cât și constantă tensiunea la schimbarea curentului.
G
dR
EG
GI
KI
UI
Kz
TU
ei
TI
Fig 7.2 Schema de principiu a compoundării fazice de curent
Pentru a se întelege cât mai bine principiul de funcționare al compoundării fazice, se
apelează la diagramele fazorilae ale tensiunii și curentu lui, cu diferiți factori de putere.
1
KI
K
UI
0
maxe 90 I
j
eI
Fig 7.3. Diagrama fazorială a tensiunii și curentului în cazul legării în paralel a înfășurărilor
secundare ale transformatoarelor de curent și tensiune pentru
0
K90
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
61
Defazajul dintre tensiunea generatorului
GU și componenta curentului de excitație
UI ,
proporțională cu tensiunea generatorului, în sc hema din figura 7 .2, se obține prin conectarea
în circuit a impedanței
KZ de valoare foarte mare.
Legea acestei compoundări este exprimată de următoarea relație:
Gi G u 0de de IjK Uk E E
(7.2)
unde:
GU
– tensiunea generatorului
GI
– curentul generatorului
uK
– coeficient de compoundare după tensiune
iK
– coeficient de compoundare după curent.
Curentul în înfășurarea de excitație,
eI , este determinat de suma vectorială a două
componente: o componentă
KI proporțională cu valoarea curentului de sarcină și o
componentă
UI proporțională cu tensiunea generatorului. Pentru obținerea unui reglaj corect,
componenta de tensiune
UI trebuie să fie decala tă cu unghiul
0
K90 față de tensiunea
generatorului. În acest caz, pentru un curent de sarcină constant, la schimbarea defazajului
dintre tensiune și curent de la
0 la
0
K90 , curentul de excitație al generatorului are
valoarea minimă la
0 și maximă la
0
K90 ; ceea ce corespunde reglajul, întrucât la
creșterea defazajului se mărește componenta reactivă a curentului, crește efectul de
demagnet izare care este compensat de creșterea corespunzătoare a curentului de excitație. În
caz contrar, pentru
UI în faza cu tensiunea generatorului,
0K , curentul de excitație
maxim ar fi pentru
0 și minim la
090 , adică invers față de necesitățile reglajului.
c) Compoundarea fazică cu corector de tensiune
Asigură o menținere a tensiunii generatorului cu un statism de 3 -5%. Pentru navele a
căror automatizarea este foarte mare această compoundare nu se pliază. La ora actuală,
precizia reglării tensiunii nu trebuie să fie mai mică de ±1%, la o schimbare a tensiunii de la 0
la 125%, a factorului de putere de la 1 la 0,4 și a frecvenței în limitele ±2,5%.
Pentru o precizie cât mai ridicată a reglării tensiunii trebuie să se țină cont și de
celelalte influențe asupra tensiunii, cum ar fii: histerezisul, saturația circuitelor magnetice ale
generatorului și schimbarea rezistențelor înfășurărilor cu temperatura .
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
62
Pentru o precizie ridicată, în sistemele de compoundare fazică se folosesc corecții de
tensiune. Pricipiul corectorului de tensiune este cel al abaterii mărimii reglate (tensiunea) față
de o mărime de referință sau de comparare și este compusă deobicei din blocul de măsură,
blocul de comparare și amplificare și elementul de execuție.
Pentru acest sistem se folosesc diverse scheme de realizare a corectoarelor de tensiune,
cu amplificatoare magnetice sau cu elemnte semiconductoare. Conectarea acestui siste m
variază în funcție de sistemul de excitație al generatorului și anume: pe înfășurarea de
excitație, pe o înfășurare de comandă a transformatorului de compoundare sau pe înfășurarea
de comandă a unui drosel cu reactanță reglabilă.
Distribuția sarcinii re active între generatoarele care funcționează în paralel
Spre deosebire de generatoarele de curent continuu, la funcționarea în paralel a
generatoarelor sincrone, trebuie să fie distribuită atât puterea activă cât și cea reactivă.
Distribuția echilibrată a sarcinii reactive între generatoare se face manual sau automat prin
reglarea curenților de excitație. Pentru evidențierea acestui lucru în următoarea figură avem
caracteristicile statice de reglare pentru trei generatoare cu statisme diferite:
3 2 1 ,,
Pentru regimul stabilit 1 tensiunea la bare este
1U și curenții de sarcină reactivi sunt
3Gr 2Gr 1Gr I,I,I
.
La creșterea sarcinii reactive, solicitată de la barele centralei, se micșorează tensiunea
la bare, sisteme de reglare automată intră în funcțiune și se măresc curenții de excitație ai
generatorului. În noul regim stabilit 2 de funcționare, tensiunea la ba re este
2U iar valorile
curenților de sarcină reactivă se modifică, având valorile:
'
2Gr'
2Gr'
1Gr I,I,I .
În figura 7.4, din triunghiurile I, II și III rezultă:
3
1 3s 2s 1sGriK1
K1
K1U I
(7.3)
unde:
2 1U UU
3s 2s 1s K,K,K
– coeficienții de statism ai caracteristicilor de reglare.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
63
U
1U
2U
I
II
III
1
2
3
0
'
1GrI
'
2GrI
'
3GrI
1GrI
2GrI
3GrI
GrI
1G
2G
3G
Fig 7 .4 Distribuția sarcinii reactive la funcționarea în paralel a generatoarelor cu statisme
diferite
Generatoarele care au caracteristică astatică de reglare, la funcționarea în paralel a
generatoarelor nu asigură stabilitate î n distribuția sarcinii reactive, deci pentru funcționarea în
paralel, regulatoarele automate de tensiune ale generatorului trebuie sa aibă caracteristică
statică de re glare.
Principiul de funcționare este unul destul de simplu; se aplică un semnal de tensiune,
proporțional cu curentul de sarcină, la intrarea regulatorului automat de tensiune, iar acest
semnal se adaugă la semnalul de intrare proporțional cu tensiunea ge nneratorului și în acest
fel, la creșterea curentului de măsură al regulatorului. Regulatorul automat de tensiune
sesizează creșterea sau scăderea tensiunii și în acest fel comandă creșterea sau scăderea
tensiunii generatorului până se realizează un echili bru.
Pentru distribuția echilibrată a sarcinii reactive între generatoarele care funcționează în
paralel se folosesc diverse soluții de realizare a bloculu i de stabilizare a curentului, dar toate
având același pricipiu de funcționare. Înafară de aceste blo curi de stabilizare se mai folosesc
și legături de egalizare și anume: prin trecerea curenților de egalizare se micșorează tensiunea
electromotoare a generatorului cu curent reactiv mai mare și se mărește tensiunea
electomotoare a generatorului cu valoarea curentului reactiv mai mică.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
64
7.2. Reglarea automată a frecvenței și puterii active
Pricipiile reglării automate a frecvenței
Frecvența în sistemele electroenergetice navale de curent alternativ este dependentă de
viteza de rotație a motoarelor primare care angrenează generatoarele sincrone. Pentru ca acest
lucru să se întâmple, grupurile generatoare sunt dotate cu regulatoare de stabilizare a
frecvenței, tocmai pentru a avea o bună funcționare.
În comparație cu reglarea tensiunii enumerată anterior, re glarea frecvenței trebuie să
fie la fel pentru tot sitemul și indepententă de distribuția sarcinii active între generatoare.
Reglarea frecvenței depinde de distribuția puterii active între generatoare, deoarece
restabilirea frecvenței se obține pe seama sc himbării puterii active între generatoare. Reglarea
automată a frecvenței se realizează pentru o siguranță sporită în diferitele regimuri de
funcționare și pentru eficiență economică.
Ecuația de echilibru a puterii agregatului gen erator de energie electric ă este:
pierderi i G MP PdtdJ P P
(7.4)
unde:
MPP
– puterea dezvoltată de motorul primar
GP
– puterea dezvoltă de generator
iJ
– momentul de inerție al elementelor în mișcare de rotație de la motor și generator
– viteza unghiulară de rotație
pierderiP
– pierderi mecanice și electrice.
Reglarea frecvenței se face acționându -se direct asupra vitezei de rotație a motorului
primar de antrenare a generatorului și se face cu ajutorul regulatoarelor mecanice de turație și
cu regulatoare de frecvență.
Pentru reglarea vitezei și frecvenței, precum și pentru distribuția sarcinii active între
generatoarele care funcționează în paralel, se folosesc regulatoare de viteză și frecvență cu
caracteristici de reglare astatice 1 sau statice 2 prezentate în figura 7.5.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
65
0 0f,
n nf,
0
nP
P
1
2
a
b
n nf,
Fig. 7.5 Caracteristicile regulatoarelor de frecvență
Statismul caracteristicilor de reglare este:
%100 S
nn 0
(7.5)
sau
%100fffS
nn 0
(7.6)
unde:
0 0f,
– viteza unghiulară de rotație și frecvența la mersul în gol ideal
n nf,
– viteza unghiulară de rotație și frecvența la sa rcina nominală a generatorului.
Din figura 8 .5 rezultă:
ns n n 0 n PK tgP
(7.7)
ns n n 0 n PK tgP ff f
(7.8)
Ecuațiile (7.7) și (7 .8) reprezintă ecuațiile de reglare după caracteristici statice și pot fi
scrise sub forma generală:
0PKf0PK
ss
(7.9)
Pentru caracteristica statică de reglare, coeficientul de statism
sK își păstrează
valoarea constantă la schimbarea puterii generatorului și ca urmare la mărirea puterii,
frecvența se reduce iar la micșorarea puterii frecvența crește.
Schemele de reglare automată a frecvenței depinde de la producător la producător, dar
toate funcționează după următorul principiu:
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
66
a) după abaterea mărimii reglate (turația);
b) după abaterea turației și variația sarcinii active;
c) după variația parametrilor electrici ai generatoarelor (sarcina activă și frecvența) .
După primul principiu lucrează r egulatorul mecanic centrifugal care până în prezent
este folosit în scară largă în instalațiile navale. Pe baza celui de al doilea principiu sunt
construite regulatoarele electromagnetice cu două impulsuri: un impuls de la regulatorul
mecanic centrifugal ș i al doilea în funcție de sarcina activă a generatorului. Al treilea
principiu folosește traductoarele de frecvență și de putere activă prin care se urmăresc
parametrii electrici ai generatorului și în funcție de aceste valori se execută reglarea.
Pentru t oate sistemele de reglare elementul final de execuție acționează asupra
consumului de combustibil sau abur pentru modificarea turației.
Regalarea automată și menținerea constantă a frecvenței în sistem trebuie să fie extinsă
în tot domeniul puterilor agregatelor. Variația sarcinii cerută de consumatori și necesitatea
existenței unei rezerve de putere se asigura, de regulă, prin folosirea mai multor agregate care
lucrează în sistem. În legătură cu aceasta apare necesitatea distribuirii sarcinii active î ntre
agregate. Reglarea automată a frecvenței trebuie să asigure în același timp și distribuția
echilibrată a sarcinii active între generatoarele care lucrează în paralel, asigurând astfel
funcționarea sistemului eficientă, cu consum minim de combustibil.
7.3. Distribuția sarcinii active la funcționarea în paralel a generatoarelor
Pentru reglarea frecvenței și pentru o distribuție echilibrată a sarcinii active între
generatoare la funcționarea în paralel sunt folosite trei metode :
1. Metoda caracteristicilor statice
Pentru acestă metodă se prezintă următoarea figură care reprezintă reglarea turației
motoarelor primare pentru trei generatoare.
1 1f
2 2f
0
1P
'
1P
2P
'
2P
1P
2P
3P
'
3P
P
3P
1G
2G
3G
b
'b
''b
1
2
3
f
a
c
'a
'c
''a
''c
Fig. 7.6 Distribuția sarcinii active între generatoare cu caracteristici statice de reglare
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
67
La funcționarea în paralel a generatoarelor de aceeași putere având caracteristici
statice de reglare cu coeficienți de statism diferiți, pentru viteza nominală
1 puterea dată de
generatorul 1 este
1P iar puterile date de al doilea și de al treilea generator sunt
2P respectiv
3P
. După cum se observă sarcinile active ale generatoarelor sunt diferite întrucât
caracteristicile re reglare au statisme diferite.
Din figură reiese că generatorul 3 are cel mai mic statism și este încărcat cu sarcina ce
mai mare în comparație cu celelalte două generatoare. Pe lângă acest lucru reiese că la
scăderea frecvenței, creșterile de putere nu sunt egale pe cele trei generatoa re. Distribuția
egală a sarcinilor între generatoarele de aceeași putere se poate obține numai în cazul în care
caracteristicile de reglare ale acestora coincid. Pentru a obține această coincidență, agregatele
generatoare care lucrează în paralel se aleg d e același tip, fapt care asigură din construcție
caracteristici identice. Pentru situațiile în care, deși generatoarele sunt de același tip,
caracteristicile lor de reglare diferă într -o oarecare măsură sau în cazul în care sunt de tipuri
diferite, se prev ede posibilitatea intervenției manuale a operatorului pentru modificarea
statismului astfel încât să se obțină același coeficient de statism pentru generatoarele care
lucrează în paralel.
Corectarea coeficientului de statism se obține prin acțiunea unui s ervomotor electric
asupra cremalierei pompelor de injecție în sensul de mărire a consumului pentru agregatele
mai puțin încărcate cu sarcină activă și reducerea consumului de combustibil pentru cele cu
încărcare mai mare, astfel încât frecvența sistemului să rămână constată. Întrerupătorul cu
care se pune în funcțiune ser vomotorul electric aflat pe pompa de injecție, este amplasat pe
panoul fiecărui generator conectat la tabloul principal de distribuție. Întrerupătorul are două
poziții: stânga și dreapta cu revenire în poziția zero la încetarea acționării. Prin conectări
scurte pe o poziție sa u cealaltă se obține rotirea ser vomotorului de execuție într -un sens sau în
celălalt pentru mărirea respectiv reducerea consumului de combustibil.
Metoda caracteristici lor statice este folosită pe scară largă în centralele electrice navale
deoarece nu necesită dispozitive sau instalații complicate și oferă rezultate mulțumitoare în
distribuția echilibrată a sarcinii active între generatoarele care funcționează paralel.
2. Metoda generatorului pilot
Această metodă constă în folosirea unui generator cu un rol de generator pilot iar
celelalte ca generatoare de bază. Generatorul pilot, are caracteristici de reglare statice.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
68
Procesul schimbării frecvenței este caracterizat de durata de timp
t care poate fi
împărțită în două perioade
1t și
2t . Pe durata
1t , în care se mărește sarcina sistemului,
frecvența se abate de la valoarea nominală și sarcina suplimentară de distribuție între
generatoare invers proporțional cu coeficienții de statism ai caracteristicilor de reglare. Pe
durata
2t se restabilește frecvența în sistem și se prod uce redistribuirea sarcinii suplimentare.
3. Metoda statismului virtual
Reglarea la abaterea frecvenței și schimbarea echilibrului între puterea dată și puterea
consumată, se efectuează de către fiecare generator din sistem. Prin această reglare se obține
păstrarea constantă a frecvenței în sistem și distribuția sarcinii după caracteristicile statice ale
căror coeficienți de statism se modifică prin reglare astfel încât să se obțină o distribuție
echilibrată a sarcinii. O asemenea reglare este astatică relativ la frecvență și statică relativ la
distribuția sarcinii active între generatoare. Sistemul asigură stabilitate în distribuția sarcinii
active între generatoare corespunzător coeficienților parțiali de încărcare.
În folosirea acestei metode, pentru compens area erorii statice produsă de neliniaritatea
caracteristicilor de reglare sau alte cauze, se combină cu metoda generatorului pilot. În acest
caz unul din generatoare se folosește ca generator pilot și are caracteristica de reglare astatică.
Metoda statism ului virtual are o largă utilizare în sistemele electromagnetice și în
ultimul timp și -a găsit utilizarea și în sistemele electromagnetice navale.
7.4. Reglarea automată a frecvenței și distribuției sarcinii active
Traductoarele de curent activ, TCA, sunt montate pe toate generatoarele. Înfășurările
de comandă ale amplificatoarelor magnetice sunt alimentate de la traductoarele de curent
activ conectate între ele după schema diferențială prin blocul de contacte auxiliare ale
întrerupătoarelor automate și le gături de egalizare. Traductoarele de curent activ sesizează
permanent schimbările componentelor active ale curenților de sarcină, efectuează compararea
sarcinilor active și în cazul sarcinilor active și în cazul în care sunt diferite, curenții de ieșire
trec prin înfășurările de comandă ale amplificatoarelor magnetice. Ieșirile amplificatoarelor
magnetice comandă funcționarea servomotoarelor elementelor de execuți și se restabilește
echilibrul în distribuția sarcinilor active.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
69
1
2
12U
1cr
2cr
3cr
cnr
1TU
2TU
3TU
TnU
1ci
2ci
3ci
cni
Fig. 7.7 Schema echivalentă pentru explicarea principiului distribuției sarcinii active
În figura 7 .7 se folosesc notațiile:
Tn 2T 1T U,…U,U
– tensiunile la ieșirea traductoarelor de curent activ
Cn 2C1C i,….i,i
– curenți în înfășurările de comandă ale amplificatoarelor magnetice
Cn 2C1C r,….r,r
– rezistențele înfășurărilor de comandă
n 2 1 g,…g,g
– conductanțele înfășurărilor de comandă
Dacă componentele active ale curenților de sarcină sunt egale, atunci tensiunile de la
ieșirea traductoarelor de curent activ vor fi de asemenea egale.
Tn 2T 1T U… U U
(7.10)
Pentru această situație curenții de comandă ai amplificatoarelor magnetice,
Cn 2C1C i,….i,i
sunt nuli și servomotoarele elementelor de execuție sunt în repaus.
La devierea tensiunilor
Tn 2T 1T U,…U,U în raport cu tensiunea
12U , sub acțiunea
diferențelor de tensiune
U , prin rezistențele înfășurărilor de comandă
Cn 2C1C r,….r,r , trec
curenții de comandă
Cn 2C1C i,….i,i .
Sistemul de reglare automată a frecvenței și distribuției sarcinii active intră în
funcțiune automat din momentul cuplării generatoarelor la bare, prin contactele auxiliare ale
întrerupătoarelor automate, sunt conectate și legăturile de egalizare între traductoarele de
curenți activi. După efectuarea operațiilor de sincronizare, în primul moment al cuplării
generatorului sarcina lui este nulă. După cuplare intră în funcțiune automat sistemul de
distribuție a sarcinii active și generatorul se încarcă astfel încât sarcina să se repartizeze egal
între generatoare.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
70
1
1
1
1f
2f
1f
2f
1f
a
a
a
b
b
b
1P
1P
1P
2P
2P
2P
P
P
P
0
0
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
)a
)b
)c
Fig. 7.8 Graficul distribuției sarcinii active între generatoarele care lucrează în paralel
1- caracteristica generatoru lui pilot; 2,3 – caracteristicile de reglare ale generatoarelor de bază
În unele cazuri, când nu este necesară o stabilitate mare a frecvenței, sistemul se poate
folosi numai pentru distribuția egală a sarcinii între generatoare. În acest caz la generatorul
pilot în locul traductorului de frecvență se conectează traductorul de curent activ, pe
înfășurarea de comandă a amplificatorului. În acest caz la schimbarea sarcinii totale, sistemul
de distribuție a sarcinii active intră în funcțiune și acționează asupr a caracteristicilor de
reglare până când ele se intersectează din nou într -un punct ce va corespunde distribuției egale
a sarcinii active între generatoare .
7.5. Sincronizarea automată a generatorului de curent alternativ
7.5.1. C ondiții și procedee de conectare a generatoarelor pentru funcționarea în
paralel
Generatoarele pot funcționa în paralel doar atunci când au aceași turație, adică la
aceeași viteză unghiulară. Unghiul relativ de deviație al rotoarelor este determinat de sarcinile
active aplicate fiecărui generator la un regim stabilit. La schimbarea regimului se modifică și
unghiurile de deviație la rotoare. Sincronizarea generatoarelor presupune funcționarea
acestora cu deplasări relative admisibile ale rotoarelor unul față de celălalt.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
71
Pentru conectarea generatoarelor pentru funcționarea în paralel trebuie să se
îndeplinească anumite condiții fără de care pot să apară șocuri mari ale curentului de
egalizare. Aceste șocuri conduc la scăderea tensiunii în sistemul electroenergetic și pentru
valori mari ale acestora poate produce deteriorarea generatoarelor care lucrează.
Procesul conectării generatorului la funcționarea în paralel cu îndeplinirea condițiilor
necesare, se numește sincronizarea generatorului și se poate face: manual, semiautomat ș i
automat. La sincronizarea manuală condițiile pentru cuplarea generatorului la rețea se execută
manual de către operator. Sincronizarea semiautomată presupune efectuarea manuală a unor
operațiuni iar altele se realizează automat. Sincronizarea automată co nstă în efectuarea
automată a tuturor operațiunilor.
La sincronizarea precisă, generatorul excitat, se cuplează la funcționarea în paralel cu
rețeaua după realizarea condițiilor de sincronism: egalitatea valorilor amplitudinilor
tensiunilor, coincidența fazelor tensiunilor, egalitatea frecvențelor generatorului care se
cuplează cu frecvența rețelei.
La sincronizarea grosieră generatorul excitat se sincronizează la funcționarea în paralel
fără respectarea strictă a condițiilor de sincronism. În primul mome nt al cuplării, în serie cu
generatorul se introduce un reactor (bobină cu reactanță inversă) care micșorează șocul
curentului de egalizare în limitele admisibile. După intrarea în sincronism a generatorului
reactorul este scos din circuit.
Procedeul de au tosincronizare constă în: antrenarea generatorului neexcitat la o turație
apropiată de turația de sincronism (alunecarea admisibilă 2 -3%), cuplarea generatorului
neexcitat la rețea, după cuplare se conectează alimentarea excitației generatorului. În primul
moment generatorul va funcționa în regim asincron după care, având alimentată excitația, este
atras în sincronism. Autosincronizarea este cel mai simplu procedeu de sincronizare și este
aplicat în centrale electrice ale sistemului național în care generat orul este conectat la o rețea
de putere infinită și șocul curentului de egalizare poate fi suportat. Autosincronizarea nu se
practică în cazul centralelor electrice navale în care puterea generatorului care se cuplează
este comparabilă cu puterea surselor care alimentează rețeaua electrică. În cazul centralelor
electrice navale șocul curentului de egalizare din perioada în care generatorul lucrează în
regim asincron produce scăderi mari ale tensiunii în sistemul electroenergetic, poate duce la
deteriorarea generatoarelor, motoarelor primare și de asemenea la scoaterea din funcțiune a
generatoarelor care lucrează, având ca urmare scoaterea din funcțiune a centralei electrice
navale.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
72
Sistemele electroenergetice navale conțin de regulă două sau mai multe genera toare
sincrone. În figura 7.9 este prezentat, sub formă simplificată, cazul a două generatoare dintre
care unul,
2G , lucrează iar al doilea,
1G , urmează să fie conectat în paralel cu primul.
1G
2G
1u
2u
1
2
rx
rx
1E''
d
2E''
d
1''dx
2''dx
1u
2u
)a
)b
Fig. 7.9 Conectarea generatoarelor la funcționarea în paralel:
a – schema de principiu; b – schema echivalentă
Pentru funcționarea în paralel a generatoarelor sincrone este necesar să coincidă
valorile instantanee ale tensiunilor,
2 1u u . Această coincidență se obține atunci când la
conectarea în paralel a generatoarelor sunt îndeplinite următoarele condiții:
1) coincidența formelor curbelor tensiunilor
1u și
2u
2) egalitatea valorilor efective
2 1u u
3) coincidența fazelor tensiunilor
1u și
2u
4) egalitatea frecvențelor
2 1ff
5) succesiunea fazelor să fie aceeași.
Îndeplinirea primei condiții se asigură prin construcția generatoarelor, ultima condiție
se asigură la montaj, iar celelalte condiții se realizează la conectarea în paralel a funcționării
generatoarelor și se verifică cu aparate de măsură: voltmetre, frecvențmetre și sincronoscoape.
Neîndeplinirea condițiilor 3 și 4 duce la apa riția tensiunii de bătăi. Considerăm că
tensiunile generatoarelor sunt egale,
2 1u u iar frecvențele sunt diferite,
2 1ff . În această
situație vectorii tensiunilor generatorului care se cuplează și generatorului care lucrea ză sunt
defazații cu un unghi
.
Cea mai mare valoare a curentului de șoc se obține pentru
0180 , în acest caz:
r''
2d''
1d''
d y
șocx x xE2k2I
(7.11)
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
73
Șocul curentului de egalizare, a cărui mărime poate depăși de 10 – 15 ori valoarea
curentului nominal al generatorului, creează forțe electrodinamice însemnate în înfășurările
statoarelor, care pot duce la deteriorarea lor.
În figura 7 .10 se prezintă oscilograma tensiunilor de bătăi.
Valoarea amplitudinii înfășurătoarei tensiunii de bătăi se obține cu expresia:
2sinU2t2sinU2 Umb
m b (7.12)
unde:
2 1 b – pulsația tensiunii de bătăi (înfășurătoarea)
tb
– unghiul de dezacord dintre axele rotoarelor generatoarelor aflate în regim
de sincronizare.
b b f/1 T
0
maxbU
2 1 b uu u
t
Fig. 7.10 Oscilograma tensiunii de bătăi
7.5.2 Sincronizarea grosieră a generatoarelor
Sincronizarea grosieră a admite executarea cuplării generatorului care se sincronizează
fără îndeplinirea riguroasă a condițiilor de sincronizare. Prezența reactorilor (bobine de
reactanță) în prima fază a cuplării reduce șocul curenților de egalitate în l imite admisibile
pentru siguranța cuplării la funcționarea în paralel.
Prin sincronizarea grosieră generatorul poate fi cuplat la funcționarea în paralel pentru
valori ale defazajului tensiunilor până la valoarea maximă
0180 electrice ș i diferențe ale
frecvențelor corespunzătoare unei alunecări de 3%.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
74
La cuplarea în paralel a generatoarelor, în situația în care nu sunt îndeplinite condițiile
de sincronizare apare procesul tranzitoriu caracterizat de șocul momentan al curentului de
egalizare însoțit de scăderea importantă a tensiunii la barele centralei și de oscilațiile
ulterioare ale rotoarelor care produc oscilații ale tensiunilor și curenților de egalizare.
Rotoarele generatoarelor execută oscilații amortizate unul în raport cu celăl alt, cu perioade
egale cu perioada curentului care trece prin reactor. Oscilațiile puterii active între generatoare
produc frânarea generatorului cu viteza mai mare și accelerarea celui cu viteza mai mică până
la egalizarea vitezelor în momentul sincroniză rii.
Momentul conectării în paralel trebuie să corespundă unei alunecări negative, adică
turația (frecvența) generatorului care se cuplează să depășească cu puțin turația (frecvența)
generatorului care lucrează. Procedând astfel, în momentul cuplării generatorului acesta va
prelua asupra sa o parte din sarcină. În caz contrar, după cuplare se face la alunecări pozitive,
generatorul care se cuplează trece în regim de motor, supraîncarcă celelalte generatoare care
funcționează și poate fi decuplat de pr otecția la putere inversă.
7.6. Protecția sistemelor electroenergetice navale
Protecția generatoarelor
În exploatarea generatoarelor electrice pot apărea diverse avarii și regimuri anormale,
cum ar fii:
scurtcircuitarea spirelor înfășurări de excitație care duce la stricarea simetriei
câmpului magnetic și aparariția vibrațiilor puternice;
avarie rea înfășurării induse de pe stator ceea ce duce la apariția arcului electric care
mai departe duce la producerea unui incendiu;
din cauza scurtcircui telor exteri oare se produce un ș oc de curent care duce la un
regim anormal;
regimul anormal apărut din cauza trecerii generatorului în regim de motor.
Pentru a preîntâmpina avariile de mai sus, generatoarele sunt prevăzute cu următoarele
protecții:
1) protecția de puter e inversă
2) protecția de curent la scurtcircuite exterioare și suprasarcini
3) protecția diferențială la scurtcircuite interioare
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
75
4) protecția la punerea la masă a unei faze. Se asigură prin controlul permanent al
stării izolație i
5) automat de stingere a câmpului magnetic
Protecția la putere inversă
Dezvoltarea sistemelor electroenergetice navale ca urmare a trecerii treptate la etape
superioare de automatizare complexă a proceselor ce se desfășoară la bordul navelor, a
condus la creșterea consumului de energie el ectrică. Pentru acoperirea necesarului de consum
în centralele electrice funcționează în paralele mai multe generatoare.
La funcționarea în paralel a generatoarelor apare posibilitatea trecerii unui generator în
regim de motor atunci când tensiunea produsă de aceasta este mai mică decât tensiunea de la
barele TPD produsă de celelalte generatoare. Scăderea tensiunii generatorului și trecerea lui în
regim de motor poate fi cauzată de avarii produse la motorul primar de antrenare (întreruperea
alimentării cu c ombustibil, deteriorarea cuplajului mecanic dintre motor și generator) sau pe
partea electrică (întreruperea excitației generatorului). În astfel de cazuri, generatorul fiind
cuplat în paralel cu alte generatoare, trece în regim de motor și devine consumat or de energie
electrică.
Funcționarea generatorului în regim de motor nu este admisă și ele trebuie să fie
deconectat pentru a nu încărca generatoarele aflate la funcționare normală. În acest scop
generatoarele navale sunt prevăzute cu protecție la putere inversă.
În centralele electrice de curent alternativ protecția la putere inversă se realizează după
mărimea curentului și după faza acestuia comparativ cu faza tensiunii de la bare. Protecția la
puterea inversă în centralele electrice de curent continuu a cționează în funcție de mărimea
curentului și de sensul acestuia în comparație cu tensiunea de la bare. Protecția la putere
inversă în centralele electrice de curent continuu acționează în funcție de mărimea curentului
și de sensul acestuia în comparație c u tensiunea de la bare.
Protecția generatoarelor de curent alternativ la putere inversă se realizează frecvent cu
relee construite după principiul inducției electromagnetice.
Protecția la scurtcircuite exterioare și suprasarcini
Curenți mari care apar la scurtcircuite exterioare sunt produși la atingerea între
conductorii de pe faze diferite sau între barele TPD ca urmare a deteriorării rezistenței de
izolație.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
76
La producerea scurtcircuitului, protecția generatorului trebuie să acționeze rapid prin
decone ctarea generatorului. În acest scop întrerupătoarele automate folosite pentru cuplarea
generatoarelor la barele TPD sunt prevăzute cu relee maximale de protecție.
Suprasarcina generatoarelor se poate produce la apariția uneia sau mai multe din
următoarele cauze:
pornirea unor motoare asincrone de putere mare
repartiția neuniformă a sarcini între generatoare
decuplarea de la funcționare în paralel a unui generator, creșterea sarcini cerută de
consumatori.
Depășirea curentului nominal, în cazul suprasarcinii , până la de 2 ori valoarea
nominală, poate fi suportată un timp limitat fără a pune în pericol generatorul. Protecția la
suprasarcină trebuie să acționeze temporizat pentru a evita acțiunea acesteia în cazul unor
șocuri de scurtă durată cum ar fi cele cre ate de pornirea unui motor asincron de putere mare.
În cazul apariții suprasarcinii la un generator, deconectarea acestuia de către protecție
ar duce la supraîncărcarea generatoarelor rămase în funcțiune și astfel rând pe rând sunt
deconectate toate genera toarele care funcționează în paralel rezultând în final scoaterea
centralei electrice din funcționare. Pentru a evita o asemenea situație, temporizarea acțiunii
protecției, permite în unele cazuri, intervenția personalului de serviciu pentru reducerea
sarcinii prin deconectarea unor consumatori neesențiali, iar în alte cazuri, această deconectare
se face automat la apariția suprasarcinii.
Protecția diferențială a generatoarelor
În procesul de exploatare al generatoarelor poate apare pericolul introducerii unui
scurtcircuit în interiorul generatorului sau pe traseul de la generator până la TPD. Această
porțiune nu este protejată de întrerupătorul automat al generatorului și singura posibilitate de a
evita producerea unei avari.
Protecția diferențială cu cir culație de curent acționează la diferența curenților de la
începutul și sfârșitul porțiunii de circuit protejată și este cea mai precisă si mai sensibilă.
Protecția motoarelor primare de antrenare a generatoarelor
În sistemele electroenergetice moderne, se realizează comanda automată a motoarelor
primare (turbine sau motoare diesel). Motoarele primare sunt prevăzute de asemenea cu
sisteme automate de stabilizare a parametrilor de bază (frecvență, turație, temperaturi,
presiuni, ș.a.) care asigură funcțion area normală a motoarelor primare.
Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea central ei electrice navale. Capitolul 7 . Implementarea principalelor
probleme ale automatizării centralei electrice navale
77
Parametrii de bază sunt controlați cu ajutorul traductoarelor. Informațiile despre starea
acestora se transmit la aparatele de măsură și la instalațiile de protecție și semnalizare care
asigură protecția agregatelor în cazul regimurilor anormale de lucru.
Instalația care asigură protecția motorului primar funcționează în două trepte:
semnalizarea de prevenire și semnalizarea de avarie.
Semnalizarea de prevenire este destinată pentru înștiințarea personalului despre
depăș irea limitelor normale a parametrilor. De regulă darea semnalului de prevenire indică
faptul că suntem aproape de avarie. De la darea acestui semnal personalul de serviciu are
suficient timp pentru a înlătura cauza care a dus la depășirea parametrilor cont rolați.
Semnalizarea de avarie se produce atunci când depășirea valorilor nominale a
parametrilor controlați a ajuns la un nivel de pericol și este necesară oprirea imediată a
motorului. Această stare este semnalizată concomitent cu darea comenzii de oprir e a
motorului.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Navă cargo de 8850 tdw. Automatizarea centralei [608399] (ID: 608399)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.