Proiect Barbu Gheorghe Pupitrul De Navigatie, Instalatiile Electrice Copy [305650]

UNIVERSITATEA MARITIMĂ DIN CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICA

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific:

Conf. Univ. Dr. VIOLETA VALI CIUCUR

Absolvent: [anonimizat], 2020

UNIVERSITATEA MARITIMĂ DIN CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICA

Specializarea: [anonimizat]:

Conf. Univ. Dr. VIOLETA VALI CIUCUR

Absolvent: [anonimizat], 2020

Introducere

Dezvoltarea tehnologică in domeniul industrial, a dus, [anonimizat], hidraulice, electrice și electronice folosite in domeniul naval.

Sistemul electric naval a [anonimizat]-[anonimizat], [anonimizat] a elementelor de monitorizare a instalațiilor electrice.

Toată aceasta evolutie a dus la o siguranță sporita in exploatarea instalațiilor electrice

și de aici la creșterea siguranței in domeniul navigației.

Necesitatea de a avea un sistem naval sigur, a dus la apariția Organizației Maritime Internaționale (IMO) si a Convenției Internaționale SOLAS (Safety of Life at Sea) pentru a armoniza toate prevederile impuse inițial pe plan national.

[anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], a umiditatii, a trepidațiilor la care sunt supuse, a [anonimizat].

Deasemenea trebuie ținut cont de formele constructive ale aparatelor și de spatiul dispus.

În această lucrare mă voi referi in principal la instalațiile electrice navale instalate la bordul navelor ce intră sub incidența Convenției Internaționale SOLAS(Safety of Life at Sea), adică nave cu un tonaj brut de peste 300 de tone.

[anonimizat], in exploatarea navei și în menținerea siguranței navigatiei.

Obiectivul acestei lucrări este prezentarea căt mai clara a instalațiilor electrice aflate la momentul actual la bordul navelor și in special a instalatiilor electrice aflate în pupitrul de navigație.

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], si puse in practică de catre armatori.

[anonimizat].

În capitolul 1 [anonimizat] a arăta baza de la care se pleacă spre funcționarea pupitrului de navigație.

Capitolul 2 [anonimizat]-le pe scurt și ca scheme bloc în care sunt arătate componentele fiecarui sistem. Voi trata in acest capitol și apariția alimentării wireless a unui element component al unui sistem navalizat.

Capitolul 3 va conține proiectarea instalației electrice din pupitrul de navigație cu calculele necesare stabilirii componentelor electrice (transformatoare, cablaje, elemente de protecție și siguranța), distribuția energiei electrice in pupitru si interconectarea sistemelor.

In capitolul 4 voi prezenta procedeele și succesiunea lucrărilor de punere in practica a proiectului electric.

Capitolul 5 va fi dedicat procedeelor de punere in funcțiune a echipamentelor, cu toate măsuratorile necesare, calibrarile cerute de producatori si societați de clasificare.

Capitolul 1. Prezentare generală a instalației electrice aflată la bordul navei

1.1 Structura instalației.

Organizarea instalatiei electrice depinde de structura navei si de necesitatile de putere a consumatorilor de pe nava. Funcția sistemului de distribuție electrică a unei nave, este de a transmite în siguranță, energie electrică, fiecărui element si echipament conectat la acesta.

Instalatia porneste de la generatoarele principale, care pot fi unul, doua sau trei, depinzand de structura si necesitatile navei.

Primul element din instalatia electrica este tabloul principal de distributie. Tabloul principal furnizează energie grupurilor de pornire a motoarelor si sectiilor de distribuție. Acesta este plasat în camera de comanda si control (PCC), unde se face monitorizarea si controlul legat de generarea și distribuția energiei electrice.

Urmeaza transformatoarele care interconectează secțiunea de distribuție de inalta tensiune și sectiile de joasa tensiune din sistem.

Întrerupătoarele și siguranțele sunt plasate in sistem asfel incat sa deconecteze automat un circuit defect din în rețea. Alte componente ale sistemului electric sunt magistralele de distributie a energiei.

Magistralele sunt clasificate ca VITALE sau NON VITALE. Acestea sunt categorisite in felul urmator:

– magistrale pentru consumatori de serviciu (440VAC 60Hz)

– magistrale de curent continuu

– magistrale ce deservesc consumatorii in moul de avarie de la generatoarele de urgenta.

Consumatorii vitali sunt alimentati din sursa principala si dintr-o alt sursa de avarie, generator de avarie sau acumulatori de avarie.

Serviciile esențiale primare sunt acele servicii care trebuie să fie în funcțiune continuă pentru a menține propulsia și direcția navei.

Exemple de echipamente pentru serviciile esențiale primare:

-angrenaje de viteză.

-pompe pentru elice

-suflătoare de aer,

-pompe de răcire a supapei de combustibil,

-pompe de ulei de lubrifiere și pompe de apă de răcire,

-motoare auxiliare și turbine necesare pentru propulsie.

-ventilatoare de forță,

-pompe de apă de alimentare,

-pompe de circulație,

-pompe de condens,

-instalații de ardere a uleiului, pentru instalațiile cu aburi pe navele cu turbină și de asemenea, pentru cazanele auxiliare pe navele unde se folosește abur pentru furnizarea de servicii esențiale primare.

-echiipamente electrice pentru propulsie electrică

-echipamente pentru controlul, monitorizarea și siguranța navigatiei.

Serviciile esențiale secundare sunt acele servicii care nu trebuie să fie neapărat în funcțiune continuă pentru a menține propulsia și direcția, dar care sunt necesare pentru a asigura siguranța pasagerilor și a echipajului.

Exemple de echipamente pentru servicii esențiale secundare:

-pompe de transfer de combustibil și tratare cu combustibi

-pompe de transfer de ulei de lubrifiere și lubricație

-echipament de tratare a uleiului.

-incalzitoare pentru uleiuri grele.

-pompe de santină, balast

-pompe de incendiu și alte dispozitive de stingere a incendiilor

-ventilatoare pentru asigurarea ventilarii pentru camerele de motoare și cazane.

-lumini, și semnale de navigație

-echipamente de comunicare pentru siguranță internă

-sistem de detectare și alarmare a incendiilor.

-sistem de iluminat principal.

Consumatorii non-vitali nu sunt critici pentru funcționarea în siguranță a navei si pot fi opriti din functionare o anumita perioada de timp.

Exemple de instalatii non-vitale:

-incalzitoare de apa calda.

-ventilatoare și ventilație.

Consumatorii non-vitali sunt alimentati de regula doar din sursa principala.

1.2 Componentele instalatiei

Sistemul principal de alimentare.

Fiecare navă cu tonaj brut de 300 GT sau mai mare, trebuie sa fie capabila sa produca o energie a cărei putere sa fie suficientă pentru a fi furnizata la toate echipamentele electrice. O astfel de sursă constă cel puțin din două generatoare actionate independent.

Generatoare principale sunt instalate, de obicei, in camera motoarelor, dar pot fi instalate si intr-un compartiment special amenajat. În aplicațiile navale generatoarele sunt mașini sincrone excitate de curent continuu.

Tablourile principale de distributie (TPD) sunt instalate în în același compartiment etanș ca și echipamentul esențial. Acestea furnizează alimentare catre echipamentele esențiale, transformatoare si convertoare associate.

In instalatia electrica principala sunt utilizate transformatoare pentru a creste sau a cobora tensiunea in functie de necesitatile consumatorilor.

Comutatoarele principale sunt instalate in acelasi compartiment cu generatoarele principale.

Întrerupătoarele de circuit – acționează ca si comutatoare și în condiții nesigure actioneaza pentru protectia instalatiilor si a personalului.

Într-un sistem de distribuție a energiei electrice navale, sistemul funcționează in general cu 440VAC.

Sistemul de alimentare de urgenta

Un generator diesel sau un grup de acumulatori pot fi utilizate ca sursă de energie de urgență.

Sursa de energie electrică de urgență este sursa de energie destinată alimentarii echipamentelor esențiale la bordul navei în cazul în care tensiunea principala dispare din barele tabloului de distributie principal.

Generatoarele de urgenta trebuie să fie instalate deasupra puntii superioare intr-un compartiment special.

Comutatoarele principale sunt instalate in acelasi compartiment cu generatoarele de urgenta.

Tablourile de distributie de avarie sunt instalate de obicei in acelasi compartiment cu generatorul de urgenta.

Sistemul de alimentare de rezeva

Furnizează o sursă de alimentare alternativă tranzitorie pentru servicii.

Anumite echipamente esentiale au incorporate, sau separate sisteme UPS cu grupuri de acumulatori, pentru a mentine in functiune echipamentul pentru o anumita perioada de timp.

Exemple de sisteme alimentate din acumulatori

– sistemul de alarmă generală

– sistemul de avertizare incendiu

– sistemul de comunicatii GMDSS

1.3 Cabluri, magistrale si conductoare

Cablurile și conductoarele trebuie să corespundă standardelor internationale

Tensiunea nominală a unui cablu trebuie să nu fie mai mică decât tensiunea de funcționare a circuitului relevant.

Secțiunile conductoarelor trebuie să fie determinate pe baza sarcinii. In constructia cablurilor navalizate se foloseste cupru electrolitic cu o rezistivitate care nu depășește 17,241Ω/mm2. Materialele utilizate pentru izolatie trebuie să fie de tipuri standardizate pentru care sunt specificate temperaturi maxime admise în timpul funcționării.

Incarcarea admisa pe barele de alimentare, conform cu regulile SOLAS, specificate de societatea de clasificare DNV-GL sunt prezentate in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1. Incarcare maxima admisa pe barele de alimentare

Conform regulilor SOLAS specificate de societatea de clasificare, American Bureau of Shipping, valoarea curentului in functie de diametrul cablului, la o temperature de maxim 95 grade C este prezentata in tabelul 1.2.

Tabelul 1.2 – Valoarea curentului in functie de diametrul cablului

1.4 Izolatoare

In constructia sistemelor electrice navale sunt premise urmatoarele variante:

Pentru instalatiile de, curent continuu și curent alternativ monofazat:

-doua conductoare, cu un conductor împământat (1 / N / PE)

-un singur conductor cu nulul sau 0 V la corpul navei (1 / PEN)

-doua conductoare izolațe de corpul navei (2 / PE)

Pentru curent trifazat (curent alternativ):

-patru conductoare cu împământare neutră, fără întoarcere la corpul navei (3 / N / PE)

-trei conductoare cu împământare neutră, cu întoarcere la corpul navei (3 / PEN)

-trei conductoare izolate de corpul navei (3 / PE)

Desi sunt premise toate aceste variante, cele mai dese sisteme sunt cele izolate fata de corpul navei, ceea ce implica in constructia instalatiei folosirea de elemente izolatoare.

Materialele izolatoare se clasifica în funcție de temperatură. Temperatura indexului unui material este legată de temperatura maximă la care materialul va avea o anumita durata de viata.

Conductorii care transportă curent necesită izolare pentru a-i izola de părțile conductoare și pentru a separa puncte de potențial inegal. Înțelegerea diferitelor tipuri de izolație folosită ajuta în repararea echipamentelor electrice. Clasele diferite de materiale de izolare sunt enumerate în tabelul 1.3.

Tabelul 1.3 Clase diferite de materiale de izolare

1.5 Elemente de protectie si siguranta

Toate circuitele electrice au protectie termica si la scurtcircuit.

Functionarea echipamentelor electrice sunt monitorizate permanent de catre un sistem principal de alarmare, ce avertizeaza in caz de avarie a uneia sau a mai multor instalatii..

Dispozitivele de protecție trebuie să declanșeze întrerupătorul generatorului și sa intrerupa automat generatorul.

În sistemele de distribuție cu împământare neutră, defecțiunile față masa trebuie de asemenea monitorizate.

Transformatoarele au protectie la suprasarcina si la scurtcircuit.

Sursa de energie electrică trebuie furnizată numai cu protecție la scurtcircuit, de aceea sunt instalate alarmele vizuale și sonore în stația de control principală și tabloul de comandă pentru a avertiza asupra supraîncărcării generatorului.

1.6 Scheme electrice

Schema electrica generala alimentare principala si de urgenta..

Generatoarele sunt conectate in barele colectoare, in tabloul principal de distributie, la fel si alimentarea de la mal (in camera motoarelor), asigurand pe rand, in functie de necessitate, alimentarea consumatorilor.

Din tabloul principal se face distributia catre celelalte tablouri electrice distribuite pe nava.

In figura 1.1 este prezentata o schema bloc a conectarii alimentariilor principala si de urgenta catre pupitrul de navigatie.

Aceasta schema este una din variantele constructive, in care cele doua alimentari, principal si de urgenta sunt transportate in pupitrul de navigatie unde se face comutarea automata.

Figura 1.1 Schema bloc a conectarii alimentarilor principala si de urgenta catre pupitrul de navigatie.

In figura 1.2 este prezentata o schema bloc in care comutarea automata se face in tabloul de distributie de avarie instalat in compartimentul generatorului de avarie.

Figura 1.2 Schema bloc a conectarii alimentariilor principala si de urgenta catre pupitrul de navigatie

In figura 1.3 este descrisa o schema de alimentare principala la o nava cu cerinte de energie mai mici, in care sunt folosite doua generatoare principale de 107 KVA. Puterea dezvoltata de acestea este suficienta pentru a asigura functionarea navei.

Conform schemei, generatoarele sunt conectate in tabloul principal de distributie, acolo unde este conectata si tensiunea de la mal. Din tabloul principal se face distributia catre celelalte tablouri ce deservesc diferite instalatii si compartimente.

Figura 1.3. Schema de alimentare principala a unei instalatii cu doua generatoare

Capitolul 2. Aparatura de navigatie necesara in pupitrul de navigatie

2.1 Reguli cu privire la aparatura necesara

In regulamentul SOLAS sunt prevazute instalatiile necesare pentru navigatie, in functie de tonajul brut al navei.

In tabelul 2.1 sunt descrise echipamentele necesare pentru navigatie.

.

Tabelul 2.1 Echipamentele necesare pentru navigatie.

2.2 Instalatii de guvernare si manevra navei

2.2.1 Instalatii de guvernare

Instalatia de guvernare presupune combinarea alimentarii principale a carmei cu alimentarile celelaltor sisteme de actionare, fiind practic un sistem de reglare automat in functionare normala.

In pupitrul de navigatie se afla o parte a componentelor de comanda, iar in compartimentul masinii carmei se afla componente de comanda si cele de executie, fiind combinate sistemele electrice cu cele mecanice si hidraulice.

Exista trei moduri de operare a instalatiei de guvernare.

– modul non follow up in care operatotul actioneaza, prin intermediul sistemului de guvernare, direct asupra carmei

– modul follow up in care operatorul stabileste un unghi al carmei pe care instalatia de guvernare il mentine pana cand i se da o noua comanda.

– modul auto in care I se stabileste un curs dorit pe care instalatia il mentine pana la urmatoarea comanda. Aceasta se face cu ajutorul informatiei primita de la girocompas. Tot in modul auto se poate prelua o ruta de navigatie din sistemul ECDIS , iar instalatia de guvernare executa comenzi asupra carmei, astfel incat sa urmeze intocmai drumul prestabilit.

Componentele instalatiei de guvernare sunt:

-surse de alimentare

-selector functionare-non follow up, follow up, auto

-control NFU

-control FU

-control AUTOPILOT

-commutator override pentru preluarea comenzii manual, in caz de urgenta

-interfata autopilot

-interfete comanda carme

-panou alarma

-rudder feedback- traductor de pozitie a carmei

-pompe carme

-sistemul hydraulic

-carma propriuzisa

Autopilotul necesită o tensiune de alimentare între 11 și 40 Vdc pentru control electronică și poate accepta o gamă mai largă de alimentare (11 până la 110 Vdc) pentru electrovalvele sistemului hidraulic de direcție. Porturile de ieșire spre solenoizi au o valoare maximă de 5 Amp și pot fi configurate pentru comutare pozitiva, comuna sau comutare negative, functie de sistemul de carma.

Sistemul de comanda este alimentat din sistemul principal de alimentare, cu comutare automata la sistemul de alimentare de urgenta, prin surse de alimentare de la 110/220 VAC la 24 VDC.

Sistemul de actionare este alimentat din sistemul principal de alimentare,( 440 Vac 50/60 Hz) cu comutare automata la sistemul de alimentare de urgenta.

Autopilotul oferă, de asemenea, semnale alternative de control al direcției de la unitatea de distribuție pentru mașinile de direcție analogice, cu ieșiri analogice duale +/- 10Vdc și 4-20mA duale.

Autopilotul primește informații de heading fie de la un senzor montat deasupra sau sub o busolă magnetică sau compass magnetic sau prin porturi de date seriale NMEA0183 de la girocompas, GPS compas sau alt senzor de heading.

In figura 2.1 este descrisa schema bloc a unei instalatii de guvernare cu pilot automat.

Figura 2.1 Schema bloc a unei instalatii de guvernare cu pilot automat.

2.2.2 Telecomanda motor principal

Sistemul este proiectat pentru controlul instalațiilor de propulsie a navei. Acesta poate fi utilizat în sisteme de propulsoare pentru controlul pasului, vitezei și a angrenajelor de inversare.

Sistemul moniturizeaza parametrii motoarelor principale si a instalatiilor auxiliare si comanda functionarea lor in functie de dorinta operatorului.

Componentele sistemului sunt:

-unitatea centrală

-module de extensie si de control a unghiului

-manetă de control

-display

-indicatoare de parametrii

-sensori

Parametrii electrici difera de la o instalatie electrica la alta.

Sistemul Noristar are urmatorii parametrii electrici:

-alimentare principala:24 VDC

-alimentare baterie: 24V DC (+30% / -25%)

-temperatura de Operare: -25°C …+55°C

-grad de protecție:IP30 / IP55

-vibrațiile suportate: 0,7g

In figura 2.2 este descrisa schema generala a unei instalatii de telecomanda motor principal.

Figura 2.2 Schema generala a unei instalatii de telecomanda motor principal.

2.3 Instalatii de comunicare

2.3.1 Instalatia de adresare publica

Este alimentata la 220V sau 115V AC, 50/60 Hz ca sursa principala si ca sursa de rezerva, 24V DC din bateriile de rezerva.

Instalatia de adresare publica are doua roluri: de divertisment si de adresare mesaje sau alarme catre tot echipajul.

In fiecare compartiment al navei exista instalat un difuzor, iar in punctele de comanda sunt instalate unitati de operare si alarmare.

Prin instalatia de adresare publica se pot da alarme de la unitatile de comanda sau poate prelua si. dubla alarma de avertizare incendiu. Deasemenea poate fi configurata sa preia semnale si de la instalatia de telefonie aflata pe nava.

Componentele instalatiei sunt:

-unitate de operare

-unitate de control

-panou alarme

-unitatea de divertisment

-amplificatoare

-difuzoare

In figura 2.3 este prezentata schema bloc a unei instalatii de adresare publica.

Figura 2.3 Schema bloc a unei instalatii de adresare publica.

2.3.3 Instalatia de manevra –interfon

Instalatia de manevra are rolul de a facilita comunicatia intre postul principal de comanda si celelalte posture unde se efectueaza manevre, sau de adresare directa catre un compartiment al navei. In anumite configuratii se poate conecta cu sistemul de adresare publica.

Componentele instalatiei sunt:

-statia principala cu comanda catre fiecare post sau selectabile.

-statii secundare de manevra cu comunicatie doar catre postul principal

-casti conectate la posturi in compartimentele cu zgomot ridicat

-posturi de avertizare audio si luminoase.

Parametrii electrici ai unei instalatii de manevra sunt:

-tensiune de funcționare: 24VDC duală – primară / backup

-curent maxim: 2A

-putere 20W

Figura 2.4 arata schema bloc a unei instalatii de manevra.

Figura 2.4 Schema bloc a unei instalatii de manevra.

2.3.4 Intalatia de telefonie si internet

Sistemul integrat de telefonie este conceput pentru a asigura comunicatiile interne si pentru comunicatiile cu statiile terestre prin diferite servicii de telefonie

Este alimentata la 220V sau 115V AC, 50/60 Hz ca sursa principala si ca sursa de rezerva, 24V DC din bateriile de rezerva avand un consum de aproximativ 65W.

In principiu, functioneaza ca o centrala terestra, diferenta facand-o constructia mult mai robusta si adaptata la conditiile navale cum ar fi vibratiile, umiditateam mediul salin, etc.

Ca si structura, exista o unitate centrala care ditribuie semnalul primit de la un post sau de la o retea catre sau de la utilizator.

Schema bloc a unei centrale telefonice este prezentata I figura 2.5.

Figura 2.5. Instalatia centralei telefonice.

2.3.5 Instalatia de comunicatii prin satelit Fleet Broadband

Fleet broadband-ul este compus din echipamentele de deasupra punții de comanda, (compass deck), acestea fiind ansamblul de antene și echipamentele instalate pe puntea de navigatie, adica unitatea centrala si echipamentele periferice.

Este un terminal de comunicare prin satelitii Inmarsat pentru serviciu vocal de 4kbps, serviciu de date IP standard, 8kbps, 16kbps, 32kbps, 64kbps, 128kbps ș, serviciu de date IP de streaming de 256kbps și serviciu de mesagerie scurtă (SMS).

Acesta poate fi conectat la centrala telefonica pentru a asigura comunicatia prin satelit nu doar de la terminalul dedicate, ci si de la anumite posture telefonice preprogramate in centrala telefonica.

Un sistem de comunicatie prin satelit este descris in figura 2.6.

Figura 2.6 Instalatia de comunicatii prin satelit Fleet Broadband.

2.3.6 Telefoane fara baterii

Sistemul telefonic fără baterii este dezvoltat si proiectat pentru a satisface nevoia și cererea de comunicații de urgență interne, fara ca echipamentul sa depinda de instalatia electrica a navei.

Sistemul este împărțit în doua configurații diferite, sistemul cu o singură linie pentru comunicarea directa între două stații, cum ar fi intre PCC si timonerie și

sistemul cu linii selectabile, pentru a se comunica intre postul principal cu fiecare linie in parte. până la 12 stații.

Mai multe tipuri de echipamente suplimentare pot fi conectate la sistemul telefonic fără baterii, cum ar fi casetele conectorilor pentru căști, căști suplimentare, surse de alimentare, relee externe pentru semnal,cutii de comutare etc.

Telefoanele fara baterii functioneaza cu ajutorul dinamului ce creaza o tensiune necesara functionarii acestuia.

Operatorul telefonului roteste o manivela si produce tensiunea necesara functionarii.

Figura 2.7 arata schema bloc a unei instalatii de telefoane fara baterii.

Figura 2.7 Schema bloc a unei instalatii de telefoane fara baterii.

2.3.7 Consola GMDSS

Global Maritime Distress and Safety System (GMDSS) contine proceduri de siguranta, echipamente si tipuri de comunicare stabilite la nivel internațional, pentru a asigura interventia in caz de sinistru, a tuturor navelor, aeronavelor si a ambarcatiunilor implicate in traficul naval, implicit si a personalului Navigant.

Sursele de alimentare ale consolei GMDSS sunt:

-Alimentare principala o reprezinta generatorul sau generatoarele principale ale navei.

-Alimentare de avarie o reprezinta generatorul de avarie

-Alimentare de rezerva o reprezinta un grup de acumulatori de 24VDC ce sunt incarcati de

un charger dedicat numai pentru acumulatorii GMDSS.

Acumulatorii trebuie sa fie astfel dimensionati incat sa asigure functionarea consolei timp de

1 ora, atunci cand la bordul navei exista generator de avarie, sau 6 ore atunci cand nava nu este

prevazuta cu generator de avarie.

Componentele consolei Gmdss sunt:
-Radiotelefoane VHF – 155,000-162,050 MHz

-Echipament radio MF/HF 1605 – 27500.0 kHz

-E.P.I.R.B.( Emergency Position Indicating Radio Beacon)-406 MHz

-Inmarsat C- emisie 1626.5 MHz la 1646.5 MHz si receptie 1537.0 MHz la 1544.2MHz.

-Transpondere radar- 9.2 – 9.5 GHz.

-Receptor NAVTEX- 518 kHz.

Exista o tendinta de a fi introdus si sistemul de sateliti IRIDIUM in echipamentele acceptate pentru GMDSS.

Figura 2.8 arata ansamblul echipamentelor din consola GMDSS

Figura 2.8 Consola GMDSS

2.3.8 AIS

Sistemul se bazează pe regulamentul IMO pentru AIS, care utilizează acces multiplu al divizării de timp autoorganizate (SOTDMA) tehnologie bazată pe o legătură de date VHF.

Sistemul funcționează în următoarele moduri:

-Autonom (funcționare continuă în toate domeniile)

-Alocat (intervalul de transmisie a datelor controlat în monitorizarea traficului)

-Interogat (ca răspuns la interogatoriul unei nave sau autorități)

-Doar receptor.

Sistemul este sincronizat cu timpul GPS (UTC) pentru a evita conflictul între mai mulți utilizatori.

Este compus din unitatea centrala, display pentru afisarea datelor, antenna GPS si antenna VHF.

Se alimenteaza cu tensiune de 24 volti current continuu si poate consuma la emisie aproximativ 100W.

Figura 2.9 Scema bloc AIS

2.4 Instalatii de navigatie…………………………………………………..

2.4.1 Lumini de navigatie

Sistemul de lumini de navigație servește pentru comutarea și monitorizarea luminilor de semnalizari, conform standardelor international, la bordul navelor.

Acestea pot fi activate sau dezactivate individual.

Sunt asigurate intodeauna două surse de alimentare (principala și backup).

Selecția dintre aceste două surse poate avea loc fie manual, fie automat în caz de avarie a sursei de curent principala.

Sistemul poate fi configurat, in functie de instalatia electrica a navei, sa functioneze cu alimentare 220VAC sau cu alimentare 24VDC.

Componentele sistemului sunt : unitatea de control, sursa de alimentare si instalatia de lumini ce trebuiesc operate.

Figura 2.10. Schema bloc instalatie de lumini navigatie

Figura 2.11. Schema bloc instalatie de lumini navigatie- continuare.

2.4.2 Radare

Exista doua tipuri de RADAR utilizate in navigatia maritima: S-Band, emite pe frecventa de 3 GHz si X-Band, emite pe frecventa de 9GHz. In general navele SOLAS sunt echipate cu doua echipamente radar, unul S-Band si un radar X-Band.

Rolul radarului este de a detecta si afisa tinte aflate in jurul navei, pentru ajuta la o navigatie in siguranta.

Acest echipament este format dintr-o unitate de scanare, o unitate de emițător si receptor, o unitate de operare și o unitate de afișare.

Unitatea RADAR este alimentata in general cu tensiune de110/220VAC, 50/60Hz din TDA.

Figura 2.12 Schema bloc a unei unitati RADAR X- Band

2.4.3 Girocompas

Girocompasul are rolul de a indica directia navei si de a da aceasta informatie catre celelalte echipamente de navigatie, pentru a asigura functionarea in parametrii.

Informatia primita de la gyrocompass este cea mai importanta pentru instalatia de guvernare a navei atunci cand este folosita in modul automat.

La fel ca majoritatea echipamentelor de navigatie, este alimentat din tensiunea principal a navei ,220/110 VAC si din sursa de alimentare de avarie de 24 VDC.

Girocompasul are in componenta o unitate master ce contine girosfera si converorul de frecventa, o unitate de distributie pentru semnale catre repetitori si o unitate de control.

Figura 2.13 Girocompasul, schema bloc.

2.4.4 Sonda ultrason

Sonda ultrason este alcatuita din senzorul instalat pe chila navei si unitatea de procesare si distributie a semnalului catre celelalte echipamente de navigatie.

Impulsuri scurte sunt transmise de la senzorul de pe chila navei către fundul mării. Aceste unde sonore sunt reflectate înapoi de obstacolele intalnite și se măsoară timpul preluat de la transmiterea la recepția undelor sonore reflectate.

Este alimentata din tensiunea principala a navei ,220/110 VAC si din sursa de alimentare de avarie de 24 VDC.

Figura 2.14. Schema bloc sonda ultrason.

2.4.5 Loch

Loch-ul electromagnetic masoara viteza navei fata de apa, in doua directii, longitudinal si lateral. Acest lucru este de o importanță deosebită în timpul manevrei sau al rulării la viteze mici.

Senzorul este o unitate electromagnetică activă care poate fi introdusă în diferite socluri sau valve instalate pe chila navei. Sistemul Loch este compus din sensor, unitate de procesare,unitate de operare si distributie a semnalelor

Opțiunile de alimentare a unitățiilor, sunt de 230 / 115V AC sau 24V DC. Consumul de energie este de aproximativ. 70 la 115 / 230V AC sau 50 W la 24 V CC.

Senzorul este practic fără întreținere, dar poate fi necesară curățarea ocazională în funcție de apa de mare si de depunerile de impuritati pe suprafata lui. Consumul de energie al senzorului este de aproximativ 35W fiind alimentat cu tensiune de 115 / 230V AC sau 24V DC.

Figura 2.15. Loch, schema bloc.

2.4.6 ECDIS

Sistemul electronic de afișare și informații al graficului (ECDIS) este un computer dedicat pentru navigatie, ce afisaza harti electronice si este utilizat ca alternativa la hartile de navigație pe hârtie. Acesta integreaza datele de la echipamentele de navigatie de pe nava și afișaza informațiile de navigație dinamică pe ecran. Sistemul ECDIS este alimentat din 110/220 VAC avand intercalat un UPS pentru a mentine alimentarea in cazuri de urgenta.

Figura 2.16 Schema generala ECDIS

2.4.7 GPS

Receptorul GPS este un instrument de navigație de precizie care utilizează cele mai noi tehnologii disponibile, pentru a obtine informatii optime de la sistemul de sateliti GPS. Precizia poziției primita de receptorul GPS este de 1 metru sau mai putin de 1 metru, pentru 95% din timp.

In general sistemul GPS aflat la bordul navei este compus din antenna, unitate de operare si procesare si unitate de distributie semnal. De obicei la bordul navei sunt instalate doua unitati de GPS, pentru a asigura back-up in caz de avarie.

Figura 2.17. Receptor GPS

2.4.8 Gps compass

Este un sistem ce se bazeaza tot pe sistemul de sateliti GPS, avand in plus una sau doua antene, pentru a calcula cu precizie si directia navei. Este folosit ca back-up pentru gyrocompass, in cazul in care acesta se defecteaza.Este compus din doua sau trei antene, o unitate de procesare si operare si o unitate de distributie a semnalelor.

Figura 2.18 Receptor GPS Compas

2.5 Instalatii de monitorizare, inregistrare si alarmare.

2.5.1 Sistemul avertizare incendiu

Sistemul de avertizare incendiu are rolul de a monitoriza toate spatiile si compartimentele navei si de a alarma in caz de pericol de incendiu.

Senzorii instalati pot fi pentru a detecta cresterea temperaturii sau detecterea aparitiei fumului in compartimente, in functie de destinatia acelor compartimente. Deasemenea mai sunt instalate butoane de avertizare in anumite puncta ale navei, pentru a permite echipajului sa avertizeze manual aparitia unui incendiu.

Sistemul este compus din o unitate centrala ce colecteaza si monitorizeaza informatiile de la senzori, avertizeaza si transmite informatia catre alte sisteme aflate pe nava si senzorii instalati in compartimente. Se alimenteaza la 110/220 VAC si are acumulatori proprii pentru back-up

Figura 2.19 Sistemul avertizare incendiu

Figura 2.20 Sistemul avertizare incendiu, continuare

2.5.2 Sistemul de inregistrare VDR

Are rolul de a inregistra informatii de la echipamentele de navigatie si de la microfoanele instalate pe puntea de navigatie si de a le stoca intr-o capsula sau doua capsule instalate pe nava in spatii deschise, pentru a avea acces la ele in cazul unui incident naval.

Componentele sistemului sunt:unitatea centrala,microfoane,capsula fixa,capsula mobile interfata pentru senzori si panou de afisare si alarmare.

In sistemul VDR a aparut alimentarea wireless. Capsula mobila este practic un EPIRB ce are atasat un hard disk. Transferul de energie wireless funcționează pe principiul transferului de putere inductivă, la fel ca în transformatoarele convenționale. Singura diferență este că, în timp ce în transformator, cele două bobine sunt foarte apropiate și conțin un material de ferită pentru a crește cuplajul, încărcătoarele inductive au o distanță de aer între cele două bobine.

Figura 2.21 Echipamente conectate in sistemul VDR

Figura 2.22 Schema bloc VDR

2.5.3 Main alarm system

Sistemul principal de alarmare are rolul de a monitoriza functionarea fiecarui echipament essential aflat la bordul navei si de a avertiza orice anormalitate in functionarea fiecaruia.

La sistemul principal de alarmare sunt conectate toate echipamentele aflate la bordul navei, iar acesta monitorizeaza starea de functionare.

Capitolul 3 Proiectarea retelei de distributie alimentare si a semnalelor electrice in pupitrului de navigatie

3.1 Alimentare principala (main/emergency).

3.1.1 Elemente componente.

Conform specificațiilor SOLAS, preluate de catre societatile de clasificare, pentru alimentarea instalatiilor electrice din pupitrul de navigatie, trebuie să existe două transformatoare, transformatorul in care tensiunea din infasurarea primara este asigurata de alimentarea principala si transformatorul in care tensiunea din infasurarea primara este asigurata de alimentarea de urgenta. Iesirile din infasurarile secundare sunt trecute prin comutari automate in cazul lipsei tensiunii primare, pentru alimentarea in caz de avarie, a echipamentelor esentiale.

In functie de consumatorii din pupitrul de navigatie se aleg, in general, pentru o nava de tonaj mediu, transformatoare cu puterea de 30KVA.

Transformatoarele navale sunt de tip uscat cu racire naturala in aer.

Caracteristicile transformatoarelor alese:

-Tensiunea nominală in infasurarea primară- 3 x 400 V

-Tensiunea nominală in infasurarea secundară 3 x 230

-Frecvența nominală a transformatorului-50-60Hz

-Puterea: 30,0 KVA

-Tole I

-Clasa de izolatie F(155)

-Grad de protectie IP 44

-Prevazute cu contacte pentru punere la masa

-Pierderi in gol-380W

-Randament-96%

Tablourile de distributie ( DC si AC) pentru instalațiile de navigație și radionavigatie vor fi amplasate în timonerie, in general in pupitrul de navigatie.

Tabloul de distributie va fi alimentat prin comutare automata sau manuala din transformatoare de la 3x400v la 3x230v

Acesta va contine:

– comutatorul manual sau automat pentru selectarea sursei de tensiune(main sau emergency)A.A.R. (anclanșare automată a rezervei)

-intrerupator general

– bare de distributie dimensionate in functie de consum,

– sigurante de protectie dimensionate pe fiecare consummator, respectandu-se conditia: Inf≥Ic, Inf≥Ip/c

– elemente mecanice de fixare a componentelor.

– cabluri de legatura intre componentele tabloului si cabluri ce alimenteaza consumatorii.

Structura si simbolizarea unui unui cablu navalizat este urmatoarea:

X

Pentru constructia tabloului electric se vor alege componentele electrice cu caracteristica de declansare C, de preferat de la un singur furnizor.

Se alege un furnizor de echipamente electrice. NOARK ELECTRIC

3.1.2 Consumatori.

Lista consumatorilor alimentati din tabloul de distributie AC.

Puterea instalata-19.180kW

Tensiunea de linie-230V

3.1.3 Echilibrarea consumului pe faze.

Receptoarele bifazate, alimentate la tensiunea de linie U, trebuie repartizate uniform pe faze pentru echilibrarea rețelei trifazate.

Sarcina reala nu e ste constanta si difera in functie de anumite interval de timp.

3.1.4 Scheme electrice

3.2 Alimentare de rezerva

Alimentarea de rezerva din pupitrul de navigatie, este in general compusa din doua sisteme:

Sistemul de rezerva pentru alimentarea echipamentelor de comunicatii din consola GMDSS

Sistemul de rezerva pentru alimentarea echipamentelor esentiale in manevrarea navei in siguranta in caz de avarie.

Unele echipamente, cum ar fi Fire Alarm System, au inclusi acumulatori pentru asigurarea functionarii in caz de avarie.

Sistemele de rezerva trebuie sa asigure functionarea echipamentelor pana la revenirea tensiunii principale sau a tensiunii de urgenta.

3.2.1 Elemente componente

Elemente principale ale instalatiei de rezerva sunt acumulatorii si chargerul.

In general acumulatorii instalati au tensiunea de 12VDC si capacitatea de 200Ah. Acestia sunt cuplati in serie asigurand tensiunea de 24VDC pentru echipamentele navale ce au standardul de alimentare 24VDC.

Chargerul trebuie sa fie astfel dimensionat sa fie capabil sa reincarce acumulatorii in timp de maxim10 ore.

Incarcatoarele navale pentru acumulatori accepta in general orice alimentare de la 90 la 265VAC cu freventa intre 45 si 65 Hz.

Graficul functionarii unui incarcator de acumulatori.

Alte componente ale sistemului de rezerva sunt:

Cablurile dimensionate corespunzator cererii de current si lungimii. Intr-o instalatie cu un charger de 24V/30A si acumulatori cu capacitatea de 200Ah se folosesc, la o lungime mai mica de 6m, cabluri cu sectiunea de

Sensori de temperature montati pe acumulatori pentru monitorizare,

Sisteme de monitorizare a tensiunii si a curentului

Sigurante de protectie a instalatiei.

3.2.2 Consumatori

Consumatori in instalatia de rezerva GMDSS

Consumatori in instalatia de rezerva echipamente de navigatie.

3.2.3 Calculul capacitatii necesare si dimensionarea acumulatorilor

Consola GMDSS:

Acumulatorii trebuie sa fie astfel dimensionati incat sa asigure functionarea consolei timp de
1 ora, atunci cand la bordul navei exista generator de avarie, sau 6 ore atunci cand nava nu este
prevazuta cu generator de avarie.

Conform normelor IMO, circulara16 si circulara32, calculul capacitatii necesare pentru

functionarea consolei GMDSS se face astfel:1/2xTX(emisie)+RX(receptie)+40%

Exemplu de calcul al capacitatii acumulatorilor GMDSS pentru o consola A3:

Se ia in considerare îmbătrânirea cu 1,4 si pierderi ale bateriei cu 1,25

Capacitatea calculată a bateriilor pentru functionarea consolei timp de șase ore:

La aceasta se adauga rezerva de 40% -136,84A si rezulta o capacitate necesara de 478,93Ah.

Capacitatea calculată a bateriilor pentru functionarea consolei timp de o ora:

La aceasta se adauga rezerva de 40%-22,81A si rezulta o capacitate necesara de 79,825A

Acumulatorii de rezerva :

Fiecare echipament alimentat din sistemul de rezerva trebuie sa functioneze pana cand generatorul de avarie sau generatorul principal reintra in functiune. Practic, acumulatorii de rezerva trebuie sa suporte pentru putin timp curentul necesar pentru functionarea fara intrerupere a echipamentelor esentiale.

Sunt intalnite sisteme diferit structurate in functie de capabilitatile echipamentelor. Unele echipamente sunt prevazute cu UPS-uri, altele folosesc acumulatorii de rezerva pentru functionarea in caz de avarie.

3.2.4 Scheme electrice

3.3 Semnale electrice

Avand in vedere necesitatea de a concentra cat mai multe informatii in anumite puncte de lucru ale pupitrului de navigatie, au fost dezvoltate anumite protocoale de semnale electrice pentru a transmite informatiile de la un emitator de date la un receptor de date.

Cel mai des folosit protocol in industria navala este NMEA 0183.

Parametrii cei mai des intalniti in comunicatia de date intre echipamente sunt aratate in tabelul nr.

Ca nivel de tensiune acesta ajunge pana la 5V cu specificatia ca atunci când ieșirea A este la +5 V, ieșirea B este la 0 V, și invers

Aceasta este un semnal de tip RS-422.

Cea mai importanta informatie, cea de pozitionare,este transmisa de GPS.

Un exemplu de informatie de pozitionare

RMC sentence
$GPRMC,hhmmss,A,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,xx.x,xxx,ddmmyy,xx,a*hh<CR><LF>
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 : UTC time (hour, minute, and second)
2 : Status, A = Valid, V = Invalid
3 and 4 : Latitude (degree and minute), N/S
5 and 6 : Longitude (degree and minute), E/W
7 : Speed (knot)
8 : True course (degree)
9 : UTC (day, month, and year)
10 and 11 : Magnetic variation value, E/W
12 : Checksum

Exemplu de secvente NMEA 0183, receptionate si inregistrete de Voyage Data Recorder.

$GPZDA,133401,27,11,2019,0,0*43

!AIVDM,1,1,,A,139r@C0P00R3?lpI>nt7Dwv225b8,0*3E

$HEHDT,358.9,T*28

$GPRMC,133401,A,4409.9588,N,02846.3046,E,0.4,250.8,271119,5,E*63

$HEHDT,358.9,T*28

$VMVBW,000.94,,A,,,V*5C

$PJRC,VR,SENE000,??DTM*53

$PJRC,VR,SENE001,??TXT*57

Un alt protocol dezvoltat este NMEA 2000.

NMEA 2000 este un protocol de semnal bazat pe CAN bus(Controller Area Network).

Acesta permite transmiterea mai multor informatii in acelasi timp fiind si bidirectionale spre deosebire de NMEA 0183 unde informatia este transmisa intr-o singura directie.

Configuratia unei retele NMEA 2000 foloseste cabluri torsadate cu 4 conductoare, doua conductoare pentru semnal si doua conductoare pentru alimentarea retelei. Aceasta rete contine terminatii de capat constand in rezistente de 120kΩ si conectori de splituire a semnalului.

Ca si carateristici aceasta rete poate avea:

Noduri fizice: Până la 50 de conexiuni

Noduri funcționale: Până la 254 de adrese de rețea

Lungime a cablului: Până la 200 de metri (la o viteză de 250 bit)

Tensiune de alimentare 9-16VDC. De aceea aceasta retea este intalnita in general la navele NON SOLAS, unde se poate folosi prin convertoare DC-DC de la 24VDC la 12VDC.

Circuitul simplificat al unei retele NMEA 2000.

Un alt protocol de comunicatii este protocolul Ethernet.

Este un protocol ce incepe sa fie utilizat in aplicatiile navale, din ce in ce mai mult. Nevoia de transmitere a datelor catre tarm a dus la dezvoltare acestui protocol in domeniul naval. Ca o parere personala, conectica acestei retele nu as recomanda-o in domeniul naval.

Aceasta este folosita in principal pentru a conecta diferite echipamente la reteaua de internet a navei pentru a putea fi monitorizate de la tarm.

3.3.1 Elemente componente

In general, in constructia unui pupitru de navigatie se ia in considerare ca majoritatea echipamentelor sa fie de la acelasi producator pentru o interfatare mai usoara a datelor transmise

In construirea unei retele de semnal la bordul navei se iau in considerare urmatoarele:

-Echipamente transmitatoare de semnal

-Echipamente receptoare de semnal

-Tipul de semnal si protocolul de transmisie al emitatorului

-Tipul de semnal si protocolul de transmisie al receptorului

-Numarul de receptoare al aceluiasi tip si protocol de semnal

In functie de aceste date se aleg componentele instalatiei.

Pentru reteaua NMEA 0183

– Distribuitorul de semnal NMEA 0183. Acesta preia semnalul de la un emitator si il distribuie la receptoare. Aceste distribuitoare sunt alimentate in general din sursa emitatorului de semnal.

-Cabluri 2×0,75, ecranate, cu ecranul conectat doar la emitator.

Pentru reteaua NMEA 2000

-Cabluri standard de diferite lungimi cu conectori specifici

-Conectori in forma T pentru distributia semnalului. Numarul lor se alege functie de marimea retelei.

-Terminatii de capat de 120Ω, 0,25W.

3.3.2 Convertoare de semnal

3.3.3 Scheme electrice

Capitolul 4. Instalarea echipamentelor si a retelei electrice

4.1 Montajul echipamentelor

4.2 Instalarea componentelor electrice

4.3 Conectica

Capitolul 5 Calibrari, reglaje si teste de functionare cf. normelor in vigoare

X-protectia echipament impotriva patrunderii corpurilor solide straine

0-neprotejat

16-etans

Y-impotriva patrunderii apei cu effect daunator

0-neprotejat

8-imersie prelungita

C) Rezistenta de izolatie Riz>2MΩ in stare calda

Riz>5MΩ in stare rece

Lista figurilor

Figura 1.1 Schema bloc a conectarii alimentariilor principala si de urgenta catre pupitrul de navigatie.

Figura 1.2 Schema bloc a conectarii alimentariilor principala si de urgenta catre pupitrul de navigatie

Figura 1.3. Schema de alimentare principala a unei instalatii cu doua generatoare

Figura 2.1 Schema bloc a unei instalatii de guvernare cu pilot automat.

Figura 2.2 Schema generala a unei instalatii de telecomanda motor principal.

Figura 2.3 Schema bloc a unei instalatii de adresare publica.

Figura 2.4 Schema bloc a unei instalatii de manevra.

Figura 2.5. Instalatia centralei telefonice.

Figura 2.6 Instalatia de comunicatii prin satelit Fleet Broadband.

Figura 2.7 Schema bloc a unei instalatii de telefoane fara baterii.

Figura 2.8 Consola GMDSS

Figura 2.9 Scema bloc AIS

Figura 2.10. Schema bloc instalatie de lumini navigatie

Figura 2.11. Schema bloc instalatie de lumini navigatie- continuare.

Figura 2.12 Schema bloc a unei unitati RADAR X- Band

Figura 2.13 Girocompasul, schema bloc.

Figura 2.14. Schema bloc sonda ultrason.

Figura 2.15. Loch, schema bloc.

Figura 2.16 Schema generala ECDIS

Figura 2.17. Receptor GPS

Figura 2.18 Receptor GPS Compas

Figura 2.19 Sistemul avertizare incendiu

Figura 2.20 Sistemul avertizare incendiu, continuare

Figura 2.21 Echipamente conectate in sistemul VDR

Figura 2.22 Schema bloc VDR

Lista tabele

Tabelul 1.1. Incarcare maxima admisa pe barele de alimentare

Tabelul 1.2 – Valoarea curentului in functie de diametrul cablului

Tabelul 1.3 Clase diferite de materiale de izolare

Tabelul 2.1 Echipamentele necesare pentru navigatie.