1

Ministerul Aprrii Naionale

Academia Naval Mircea cel Btrn Constana Facultatea de Marin Civil

Catedra Electrotehnic, Comunicaii i Armament Naval

INSTALAII ELECTRICE NAVALE

TUDOR AURELIAN TRAIAN

2010

2

CUPRINS

INTRODUCERE

Obiectivele cursului Concepia curricular Scopul unitilor de nvare Tematica unitilor de nvare Bilbliografie

1. Unitatea de nvare nr. 1 SISTEMUL ELECTROENERGETIC NAVAL 1.1. Clasificarea, structura, condiiile i cerinele de calitate pentru sistemul

electroenergetic naval. 1.2. Clasificarea consumatorilor de energie electric. Alegerea numrului i puterii

generatoarelor electrice.

2. Unitatea de nvare nr. 2 CENTRALE ELECTRICE NAVALE 2.1. Sisteme de excitaie i stingere a cmpului pentru generatoare sincrone. 2.2. Principiile reglrii automate a tensiunii i puterii reactive. Sisteme de

compoundare a generatoarelor sincrone i de reglare automat a excitaiei. 2.3. Sistemul ESEN de excitaie cu tiristoare pentru generatoare sincrone. Distribuia

sarcinii reactive ntre generatoarele sincrone care funcioneaz n paralel. 2.4. Principiile reglrii automate a frecvenei i puterii active. Regulatoare de turaie

cu dou impulsuri, sisteme de reglare a frecvenei n funcie de parametrii generatorului.

2.5. Distribuia sarcinii active ntre generatoare care funcioneaz n paralel. Procedee de cuplare a generatoarelor n paralel. Metode de sincronizare.

2.6. Sincronizarea automat a generatoarelor sincrone: cu unghi constant de anticipare i cu timp constnat de anticipare.

3. Unitatea de nvare nr. 3 DISTRIBUIA ENERGIEI ELECTRICE LA NAVE 3.1. Clasificarea i calculul reelelor electrice. Tabloul principal de distribuie.

4. Unitatea de nvare nr. 4 ACIONAREA ELECTRIC A MECANISMELOR NAVALE DE PUNTE 4.1. Rolul i elementele principale ale instalaiei de ancorare. Diagramele de sarcin

i alegerea electromotoarelor de acionare. 4.2. Scheme electrice de comand cu controler a acionrii cabestanelor de ancor n

curent continuu i curent alternativ. 4.3. Schema electric de comand a acionrii cabestanului de ancor cu relee i

contactoare pentru motor asincron cu 3 viteze. 4.4. Regimul de funcionare pentru vinciurile de ncrcat. Scheme electrice de

comand cu controler a acionrii vinciurilor de ncrcat n curent continuu i curent alternativ.

4.5. Scheme electrice de comand a acionrii vinciurilor de ncrcat (macarale) cu relee i contactoare pentru motoare asincrone cu 2 i 3 viteze.

3

5. Unitatea de nvare nr. 5 ACIONAREA ELECTRIC A CRMEI 5.1. Cerine de registru pentru instalaia de guvernare. Clasificarea i regimurile de

lucru ale mecanismelor de acionare a crmei. Diagrama de sasrcin i alegerea motoarelor electrice.

5.2. Acionarea electric a crmei cu funcionare simpl, prin contactoare cu relee, n curent continuu.

5.3. Acionarea electric a crmei cu funcionare simpl, prin contactoare cu relee, n curent alternativ.

5.4. Acionarea electric a crmelor cu funcionare simpl prin generator-motor. Sisteme de urmrire pentru crme cu funcionare sincronizat.

5.5. acionarea electrohidraulic a crmelor cu funcionare sincronizat. 5.6. Scheme electrice de comand pentru acionarea crmelor cu funcionare

automat. Pilotul automat.

6. Unitatea de nvare nr. 6 ACIONAREA ELECTRIC A POMPELOR, VENTILATOARELOR I COMPRESOARELOR 6.1. Scheme electrice de comand cu pornitoare magnetice pentru: pompa de

utilizri generale, hidrofoare i compresoare.

7. Unitatea de nvare nr.7 AUTOMATIZRI ELECTRICE PENTRU INSTALAIA DE TELECOMAND, PROTECIE I SEMNALIZRI MOTOR PRINCIPAL 7.1. Schema de principiu a instalaiei pneumo-electrice. Elementele schemei i rolul

lor n funcionarea instalaiei. Instalaia de for. Lansarea motorului. Cuplarea reductorului. Funcionarea. Oprirea motorului.

7.2. Schema electric de semnalizare i protecie. Elementele schemei; funcionarea.

8. Unitatea de nvare nr. 8 AUTOMATIZRI ELECTRICE PENTRU CADARINE NAVALE 8.1. Caracteristici generale. Elementele sistemului de automatizare. Pregtirea

pentru pornire. Funcionarea instalaiei n regim automat i manual. 8.2. scheme electrice de semnalizare i protecie a caldarinei.

9. Unitatea de nvare nr. 9 AUTOMATIZRI ELECTRICE PENTRU INSTALAII FRIGORIFICE I DE CLIMATIZARE 9.1. Destinaia instalaiilor frigorifice. Ageni frigorifici. Schema instalaiei

frigorifice de cambuz: elemente componente, pregtirea pentru pornire i pornirea instalaiei.

9.2. Funcionarea n regim automat. Degivrarea. Schema electric de semnalizare i protecie.

10. Unitatea de nvare nr. 10 INSTALAII ELECTRICE DE SEMNALIZARE SPECIFICE NAVALE 10.1. Instalaii de semnalizare specifice navale: telegrafe electrice, axiometre, tahometre, lumini de navigaie.

4

INTRODUCERE

OBIECTIVELE CURSULUI

Rolul cursului de Instalaii Electrice Navale este acela de a studia n mod tiinific, aprofundat i riguros instalaiile electrice montate la bordul navelor,

instalaii de producere i de utilizare a energiei electrice, precum i instalaiile de automatizare aferente lor.

Obiectivele generale urmrite sunt:

1. Descrierea specificului instalaiilor electrice navale n comparaie cu cele terestre.

2. Identificarea categoriilor de instalaii electrice navale. 3. Explicarea principiului de funcionare a diferitelor instalaii electrice navale. 4. Descrierea prilor componenete ale instalaiilor electrice navale i a

procedurilor de pregtire pentru pornirea lor. 5. Analiza procedurilor de pornire a instalaiilor la funcionarea n regim

manual i automat. 6. Dezvoltarea aptitudinilor de a opera cu generatoarele electrice i acionrile

electrice de la bordul navelor.

CONCEPIA CURRICULAR

Lucrarea de fa i propune s completeze pregtirea de specialitate a viitorului ofier maritim- inginer electrotetehnist privind instalaiile electrice navale, innd

cont de condiiile specifice domeniului naval i de cerinele prevzute de regulile registrelor de clasificare a navelor.

Parcurgerea, nelegerea i nsuirea unitilor de nvare se bazeaz pe

cunotinele dobndite n cadrul disciplinelor fundamentale: analiz matematic, matematici speciale, geometrie descriptiv, fizic, bazele electrotehnicii, materiale

electrotehnice, maini electrice, acionri electrice, msurri electrice i electronice, dispozitive i circuite electronice, etc.

Parcurgerea acestei discipline de ctre studeni este necesar pentru o mai uoar

ncadrare a viitorului ofier n echipajul unei nave i pentru scurtarea perioadei de adaptare pe postul de electrician naval. Unitile de nvare trateaz instalaii reale

care sunt montate la bordul navelor. Dup parcurgerea acestei discipline, studenii trebuie s fie n msur s

identifice prile componenete ale instalaiilor electrice de bord, s descrie modul lor

de funcionare, modul de pregtire pentru pornire, s le porneasc, s interpreteze

5

semnalizrile care apar, s ia msurile care se impun i s remedieze defeciunile

care apar.

SCOPUL UNITILOR DE NVARE

Unitile de nvare au fost stabilite astfel nct s ajute cursanii s identifice locul i rolul unor instalaii concrete care sunt montate la bordul navelor, s

acumuleze cunotine noi i s-i formeze deprinderile necesare n vederea exploatrii i ntreinerii instalaiilor electrice navale.

Acest curs vine s aprofundeze algoritmi de calcul al iluminatului la nave, s

ofere noiuni noi care pot fi asimilate, evideniate i puse n valoare n rezolvarea situaiilor practice pe care le poate ntlni n efectuarea serviciului la bordul navei.

Ca disciplin de nvmnt, Instalaiile electrice de bord sunt prezente n toate planurile de nvmnt ale Academiei Navale Mircea cel Btrn, ceeace denot importana disciplinei n pregtirea viitorilor ofieri de marin.

TEMATICA UNITILOR DE NVARE

Unitatea de nvare nr.1 Sistemul electroenergetic naval

Unitatea de nvare nr.2 Centrale electrice navale

Unitatea de nvare nr.3 Distribuia energiei electrice la nave Unitatea de nvare nr.4

Acionarea electric a mecanismelor navale de punte Unitatea de nvare nr.5

Acionarea electric a crmei Unitatea de nvare nr.6 Acionarea electric a pompelor, ventilatoarelor i compresoarelor

Unitatea de nvare nr.7 Automatizri electricepentru instalaia de telecomand, protecie i semnalizri

motor principal Unitatea de nvare nr.8

Automatizri electrice pentru caldarine navale

Unitatea de nvare nr.9 Automatizri electrice pentru instalaii frigorifice i de climatizare

Unitatea de nvare nr.10 Instalaii electrice de semnalizare specifice navale

6

BIBLIOGRAFIE 1. NANU D. Sisteme electroenergetice Navale, Editura Muntenia,

Constana, 2004. 2. NANU D. Acionarea electric a mecanismelor navale, Editura

Muntenia, Constana, 2004. 3. NANU D. Automatizri electrice navale, Editura Muntenia,

Constana,2001 4. CLUEANU D,

STAN ST. Instalaii electrice la bordul navelor, Editura tehnic, Bucureti, 1981.

5. BEJA, BALABAN Automatizri n electroenergetic 6. HAIDUCU V. Acionri electrice navale, Editura Transport,

Moscova,1974 7. RAJDENCO ndrumarul electricianului naval, Editura Transport,

Moscova, 1978 8. FREIDZON I.R. Acionarea electric a mecanismelor navale, Editura

tehnic, 1979.

7

Unitatea de nvare nr.1

SISTEMUL ELECTROENERGETIC NAVAL

CUPRINS

1.1 Clasificarea, structura, condiiile i cerinele de calitate pentru sistemul

electroenergetic naval. 1.2 Clasificarea consumatorilor de energie electric. Alegerea numrului i puterii

generatoarelor electrice. OBIECTIVE

- de a explica rolul i importana sistemului electroenergetic de pe o nav precum i specificitatea lui n comparaie cu sistemul energetic naional;

- de a defini structurile diferitelor tipuri de sisteme electroenergetice navale; - de a descrie regimurile de funcionare a generatoarelor i a consumatorilor de

energie electric;

- de a rezuma modul de calcul privind alegerea numrului i puterii generatoarelor electrice instalate pe o nav.

1.1 Structura i clasificarea SEN

Sistemul electroenergetic naval (SEN) cuprinde totalitatea instalaiilor i

echipamentelor electrice de la bordul navei destinate pentru producerea, transformarea i distribuia energiei electrice destinat alimentrii consumatorilor de energie electric de la bordul nave i.

Structura SEN conine: surse de energie electric, linii de transport a energiei electrice, tablouri de distribuie i convertizori de energie electric.

Consumatorii de energie electric nu fac parte din SEN, acetia au particulariti specifice i sunt tratai separat.

Pe nave, n calitatea de surse de energie electric, se folosesc generatoarele de

curent continuu i curent alternativ acionate de motoare diesel sau turbine precum i bateriile de acumulatoare. Liniile de transport a energiei electrice se realizeaz cu

cabluri electrice sau cu bare conductoare. Tablourile de distribuie reprezint construcii destinate pentru conectarea liniilor de transport a energiei electrice n vederea distribuirii acesteia la mai muli consumatori. n calitatea de convertizori se

folosesc transformatoarele, redresoarele .a. Tabloul de distribuie la care sunt cuplate sursele de energie electric i reelele

electrice de putere, se numete tabloul principal de distribuie, TPD.

8

Sursele de energie electric mpreun cu tabloul principal de distribuie formeaz

centrala electric a navei. Liniile de transport a energiei electrice mpreun cu tablourile de distribuie

constituie reeaua electric a navei.

Clasificarea SEN se face, n general, dup trei criterii: 1) dup numrul centralelor electrice care compun SEN;

2) n funcie de legtura dintre SEN i sistemul energetic de putere destinat pentru propulsia navei;

3) n funcie de sistemul de distribuie al energiei electrice.

Dup primul criteriu SEN pot fi: cu una, dou, trei i mai multe centrale electrice; dup al doilea, pot fi: autonome, cu preluarea parial a puterii de la

sistemul energetic principal i unitare cu sistemul energetic principal; dup al treilea, sistemul de distribuie poate fi: radial, magistral i mixt.

SEN autonome sunt independente de sistemul energetic al navei i dispun de

surse separate de energie electric, diesel generatoare sau turbogeneratoare, tablou principal de distribuie, tablouri de distribuie, transformatoare, redresoare, tablou de

legtur cu malul i linii de distribuie a energiei electrice. Dup primul criteriu de clasificare SEN autonome pot fi cu una, dou, trei i mai multe centrale electrice. n figura 1.1. se prezint trei variante.

SEN cu o singur central electric de baz se folosete, de regul, pe nave mici de transport care navig pe ape interioare sau n apropierea coastei.

Pe nave mari de transport, de pasageri, sprgtoare de ghea sau nave militare, se folosete SEN cu dou centrale electrice de baz dispuse n compart imente separate. O asemenea variant, prezentat n figura 1.1.b, rspunde mai bine

cerinelor de vitalitate ale navei prin mrirea siguranei n alimentarea cu energie electric a consumatorilor. Cele dou centrale electrice de baz sunt interconectate

prin linii de transmisie a energiei electrice, existnd posibilitatea transmiterii acesteia n ambele sensuri. n acest fel, n cazul unui consum redus, este posibil ca acesta s fie asigurat de funcionarea unei singure centrale.

Varianta cu dou centrale electrice de baz este mai complicat i mai scump. Aceast variant este justificat pentru nave mari la care puterea

electric necesar alimentrii consumatorilor este mare i pentru acoperirea acesteia sunt necesare mai multe grupuri diesel generatoare. Repartizarea puterii electrice totale pe dou centrale conduce la micorarea valorii curenilor de

scurtcircuit sub valorile admise de puterea de rupere a ntreruptoarelor automate. De exemplu, pentru o central electric cu puterea 3000 KW i

tensiunea 400 V, intens itile curenilor de scurtcircuit pot ajunge la valori 100 200 kA, ceea ce corespunde limitei maxime a puterii de rupere pentru ntreruptoarele automate folosite n prezent. n astfel de cazuri, rezolvarea const

9

n mprirea puterii totale pe dou centrale electrice de baz sau folosirea a dou

rnduri de bare pe care se repartizeaz egal grupurile diesel generatoare.

Fig. 1.1 Schema electric structural a SEN autonome

a cu o singur central electric de baz; b cu dou centrale electrice de baz;

c cu o central electric de baz i cu o central electric de

avarie.

T /D turbin sau diesel;G1G6 generatoare; TPD, TPD1,

TPD2 tablouri principale de distribuie; TD1TD4 tablouri de distribuie; TLM tablou de legtur cu malul; TDA tablou

de distribuie de avarie; GA generator de avarie; C consumatori de energie electric.

10

SEN este complet autonom, dac n compunerea sa intr numai diesel generatoare. n cazul n care se folosesc turbogeneratoare este necesar ca mpreun cu acestea s se instaleze i diesel generatoare folosite ca rezerv sau pentru

regimul de staionare, ntruct turbogeneratoarele cu turbin cu abur pot funciona numai n mar, atunci cnd este n funciune caldarina. n acelai timp,

turbogeneratoarele necesit mai mult timp de pregtire pentru intrarea n funciune i ncrcarea n sarcin, comparativ cu diesel generatoarele.

Indiferent de numrul centralelor electrice de baz, conform regulilor registrului

de clasificare pe nave mari de transport i ale flotei tehnice trebuie s existe i o central electric de avarie (figura 1.1.c). Centrala electric de avarie este conectat cu

una din centralele electrice de baz i n regimul normal energia electric se transmite de la centrala electric de baz la tabloul de distribuie de avarie TDA al centralei electrice de avarie. La dispariia tensiunii de la barele centralei electrice de baz se d

semnalul pentru pornirea automat a diesel generatorului de avarie i se conecteaz aceast surs la barele tabloului TDA. n acest fel, se asigur alimentarea nentrerupt

a consumatorilor conectai la centrala electric de avarie, care sunt importani pentru sigurana navei. Centrala electric de avarie se dispune pe nav n afara zonei inundabile, adic deasupra punii principale.

De asemenea, SEN conine, n toate cazurile, un tablou de legtur cu malul, TLM, prin intermediul cruia se realizeaz primirea energiei electrice de la mal atunci

cnd nava staioneaz n port, la dan. n unele situaii, prin acelai tablou se poate transmite energie electric de la bordul navei la reeaua electric de la mal sau la o alt nav.

SEN cu preluarea parial a puterii de la sistemul energetic de putere folosete o parte din puterea turbinelor sau dieselelor care aparin sistemului energetic

principal de propulsie al navei pentru antrenarea unuia sau mai multor generatoare electrice. Preluarea parial a puterii de la sistemul energetic se poate realiza n dou variante prezentate n figura 1.2., astfel

a) folosirea generatoarelor de ax, Gax, antrenate printr-un mecanism de transmisie de axul portelice;

b) utilizarea cldurii gazelor de evacuare de la motorul principal, MP,

pentru funcionarea unei caldarine recuperatoare, CR, care asigur aburul

necesar funcionrii unui turbogenerator de recuperare. Prima variant se poate folosi att la nave cu propulsie diesel, ct i la cele cu

propulsie cu turbin cu abur; cea de-a doua variant se poate aplica numai la nave cu propulsie diesel.

11

Fig. 1.2 Schemele electrice structurale ale SEN

cu preluarea parial a puterii de la sistemul energetic a cu generator de ax; b cu utilizarea turbogeneratorului.

D diesel;Gax generator de ax; MP motor principal; T turbin;

CR caldarin recuperatoare; C consumatori de energie electric Aplicarea sistemelor prezentate este oportun la nave care navig timp

ndelungat cu vitez constant sau cu variaii mici ale vitezei (n limitele de la toat viteza la jumtate). n astfel de cazuri, folosirea generatoarelor de ax

sau turbogeneratoarelor de recuperare ofer posibilitatea scurtrii duratei de funcionare a surselor autonome de energie electric (diesel generatoare sau turbogeneratoare) i micoreaz costul energiei electrice. De asemenea, folosirea

generatoarelor de ax permite reducerea numrului surselor autonome i micoreaz preul de cost al centralei electrice. Utilizarea turbogeneratoarelor de

recuperare necesit instalaii costisitoare care se amortizeaz n timp ndelungat (n decurs de civa ani) pe seama reducerii cheltuielilor de exploatare.

Principalul neajuns al sistemului cu preluarea parial a puterii l constituie

dependena acestuia de vitezele navei. La folosirea generatorului de ax, schimbarea vitezei navei, adic schimbarea vitezei de rotaie a arbore lui

portelice, nseamn schimbarea vitezei de rotaie a generatorului i are ca rezultat modificarea parametrilor tensiune i frecven ai generatorului de ax care se micoreaz de la valoarea nominal corespunztoare mersului cu toat viteza

pn la anulare la punerea motorului principal n poziia stop. Acest regim de funcionare al generatorului de ax face, pe de o parte,

imposibil funcionarea acestuia n paralel cu generatoarele autonome, iar pe de alt parte, atunci cnd motorul principal se pune n pozi ia stop este necesar s se asigure conectarea rapid a sursei de energie electric de rezerv.

Stabilizarea parametrilor de ieire ai generatorului de ax i crearea condiiilor de funcionare n paralel se poate obine prin folosirea unor convertizori speciali

12

de energie electric sau instalaii care s asigure turaia constant a

generatoarelor atunci cnd turaia arborelui portelice se modific. Utilizarea turbogeneratoarelor de recuperare asigur meninerea stabil a

parametrilor de ieire ai generatorului i deci permite funcionarea n paralel cu

generatoarele autonome. Stabilitatea parametrilor de ieire este dat de ineria sistemului termic i de posibilitatea reglrii consumului de abur. Dup punerea

mainii n pozi ia stop sistemul poate continua s funcioneze circa 520 minute.

n prezent, SEN cu generatoare de ax cunosc o larg rspndire la nave care

folosesc pentru propulsie elici cu pale orientabile i ca urmare turaia motoarelor principale se menine constant pentru toate regimurile de mar. Din aceast

categorie fac parte unele nave fluviale, cteva nave de transport i nave tehnice. SEN unitar cuprinde totalitatea surselor de energie electric, tablourile de

distribuie a energiei electrice i, de asemenea, motoarele electrice de acionare a

axelor portelice mpreun cu aparatele de pornire i comand ale acestora. Structura unui asemenea sistem este prezentat n figura 1.3.

Fig. 1.3 Schema electric structural a SEN unitar

PC post de comanda pornirii i reglrii turaiei (convertizori); M1, M2 motoare electrice pentru acionarea axelor portelice.

SEN unitar se folosete la macaralele plutitoare, drgi cu cupe pentru spat pe

fundul mrii i alte nave ale flotei tehnice la care n perioada de staionare puterea

surselor de energie este folosit n principal pentru asigurarea acionrii utilajelor tehnologice, iar pentru deplasare se folosete o parte din aceast putere. SEN

unitar se utilizeaz, de asemenea, la unele nave sprgtoare de ghea, industriale i alte tipuri de nave la care exist compatibilitate ntre cerinele corespunztoare propulsiei electrice i SEN autonome. n acest sens propulsia cu elice cu pas

reglabil ofer condiii favorabile, ntruct motoarele electrice de propulsie funcioneaz cu turaie constant i ca urmare se pot menine constani parametrii

13

tensiune, frecven ai surselor de energie electric, ceea ce permite alimentarea

concomitent i a celorlali consumatori de energie electric de la bordul navei.

1.2 Scheme structurale ale centralelor electrice din SEN

Schemele structurale ale centralelor electrice din compunerea SEN trebuie s

prevad: 1) funcionarea n paralel a generatoarelor din compunerea centralei

electrice;

2) posibilitatea de separare a generatoarelor (grupurilor de generatoare) realizat prin conectarea acestora la secii de bare separate;

3) protecia generatoarelor i liniilor de transport a energiei electrice n cazul apariiei unor regimuri anormale de lucru;

4) posibilitatea primirii alimentrii de la mal sau de la alte nave;

5) sisteme de comand pentru trecerea centralei electrice de la un regim de lucru la altul;

6) efectuarea reviziilor periodice i reparaiilor TPD prin scoaterea de sub tensiune pe poriuni;

7) posibilitatea de execuie a TPD pe secii care se asambleaz la bordul

navei; 8) reducerea la minimum a gabaritelor i masei TPD.

n momentul actual, de regul, la proiectarea centralelor electrice se prevede

funcionarea n paralel a generatoarelor pe un sistem de bare. Sistemul de bare unic

este mprit pe secii cuplate ntre ele cu aparate de conectare (separatoare sau ntreruptoare) astfel nct, n unele cazuri, este posibil separarea generatoarelor

sau anumitor secii de consumatori pentru executarea unor lucrri de revizii periodice.

n figura 1.4. se prezint schema structural a unei centrale electrice cu un sistem

de bare mprit n cinci secii. La seciile I, II, III sunt conectate generatoarele G1, G2, G3 i o parte din

consumatorii mari de energie electric. La secia IV sunt conectai consumatorii care funcioneaz n regimul de staionare al navei. n condiiile n care nava staioneaz n port, aceti consumatori pot fi alimentai de la mal prin tabloul de

legtur cu malul TLM. La secia V se conecteaz consumatorii care funcioneaz la tensiunea de 220 V: iluminat, semnalizri, aparate de uz

gospodresc (cambuza). Seciile tabloului pot fi cuplate sau separate prin intermediul ntreruptoarelor sau separatoarelor de bare. Pentru funcionarea n paralel a generatoarelor se nseriaz seciile de bare I, II i III prin nchiderea

separatoarelor (ntreruptoarelor) a1 i a2, iar pentru funcionarea individual se

14

deschid separatoarele i fiecare generator transmite energia electric numai la

sistemul lui propriu de bare. Prin manevrarea separatoarelor a1, a2 se po t stabili i alte regimuri, astfel: funcionarea n paralel a generatoarelor G1, G2 i individual a generatorului G3 (se nchide a1 i se deschide a2); funcionarea n paralel a

generatoarelor G2,G3 i individual a generatorului G1(se deschide a1 i se nchide a2)

Fig. 1.4 Schema structural a centralei electrice cu un sistem de bare Pentru funcionarea n paralel a generatoarelor se nseriaz seciile de bare I,

II i III prin nchiderea separatoarelor (ntreruptoarelor) a1 i a2, iar pentru funcionarea individual se deschid separatoarele i fiecare generator transmite

energia electric numai la sistemul lui propriu de bare. Prin manevrarea separatoarelor a1, a2 se pot stabili i alte regimuri, astfel: funcionarea n paralel a generatoarelor G1, G2 i individual a generatorului G3 (se nchide a1 i se deschide

a2); funcionarea n paralel a generatoarelor G2, G3 i individual a generatorului G1 (se deschide a1 i se nchide a2).

n figura 1.5. este prezentat schema structural a centralei electrice cu dou sisteme de bare.

15

Fig. 1.5 Schema structural a centralei electrice cu dou sisteme de bare Fiecare sistem de bare cu ajutorul separatoarelor a1, a2 poate fi mprit n dou

secii. Consumatorii de energie electric sunt mprii egal ntre cele dou sisteme de bare. Schema prezentat asigur nalte caliti de manevrabilitate. Dezavantajul

const n dublarea numrului de ntreruptoare automate pentru generatoare n aa fel nct s fie posibil conectare fiecrui generator la oricare din cele dou sisteme de bare. La o asemenea schem se recurge n cazul n care puterea total a

generatoarelor care lucreaz n paralel depete puterea de rupere la scurtcircuit a ntreruptoarelor. Distribuia puterii totale a centralei pe dou sisteme de bare reduce valoarea curenilor de scurtcircuit la valori admisibile pentru puterea de rupere a

ntreruptoarelor automate de construcie obinuit.

1.3 Condiii de exploatare a SEN Condiiile de exploatare sunt definite de totalitatea mrimilor fizice

constituite de factorii externi care acioneaz asupra funcionrii sistemului i prilor lui componente. Condiiile de exploatare pentru SEN sunt caracterizate

de aciunea urmtorilor factori: - oscilaii de ruliu i tangaj; - vibraii ale corpului navei produse n principal de funcionarea elicelor,

precum i a motoarelor de la bord; - ocuri create de loviturile valurilor, gheurilor sau alte obiecte;

- valori nalte ale umiditii relative i temperaturii aerului; - prezena vaporilor de produse petroliere; - stropi de ap, acoperirea cu ghea i radiaii solare.

16

Influena acestor factori externi trebuie avut n vedere la realizarea SEN i

componentelor sale (maini electrice, aparate electrice, cabluri .a.). Pentru a lucra n aceste condiii de exploatare, echipamentele electrice navale se construiesc special pentru aceast destinaie. n toate rile, construciile navale, tehnica care se

monteaz la bord i supravegherea exploatrii se realizeaz dup regulile unui registru de clasificare. n Romnia, Registrul Naval Romn (RNR) reprezint

organul de stat pentru clasificarea navelor. n practic se folosesc i registrele altor ri. n general, pentru c se refer la nave care sunt exploatate n aceleai condiii, ntre registrele de clasificare ale diferitelor ri nu sunt deosebiri semnificative.

Conform normelor RNR, instalaiile, mainile i sistemele care compun SEN trebuie s fie astfel realizate nct s se asigure funcionarea normal a acestora n

urmtoarele condiii de exploatare:

- umiditatea relativ a aerului 75% la temperatura de 45C, sau 80% la

40C, sau 95% la 25C;

- band permanent n orice bord pn la 15 i asiet de durat pn la 5;

- ruliu pn la 22,5 cu perioada 7 9 secunde i tangaj pn la 10;

- vibraii cu frecvene de la 2 Hz la 13,2 Hz cu amplitudinea deplasrii 1

mm, iar la frecvene de la 13,2 Hz la 80 Hz cu acceleraia 0,7 g;

- ocuri cu acceleraia 3 g i frecvene de la 40 la 80 lovituri pe minut; - schimbarea temperaturii mediului nconjurtor, n cazul navigaiei n

raioane nelimitate, de la -50C la +50C;

- prezena srii n apa de mare (pn la 4%) i n aerul maritim (pn la 6 mg /m3);

- prezena vaporilor de ulei i alte produse petroliere n ncperile navei, de la 5 la 20 mg /m3.

1.4 Cerine privind calitatea energiei electrice produs de SEN

Indicatorii dup care se apreciaz calitatea energiei electrice furnizat de SEN sunt:

1. Abaterea permanent a tensiunii fa de valoarea normal, pU . Se exprim

ca diferen ntre tensiunea real furnizat, U , i valoarea ei nominal, nU ,

raportat la tensiunea nominal i exprimat n procente.

%100U

UUU

n

np

(1.1)

17

2. Abaterea permanent a frecvenei, pf , fa de valoarea nominal. Se

calculeaz ca diferen ntre frecvena real furnizat, f , i valoarea ei nominal, nf ,

raportat la frecvena nominal i exprimat n procente.

%100f

fff

n

nn

(1.2)

3. Coeficientul de nesimetrie al tensiunii pentru frecvena de baz n curent

alternativ trifazat. Exprim n procente diferena dintre valoarea maxim, maxU , i

minim, minU , a tensiunii raportat la valoarea nominal, nU .

%100U

UUk

n

minmax

Unesim

(1.3)

4. Factorul de distorsiune, exprim abaterea de la unda sinusoidal a tensiunii i se definete ca fiind raportul, exprimat n procente, dintre reziduul deformant (valoarea efectiv corespunztoare armonicelor superioare) i valoarea efectiv a

fundamentatei.

%100U

U

k1

2

2

sin.nes

(1.4)

5. Abaterea de scurt durat a tensiunii, sdU , definit ca diferena ntre

valoarea minim, minU , sau maxim, maxU , i valoarea nominal a tensiunii, nU , n

regim tranzitoriu, raportate la tensiunea nominal i exprimate n procente.

%100U

UUU

n

nminsd

(1.5)

%100max

n

nsd

U

UUU

(1.6)

6. Abaterea de scurt durat a frecvenei n curent alternativ, sdf , definit ca

diferena ntre valorile minim sau maxim ale frecvenei n regim tranzitoriu

raportate la frecvena nominal i exprimate n procente.

%100f

fff

n

nminsd

(1.7)

18

%100f

fff

n

nmaxsd

(1.8)

7. Coeficientul de pulsaie al tensiunii redresate definit ca:

a) raportul ntre amplitudinile armonicelor joase ale componentelor de curent

alternativ, U , i valoarea medie a tensiunii redresate, medU .

%100m ed

pulsatieU

Uk

(1.9)

b) raportul ntre diferena valorilor instantanee maxim i minim ale

tensiunii redresate pe o semiperioad i valoarea medie a tensiunii redresate, exprimat n procente.

%100U

UUk

med

minmaxpulsatie

'

(1.10)

c) raportul ntre valoarea efectiv a componentelor de curent alternativ (se iau

n calcul toate componentele armonici), d~U , i valoarea medie a tensiunii redresate.

%100U

Uk

med

d~''

pulsat ie (1.11)

d) raportul ntre diferena valorilor instantanee maxim i minim ale

tensiunii redresate i suma acestora calculat pe o semiperioad i exprimat n procente.

%100UU

UUk

minmax

minmax'''

pulsatie

(1.12)

Dintre indicatorii de calitate ai energiei electrice, prezint importan practic

mai deosebit, urmtorii: abaterea tensiunii i frecvenei, nesimetria tensiunilor i abaterea de la forma sinusoidal.

Abaterea tensiunii i frecvenei n raport cu valorile nominale poate fi pozitiv

sau negativ. n regimul permanent sau de scurt durat al SEN, semnul abaterii frecvenei poate fi diferit de cel al tensiunii. La stabilirea regimului permanent

abaterea frecvenei este aceeai pentru toi consumatorii alimentai de SEN. n acelai timp, abaterea tensiunii pentru consumatorii din apropierea tabloului principal de distribuie, TPD, este cu semnul plus, iar pentru cei mai ndeprtai cu

semnul minus.

19

Scderea tensiunii la bornele mainilor electrice conduce la micorarea

momentelor de rotaie i pentru o sarcin constant crete valoarea curentului care poate ajunge la valori pentru care, sub aciunea proteciei de suprasarcin, motorul este deconectat. De asemenea, la scderea tensiunii se micoreaz iluminatul

lmpilor, iar la creterea tensiunii se reduce durata de funcionare a acestora. Scderea frecvenei tensiunii de alimentare a motoarelor asincrone duce la

reducerea turaiei i, ca urmare, a productivitii mecanismelor antrenate de acestea. La micorarea frecvenei cresc valorile curenilor spre consumatori pe seama mririi curenilor de magnetizare ai transformatoarelor i micorrii reactanelor inductive

n circuitele interioare din compunerea acestora. Pentru obinerea unei caliti corespunztoare a energiei electrice, conform

registrului de clasificare RNR, limitele maxime admise ale abaterilor tensiunii i frecvenei sunt:

- abaterea permanent i de scurt durat a tensiunii

secunde 5 de timp % 30 -

secunde 1,5 de timp %20U%;10U sdp

(1.13)

- abaterea permanent i de scurt durat a frecvenei

secunde 5 de timp %10f%;5f sdp (1.14)

Nesimetria tensiunilor n sistemele trifazate este cauzat n principal de conectarea la SEN a consumatorilor monofazai i apare ca urmare a valorilor

inegale a curenilor pe cele trei faze. Consumatorii trifazai simetrici, care constituie majoritatea la bordul navei, contribuie la reducerea nesimetriei tensiunilor.

Forma nesimetric a tensiunilor conduce la apariia n SEN i la consumatori a

componentelor armonice cu frecvene mai mari de 50 Hz a cror prezen mrete pierderile de putere i duce la nclzirea suplimentar a cablurilor, motoarelor i

generatoarelor electrice. Indicele de calitate corespunztor pentru nesimetria tensiunilor se obine din

condiia Registrului de clasificare care admite nesimetria curenilor de sarcin ai

generatoarelor de maximum 10%. Corespunztor acestei valori coeficientul de

nesimetrie al tensiunii, U.nesimk , este aproximativ 3%.

Abaterea de la forma sinusoidal poate fi generat de factori interni, care aparin

generatoarelor, sau externi produi de consumatorii de energie electric. De regul, influena factorilor interni este redus i nesimetria tensiunilor datorat acestora nu

depete 25%. n acelai timp, n anumite situaii, la funcionarea generatoarelor

cu ncrcarea nominal se poate ajunge la o valoare a nesimetriei tensiunilor pn la 20%, generat n principal de sarcinile neliniare care constituie factorii externi.

Atunci cnd la bornele unui generator de tensiune sinusoidal sunt conectate rezistene neliniare, curentul consumat este de form nesinusoidal i cderile de

20

tensiune ale armonicelor superioare ale curentului schimb forma curbei tensiunii n

sistem. Dintre consumatorii de la bordul navei, convertoarele statice de energie electric

solicit din reea cureni nesinusoidali i constituie principala sarcin neliniar a

reelei. Denaturarea tensiunii produs de convertoarele statice de energie depinde de schema folosit, de adncimea reglrii, de caracterul sarcinii, de parametrii surselor

de energie electric de pe nav i, de asemenea, de raportul dintre puterea surselor navei i puterea convertoarelor statice din sistem.

Abaterea de la forma sinusoidal mai mare de 10% poate produce nclzirea

suplimentar a generatoarelor i electromotoarelor i, ca urmare, este necesar scderea puterii i a sarcinii. De asemenea, denaturarea tensiunilor micoreaz

precizia n funcionare a sistemelor automate de reglare i comand a generatoarelor ceea ce poate duce la perturbarea funcionrii acestora.

Din aceste considerente, conform normelor registrului de clasificare, abaterea de

la forma sinusoidal nu trebuia s depeasc 5% din valoarea de vrf a fundamentalei.

Normele de calitate a energiei electrice stabilite de Registrul naval prevd cerine att pentru sursele de energie electric ct i pentru consumatorii de energie electric. Aceste norme determin pe de o parte condiiile n care consumatorii

trebuie s funcioneze normal, iar pe de alt parte cerine pentru SEN ca sistem de producere a energiei electrice capabil s asigure alimentarea consumatorilor n toate

regimurile de exploatare ale navei. a) Cerine pentru generatoare: - asigurarea calitii normale a energiei electrice n regim de mers n gol i n

regim stabil de durat cu sarcin simetric constant i la factorul de putere nominal;

- aciunea rapid a sistemelor de reglare automat pentru a restabili n timp scurt parametrii energiei electrice n limitele stabilite de norme atunci cnd apare variaii de sarcin, nesimetrii, abateri de la forma sinusoidal i

pulsaii ale curentului de sarcin. b) Cerine pentru consumatori:

- funcionarea normal a acestora n condiiile n care parametrii energiei electrice aplicat la borne sunt n limitele normelor de calitate;

- micorarea influenei consumatorilor la deteriorarea calitii energiei

electrice, reducerea nesimetriei, reducerea abaterilor de la forma sinusoidal i a pulsaiilor curenilor consumai.

21

1.5 Parametrii de baz ai centralelor electrice: felul curentului,

tensiunea i frecvena Alegerea felului curentului

Nava reprezint o construcie autonom care are un sistem electroenergetic propriu i, ca urmare, din faza iniial a proiectrii trebuie s se rezolve problema

alegerii felului curentului care poate fi: curent continuu sau curent alternativ. De alegerea felului curentului depind proprietile i particularitile sistemului electroenergetic. O alegere corect a felului curentului pentru o nav dat se face pe

baza comparrii tehnico-economice a efectelor folosirii curentului continuu sau curentului alternativ.

Istoria construciilor navale arat c la nceput pentru electrificarea navelor s-a folosit cu preponderen curentul continuu. Din experiena exploatrii mainilor de curent continuu rezult c defeciunile la colector i perii reprezint circa 40% din

totalul defeciunilor acestor electromotoare. De asemenea, existena unor pri deschise conductoare de curent (colectorul i periile) mrete gradul de pericol i

constituie sursa principal de parazii radio n reeaua de distribuie a energiei electrice.

O dat cu creterea gradului de electrificare al navelor s-a mrit considerabil

numrul mecanismelor acionate cu motoare electrice, a crescut puterea centralelor electrice i au nceput s se manifeste neajunsurile proprii acionrilor electrice n

curent continuu. n curent continuu, n calitatea de motor de execuie, se folosete de regul

motorul electric cu excitaie mixt i mai rar cele cu excitaie derivaie sau

independent. n curent alternativ motorul electric cu utilizarea cea mai mare este motorul asincron cu rotor n scurtcircuit i mai rar se folosesc motorul asincron cu

rotor bobinat (fazic) i motorul sincron. Spre deosebire de motorul de curent continuu, motorul asincron cu rotorul n

scurtcircuit are o construcie cu mult mai simpl, ceea ce i confer o siguran sporit

n funcionare. Comparativ cu motorul asincron, prezena colectorului i a periilor la motoarele de curent continuu conduce la creterea masei cu circa 30-40%, a

gabaritelor cu 20-30% i a preului de cost de circa 2-3 ori. De asemenea, randamentul motoarelor de curent continuu este cu cteva procente inferior randamentului motoarelor asincrone cu rotor n scurtcircuit.

Treptat, avantajele folosirii curentului alternativ au devenit tot mai evidente i numrul navelor electrificate n curent alternativ trifazat a crescut meninndu-se

pentru o anumit perioad i construcia navelor electrificate n curent continuu. Un exemplu l constituie seria de cargouri de 4500 tdw realizat n anii 70 i electrificat n curent continuu.

22

Trecerea la folosirea curentului alternativ a fost impulsionat de perfecionarea

sistemelor automate de reglare pentru generatoarele sincrone, ceea ce a determinat mbuntirea performanelor acestora n ceea ce privete meninerea constant a parametrilor: tensiune, frecven, la variaia sarcinii i funcionarea stabil a acestora

la cuplarea n paralel, precum i de apariia a noi tipuri de motoare asincrone cu performane superioare.

n ceea ce privete aparatura de comand a motoarelor electrice i n acest caz avantajele sunt de partea curentului alternativ, ntruct aparatura de comand a acionrilor electrice n curent alternativ este mai simpl i mai sigur n funcionare.

De exemplu, pentru motoare electrice care nu necesit reglarea turaiei comanda motorului asincron se face cu un pornitor magnetic realizat simplu cu un contactor i

relee termice, iar pentru un motor de curent continuu se folosete un reastat de pornire n care se include contactorul i releul de curent.

Sistemul de distribuie a energiei electrice, n ceea ce privete masa i gabaritele

cablurilor, este cu cteva procente mai mare n curent alternativ, comparativ cu curentul continuu, deoarece folosete cabluri cu trei conductoare n locul celor cu

dou conductoare. Avantajul distribuiei energiei electrice n curent alternativ const n faptul c ofer posibilitatea separrii reelei de iluminat de reeaua de for prin alimentarea acesteia de la un transformator cu raportul de transformare de 380 V

/220 V. Scderea rezistenei de izolaie care se manifest preponderent n reeaua de iluminat, n acest caz, nu influeneaz nemijlocit asupra strii generale a izolaiei

reelei navei. n curent continuu, separarea reelei de iluminat nu este posibil i scderea rezistenei de izolaie a acesteia afecteaz rezistena de izolaie a ntregii reele de distribuie a energiei electrice pe nav.

n privina posibilitilor de reglare a turaiei, pentru cele dou tipuri de motoare, acestea rezult din expresiile turaiilor n funcie de ceilali parametrii ai motoarelor

i reelelor electrice de alimentare. Pentru motorul de curent continuu

eK

RIUn (1.15)

n care: U tensiunea reelei de alimentare, [V]

I curentul n nfurarea rotorului, [A]

R rezistena nfurrii rotorului nseriat cu rezistena reastatului, [ ]

eK constant care depinde de datele constructive ale motorului

fluxul cmpului magnetic creat de

nfurarea de excitaie, [Wb]

23

Din relaia (1.15) rezult c turaia motorului de curent continuu se poate regla prin: modificarea rezistenei R cu ajutorul reastatului montat n serie cu nfurarea rotorului; modificarea fluxului cu reastatul montat n circuitul nfurrii de

excitaie i prin modificarea tensiunii U a sursei de alimentare n sistemul

generator-motor sau redresor comandabil-motor. De asemenea, se folosete uneori reglarea combinat prin modificarea a doi parametrii ceea ce d posibilitatea reglrii

turaiei n domeniu larg, n gama 1000 1 i mai mare. Pentru motorul asincron

s1p

f60n (1.16)

n care: f - frecvena reelei de alimentare, Hz p - numrul perechilor de poli

s - alunecarea rotorului. Turaia motoarelor asincrone, conform relaiei (1.16) se poate regla prin

modificarea frecvenei, a numrului de poli sau a alunecrii s (alunecarea se poate

modifica prin introducerea unor rezistene n circuitul rotorului, procedeu posibil numai pentru motoarele asincrone cu rotor bobinat).

n practic, toate aceste procedee sunt limitate. Schimbarea frecvenei corelat cu modificarea tensiunii pentru a menine valoarea cuplului este posibil numai n cazul folosirii unei surse separate pentru alimentarea motorului asincron (generator

sincron separat sau convertoare de frecven). Procedeul este eficient din punct de vedere economic pentru puteri mari i se aplic la propulsia e lectric a navei cu

motor asincron sau sincron. Reglarea prin schimbarea numrului de perechi de poli este aplicat numai la motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit prin aezarea pe stator a mai multor nfurri cu numr de poli diferii sau a unor nfurri

comutabile. Asemenea motoare se numesc motoare cu mai multe viteze i asigur

reglarea turaiei n trepte cu raportul 2 1; 3 1; 4 2 1 .a.

Analiza comparativ a celor dou tipuri de motoare din punct de vedere al posibilitilor de reglare a vitezei arat c n acest domeniu motoarele de curent

continuu au proprieti mai bune. Experiena proiectrii navelor arat c cea mai mare parte a acionrilor electrice

instalate pe nav nu necesit reglarea turaiei, cum ar fi: pompele, separatoarele,

ventilatoarele, compresoarele .a. O parte mic a acionrilor electrice poate fi realizat cu reglarea n trepte a turaiei, ca de exemplu: cabestanul (vinciul) de ancor, cabestane (vinciuri) de manevr, vinciuri de ncrcare, macarale de 3-5 t.,

unele ventilatoare. Pentru toate aceste acionri se poate folosi cu rezultate foarte bune motorul asincron cu rotor n scurtcircuit cu turaie fix sau cu turaie reglabil

n trepte. O parte foarte mic a acionrilor electrice necesit reglarea turaie i lin i

24

n domeniu larg, cum ar fi: traulere pentru nave de pescuit, vinciuri de remorcare,

macarale de capacitate mare. Aceast prezentare justific folosirea sistemului electroenergetic trifazat pe

majoritatea navelor. Pentru cele cteva acionri care necesit reglarea turaiei lin i

n domeniu larg se folosete motorul de curent continuu alimentat n sistemul generator-motor sau redresor comandat-motor. O alt variant pentru asemenea

acionri cu reglarea lin a turaiei i n domeniul larg o reprezint transmisiile hidraulice care au atins un nivel nalt de perfecionare (macarale de mare capacitate, acionarea crmei .a.).

n acest fel, treptat, au fost nlturate obstacolele din calea folosirii curentului alternativ pe nave i astzi problema alegerii felului curentului pentru nave a fost

rezolvat n favoarea folosirii curentului alternativ. Folosirea curentului continuu rmne oportun pe nave unde n calitate de surs

de energie de baz se folosesc acumulatorii. Din aceast categorie fac parte, n

principal, submarinele clasice cu propulsie diesel electric i unele nave mici pentru care puterea sistemului electroenergetic nu depete civa kilowai.

n perspectiva legat de utilizarea unor noi surse de energie, fr utilizarea motoarelor mecanice, cum ar fi generatoarele magnetogazodinamice, elemente termice, este posibil s se revin la folosirea pe scar larg a curentului continuu.

Tensiunea Istoria dezvoltrii electrotehnicii navale arat c mrirea puterii sistemelor

electroenergetice navale, ca urmare a creterii gradului de electrificare a navei, a condus la creterea nentrerupt a tensiunii nominale. La nceputul electrificrii s-a folosit 110 V curent continuu ajungndu-se n prezent la 220 V n curent continuu i

380 /220 V n curent alternativ. Ridicarea tensiunii a permis mbuntirea caracteristicilor maso-gabaritice a acionrilor electrice i reducerea seciunii

cablurilor pe seama scderii valorii curenilor. Pentru o putere dat, valoarea curentului fiind invers proporional cu valoarea tensiunii, rezult c mrirea de dou ori a tensiunii reduce de dou ori valoarea curentului.

Regulile registrului de clasificare RNR stabilesc valorile maxime ale tensiunii admisibile la nave, astfel:

a) Tensiunea la bornele surselor de energie electric de curent continuu nu trebuie s depeasc valorile: - 500 V pentru alimentarea sistemelor de putere;

- 250 V pentru alimentarea instalaiilor de iluminat, semnalizri i prize. b) Tensiunile recomandate la bornele consumatorilor de curent alternativ nu

trebuie s depeasc: - 1000 V pentru consumatori de for staionari; - 500 V pentru consumatori de for conectai la prize;

25

- 250 V pentru iluminat, semnalizri, comunicaii interioare, prize pentru

consumatorii portativi. Pentru propulsia electric n curent alternativ se admite depirea tensiunii

maxime de 1000 V. Valorile tensiunilor de linie admise de Registru pentru propulsia

electric pot fi: 3,3 /3 kV; 6 /6,6 kV; 10 /11 kV. Cu avizul Registrului tensiunile nalte pot fi folosite i pentru unele acionri electrice de putere foarte mare, cum ar

fi pompele de marf la nave petroliere de mare capacitate. n mod normal, pentru alimentarea reelelor electrice de la bordul navelor se

folosesc urmtoarele valori ale tensiunii nominale:

- pentru curent continuu 12, 24, 110, 220 V; - pentru curent alternativ 12, 24, 36, 127, 220, 380 V.

Mrirea tensiunii de la 400 V la 1000 V, limit maxim admis de registru, nu duce la modificri semnificative n ceea ce privete masa i gabaritele instalaiilor electrice, ntruct exist dou tendine contrare: pe de o parte micorarea curenilor

reduce dimensiunile i masele elementelor conductoare de curent, iar pe de alt parte ridicarea tensiunii necesit msuri suplimentare de cretere a rezistenei de izolaie.

Pentru mainile electrice, de puteri n gama de la 200 KW la 300 KW, mrirea tensiunii de la 400 V la 1000 V duce la o cretere nesemnificativ a greutii i gabaritelor pe seama msurilor luate pentru ntrirea izolaiei crestturilor i

conductoarelor. Mrirea tensiunii de la 400 V la 1000 V micoreaz masa aparatelor de comutaie i protecie cu circa 25% i n acelai timp exist tendina mririi masei

i gabaritelor aparatelor de control i msur. n privina instalaiilor de distribuie a energiei electr ice se poate considera c

masa i gabaritele rmn aproape neschimbate la trecerea tensiunii de la 400 V la

1000 V, ntruct reducerea dimensiunilor i greutilor elementelor conductoare de curent, ca urmare a micorrii curentului este compensat de creterea greutilor, ca

urmare a mririi distanelor odat cu mrirea tensiunii i folosirea unor transformatoare cobortoare pentru consumatorii care nu pot funciona la tensiuni nalte.

Efectul reducerii masei i gabaritelor prin ridicarea tensiunii se face simit n cazul unor centrale electrice de putere mare, peste 5000 kW, care folosesc tensiunea

de 3,3 kV sau 6,6 kV. n acest caz, generatoarele, ntreruptoarele automate i motoarele electrice de putere foarte mare au mase i gabarite de cteva ori mai mici comparabil cu situaia folosirii tensiunii de 380 V pentru aceleai puteri. Folosirea

transformatoarelor cobortoare pentru alimentarea consumatorilor care nu pot funciona la tensiuni nalte duce la mprirea reelei electrice n subsisteme

autonome alimentate de transformatoare individuale cu efecte pozitive asupra rezistenei de izolaie a reelei de distribuie. Deteriorarea rezistenei de izolaie ntr-un subsistem, nu efectueaz restul reelei de distribuie. De asemenea, ridicarea

tensiunii la aceste valori nseamn reducerea considerabil a masei i gabaritelor

26

traseelor de cabluri comparabil cu transmiterea acelorai puteri la tensiunea de 380

V. n afar de acestea, se micoreaz valorile curenilor de scurtcircuit n sistem i, ca urmare, se reduce pericolul apariiei incendiilor n reeaua electric i a efectelor nedorite create de forele electrodinamice.

Alegerea tensiunii se realizeaz de obicei n urma unei analize tehnico economice care ia n considerare un complex de probleme legate de tensiunea pentru

centrala electric, reeaua de distribuie a energiei electrice, consumatorii mari de energie electric existeni pe nav, reeaua de iluminat, reeaua de comunicaii, de comand .a. Uneori, alegerea nivelului tensiunii poate fi influenat nu numai de

masa i greutatea traseelor de cabluri ci i de ali factori cum ar fi: valorile curenilor de scurtcircuit, posibilitile aparatelor de comutare, sigurana i durata de serviciu,

deservirea fr pericol, masa i gabaritele instalaiilor de distribuie .a. n funcie de puterea sistemului electroenergetic pe nave, de regul, se adopt

urmtoarele valori ale tensiunii: pentru puteri de civa kilowai se folosete

tensiunea de 12 V, 24 V; la puteri de zeci de kilowai tensiunile 110 V, 127 V; la puteri de sute de kilowai tensiunile 220 V, 380 V; la puteri de mii i zeci de mii

de kilowai tensiunile 380 V, 3.300 V, 6.600 V, 10.0000 V. Frecvena

Sursele de energie electric ale sistemelor electroenergetice navale de curent alternativ, ca i n cazul sistemelor de la mal, produc energia electric cu frecvena

50 Hz (60 Hz). Aceast frecven corespunde necesitilor majoritii consumatorilor de energie electric de la bordul navelor.

n acelai timp, pe toate navele actuale exist un numr de consumatori pentru

care frecvena nominal a tensiunii de alimentare este de 400 Hz, cum ar fi: sistemele de radiolocaie, sistemele de navigaie (girocompasul), sisteme i aparatur

de cercetare i prospeciuni (hidrolocatoare). Alimentarea acestor consumatori se face de la reeaua navei de 50 Hz prin convertizoare corespunztoare. n funcie de deplasamentul navei i destinaia acesteia, numrul convertizoarelor poate fi de

ordinul unitilor sau zecilor aa nct n cazul unui numr mare de consumatori cu frecvena de 400 500 Hz (nav militar, nav de prospeciuni geologice i cercetare

tiinific) apare necesitatea centralizrii alimentrii acestora de la o reea separat de reeaua de 50 Hz i alimentat de la surse separate sau convertizori de energie electric.

Mrirea frecvenei nominale n sistemele electroenergetice navale constituie o direcie important pentru rezolvarea problemei reducerii maselor i gabaritelor

surselor de energie electric i acionrilor electrice. La frecvene mari, 400-500 Hz, agregatele generatoare permit utilizarea

motoarelor primare cu turaie foarte mare, cum ar fi turbinele cu gaze, cuplate direct

(fr reductor) cu generatoare sincrone.

27

Acionrile electrice cu motoare asincrone reprezint consumatorii de baz n

sistemele electroenergetice navale. Turaia sincron a motoarelor de curent alternativ este direct proporional cu frecvena, f , i invers proporional cu numrul de

perechi de poli , p, p

f60n0 , i la frecvena de 50 Hz cea mai mare turaie obinut

pentru 1p este min/rot30001

5060

, iar prin folosirea, de exemplu, a

frecvenei de 400 Hz valoarea acestei turaii este min/rot000.241

40060

.

Avnd n vedere c pentru o main cu micare de rotaie puterea este proporional cu cuplul i turaia, nMP , rezult c la mrirea turaiei de cteva

ori, pentru a obine aceeai putere, valoarea cuplului se reduce de acelai numr de ori. Reducerea cuplului prin mrirea turaiei conduce la reducerea masei i

gabaritului maini. Din motive de siguran se consider c limita maxim a turaiei la care pot funciona

mainile rotative este de 8.000 12.000 rot. /min. n ultimii ani au aprut la bordul

navelor mai multe mecanisme de execuie a cror turaie de lucru este 6.000 8.000 rot. /min., cum ar fi: pompe centrifuge, turbocompresoare, pompe axiale .a. Crearea

unor asemenea mecanisme a dat posibilitatea reducerii de 3-4 ori a masei i gabaritelor acestora. Se poate spera c n viitor numrul unor asemenea mecanisme

va crete. De asemenea, ridicarea frecvenei curenilor transformatoarelor, reactoarelor,

amplificatoarelor magnetice i altor aparate electromagnetice este legat de

micorarea numrului de spire ale nfurrilor i reducerea volumului circuitelor magnetice. De exemplu, prin ridicarea frecvenei de la 50 Hz la 400 Hz pentru

transformatoare pn la 100 kVA masa i gabaritele se reduc de 2 4 ori. Comparnd toate elementele sistemului electromagnetic realizat n curent

alternativ la frecvenele de 50 Hz i 400 Hz se deduce c pentru frecvena de 400 Hz suma maselor i gabaritelor se reduce de 2-3 ori comparativ cu frecvena de 50 Hz.

Totodat, trebuie avut n vedere c exist i dezavantaje n ceea ce privete

folosirea frecvenelor mari n sistemele electroenergetice navale. Mainile electrice, transformatoarele i alte aparate electromagnetice la frecvena de 400 Hz comparativ

cu frecvena de 50 Hz produc un nivel mai ridicat de zgomot i parazii radio, au un pre de cost mai ridicat i o siguran redus n funcionare. Din alt punct de vedere, introducerea frecvenelor ridicate la nave ntmpin un ir de greuti legate de

necesitatea crerii unor noi tipuri de mecanisme de execuie cu turaie mare, noi ser ii de maini electrice, de aparatur de protecie i comutaie .a.

28

De aceea, n prezent, folosirea sistemelor electroenergetice de 400 Hz este

oportun numai pentru nave speciale, cu aripi portante sau cu pern de aer, la care reducerea maselor i gabaritelor prezint o importan deosebit.

1.2 Clasificarea consumatorilor de energie electric i regimurile de lucru n procesul de exploatare a navei

Consumatorii de energie electric de la bordul navei se pot clasifica dup

destinaie, grad de importan i regim de lucru.

a) Dup destinaie se mpart n: - mecanisme de punte (vinciuri, cabestane, macarale, instalaia de

guvernare); - mecanisme auxiliare pentru instalaia energetic principal de propulsie a

navei (pompe, separatoare, ventilatoare, compresoare .a.);

- mecanisme pentru sisteme navale (pompe de santin, balast, pompe de incendiu, pompe de combustibil .a.);

- mijloace radiotehnice, aparate de navigaie i mijloace de legturi interioare;

- mijloace pentru asigurarea condiiilor de trai ale echipa jului (cambuza,

instalaia de climatizare, instalaia de ventilaie .a.); - iluminatul electric.

b) Dup gradul de importan se mpart n trei grupe. Prima grup conine consumatorii importani care necesit alimentarea continu.

ntreruperea alimentrii consumatorilor din aceast grup poate duce la pierderea

navei sau pierderi de viei omeneti. Astfel de consumatori sunt: comanda drumului navei, aparatura de navigaie, mijloacele de radiocomunicaii, pompele de incendiu

de avarie i ali consumatori. Alimentarea consumatorilor din aceast grup se realizeaz de la dou surse

diferite: centrala electric de baz i centrala electric de avarie. ntreruperea

alimentrii consumatorilor din prima grup este permis numai pe durata intrrii automate n funciune a centralei de avarie, adic cel mult 10 secunde.

A doua grup este constituit din consumatorii care asigur deservirea instalaiilor energetice principale de propulsie, precum i mecanismele i instalaiile care asigur pstrarea ncrcturii navei. De asemenea, din aceast grup mai pot

face parte pompele de incendiu i drenaj, vinciul de ancor, .a. Pentru consumatorii din grupa a doua se admite ntreruperea alimentrii cu

energie electric pentru o durat limitat necesar, n caz de suprasarcin, pentru cuplarea unui generator suplimentar la barele centralei electrice.

29

A treia grup este reprezentat de consumatorii de mic importan pentru

vitalitatea navei, cum ar fi consumatorii care asigur condiiile de trai i necesitile echipajului.

Pentru consumatorii din aceast grup, pe durata suprasarcinii centralei electrice

sau n situaia de avarie, este posibil o pauz nsemnat n alimentarea cu energie electric.

c) Dup regimul de lucru consumatorii de energie electric se mpart: - acionri electrice care lucreaz n regim de durat cu sarcin constant

sau variabil (pompe, ventilatoare). n acest regim, pe toat durata de

funcionare, nclzirea motorului este la valoarea nominal. - acionri electrice care lucreaz n regim interminent (vinciuri, macarale).

Caracteristic acestui regim este c perioadele de funcionare alterneaz cu perioade de pauz. n timpul funcionrii, nclzirea motorului nu ajunge pn la valoarea nominal i urmeaz o pauz n care nu se

rcete pn la temperatura mediului dup care urmeaz un nou ciclu de funcionare.

- acionri electrice care lucreaz n regim de scurt durat (vinciul de ancor, cabestanul de manevr, pompe de santin, pompe de transvazarea combustibilului .a.). Specific acestui regim este durata mic de funcionare n care motorul electric nu se nclzete pn la valoarea nominal i urmeaz o pauz suficient ca motorul s se rceasc pn la temperatura mediului ambiant.

Caracteristic pentru funcionarea centralei electrice a navei este variaia n lim ite mari a energiei electrice solicitat de consumatori. Puterea centralei electrice la un

moment dat este determinat de consumatorii care lucreaz n acel moment. Numrul consumatorilor care lucreaz la un moment dat i gradul lor de ncrcare depind de regimurile i particularitile de exploatare ale navei (raionul de navigaie,

starea mrii i a condiiilor de clim, forma i masa ncrcturii, viteza navei, caracterul lucrrilor n timpul staionrii .a.).

Din cele prezentate rezult c ncrcarea cu sarcin a generatoarelor centralei electrice este un proces aleator. Un calcul precis al consumului de energie electric trebuie s aib n vedere att consumatorii care lucreaz n regimul dat, ct i faptul

c pentru fiecare consumator graficul de sarcin este variabil i dependent de muli factori. Un asemenea calcul poate fi efectuat folosind metode specifice de calculul

probabilitilor i statistici matematice, ceea ce presupune un volum mare de calcule complicate i necesitatea cunoaterii a multor date experimentale.

n practica inginereasc, pn n momentul actual, pentru calculul sarcinii

centralei electrice i alegerea generatoarelor electrice se utilizeaz o metod mai simpl bazat pe ntocmirea bilanului energetic sau a tabelului de sarcin, cu

rezultate suficient de bune pentru nevoile practice. De asemenea, pentru calculul aproximativ al puterii centralei electrice, necesar la ntocmirea proiectului preliminar al navei, se pot folosi metode analitice.

30

Pentru ntocmirea bilanului energetic (tabelul de sarcin), procesul de

exploatare al navei se mparte ntr-un numr de regimuri caracteristice, urmnd ca pentru fiecare dintre ele s se stabileasc puterea electric solicitat de la centrala electric a navei. Calculele se organizeaz sub forma unui tabel care poart

denumirea de bilanul energetic sau tabelul de sarcin al navei. Regimurile de funcionare ale navei, care intr n componena tabelului de

sarcin, includ obligatoriu regimurile care corespund celei mai mici i celei mai mari sarcini cerut de la centrala electric i ntre acestea cteva regimuri intermediare.

n funcie de destinaia navei, procesul de exploatare poate cuprinde urmtoarele

regimuri: a) pentru nave de transport mrfuri generale: staionare fr lucrri de

ncrcare, staionare cu lucrri de ncrcare, ridicarea ancorei, navigaie pe mare (mar) i de avarie;

b) pentru nave de pasageri: staionare fr pasageri, staionare cu pasageri,

ridicarea ancorei, navigaie pe mare i de avarie; c) pentru navele flotei tehnice: staionare fr lucrri, staionare cu lucrri

tehnologice, navigaie pe mare i de avarie; d) pentru sprgtoarele de ghea: staionare, ridicarea ancorei, navigaie n

mare liber, navigaie printre gheuri, avarie;

e) pentru navele de pescuit: staionare, ridicarea ancorei, prinderea i prelucrarea petelui i de avarie.

Regimul de avarie se consider c are locul n timpul marului la producerea unor incendii sau inundarea unor compartimente, fr scoaterea din funciune a centralei electrice. n astfel de cazuri, se solicit suplimentar energie electric pentru

lupta contra incendiilor i nescufundabilitii navei.

1.2.1 Metoda bilanului energetic (tabelul de sarcin) Aceast metod este cea mai utilizat la proiectarea sistemului electroenergetic al

navei i constituie procedeul de baz pentru determinarea puterii centralei electrice. Tabelul bilanului energetic (tabelul de sarcin) are aceeai form pentru toate tipurile de

nave i se deosebete numai n ceea ce privete definirea regimurilor de lucru care depind de destinaia navei. Cteva schimbri privind coninutul bilanului energetic se introduc n funcie de natura curentului agregatelor generatoare.

n tabelul 3.1. se prezint un model simplificat de bilan energetic pentru o nav electrificat n curent alternativ. Pentru simplificare, n tabel sunt cuprinse numai

trei regimuri care sunt generale pentru toate tipurile de nave: regim de staionare, regim de mar i regim de avarie.

La ntocmirea bilanului energetic trebuie n prealabil s se cunoasc toi

consumatorii de energie electric aflai la bordul navei: acionrile electrice ale

31

tuturor mecanismelor i instalaiilor, iluminatul tuturor ncperilor i punilor, utilaje

pentru cambuz, nclzirea electric, aparatura de legturi radio i legtur i interioare, aparatura de navigaie, .a.m.d.

n coloana 1 se trec toi consumatorii de energie electric instalai la bordul

navei. Pentru a avea o anumit ordine n scrierea consumatorilor, acetia sunt constituii pe grupe alctuite conform clasificrii dup destinaie.

n coloanele 2-5 se trec datele nominale ale consumatorilor: numrul consumatorilor de acelai fel (col.2), puterea nominal a motorului electric (col.3),

randamentul (col.4), factorul de putere la sarcina nominal, ncos (col.5). Pentru

motoarele electrice aceste date sunt scrise pe eticheta motorului. La motoarele electrice, puterea nominal reprezint puterea disponibil la ax,

pentru aflarea puterii instalate consumate din reea se utilizeaz relaia:

n.instP

P (1.17)

Rezultatele calculelor efectuate cu relaia (3.1.) se trec n coloana 6. n coloana 7 se trece puterea total instalat pentru fiecare mecanism.

.instc.tot.inst PnP (1.18)

n care: .tot.instP - puterea total instalat

cn - numrul consumatorilor de acelai fel.

Pentru ali consumatori, care nu sunt motoare electrice, cum ar fi iluminatul,

nclzirea electric, se calculeaz puterea electric instalat total i se trece direct n coloana 7.

n continuare, se stabilete pentru fiecare consumator coeficientul de sarcin i coeficientul de simultaneitate, corespunztor regimurilor de exploatare a navei.

Coeficientul de sarcin sau de ncrcare al consumatorului reprezint raportul

ntre puterea efectiv consumat n regimul considerat i puterea instalat. Bilanul energetic pentru generatoarele sistemului electroenergetic de curent alternativ

Consumatori de energie electric

Num

rul

consu

mat

ori

lor

Pute

rea

nom

inal

,

kw

Ran

dam

entu

l,

Fac

toru

l de

pu

tere

,

cos

n

Puterea

instalat, kw Regim de staionare

unitar

tota

l

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te

k0

Coef

icie

nt

de

sarc

in,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I. Mecanis me de punte

instalaia de guvernare 2 6 0,8 0,81 7,5 15 - - -

32

Consumatori de energie electric

Num

rul

consu

mat

ori

lor

Pute

rea

nom

inal

,

kw

Ran

dam

entu

l,

Fac

toru

l de

pu

tere

,

cos

n

Puterea

instalat, kw Regim de staionare

unitar

tota

l

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te

k0

Coef

icie

nt

de

sarc

in,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

instalaia de ancorare 1 8 0,86 0,83 9,3 9,3 (1) (0,7) (0,8)

------------------------------

II. Mecanisme auxiliare pentru

instalaia energetic

compresor 1 8 0,85 0,83 9,4 9,4 (1) (0,9) (0,82)

pompa de combustibil 1 2,5 0,8 0,8 3,1 3,1 - - -

------------------------------

III. Mecanis me pentru

sisteme navale:

pompa de incendiu 2 10 0,82 0,81 12,2 24,4 (0,5) (0,8) (0,8)

ventilaia - - - - - 10 0,4 1 0,7 ------------------------------

IV. Iluminatul - - - - - 30 0,3 1 1

------------------------------

Puterea consumat total ( cc Q,P ): - cu consumatorii de scurt durat - fr consumatorii de scurt durat

Coeficientul general de simultaneitate, OG

k

Puterea calculat calc.calc. Q,P : - cu consumatorii de scurt durat - fr consumatorii de scurt durat

Factorul mediu de putere, medcos

Numrul i puterea generatoarelor - n funciune - rezerv

Tabelul 1.1

Regim de mar Regim de avarie

Puterea consumat

Coef

icie

nt

de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt de

sarc

in,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s Puterea

consumat

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt

de

sarc

in,

ks

Fac

tor

de

pute

re,

cos

Puterea consumat

activ,

kw

reac

ti,

k v

ar.

activ,

kw

reac

tiv,

k v

ar.

activ,

kw

reac

tiv,

k v

ar.

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23

- - 0,5 0,6 0,75 4,5 4,0 0,5 0,8 0,8 6,0 5,0

(6,5) (6) - - - - - - - - - -

33

Regim de mar Regim de avarie

Puterea consumat

Coef

icie

nt

de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt de

sarc

in,

ks

Fac

tor

de

pute

re, co

s

Puterea consumat

Coef

icie

nt de

sim

ultan

eita

te, k

0

Coef

icie

nt

de

sarc

in,

ks

Fac

tor

de

pute

re,

cos

Puterea consumat

activ,

kw

reac

ti,

k v

ar.

activ,

kw

reac

tiv,

k v

ar.

activ,

kw

reac

tiv,

k v

ar.

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23

(8,5) (6,0) (1) (0,9) (0,82) (8,5) (6,0) - - - - -

- - 1 1 0,8 3,1 2,5 1 1 0,8 3,1 2,5

(9,6) (8,0) - - - - - 1 0,9 0,8 22 19

4 4 0,9 1 0,7 9 9 - - - - -

9 - 0,9 1 1 27 - 0,5 1 1 15 -

87 52 196 132 158 112

78 47 175 120 147 103

0,7 0,8 0,9

61 36 157 105 142 100

55 33 140 95 133 93

0,86 0,83 0,82

1 x 75 2 x 75 2 x 75

3 x 75 2 x 75 2 x 75

.inst

.efects

P

Pk (1.19)

Coeficientul de simultaneitate pentru consumatorii de acelai fel exprim raportul ntre consumatorii care lucreaz n regimul dat i numrul total al

consumatorilor instalai.

.instc

.funtc

0n

nk (1.20)

34

Coeficienii de sarcin i simultaneitate se stabilesc pe baza analizei funcionrii

consumatorilor. La aceast analiz se iau n considerare caracterul operaiilor ndeplinite de nav, regimul de funcionare a instalaiilor energetice princ ipale de putere, raionul i condiiile climatice, starea mrii .a.

Alegerea corect a coeficienilor de sarcin i de simultaneitate depinde n mare msur de experiena proiectantului n aprecierea corect a ncrcrii consumatorilor

n diferite regimuri ale navei. n continuare, se prezint cteva criterii orientative privind alegerea acestor coeficieni.

Experiena arat c pentru cei mai muli consumatori, n toate regimurile de

lucru, coeficientul de sarcin are valoarea apropiat de unitate. Pentru cteva mecanisme, valorile acestuia sunt subunitare, cum ar fi: instalaia de guvernare,

vinciul de ancor, macarale .a. Sarcina pentru instalaia de guvernare depinde de starea mrii, vitezei navei,

viteza de bandare a crmei, unghiul de deplasare a crme i. Puterea consumat de

acionarea electric a crmei se stabilete astfel nct s corespund regimului cel mai greu i, ca urmare, coeficientul de sarcin pentru instalaia de guvernare se alege

n limitele 0,5 0,8. ncrcarea vinciului de ancor depinde de adncimea de ancorare, starea mrii i

fora vntului. Pentru regimul cel mai greu se apreciaz valoarea coeficientului de

sarcin n limitele 0,7 0,9.

Sarcina pentru macarale depinde de forma ncrcturii i masa acesteia care, de obicei, este mai mic dect sarcina nominal. Coeficientul de sarcin se alege pentru

regimurile cele mai grele n limitele 0,8 0,9.

Pentru vinciul de remorcaj sarcina depinde de starea mrii, forma obiectului remorcat i viteza de remorcare. Coeficientul de sarcin pentru asemenea vinciuri se

alege n limitele 0,6 0,8. Puterea consumat de utilajele electrice ale cambuzei (plite, cuptoare, vase sub

presiune) depinde de numrul pasagerilor i echipajului navei. Acest numr se schimb n staionare comparativ cu celelalte regimuri.

Pentru consumatorii care lucreaz n regim de avarie (pompe de incendiu, pompe de drenaj), coeficienii de sarcin au valori apropiate de unitate. n cazul n care aceste mijloace sunt utilizate i n alte regimuri, coeficienii de sarcin au valori n

limitele 0,6 0,9. O asemenea situaie se poate ntlni la ridicarea ancorei cnd se pornete pompa de incendiu pentru splarea lanului de ancor pe msura virrii

acestuia la bord. Determinarea coeficientului de simultaneitate pentru consumato rii de acelai fel

nu prezint dificulti deosebite. De regul, pe nav se instaleaz mai muli consumatori de acelai fel la mecanisme importante pentru sigurana navei. De exemplu, instalaia de guvernare electrohidraulic are instalate dou electropompe

35

din care: una asigur funcionarea instalaiei de guvernare, cealalt fiind de rezerv.

Coeficientul de simultaneitate, n acest caz, este 5,00 k .

Dup stabilirea coeficienilor de sarcin i de simultaneitate se calculeaz puterea consumat pentru fiecare din consumatorii care lucreaz n regimurile considerate, astfel:

s0.instc kkPP (1.21)

unde:cP - puterea activ consumat

.instP - puterea total instalat

s0 k,k - coeficienii de simultaneitate i de sarcin.

Valorile obinute se trec n coloanele 11, 16 i 21. Dup stabilirea puterii active consumate n fiecare regim se determin

factorul de putere corespunztor i se completeaz coloanele 10, 15, 20. Calculul

factorului de putere se face pe baza cunoaterii factorului de putere nominal (col.5) i a sarcinii consumatorului n regimul considerat.

n continuare se calculeaz puterile reactive ale consumatorilor pentru fiecare regim i se completeaz coloanele 12, 17 i 22. Calculele se fac cu formula:

tgPQ cc (1.22)

unde: cQ - puterea reactiv consumat

cP - puterea activ consumat

tg - se determin pe baza cunoaterii factorului

de putere, cos (col.10, 15, 20).

La stabilirea puterii centralei electrice n diferite regimuri de exploatare a navei sunt luai n considerare numai consumatorii care lucreaz n regim de durat cu sarcin constant sau variabil i consumatorii care lucreaz n regim

interminent. Consumatorii care lucreaz n regim de scurt durat nu sunt luai n calcul i de aceea puterile corespunztoare acestora se trec ntre paranteze. De

aceti consumatori se va ine seama la verificarea capacitii de suprasarcin a generatoarelor electrice.

n bilanul energetic (tabelul de sarcin), n fiecare regim, sunt trecute

puterile numai pentru consumatorii care lucreaz n regimul considerat. La stabilirea consumatorilor care lucreaz ntr-un anumit regim, precum i la

alegerea coeficientului de sarcin, trebuie s se aib n vedere problemele specifice exploatrii navei.

n regim de staionare fr operaiuni de ncrcare (fr pasageri) pe nav se

afl o mic parte din echipaj care se ocup cu lucrri de ntreinere i

36

supraveghere. De aceea, n acest regim, numrul consumatorilor care lucreaz

este redus. Funcioneaz parial iluminatul, utilajele cambuzei, mijloace de legturi, sisteme navale de utilizri generale. De obicei, n ace st regim nu lucreaz mecanismele care deservesc instalaia energetic de putere a navei.

n regimul de staionare cu efectuarea lucrrilor de manipularea mrfurilor se afl pe nav tot echipajul pentru care trebuie create toate condiiile de trai, lucreaz

mijloacele de ncrcare-descrcare (macarale, vinciuri de ncrcare, pompe de marf).

Regimul de ridicare a ancorei se desfoar concomitent cu pregtirea navei

pentru mar. n acest regim funcioneaz cu putere redus instalaia energetic principal, sunt n funciune vinciul de ancor i pompa de incendiu pentru

splarea lanului, este prezent la bord tot echipajul. n regim de mar funcioneaz cea mai mare parte a consumatorilor de

energie electric. Consumatorii care nu funcioneaz n acest regim sunt:

pompele de incendiu i drenaj, mecanismele de rezerv, vinciul de ancor, macarale i alte mijloace cu destinaie special. n cazul navelor de pescuit n

acest regim lucreaz traulerul i cteva macarale. Funcionarea consumatorilor n regimul de mar asigur confortul deplin al

echipajului i pasagerilor, funcionarea mecanismelor care asigur marul navei,

funcionarea aparatelor de navigaie i a mij loacelor de legturi radio. n regimul de avarie, n cazul n care este necesar, se poate renuna la

funcionarea consumatorilor care asigur confortul echipajului i pasagerilor (cambuza, ventilaia general, nclzirea electric .a.). n acest regim rmn obligatoriu n funciune consumatorii care asigur marul navei, legturile

interioare i exterioare, mij loacele de navigaie. La acestea se adaug mij loacele de lupt mpotriva incendiilor, scoaterea apei din compartimentele inundate i

alte mijloace de salvare. Cea mai mare sarcin a centralei electrice poate fi, n funcie de destinaia

navei, n unul din regimurile de mar, de pescuit, de ridicarea ancorei sau de

staionare cu efectuarea lucrrilor de manipulare a mrfur ilor. La ntocmirea bilanului energetic se iau n considerare condiiile cele mai

grele de exploatare a navelor: cea, temperaturi sczute, temperaturi ridicate, ncrcarea complet a navei, viteza maxim de mar .a.m.d.

Dup completarea tuturor liniilor i coloanelor tabelului de sarcin se

calculeaz puterea total activ i reactiv, cc Q si P , consumat n fiecare

regim. Calculul se face prin nsumarea aritmetic a cifrelor de pe coloanele 11, 12, 16, 17, 21 i 22 care reprezint puterile consumate de fiecare consumator

care lucreaz n regimul considerat. Pentru fiecare nsumare de pe o coloan rezult dou valori: una corespunde nsumrii cu luarea n considerare a

consumatorilor cu funcionare n regim de scurt durat (cifrele dintre paranteze)

37

i a doua fr luarea n considerare a consumatorilor cu funcionare de scurt

durat.

n continuare, se alege coeficientul general de simultaneitate, OGk , pe

regimuri de exploatare a navei. Acest coeficient ia n considerare faptul c nu toi consumatorii, prevzui s funcioneze ntr-un anumit regim, lucreaz simultan i

la ncrcarea maxim. De exemplu, regimul de mar poate fi de ordinul zilelor, sptmnilor sau lunilor i n aceast perioad lung se pot schimba condiiile de

navigaie i, ca urmare, consumatorii considerai n acest regim cu funcionare continu pot fi pentru perioade scurte deconectai. n aceste condiii puterea efectiv consumat n regimul de mar este mai mic dect cea rezultat din

nsumarea aritmetic a puterilor consumate. De regul, pentru calculele practice, valorile coefic ientului de simultaneitate

general, OGk , pe regimuri, se alege astfel:

- pentru regimul de staionare la ancor: 75,07,0kOG

- pentru regimul staionare cu lucrri de ncrcare-descrcare: 8,0kOG

- pentru regimul de ridicare a ancorei: 8,075,0kOG

- pentru regimul de mar: 9,08,0kOG

- pentru regimul de avarie: 95,09,0kOG .

n afara coeficientului general de simultaneitate pentru determinarea puterii calculate pe regimuri de exploatare trebuie s se ia n considerare i pierderile de energie n reeaua de distribuie. Aceste pierderi se apreciaz ca fiind 3-5% din puterea

consumat. Cu aceste precizri, puterea calculat pentru fiecare regim se determin astfel:

cOGcalc. Pk1,051,03P (1.23)

cOGcalc. Qk1,051,03Q (1.24)

Puterea aparent se calculeaz cu expresia:

2

.calc

2

calc.calc QPS (1.25)

Valoarea medie a factorului de putere calculat pentru fiecare regim este:

.calc

.calcmed

S

Pcos 1.26)

Valorile puterilor de calcul, .calc.calc.calc S,Q,P ,obinute ca rezultat al bilanului

energetic permit s se treac la alegerea numrului i puterii generatoarelor electrice principale i de rezerv pentru sistemul electroenergetic al navei. Alegerea se face

38

lund n considerare puterile calculate fr luarea n considerare a consumatorilor

care lucreaz n regim de scurt durat. Dup cum se vede i din exemplul prezentat n tabelul 3.1, ntre valorile puterilor calculate cu luarea n considerare i fr luarea n considerare a consumatorilor cu regim de funcionare de scurt durat nu sunt

deosebiri semnificative. Existena consumatorilor cu funcionare de scurt durat se are n vedere la verificarea capacitii de suprasarcin a generatoarelor care n

condiii normale trebuie s asigure alimentarea acestor consumator i. De regul, generatoarele navale admit suprasarcin de 10% n decurs de 2 ore, 25% timp de 30 minute i 50% timp de 5 minute. n cazul n care sarcina consumatorilor de scurt

durat depete capacitatea de suprasarcin se recurge la conectarea unui generator suplimentar.

Pentru calculul puterii centralei electrice se alege regimul cu cea mai mare putere consumat. n cele mai multe cazuri, acesta este regimul de mar. De asemenea, la proiectarea sistemului electroenergetic este necesar s se prevad i o

rezerv de 15-20% fa de puterea consumat cea mai mare. Alegerea numrului i puterii generatoarelor electrice reprezint o sarcin

dificil ntruct trebuie s se aib n vedere mai muli factori tehnici, economici i de exploatare, adesea contrari unul altuia. Trebuie stabilit un compromis care asigur regimurile cele mai favorabile pentru funcionarea centralei electrice. La alegerea

numrului i puterii generatoarelor electrice trebuie s se aib n vederea ndeplinirea urmtoarelor cerine:

1) Generatoarele trebuie s fie ncrcate n toate regimurile aproape de sarcina nominal (de regul minim 75-80% din puterea nominal).

2) Generatoarele alese s fie de acelai tip i putere. n acest caz se asigur o

funcionare stabil la cuplarea n paralel i se reduce cantitatea necesar de piese de rezerv.

3) Puterea generatorului de rezerv trebuie s fie aceeai cu a generatorului de baz. Este evident c cea mai bun alegere este aceea n care toate generatoarele de baz i de rezerv sunt de acelai tip i putere.

Din punct de vedere al ncrcrii fiecrui generator aproape de sarcina nominal, aceast cerin se realizeaz n cazul folosirii unui numr mare de

generatoare cu posibilitatea de cuplare n paralel a acestora. n acelai timp, un numr mare de agregate generatoare este limitat pe de o parte de posibilitile de montare la nav, iar pe de alt parte de greuti legate de funcionarea n paralel a

acestora. De aceea, de regul, acest numr se limiteaz la 2-4 agregate generatoare.

Un exemplu de alegerea numrului i puterii generatoarelor este prezentat n tabelul 1.1. Pentru acoperirea consumului de energie electric n toate regimurile i asigurarea unei rezerve sunt posibile trei variante: prima

alegerea a dou generatoare cu puteri de 150 kw fieca re; a doua alegerea a

39

trei generatoare cu puteri de 100 kw fiecare; a treia alegerea a patru

generatoare cu puteri de 75 kw fiecare. Dup prima variant n toate regimurile lucreaz un generator de baz cu puterea

de 150 kw, al doilea fiind rezerv. n acest caz, sunt evidente dou neajunsuri:

ncrcare mic a generatorului n regimul de staionare (sub 40%) i posibilitatea de a efectua lucrri de revizii sau reparaii numai n regimul de staionare.

A doua variant asigur funcionarea a dou generatoare de 100 kw n regimurile de mar i de avarie, al treilea fiind de rezerv. n regim de staionare lucreaz un generator, dou fiind de rezerv. n aceast variant, n toate

regimurile, sarcina generatoarelor este de circa 60-70%, ceea ce se poate considera mulumitor. Lucrrile de revizii i reparaii sunt posibile numai n

regimul de staionare. A treia variant asigur funcionarea a dou generatoare de 75 kw pentru

regimurile de mar i de avarie, celelalte dou fiind de rezerv, n regimul de

staionare lucreaz un generator de 75 kw i trei sunt de rezerv. n aceast variant se asigur ncrcarea optim a generatoarelor care lucreaz (circa 80-90%), lucrrile

de ntreinere i revizii se pot efectua att n regimul de staionare ct i n regimurile de mar i de avarie.

Din aceast analiz rezult c varianta a treia este cea mai bun cu condiia ca n

compartimentul prevzut pentru centrala electric s se permit montarea a patru agregate generatoare. n caz contrar, din motive constructive se opteaz pentru

varianta a doua cu trei agregate generatoare. Alegerea generatoarelor se face dup puterea activ de calcul n cazul n care

valoarea factorului de putere mediu este egal cu 0,8 sau mai mare. Dac factorul de

putere mediu are valoarea mai mic de 0,8, atunci alegerea generatoarelor se face dup puterea aparent.

Metoda bilanului energetic (tabelul de sarcin) se poate aplica i pentru determinarea puterii diesel-generatorului centralei electrice de avarie. Diesel-generatorul de avarie intr n funciune la scoaterea de sub tensiune a centralei

electrice de baz i puterea acestuia trebuie s fie suficient pentru a asigura obligatoriu alimentarea urmtorilor consumatori:

- iluminatul de avarie; - acionarea electric de avarie a crmei; - acionarea electric a pompei de incendiu de avarie;

- legturi de comunicaii interioare i exterioare; - lumini de navigaie i semnalizare;

- vinciurile brcilor i alupelor de salvare; - alte instalaii pentru sigurana vieii echipajului.

Experiena arat c pentru majoritatea navelor puterea diesel-generatorului de

avarie este n limitele 50-200 kw.

40

n cazul sistemelor electroenergetice de curent continuu, metoda bilanului energetic

pentru determinarea numrului i puterii generatoarelor electrice este aceeai cu deosebirea c dispar coloanele 5, 10, 12, 15, 20 i 22 care corespund factorilor de putere i puterilor reactive.

1.2.2 Metoda analitic de determinare a puterii centralei electrice Aceast metod permite determinarea puterii centralei electrice fr o analiz de

detaliu a funcionrii tuturor consumatorilor de energie electric. Metoda analitic de determinare a puterii agregatelor generatoare presupune

existena unei corelaii ntre puterea centralei electrice, puterea instalaiei energetice de propulsie a navei n anumite regimuri i deplasamentul navei.

De exemplu, n regim de mar cea mai mare parte a consumatorilor cu

funcionare constant o constituie mecanismele care deservesc instalaia energetic de putere. Ca urmare, puterea centralei electrice pentru regimul de mar este n

corelaie cu puterea motoarelor principale. La staionarea navei fr operaiuni de ncrcare puterea centralei electrice este dat de consumatorii care asigur condiiile de trai ale echipajului i este n co