Znaaj brodskog elektroenergetskog sustva Bez elektrine energije brod ne moe ostvariti niti jednu od svojih eksploatacijskih funkcija. Plovidba nije mogua jer ne rade:

glavni porivni stroj (pumpe: ulja, goriva, rashladne vode) kormilo pramani i krmeni boni porivnici

Prekrcaj tereta nije mogu jer ne rade:

pumpe tereta dizalice pomine rampe, pregrade, vrata balastne pumpe

Boravak na brodu nije mogu jer nema:

svijetla grijanja/hlaenja vode

Sigurnost broda je ugroena jer ne rade:

vatrodojava protupoarne pregrade protupoarne pumpe

Specifinosti brodskih elektroenergetskih sustava Zbog specifinih uvjeta eksploatacije i znaaja za sigurnost i ekonomsku uinkovitost broda pred brodske elektrine sustave se postavljaju sljedei zahtjevi:

Visoka pouzdanost i raspoloivost ilavost Jednostavnost rukovanja i odravanja Samostalno podmirivanje svih potreba za elektrinom energijom (otoni rad)

Visoka pouzdanost i raspoloivost nune su jer ak i kratkotrajni raspad sustava ili dijela sustava, ako se dogodi u nezgodnom trenutku ( manevru, uskim prolazima i kanalima, kod tekih meteorolokih uvjeta ili prilikom izbjegavanja sudara) moe ozbiljno ugroziti sigurnost broda, tereta i posade. Zbog toga SOLAS konvencija i nacionalni klasifikacijska drutva (registri) pred brodske elektroenergetske sustave i ureaje u pogledu njihove pouzdanosti, raspoloivosti i ilavosti postavljaju vrlo stroge zahtjeve. Pod pojmom pouzdanosti podrazumijeva se svojstvo ureaja ili sustava da to dulje vrijeme radi bez greke odnosno kvara. Raspoloivost sustava je iri pojam i pokazuje koliko je sustav sposoban odrati svoju punu funkcionalnost. Visoki stupanj raspoloivosti postie se osim koritenjem komponenata visoke pouzdanosti i ugradnjomredundantnih ureaja ili podsustava koji mogu preuzeti funkciju onih koji su u kvaru. ilavost sustava znai da je sustav otporan na kvarove i oteenja, odnosno da u sluaju havarije na dijelu elektroenergetskog sustava mora postojati mogunost uspostave vitalnih funkcija broda trenutno ili u to kraem vremenu. To se postie koritenjem ureaja visoke pouzdanosti otpornih i na kratkotrajne neuobiajeno teke uvjete odnosno razliite oblike

stresa (mehaniki, temperaturni, elektrini, elektromagnetski), redundantnim sustavima, koncepcijom koja u sluaju potrebe omoguuje brzu rekonfiguraciju sustava ali i svojstvom jednostavnog i brzog popravka sustava u uvjetima broda. Jednostavnost rukovanja i odravanja je zahtjev koji se danas sve ee bezrazlono zanemaruje. U pravilu bi svi brodski sustavi morali biti napravljeni tako da s mogu odravati ali u sluaju potrebe i popraviti na brodu, vlastitim snagama posade. Na alost svjedoci smo da je sve vie, uglavnom elektronike opreme, koju je potrebno servisirati od ovlatenog servisera ak i kada je na brodu kao lan posade prisutan elektroniar, ime se znaajno poveavaju trokovi. Jednostavnost rukovanja smanjuje mogunost ljudske greke i olakava prilagodbu i rad posade. Otoni rad je jo jedna znaajna karakteristika brodskih elektroenergetskih sustava. Brodski elektroenergetski sustav je izoliran, odnosno nije povezan s drugim sustavima. Takav sustav mora biti autonoman to znai da mora podmiriti sve potrebe potronje elektrine energije a ta se na brodu jako mijenja u razliitim fazama eksploatacije. Brodska elektrina centrala mora dakle u svakom trenutku proizvoditi dovoljno energije za napajanje svih prikljuenih elektrinih troila. U sluaju ispada elektrine centrale kod otonog sustav a nastupa blackout. Nadalje, otoni sustav je mnogo osjetljiviji na nagla optereenja i rastereenja (ukljuenje i iskljuenje veih troila) kod kojih dolazi do kolebanja frekvencije i napona. Podsustavi brodskog elektroenergetskog sustava Brodski elektroenergetski sustav moe se podijeliti na etiri osnovna podsustava koja e biti zasebno obraena u poglavljima koja slijede:

Proizvodnja (izvori) elektrine energije (El. centrala, generator za nudu, akumulatorske baterije)

Rasklop (Glavna rasklopna ploa, rasklopna ploa za nudu, ploa rasvjete, MCC) Raspodjela i prijenos elektrine energije (kabelska mrea, razdjelnici snage i rasvjete Potronja elektrine energije (Elektromotorni pogoni, rasvjeta, grijai, )

Bilansa snage Da bi elektroenergetski sustav broda u potpunosti mogao obavljati namjenu za koju je predvien, s obzirom na uvjete eksploatacije i zahtjeve sa stanovita sigurnosti i autonomnosti sustava, od kljune je vanosti precizno odrediti bilansu snage elektrine energije. Ona u prvom redu omoguuje pravilno dimenzioniranje izvora elektrine energije, to u praksi nije uvijek lagan zadatak. Ukoliko su izvori poddimenzionirani, ograniavaju se tehnike mogunosti broda, to moe dovesti do zastoja pri eksploataciji u kritinim uvjetima. Ako je pak snaga elektrine centrala vee od stvarno potrebne, znatno se poveavaju poetni investicijski trokovi, te kasniji eksploatacijski trokovi. Lo odabir broja i snage generatora najee se manifestira u eksploatacija kroz potrebu za radom veeg broja generatora od predvienog, ime ni rade s relativno malim optereenjem, to pak za posljedicu ima poveanu specifinu potronju goriva i vei broj radnih sati (vee trokove odravanja).

Najvaniji faktori koji utjeu na ukupnu instaliranu snagu elektrine centrale broda su:

vrsta i namjena broda vrsta i snaga pogona vrsta i snaga pogona za pomone i palubne strojeve

podruje eksploatacije da li postoji potreba za buduom nadogradnjom brodskih sustava

Bilancom snage izraunava se priblina trenutna potronja elektrine energije tijekom tehnolokih procesa eksploatacije broda:

navigacija manevar pretovar boravak na vezu (mirovanje) boravak na vezu (pretovar tereta)

Bilanca snage obuhvaa sva brodska troila koja su zbog preglednosti i pojednostavljenja prorauna podijeljena u grupe npr:

troila u strojarnici prekrcajna sredstva i palubna oprema elektrina propulzija rasvjeta

Ove se grupe dalje dijele na podgrupe istovrsnih troila koje ine pozicije u bilanci snage, npr.

pumpe ulja glavnog stroja pumpe goriva glavnog stroja pumpe morske vode separatori

Za bilancu snage je znaajna elektrina snaga Pe koju ureaj uzima iz mree a ne njegova

nazivna snaga Pn koja je manja za stupanj korisnosti . Jo je vanije to bilanca snage uzima u obzir i faktor istovremenosti. Npr. glavni motor ima dvije pumpe ulja ali one nikada ne rade istovremeno pa je ukupna instalirana snaga 2Pe, ali uz faktor istovremenosti 0,5 stvarna je potronja Pe i to samo dok motor radi (navigacija i manevar). Na brodovima s snanim pretvaraima frekvencije treba posebno voditi rauna o jalovoj snazi. Optimiranje elektrine centrale (odreivanje broja i snage generatora) Broj i snaga dizel-generatora moraju prema Registru biti dovoljni da u sluaju kvara na jednom preostali budu dovoljni za funkcioniranje svih brodskih sustava. Drugi je kriterij da pogonski strojevi (dizel motori) prikljuenih generatora u svim tehnolokim procesima eksploatacije, sukladno bilanci snage, rade u blizini optimalnog optereenja odnosno minimuma krivulje potronje goriva. Predimenzioniranje dakle nije poeljno.Treba ipak voditi rauna i o smanjivanju snage dizel motora tijekom eksploatacije zbog ega prije remonta vie ne moe davati nazivnu snagu.

U pravilu se zbog jednostavnijeg rukovanja, odravanja a ponajvie manjeg broja rezervnih dijelova odabiru dizel-generatori jednakih snaga. Ugradnjom dizel-generatora razliitih snaga (esto je snaga generatora ista ali se razlikuju njihovi pogonski strojevi - dizel motori) moe se razliitim kombinacijama generatora u radu postii rad u optimalnom podruju optereenja uz sveukupno manji broj dizelgeneratora i njihovu veu pojedinanu snagu.

Poeljno je da u navigaciji jedan generator moe pri optimalnom optereenju (cca 85% nazivne snage dizel-motora) pokrivati cjelokupnu potronju uz dovoljnu rezervu snage za

gospodarska potronja rashladni ureaji navigacijski ureaji

Kompresori zraka za upuivanje Kompresori za hlaenje tereta i

klimatizaciju dizalice

upuivanje velikih troila, jer se tako smanjuju trokovi odravanja. Jo je povoljnije ako je ugraen osovinski generator pa tijekom navigacije pomoni motori uope ne rade. Snaga osovinskog generatora tada mora biti dovoljna da pokrije cjelokupnu potronju i rezervu snage jer je trajni paralelni rad s dizel-generatorima ili nemogu ili se ne prakticira. Ne smeta ako je osovinski generator predimenzioniran i stoga slabije optereen jer se optimalno optereenje odnosi na pogonski stroj generatora, a u ovom sluaju je to glavni porivni stroj.

Uobiajena minimalna rezerva snage elektrine centrale u radu je 10% snage jednog dizel-generatora (u kW). Kada rezerva snage padne ispod te vrijednosti automatika elektrine centrale ukljuuje generator u priuvi (stand by). Minimalno optereenje pomonih motora ne bi trebalo biti ispod 30% nazivne snage jer se tada previe prljaju i imaju znaajno viu specifinu potronju goriva. Automatika uz vremensko zatezanje od cca 30 minuta iskljjuuje i gasi jedan od dizel-generatora ako im je pojedinana snaga ispod 25-30% nazivne snage. Izuzetak je jedino kada je brod u manevru pa je automatici odreen minimalni broj generatora u radu ispod kojeg ona ne moe ii. Proraun struje kratkog spoja Proraun kratkog spoja je drugi temeljni proraun kod projektiranja brodskog elektroenergetskog sustava. Proraunu kratkog spoja se pristupa tek nakon to je sustav potpuno definiran, odnosno poznati su svi njegovi elementi (izvori, troila, presjeci i duljine kabela, sabirnice). Svrha prorauna kratkog spoja je odrediti struju kratkog spoja na svim pozicijama u sustavu i tako odrediti prekidnu mo prekidaa odnosno najveu struju koju prekidai moraju moi prekinuti. Struja kratkog spoja na odreenoj poziciji u elektroenergetskom sustavu se rauna tako da se zbroji sve serijske impedancije izmeu elektromotorne sile (induciranog napona) generatora i prikljuenih asinkronih i sinkronih motora (koji se u trenutku kratkog spoja ponaaju kao mali generatori i jako poveavaju struju kratkog spoja) i mjesta na kojem se izraunava struja. To su ukupna impedancija generatora (paralelni spoj impedancija svih generatora i prikljunih kabela dakle viestruko je manja od impedancije jednog generatora i prikljunog kabela), otpor glavnih sabirnica i bakrenih prikljunih traka u GRP i ukupni otpor kabela do mjesta kvara. Najznaajniji je proraun struje kratkog spoja na glavnim sabirnicama (GRP) jer je zbog najmanje serijske impedancije ta struja i najvea.

Treba napomenuti da na struju kratkog spoja, posebno na udaljenijim mjestima, presudnu ulogu ima debljina kabela. Ponekad se namjerno produljuje kabelska trasa kako bi se poveao otpor kabela i tako smanjila struja kratkog spoja a time i prekidna mo prekidaa (jeftiniji prekida). Tome se naravno suprotstavlja kriterij to jeftinijeg kabela i pada naponau dozvoljenim granicama. Treba upozoriti da naknadna zamjena kabela debljim i/ili kraim moe znaiti poveanje struje kratkog spoja preko granice prekidne moi prekidaa a time i veliku opasnost za taj dio sustava.

Zbog opadanja napona i postepene razgradnje magnetskog toka u generatorima pod djelovanjem reakcije armature, kojoj se protive struje u prigunom kavezu i uzbudnim namotima tjerane naponima samoindukcije ali i djelovanjem kompaundnih transformatora, struja kratkog spoja takoer opada tijekom njegovog trajanja. Razlikujemo poetnu Ik'', prijelaznu Ik' i trajnu Ik struju kratkog spoja (sve efektivne vrijednosti), koje prate i odgovarajue vremenske konstante Tk'' i Tk' , koje odreuju brzinu njihovog opadanja.

Najvea je poetna struja kratkog spoja koja i najkrae traje. Mjerodavna je za odreivanje prekidne moi prekidaa. Udarna struja kratkog spoja je najvea trenutna vrijednost struje kratkog spoja koja nastaje na samom poetku kratkog spoja. Proporcionalna je poetnoj struji (pomnoenoj s 2) ali ovisi i o priguenju porasta struje odnosno odnosu L/R. Trajna struja kratkog spoja je vana za podeavanje zatita, a posebno selektivne zatite od kratkog spoja. Izbor napona elektrine centrale Kod izbora napona brodske elektrine centrale svakako najveu ulogu ima veliina elektrinog sistema, odnosno ukupna snaga instaliranih troila koja direktno utjee na veliinu struje kratkog spoja, kao najznaajnijeg imbenika pri projektiranju i dimenzioniranju sklopnih ureaja i zatita. Danas je jo uvijek na brodovima najraireniji trofazni izmjenini napon od 440 V/60 Hz i u manjoj mjeri 380 V/50 Hz.

Porastom instalirane snage i gradnjom tehniki sve zahtjevnijih brodova sve se vie prelazi na primjenu visokog napona. Standardne vrijednosti visokog napona na brodovima, pri frekvenciji od 60 Hz su: 3300V, 6600V i 11000V. Najei razlozi za koritenje visokog napona na brodu su:

Prevelika struja kratkog spoja kod niskog napona (struja kratkog spoja se smanjuje obrnuto proporcionalno naponu, a vea struja kratkog spoja zahtjeva koritenje skupljih prekidaa)

Smanjenje mase i volumena elektrine opreme Jednostavnije provlaenje i prikljuivanje kabela (tanji kabeli i manje prikljune

kutije) Poveanje stupnja korisnosti (gubici u bakru smanjuju se obrnuto proporcionalno

kvadratu napona)