ODRŽAVANJE BRODSKIH ELEKTRIČNIH SUSTAVA - PITANJA ZA PRIPREMU II KOLOKVIJA

Upute:

Odgovori trebaju biti malo iscrpniji od pukog odgovaranja tipa baterije s elektrolitom i suhe baterije

na pitanje broj 1. Svako pitanje nosi od 0-100 bodova tako da bi se takav odogovor bodovao sa 50

bodova.

1. Koja je osnovna podjela brodskih baterija?

To su baterije s elektrolitom i suhe baterije. Baterije sa elektrolitom mogu biti olovne gdje je

elektrolit sumprna kiselina (H2SO4) ili alkalne sa elektrolitom kao što je nikal-kadmij, nikal-cink ili cink-

srebro-oksid. Litij-ionske baterije su suhe .

2. Što su to VRLA baterije?

3. Opišite rad olovnog akumulatora. Od koliko se ćelija sastoji olovni akumulator? Što se događa

procesom punjenja baterije i koji se ioni oslobađaju u elektrolit? Od kojeg materijala je anoda (+)

terminal a od kojeg je katoda (-) terminal? Što koristimo kao

elektrolit?

4. Kako ćemo voltmetrom utvrditi da li je ćelija akumulatora puna ili prazna? Koliki je napon ćelije

akumulatora kad je ćelija puna a koliki je kada je prazna? Koliki je napon cijelog akumulatora kad je

pun i kad je prazan?

5. Objasnite što su to amper sati (Ah). Koliko dugo akumulator od 72Ah može davati struju od 4A? U

kakvoj vezi su amper sati sa dimenzijama akumulatora?

6. Opišite proces punjenja akumulatora na slici. Opišite bulk fazu punjenja, fazu absorpcije i treću

fazu punjenja akumulatora. Što je to stratifikacija ćelije akumulatora i koji su njeni negativni efekti?

7. Kako ovisi životni vijek olovnog akumulatora o nivou pražnjenja akumulatora? Što možemo učiniti

da se produži životni vijek akumulatora?

8. Što se događa sa napunjenim akumulatorom koji je na skladištenju? O čemu ovisi njegovo

pražnjenje? Nacrtajte graf pražnjenja baterije za tri različite temperature.

9. Koje su opasnosti kod korištenja olovnih akumulatora?

Odgovor (100 bodova):

Tijekom punjenja baterije normalno proizvode lako zapaljivi plin vodik (H). Pod normalnim

uvjetima punjenja 99% plina se rekombinira u kemijskim reakcijama. Prag stvaranja

abnormalnih količina vodika je napon na ćeliji 2.415V-2.48V te nakon toga stvaranje plina

vodika eksponencijalno raste.

Kod prepunjavanja ćelije (npr. zbog neispravnog regulatora punjenja) dolazi do pojačanog

stvaranja plina vodika i kisika te do gubitka vode (pada nivo elektrolita u bateriji). Ako

baterija ne može ispustiti ovako nagomilani plin može doći i do nadimanja baterije te

nasilnog ispuštanja plinova i na poslijetku zapaljenja plinova uslijed mogućeg iskrenja.

Kratki spojevi (na primjer ako na rotoru alternatora imamo kratki spoj) dovode do toga da

baterija daje jaku struju te se počne pregrijavati. Zbog toga dolazi do isparavanja elektrolita

te stvaranja pritiska unutar baterije. To može dovesti do prskanja elektrolita (kiselina) te

ozlijeda osoblja.

10. Objasnite razliku između "mokrih" olovnih baterija i VRLA baterija? Koja je podjela VRLA baterija?

Odgovor (100 bodova):

VRLA (Valve Regulated Lead Acid) olovni akumulatori su akumulatori zatvorenog tipa te

stvaraju električnu energiju po istom principu kao i "mokri" olovni akumulatori. Korisnici

VRLA baterija nemaju pristup elektrolitu (tj. ne mogu dolijevati vodu). Kod ovih baterija nije

potrebno dodavati elektrolit jer plinovi koji se normalno proizvode se rekombiniraju tijekom

postupka koji se naziva "ciklus oksigenizacije".

Ova vrsta akumulatora je u potpunosti zatvorena osim što je opremljena sa prekotlačnim

ventilom u slučaju da pritisak plinova poraste iznad određenih granica. Ova vrsta

akumulatora se nekad naziva i "akumulatori bez održavanja". Taj naziv dolazi od činjenice da

se "mokre" akumulatore moralo periodično nadolijevati vodom.

Postoje dva tipa ovih baterija:

Baterija sa Ćelijama koje sadrže gel (Gel Cell): kod ovih baterija je elektolit u obliku gela te se

na taj način imobiliziraju ioni.

Baterija sa elektrodama prekrivenima fiberglasom (AGM): kod ove vrsta baterija elektrolit

se imobilizira pomoću tankog filma od fiberglasa između elektroda baterija. Ovakva

konstrukcija omogućava brzu reakciju između elektroda i elektrolita. Kod ovog tipa baterija

imamo smanjeni unutarnji otpor (smanjena generacija PbSO4 ) te mogu podnijeti veće struje

nego "mokra" baterija.

11. Što je to test vodljivosti baterije i što nam može reći o bateriji? Objasnite graf na slici.

Odgovor (100 bodova):

Baterija ima određenu impedanciju i admintanciju. Vrijednosti impedancije i admitancije se

mijenjaju kako baterija stari.

Vrijednost impedancije baterije možemo mjeriti tako što ćemo propuštati slabu AC struju

kroz akumulator.

Na slici je prikazana absolutna vrijednost impedancije u ovisnosti o dobi baterije. Također je

na donjem dijelu prikazana vodljivost baterije u ovisnosti o dobi baterije.

Vodljivost je obrnuto proporcionalna realnom dijelu impedancije.

Na gornjem dijelu grafa prikazana je ovisnost kapaciteta baterije u odnosu na nominalni

kapacitet baterije te kako se kapacitet baterije mijenja u odnosu na dob baterije.

Test vodljivosti baterije nam može reći koliko je "stara" baterija tj., koliki je njen kapacitet.

12. Što je to CCA baterije?

Odgovor (100 bodova):

Cold-cranking-amps (CCA) je mjera koja je nastala pod kapom Battery Council International.

To je tijelo koje među ostalim standardizira baterije te je također osmislilo standardne

testove za baterije prema kojima proizvođači baterija specificiraju baterije.

CCA test se provodi na 0𝑜𝐶 te se mjeri koliko ampera može dati potpuno puna baterija u

trajanju od 30 sekundi. Razlog zašto je odabrana ova niska temperatura leži u tome što

baterije mogu dati manje ampera na nižoj temperaturi.

Poznato je da automobili teže pale kad je temperatura vrlo niska (razlog je baterija). Mjerenje

CCA može nam reći što možemo očekivati od baterije pod najgorim uvjetima kada treba

pokrenuti motor (starter).

13. Objasnite kako funkcionira starter elektromotor za pokretanje motora sa unutarnjim

sagorijevanjem?

Odgovor (100 bodova):

Starter motori su DC motori jake struje koji se koriste da se motor sa unutarnjim

sagorijevanjem pokrene i dovede do 200 oko 200 RPM

Starter motori prenosi mehaničku energiju preko sustava zupčanika na osovinu motora sa

unutarnjim sagorijevanjem.

Čim se motor sa unutarnjim sagorijevanjem dovede do oko 200 RPM zupčanik starter motora

se mehanički odvoji od motora sa unutarnjim sagorijevanjem te se starter motor isključi.

14. Nabrojite komponente sustava starter motora na slici:

Odgovor (100 bodova):

Komponente sustava starter motora:

• Starter motor

• Magnetni prekidač

• Kontakti prekidača za sustav paljenja smjese motora

• Relej za pokretanje starter motora

• Kvačilo za odvajanje starter motora (kada postigne dovoljnu brzinu)

• Baterija za pokretanje starter motora

15. Objasnite karakteristiku starter motora na slici. Što je označeno krivuljom (a) a što je označeno

krivuljom (b) ? Koji je kriterij da bi starter motor mogao pokrenuti motor sa unutarnjim

sagorijevanjem?

Odgovor (100 bodova):

Brzina starter motora (a) se smanjuje sa temperaturom zbog povećanja unutarnjeg otpora

baterije na nižim temperaturama.

Minimalna brzina za pokretanje motora (b) se smanjuje sa povećanjem temperature.

Sjecište krivulja (a) i (b) daje nam minimalnu temperaturu na kojoj se motor može pokrenuti.

Ako je temperatura manja od temperature koju nam daju sjecišta (a) i (b) motor sa

unutarnjim sagorijevanjem se ne može pokrenuti.

16. Što skraćuje životni vijek starter motora? Zbog čega je napon niži od nominalnog na starter

motoru problem? Kako ćemo voltmetrom testirati starter motor?

Odgovor (100 bodova):

Niski napon na starter motoru je najčešći uzrok skraćenja života starter motora.

Ako je napon niži od nominalnog, to uzrokuje da motor povuče veću struju te se time

generira i više topline.

Niži napon na starter motoru može uzrokovati i probleme na releju starter motora

(nemogućnost da ostvari kontakt).

Starter motor možemo testirati voltmetrom:

1) Odspojiti uzemljenje sa razvodne kape motora (sadrži svijećice za paljenje smjese) tako da se

motor ne može pokrenuti

2) Spojiti plus (+) terminal voltmetra direktno na plus terminal starter motora

3) Spojiti minus (-) terminal voltmetra direktno na neobojenu površinu metala na kućištu starter

motora

4) Dati kontakt na motoru u trajanju od 10s-15s i pratiti voltmetar

5) Ako je napon na voltmetru 9.5V ili veći tada starter motor ima dovoljan napon za normalno

funkcioniranje. U tom slučaju problem može biti ili u starter motoru ili na motoru sa

unutarnjim sagorijevanjem. Da bi se provjerilo da li se motor može okretati treba izvaditi

svijećice i pokušati ručno zakrenuti motor. Ako je i taj test ispravan onda je problem na

samom starteru motora.

6) Ako je napon manji od 9.5V tada je problem ili u bateriji ili u kabelima i kontaktima koji vode

do starter motora. Razlog mogu biti korodirani kabeli, loši ili nečisti kontakti, itd..

17. Nabrojite komponente sustava paljenja motora sa unutarnjim sagorijevanjem na slici.

Odgovor (100 bodova):

Sustav paljenja motora sa unutarnjim sagorijevanjem se najčešće sastoji od slijedećih

komponenti:

• Baterije i sustava za punjenje baterija

• Zavojnice za paljenje (eng. ignition coil)

• Svijećica za paljenje

• Kape za distribuciju

• Visokonaponskih kabela za stvaranje iskre na svijećici

18. Što je to prijenosna linija? Opišite komponente na slici.

Odgovor (100 bodova):

• Prijenosna linija je električna mreža sa jednim ulazom i jednim izlazom (dva terminala)

• Na ulazu se nalazi generator koji šalje signal prema izlazu

• Na kraju prijenosne linije se nalazi teret 𝑅𝐿

• Duljina prijenosne linije je jedan od najvažnijih parametara prijenosne linije

• Tipični primjer prijenosne linije je koaksijalni kabel ili valovod

19. Opišite dijelove i namjenu koaksijalnog kabela na slici. Opišite funkciju svih dijelova koaksijalnog

kabela.

Odgovor (100 bodova):

Na brodu se najčešće koristi koaksijalni kabel kao prijenosna linija.

Tipično se sastoji od 4 sloja. U centru se nalazi bakrena žica oko koje se nalazi sloj izolacije.

Kao treći sloj koji okružuje vodič u centru imamo bakreni plašt koji služi da zaštiti centralni

vodič od RFI (Radio Frequency Interference) te ujedno predstavlja i uzemljenje.

Posljednji sloj je opet izolacijski sloj koji služi da se kabel zaštiti od okoliša.

Namjena koaksijalnog kabela je prijenos video, radio ili data signala.

20. Što su to distribuirani parameteri prijenosne linije? Opišite distribuirane parametre prijenosne

linije na slici.

Odgovor (100 bodova):

Distribuirani parametri su:

𝐿′ - induktivitet po metru duljine. Nastaje zbog samoinduktivnosti kada propustimo AC signal

kroz prijenosnu liniju.

𝑅′ - otpor po metru duljine. Nastaje zbog omskih gubitaka prijenosne linije budući da vodič

nije idealan.

𝐶′ - kapacitet po metru duljine. Nastaje zbog kapaciteta između vanjskog omotača

koaksijalnog kabela i unutarnjeg vodiča koaksijalnog kabela.

𝐺′ - vodljivost po metru duljine. Nastaje zbog toga što izolator između unutarnjeg vodiča i

plašta (opleta) koaksijalnog kabela nije idealan te kroz njega teče slaba struja.

21. Što je to koeficijent refleksije 𝛤(𝑧) na prijenosnoj liniji? Izrazite formulom koeficijent refleksije

𝛤(𝑧) u ovisnosti o impedanciji 𝑍(𝑧) i karakterističnoj impedanciji 𝑍0.

Odgovor (100 bodova):

Koeficijent refleksije 𝛤(𝑧) je omjer amplitude reflektiranog i upadnog vala na prijenosnoj liniji

i može se opisati izrazom:

𝛤(𝑧) =𝑉−(𝑧)

𝑉+(𝑧)

gdje je 𝑉−(𝑧) amplituda reflektiranog vala, a 𝑉+(𝑧) je amplituda upadnog vala.

Koeficijent refleksije na mjestu 𝑧 se može dovesti u vezu sa impedancijom na mjestu 𝑍(𝑧) i

karakterističnom impedancijom kabela 𝑍0:

𝛤(𝑧) =𝑍(𝑧) − 𝑍0𝑍(𝑧) + 𝑍0

22. Što se događa kada je prijenosna linija (koaksijalni kabel) zaključen: otvorenim krugom, kratkim

spojem, karakterističnom impedancijom?

Odgovor (100 bodova):

Koeficijent refleksije na mjestu 𝑧 se može dovesti u vezu sa impedancijom na mjestu 𝑍(𝑧) i

karakterističnom impedancijom kabela 𝑍0:

𝛤(𝑧) =𝑍(𝑧) − 𝑍0𝑍(𝑧) + 𝑍0

Ako je kabel zaključen kratkim spojem tada 𝑍(𝑧) = 0. Zbog toga je koeficijent refleksije u

slučaju kratkog spoja:

𝛤(𝑍𝐿=0) =0−𝑍0

0+𝑍0= −1

Kada je kabel zaključen otvorenim krugom tada 𝑍(𝑧) = ∞. U tom slučaju je koeficijent

refleksije:

𝛤(𝑍𝐿=∞) =𝑍(𝑧)−𝑍0

𝑍(𝑧)+𝑍0=

1−𝑍0𝑍(𝑧)

1+𝑍0𝑍(𝑧)

= 1

Ako je kabel zaključen karakterističnom impedancijom onda imamo:

𝛤(𝑍𝐿 = 𝑍0) =𝑍(𝑧) − 𝑍0𝑍(𝑧) + 𝑍0

=𝑍0 − 𝑍0𝑍0 + 𝑍0

=0

2𝑍0= 0

To je ujedno i najinteresantniji slučaj zaključenja koaksijalnog kabela jer je snaga vala u

potpunosti absorbirana na teretu 𝑍𝐿.

Odgovor (50 bodova):

𝛤(𝑍𝐿=0) = −1

𝛤(𝑍𝐿=∞) = 1

𝛤(𝑍𝐿 = 𝑍0) = 0

23. Što je to TDR instrument i što možemo njime mjeriti? Kako se definira VOP? Koji se

problemi mogu dogoditi prilikom korištenja TDR uređaja?

Odgovor (100 bodova):

TDR instrument je uređaj za ispitivanje kabela koji nam omogućava da nađemo

prekid ili neki drugi problem na kabelu. Naziv TDR dolazi od engleskog Time Domain

Reflectometer.

TDR emitira slijed impulsa te mjeri vremensku razliku između emitiranog i

reflektiranog impulsa te na osnovi razlike tih vremena može izračunati udaljenost

koju je prešao signal.

Udaljenost 𝑑 se računa po formuli:

𝑑 =∆𝑡

2𝑐0𝑉𝑂𝑃

gdje je ∆𝑡 vrijeme proteklo od emitiranja signala do njegovog povratka na uređaj a 𝑐0

je brzina svijetlosti u vakuumu.

VOP se definira kao omjer brzine svijetlosti u vakumu i brzine svijetlosti u mediju

(kabelu) izražen u postocima:

𝑉𝑂𝑃 =𝑐

𝑐0∙ 100%

Kod korištenja TDR uređaja treba pripaziti ako je dio električnog kruga žarulja ili

osigurači ili neki drugi medij (koji nije kabel koji mjerimo). U tom slučaju na granici

dva materijala (npr. bakar-wolfram) dolazi do refleksija i te refleksije mogu zavarati

TDR uređaj.