1

S E Z NA M V P R A Š A N J I N NA LO G P R E D M E T A L A D I J S K I S T RO J N I E L E K T RO S I S T E M I (DODATEK: POGLAVJA Z STCW USKLAJENEGA UČNEGA NAČRTA)

PRIPRAVIL F. DIMC V PORTOROŽU, 24. APRIL 2014

2

Glede na zahteve STCW predmet vsebuje

- razlago običajnih razlogov za kratke stike in odpravljanje vzrokov zanje - risanje in razlaga preprostih električnih vezij - ponazoritev kako se tokokrog zaključuje z ozemljitvijo v skupni točki - dejstvo, da je jakost toka sorazmerna priključeni napetosti (Ohmov zakon)

Osnovne konfiguracije in načela delovanja: • elektriške opreme: • generator in razvodni sistem • priprava, zagon in preklapljanje

generatorjev • osnovne vrste elektriških motorjev, vključno

s posebnostmi zagona • visokonapetostne instalacije • sekvenčni regulacijski sistemi in

pripadajoče naprave • elektronske opreme: • karakteristike osnovnih elementov

elektronskih vezij (upor, kondenzator, tuljava, dioda, integrirano vezje)

Razlaga elektriških in preprostih elektronskih shem Varnostne zahteve za delo z elektriškimi sistemi na ladjah, vključujoč tudi navodila za varen odklop elektriške opreme, ki omogočajo, da osebje lahko začne delati (menjava, popravila) na omenjenih sistemih Vzdrževalna dela in popravila opreme elektriških sistemov, stikališč (komandnih pultov), elektriških motorjev, generatorjev ter enosmernih elektriških sistemov in naprav Zaznavanje nepravilnega delovanja elektriških naprav ali instalacij, lociranje napak in načini kako odpraviti škodljive posledice. Zasnova in delovanje elektriških preizkusnih naprav in merilne opreme. Poleg minimalnih izrecno zahtevanih

STCW vsebin program vsebuje: • Elektrostatika: električni naboj, električno

polje. • Elektrodinamika: električna napetost,

električni tokokrog, električni tok, osnovni

STCW requirements:

- ability to explain the common cause of a short circuit and how the circuit might be protected - ability to draw and explains a simple electric circuit - ability to illustrate how a circuit may be completed by using grounds to a common point - ability to state that the strength of the current is proportional to the applied voltage Basic configuration and operation principles of the following electrical, electronic and control equipment: • electrical equipment:

− generator and distribution systems,

− preparing, starting, paralleling and changing over

generators,

− electrical motors including starting

methodologies,

− high-voltage installations,

− sequential control circuits and associated system

devices,

− electronic equipment: characteristics of basic

electronic circuit elements.

The interpretation of electrical and simple electronic diagrams. Safety requirements for working on shipboard electrical systems, including the safe isolation of electrical equipment required before personnel are permitted to work on such equipment. Maintenance and repair of electrical system equipment, switchboards, electric motors, generator and DC electrical systems and equipment. Detection of electric malfunction, location of faults and measures to prevent damage. Construction and operation of electrical testing and measuring equipment.

3

zakoni električnega tokokroga. • Elementi električnega tokokroga: vodniki,

izolatorji in njihova izolacijske upornost; polprevodniki: polprevodniške diode in tranzistorji, integrirana vezja, močnostni polprevodniki

• Uporaba električne energije: elektrotermija, električna razsvetljava in pogon; elektrokemija: galvanski členi in akumulatorji.

• Elektromagnetizem in električna indukcija. • Generiranje, transformiranje in razvod

električne energije: generator enosmernega toka, generator izmeničnega toka: dušilka v izmeničnem tokokrogu, jalov tok in jalova moč, električni transformator, vodniki, stikala, varovala in izklopni elementi.

• Trifazni prenos električne energije: trifazni transformator.

• Asinhroni stroj: osnovne konstrukcije, energijska bilanca, karakteristika momenta, pogonska stabilnost, zagon, regulacija vrtljajev.

• Sinhroni stroj: osnovne konstrukcije, sinhronska reaktanca, vektorski diagrami, vzbujevalni tok, sinhronizacija.

• Komutatorski stroji: osnovne konstrukcije, osnovne vezave, karakteristike momentov; navitja električnih rotacijskih strojev.

• Statični pretvorniki električne energije: delovanje pretvornikov, usmerniki, krmiljeni usmerniki (diodni usmernik (SCR) in tiristorski usmernik (GTO)), razsmerniki.

• Ozemljenost ladijskih električnih naprav, zagotavljanje varnosti in gospodarnosti plovbe z vidika rabe električne energije

• Seznanitev z zahtevami po rednih kalibracijah in certificiranju merilnih naprav

4

OD »ZAKAJ ME TRESE?« DO PODLAGE LADIJSKIH STROJEV

Napotek je namenjen vsem, ki se pripravljate na izpit Ladijski strojni elektrosistemi in vam elektrika pomeni neopredeljiv pojem, vse povezano s teorijo elektrike pa samo spomin na bridko izkušnjo, ko vas je stresla omrežna napetost. Spoznavajte področje elektrike s študijem naravnih zakonov in s preudarno vsakdanjo uporabo električnih strojev in naprav. Po predmetniku, temelječem na standardih mednarodne pomorske organizacije IMO, zajetih v konvenciji STCW 1, morate najprej razumeti osnove elektrotehnike, da boste v kasnejših predmetih razumeli tudi kakšno vlogo ima elektrika v raznih napravah na ladji in kako je pomembna za varnost delovanja ladijskega energetskega omrežja. Shranite si, kar boste preštudirali!

PREDSTAVLJAJTE SI ELEKTRIŠKE VELIČINE

Da lažje razumemo pojave okoli sebe, si pomagamo s primerjavami. Preberite si naslednjo primerjavo med generatorjem in vodno črpalko, ki vam lahko pomaga ustvariti neko predstavo o najpogosteje uporabljanih elektriških izrazih.

Generator/črpalka vzpostavlja električno napetost/tlak in poganja elektriški tok/vodo po omrežju/cevovodu. Elektriški tok/voda teče od pozitivnega priključka/ pipe, kjer je visok elektriški potencial/visok tlak proti negativnemu priključku/odtoku, kjer je nizek elektriškii potencial/nizek tlak, tok pač vedno teče od visokega potenciala/tlaka proti nizkemu. Količina elektriškega naboja/vode, ki preteče v določenem času, se meri v ampersekundah/kubičnih metrih. Hitrost pretoka, imenovana tok/pretok, pa se meri v amperih/kubičnih metrih na sekundo. Napetost generatorja/tlak črpalke potiska naprej pretakano količino, upornost/trenje v tokokrogu/vodovodu pa pretakano količino zadržuje.

1 IMO Model Course 7.04, Officer in charge of engineering watch

5

PREŠTUDIRAJTE IN SI ZAPIŠITE ODGOVORE NA VPRAŠANJA

Za začetek študija uporabite literaturo

1. KERNEV, Dušan. Ladijska elektrotehnika II. Portorož: Visoka pomorska in prometna šola v Piranu, 1993, 339 str COBISS.SI-ID: 800027

2. KERNEV, Dušan, Osnove elektronike (1982, 2004) (v knjižnici FPP oz. fotokopirnici) 3. YOUNG, W. A., Marine Electrical Basics Workbook (2000) (pri predavatelju) 4. HALL, D. T., Practical marine electrical knowledge, Second edition, Witherby's

Seamanship, 1999, ISBN 1 85609 182 3. 5. DIMC, Franc, ČOP, Rudi. Elektrotehniški praktikum : za študente pomorstva in

tehnologije prometa. 2., popravljena izd. Portorož: Fakulteta za pomorstvo in promet, 2005. ISBN 9616044737.

6. HAMLER, Anton. Elektrotehnika. Maribor, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2004. ISBN 864350596X.

7. A Pocket Book of Marine Engineering: Questions & Answers, Witherby Seamanship International Ltd, 2009, ISBN 139781905331802.

8. JOFFE, Elya B., LOCK, Kai-Sang. Grounds for Grounding, Wiley, 2010, ISBN 978-0-471-66008-8.

Shema snovi in gradiva: Osnovno gradivo, Dodatno gradivo za poglobitev Teoretične osnove elektriški in magnetni pojavi, veličine (2.

str. 1-28) polprevodnik (2. str. 35-36), piezo-el. pojav (2. str. 59-61) tiristorji (1. str. 41)

Elektrotehniški način razmišljanja (tehnologija)

vzbujevalni sklop: transformator, usmernik (1. str. 23-40) paralelno delovanje generatorjev sinhronizacija (1. str. 42-61) stikala, releji, avtomatska razbremenitev omrežja ladje (1. str. 62-79) električni motorji (1. str. 80-116, 3. str. A4-1) električni pogon (1. od 202 do 220) el. korozijska, magnetna zaščita (1. str. 254-258) preračun baterij na ladji (3. str. C13)

Elektronika merjenje hitrosti, ugreza ladje (1., str. 230-253) merjenje temperature (1. str. 259-265) meritve izpušnih plinov, slanosti (1. str. 266 – 276) protipožarna zaščita (1. str. 277-288)

Električna oprema hladilne naprave (1. str. 119-122) merjenje odklona krmila (1. str. 288-289) merjenje vrtilnega momenta (1., 292-296) električni merilni instrumenti (1. str. 297-338)

6

Nekaj konkretnih možnih izpitnih vprašanj in tudi nalog najdete na moji spletni strani v mojih zapiskih s predavanj (http://lses.wordpress.com/).

Če odgovorov še ne najdete:

si pomagajte z drugo literaturo v knjižnici FPP.

pridite na pogovor.

Če niste prepričani, da veste pravilen odgovor, napišite kako odgovor vi razumete in besedilo pošljite po e-pošti.

7

PREŠTUDIRAJTE IN SI ZAPIŠITE ODGOVORE NA VPRAŠANJA

Na večino vprašanj poiščite odgovore sami, precej odgovorov je kratkih in služijo samo za pomoč pri učenju, vsekakor pa niso dovolj za opravljanje ustnega izpita. 1. Kaj je elektrika? 2. Definicija električnega toka, enota za tok in definicija enote toka. 3. Navedite približne meje za male, srednje in velike tokove. Navedi čim več primerov

področij uporabe malih, srednjih in velikih tokov. mali: pA, nA, mikroA (senzorji, merilne naprave) srednji: mA (od meje človekovega zaznavanja do smrtno nevarnih vrednosti) primeri: gospodinjski aparati, elektronika veliki: A, kA (elektro energetika, strela) 4. Kje v pomorski praksi je meja nizke/visoke napetosti?

(vir: Seagull CBT, #0232, High Voltage, Equipment and Testing)

8

5. Opišite razliko med primarnimi in sekundarnimi galvanskimi členi! Ponazorite s primeri enih in drugih.

Primarni členi pretvarjajo kemijsko vezano energijo neposredno v električno, sekundarni členi pa so 'skladišče' za energijo, namenjeno kasnejši rabi. Sekundarne zato imenujemo tudi akumulatorji, včasih so jih imenovali tudi 'mokri členi', primarne pa 'suhi'. V modernih izvedbah je vedno več 'suhih akumulatorjev' (gel). Primarne člene najpogosteje rabimo kot cink-ogljikove alkalne baterije za ročne svetilke. Čeprav jih ne uporabimo niti enkrat, se tem baterijam povečuje notranja upornost oz. se njihova kemijska energija počasi 'razkraja' v notranjo. Toplota v skladiščnem prostoru razkroj celo pospešuje, saj se prej izsušijo. Po predvidenem izteku dobe uporabnosti niso več uporabne. Dober primer sekundarnega člena je avtomobilski svinčev akumulator, ki se polni med delovanjem avtomobilskega motorja z notranjim izgorevanjem, praznijo pa ga elektriški porabniki (žarometi, elektronika...) 6. Kako napolnimo baterijo, ki smo jo prinesli iz skladišča? Negativni pol na negativni del, pozitvni na pozitivnega, vkljucimo polnilec. Za proces polnjenja akumulatorja je bistveno, da tok steče v obratno smer kot med praznenjem. S tem tokom v obratno smer se vzpostavlja začetno stanje aktivnih delov galvanskih členov, s čimer se spet pojavi energija v kemijskih vezeh. Ko bomo na galvanski člen priključili električni porabnik, se bo kemijsko vezana energija pretvorila v električno. 7. Kako ugotovimo za koliko se je akumulatorska baterija že napolnila Kateri merilnik

uporabljamo za katere vrste členov? Z voltmetrom ali z merilnikom specifične gostote elektrolita (bolj gost elektrolit pomeni bolj poln akumulator in obratno: bolj redek elektrolit – bolj prazen akumulator.) 8. Razložite delovanje merilnika specifične gostote! Masni pretok je odvisen od specifične gostote medija, preseka odprtine in hitrosti s katero medij teče skozi dano odprtino. Specifična gostota je odvisna tako od tlaka, kot od temperature. Merilnik specifične gostote je steklena ampula, na na spodnjem delu obtežena, da se ampula v tekočini lahko postavi pokonci. V raztopini je merilnik bolj ali manj potopljen, odvisno od gostote: če je raztopina bol ali manj gosta. Vrat ampule je tako opremljen z merilno lestvico, da vrednost na gladini daje vrednost specfične gostote raztopine.

9

9. Kaj je usmernik? Za kaj ga uporabljamo? Usmernik je naprava, ki pretvori izmenično napetost, ki ima obliko sinusoide, v enosmerno napetost. Sestavljeni so iz diod: štirih (dvopulzni enofazni usmernik) ali šestih (šestpulzni trifazni usmernik). Usmernik je naprava, primerna za polnjenje baterij. Akumulatorjev ne moremo polniti z izmeničnim tokom, ki je običajen v elektroenergetskih omrežjih. Rabimo, kot smo že omenili, tok samo v nasprotni smeri kot med praznenjem, ne pa spreminjanja smeri toka 50 krat ali 60 krat na sekundo. 10. Merimo napetost baterije. Kaj odčitamo na voltmetru in kaj na merilniku specifične

gostote, ko je baterija polna? Na voltmetru odcitavamo napetost, na merilniku specificne gostote pa gostoto elektrolita. 11. Kaj pomeni izraz zaporedna vezava? Skicirajte baterijo in ji zaporedno vežite

elektromagnet. Vključite še tlivko, ki bo gorela samo takrat, ko bo skozi elektromagnet tekel tok.

12. Kaj je razsmenik (angl. Inverter), za kaj ga uporabljamo in kaj ga sestavlja? 13. Kaj pomeni izraz vzporedna vezava? Skicirajte kako na baterijski izvor vežete

vzporedno tri pare žarnic. 14. Kaj pomeni izraz kombinirana vezava? (Kombinacija zaporedne in vzporedne vezave)

Skicirajte kakšen primer.

10

15. Kaj pomeni izraz odprte sponke (ang. open circuit)? Električna vezava, pri kateri nimamo na izvor priključenega nobenega porabnika. V vezavi odprtih sponk imamo samo napetost, ne teče pa noben tok. 16. Kaj pomeni izraz kratek stik (nem. kurzschluss)? (http://www.youtube.com/watch?v=F6XuT90x7-Y) Kratek stik je direktni medsebojni stik med dvema ali večimi vodniki ali priključki (brez vmesnega vezanega porabnika), kar povroči ogromen električni tok. 17. Kaj pomeni, da je električno vezje ozemljeno? To je vezje, ki je v stiku z zemljo. Brez učinka je, če je vezje ozemljeno na enem mestu, ker tokokrog ni speljan tako, da bi tekel tok in ni nevarnosti za kratek stik. Če pa imamo vezje ozemljeno na dveh mestih, je možno, da nastane kratek stik. Dve ozemljitveni točki povečujeta možnost, da toki najdejo novo, neželeno pot po enem stiku z ozemljitvijo in se vračajo po drugem stiku. Ali je vezje ozemljeno ali ne na ladji najlažje preizkusimo s testno lučko. Prvo sponko lučke (1) priključimo na eno stran vezja,drugo sponko lučke (2) pa na kovinsko ogrodje ladje. Lučka bo svetila, če smo sponko (1) priključili na mesto, od katerega je do ozemljitve vmes še izvor napetosti. Preizkus ne bo pokazal mesta ozemljitve, toda potrdil bo, da je vezje ozemljeno.) 18. Kako detektiramo ozemljitev ali fazo na nadzorni plošči? (s testno lučko ali ozemljitvenim voltmetrom, opišite) 19. Kako zagotovimo dobro ozemljitev na ladji?- S tem, da ozemljimo vse kriticne dele ladje; to so deli, ki so kljucni za delovanje in varnost ladje, ter morajo zagotoviti neprekinjeno delovanje vseh sistemov na ladji

11

20. Kako boste našli mesto, kjer je naprava ozemljena? Žica, oz. kovinski del se dotika tal oz. naprave. Kako boste to mesto sistematično našli? 21. Kako izgleda enopolno stikalo? Je stikalo, ki sklenja ali razklenja tok enega vodnika. 22. Kako izgleda dvopolno stikalo? Je stikalo, ki sklenja ali razklenja tok dveh, med seboj ločenih vodnikov. 23. Za kaj se rabi večpoložajno stikalo (preklopnik)? Vrsta stikala za vklop/izklop svetil ali električnih naprav z večimi funkcijami. Običajno se uporablja za vklop motorja, ker ob zagonu potrebuje rotor večji tok (v vezavi zvezda), ko doseže nazivne vrtljaje pa za obratovanje (ponavadi) zadošča manjši tok, ki ga dosežemo z vezavo trikot. 24. Kaj je značilno za prevodnik, kaj za izolator? Prevodnik ima majhno upornost, da lahko skozi njega stece tok; izolator ima veliko upornost. Povejte koliko približno ima vsak od njiju upornost v omih! 25. Kaj je polprevodniški material in za katere elemente ga uporabljamo?

12

26. Kateri prevodnik je najboljši od trenutno znanih? Zakaj se pogosto uporablja baker? Platina je še boljši prevodnik kot srebro. Baker je najugodnejši glede na razmerje cena/prevodnost, ter se ne poslabša na zraku kot srebro. Katera reakcija pa je kriva za poslabšanje lastnosti srebra? 27. Kaj je zbiralka in kakšen je njen namen? Zbiralke so palice raznih profilov prevodnega materiala, ki v tripolni izvedbi lahko predstavljajo enojni, dvojni ali trojni sistem in ki so priključene na vse dovode in odvode električne nergije preko stikalnih aparatov (stikal, kontaktorjev...). Vzdolž svoje dolžine so lahko tudi deljene preko odklopnika ali ločilnika. 28. Kaj je ločilka in za kaj se uporabljajo? Na katere parametre ločilk moramo biti

pozorni? Ločilke uporabljamo zato, da očitno ločimo del energetskega omrežja, ki ni pod napetostjo od dela, ki je pod napetostjo. Varnost operaterjev in vzdrževalcev se s tem poveča. Ločilke izbiramo glede na nazivno napetost in največji dopustni tok pri normalnih pogojih obratovanja. 29. Kaj je varovalka? Avtomatsko električno stikalo, ki v primeru napake (ki se kaže kot prevelik tok) prekine električni tokokrog in tako varuje pred kratkim stikom. 30. Naštejte tri vrste varovalk! Magnetne varovalke, termično-magnetne varovalke, visoko-napetostne varovalke, nizko-napetostne varovalke, glede na hitrost ločimo hitre in počasne (kdaj mora varovalka odreagirati hitro, kdaj lahko počasi?).

13

31. Opišite tri vrste varovalk, ki jih najpogosteje srečamo v vezjih? 32. Katera vrsta varovalk se uporablja na 880 V napajalnih vodnikih? Ker je napetost že visoka, kremenčev pesek ne zagotavlja več zadosti gašenja obloka ob raztalitvi, zato se kot sipki material uporablja boraks. Uporabljajo se tudi varovalni elementi, ki izklopijo ob visoki temperaturi vodnika (bimetal). 33. Kako potrdimo ali ovržemo, da je varovalka pregorela? Pogledamo, če žica ni več sklenjena med mostički (glej avtomobilske varovalke). Uporabimo testno lučko. Če lučka gori, je varovalka cela, če ne gori, je varovalkina žička staljena. 34. Kaj je kontaktor? Kako deluje? Naprava za vzpostavitev in prekinitev energetskega (glavnega) električnega tokokroga preko drugega tokokroga. Sklenemo ali razklenemo kontakte v 24 V vezju in s tem kontroliramo vklop nekega porabnika. Kontaktor vklopi napravo, ko z napetostjo 24V iz transformatorja premaknemo jedro elektromagneta, ki obenem premakne kontakt, s tem pa se sklene glavni tokokrog, po katerem napravam dobavljamo električn energijo. 35. Kaj je SF6 in za kaj se uporablja? 36. Kaj morate spremljati pri stikalih in kontaktorjih? Material kontaktov je zaradi iskrenja (obloka) ob vklopu in izklopu zelo obremenjen, zato mora za dobro in dolgo delovanje teh elementov material kontaktov imeti primerne lastnosti. Za zanesljivo dolgoletno delovanje stikala je pomembna zlasti kvalitetna zaščita stikal pred iskrenjem pri preklopu (gladke površine, ki se ne zmehčajo, ko skoznje teče tok). Kvalitetna zascita je pomembna za preprečevanje iskrenja s hkratno omejitvijo toka in napetosti na stikalu med preoklopom.

14

37. Kako določimo presek žice A? Najprej s kljunastim merilom izmerimo premer D in vstavimo A = π (D/2)2 38. S katerim instrumentom preizkusimo izolacijo? Kako vežemo instrument, če

preizkušamo izolacijo do ozemljitve, kako če izolacijo med fazama? a) upornost z megaommetrom in b) električno trdnost z izvorom visoke napetosti in ampermetrom (spomnite se vaje preizkus izolacije) 39. Kako dimenzije žice vplivajo na upornost žice? Večji premer ⇒ manjša upornost 40. Kako temperatura vpliva na upornost žice? Baker ima pozitivni temperaturni kooeficient, kar pomeni: vecja temperatura bakrene žice = vecja upornost (spomnite se vaje UI metoda merjenja upornosti tuljave). 41. Kaj je signalna plošča? Kaj jo sestavlja? Signalna plošča daje operaterju nadzor nad napravami v ladijski strojnici. V ta namen so zbrani indikatorji (signalne lučke), merilni instrumenti in povezave, na čelni strani plošče pa so logično izrisani simboli posameznih naprav. Po standardih so zraven stikal tudi varovalke in nekateri zaščitni elementi.

15

42. Kakšne podatke o delovanju ladje dobimo s signalne plošče? Da ladja (oz. motorji) obratuje na visoki napetosti. Z nadzorne plosce izvemo kateri podsistemi so pod napetostjo (v pripravljenosti), kateri obratujejo, tudi kolikšno moč rabijo posamezne naprave, temperaturo sistemov (pregrevanje). Signalna plošča nam lahko tudi nakaže nevarnosti na ladji v povezavi z elektriko (katero kombinacijo navedenih podatkov lahko jemali kot nevarno situacijo?). 43. Kaj je motor? Kaj je generator? Motor je delovni stroj, ki uporablja energijo za premikanje gredi (mehanskih delov); spreminja vrsto energije (elektricno, termicno) v mehansko energijo. Generatorji spremenijo mehansko moc v elektricno; generirajo električno energijo. 44. Povejte Ohmov zakon! Razložite na dveh primerih njegovo uporabnost. Ohmov zakon je ZAKON. Povejte kaj povezuje ta zakon med seboj, kakšno posebnost je odkril Ohm? (kaj je med seboj v sorazmerju, kaj je med seboj v obratnem sorazmerju?) Količnik napetosti in toka (je kaj ?), U=IR; možen izračun upornosti elementa; izračunamo napetost v sami zici; ali izračun toka, ki teče skozi prevodnik. 45. Kaj je trajni magnet? Magnet narejen iz magnetnega materiala, ki ostane magneten, ko ga namagnetimo. 46. Kaj je elektromagnet? Iz česa je sestavljen? V primerjavi s trajnim magnetom, se moc elektromagneta spreminja z spremembo elektricnega toka ki tece skozi njega. Magnetna polja se lahko spremenijo (magnetnemu polju se lahko spremeni jakost in smer – kaj od tega spreminjate v elektromagnetu?) z obratno smerjo toka. 47. Kakšen učinek imata severni in južni pol magneta drug na drugega?

16

48. Kaj vzpostavlja magnetno polje? (Tuljava iz bakrene žice po kateri teče tok...) kako še vzpostavimo magnetno polje?

49. Razložite kako se generira električna napetost v generatorju! napetost se inducira na statorju (opišite bolj podrobno) 50. Kaj je preostala namagnetenost (ang. residual magnetism)? 51. S čim kontroliramo izhodno napetost generatorja? 52. Kakšen namen ima ampermeter? 53. Kakšna je razlika med enosmernimi in izmeničnimi generatorji? Enosmerni generator rabi komutator, da mu zagotovimo napajanje rotorja, ustvarja enosmerno električno napetost. Izmenicni generator pa rabi drsne obroče, preko katerih mu zagotovimo napajanje rotorja. (Ali veste kaj je to kotva?) V splošnem sta si enosmerni in izmenični generator podobna, saj ju sestavljajo elektromagneti v rotorju in navitja v statorju. 54. Kaj nadzorujete pri generatorjih?

17

55. Vsaka ladja ima dva ali več generatorjev, vsaj eden deluje, drugi je ali so v pripravljenosti. V rednih presledkih, ponavadi enkrat na teden, se vlogi zamenjata. Temu rečemo zamenjava generatorskih funkcij in vključuje najprej zagon generatorja (skupaj z zagonom njegovega dizelskega motorja) in izklopom dotlej delujočega generatorja (in 'pogasitvijo' njegovega dizla). Kako pa opravimo zagon generatorja in vklop (s sinhronizacijo)?

VKLOP: 1. kontaktor (circuit breaker) in glavno stikalo na razdelilni plošči sta najprej izklopljena 2. z roko za en obrat zavrtimo rotor s čimer se prepričamo, da generator ni mehansko zavrt, 3. preverimo komutator, če so ščetke nameščene 4. preverimo nivo mazalnega olja v ležajih pogonskega motorja 5. odpremo cevi za kondenz in izpušne ventile 6. odpremo ventil za dotok pare, da omogočiš počasne obrate motorja 7. opazujemo podmazane elemente 8. ko se motor ogreje, ga spravimo do polnih obratov 9. zapremo cevi za kondenzat 10. nastavimo tok v rotorju, da dobimo (inducirano) napetost nekaj voltov nad trenutno napetostjo omrežja 11. vklopimo preklopnik 12. vklopimo glavno stikalo na razdelilni plošči 56. Kako izklopite generator iz omrežja? IZKLOP: Najprej postopoma zmanjšamo odtok električne energije, kar je zaviralo generator. Samoregulacija generatorja Odklopimo kontaktor, s čimer se generator popolnoma električno razbremeni. Odklopimo glavno stikalo. Zapremo dotok pare, ki je gnala rotor. Zaustavljamo motor. Ko se motor zaustavi, zapremo izpušne ventile in odpremo vse ventile za kondenzat. 57. Kako priključite dva generatorja vzporedno?

58. Kaj od generatorjev vežemo vzporedno? Rotorja, statorja, oboje? Na generatorju, ki bi ga radi vezali vzporedno v omrežje, preverite, če so vsi vijaki na kontaktih dobro zategnjeni. Ročno vsaj enkrat zavrtite rotor, da občutite, da se nemoteno vrti. Ležaji in gred morajo biti dobro pdmazani. Enkrat na mesec je v normalnih pogojih treba dodajati mazivo. Nivo olja za gred je treba vzdrževati, če se v dnu stebrička z oljem pojavi voda, jo je treba spustiti ven. Izpusti ven ves kondenz v parnih in izpušnih ceveh oz. kjerkoli v napeljavi se lahko pojavi.

Vzporedno, toda pazimo pred vklopom: če ima en generator malo višjo napetost kot drugi, potem prvi prevzame funkcijo izvora – deluje kot generator, drugi pa se mu pusti gnati kot motor.

18

Na široko odpri izpušne ventile, oziroma vse ventile v izpušnem sistemu med motorjem in kondenzatorjem za paro. Počasi odpri ventil pare, počakaj, da se gred motorja zavrti. 59. Kakšne posledice nastanejo, če vzporedno zvežemo dva generatorja, ki nista

sinhronizirana? V primeru, ko s kontaktorjem sklenemo tokokrog z nesinhronizranima generatorjema, pride do izraza fazna razlika med obema napetostima. Razlika povzroči zelo velike tokove med strojema, ki povzročijo magnetne sile, ki vlečejo generatorske napetosti v sinhronizem. Opazovalci to vlečenje opazijo kot hitro pospeševanje enega rotorja in zaviranje drugega. Velike sile oz. navori lahko trajno poškodujejo generator(ja) in tudi njihove poganjalnike (npr. dizelske motorje), veliki krožeči električni tokovi med strojema pa lahko izklapljajo kontaktorje obeh strojev. Sledi izpad (blackout), lahko tudi nevarnost (za varnost ladje in posadke) in tudi panika. 60. Kakšno vlogo ima naprava, s katero zagotovimo enakomerno obremenitev dveh

generatorjev (ang. 'equalizer switch')? Ohranja enako frekvenco obeh strojev; regulira napetost generatorjev, porazdeljuje močnostno obremenitev, s pomočjo regulatorjev (ang. governors) vpliva na dotok energije (iz poganjalnikov, ang. prime movers), da stroja ostajata v sinhronizmu. 61. Opišite funkcijo pomožnega generatorja (PG) na ladji in nekaj pomembnih lastnosti

(emergency generator) Pomožni generator je zadolžen za napajanje svetil, ki se vklopijo ob izpadu energetskega sistema ladje, na večjih plovilih pa tudi za ponoven zagon glavnega generatorja in napajanje črpalk za gašenje ali navigacijskih pripomočkov. Napetost pomožnega generatorja je enaka napetosti glavnega, ima enako frekvenco in je ravno tako trifazni. Čeprav ima ladja poleg 440 V tudi visoko napetost (6,6 kV), pomožni generator vseeno deluje samo na 440V. PG je nameščen v posebnem oddelku nad vodno linijo. Običajno ni mogoče doseči vzporednega/sinhronega delovanja glavnega in pomožnega generatorja. PG moramo redno preizkušati s simulacijo izpada glavnega generatorja: izvlečemo varovalko na plošči auto-start, s katero sta napajana releja premajhna napetost in prenizka frekvenca. 62. Naštejte gibljive dele električnega generatorja! Rotor, komutator, glavna gred 63. Kakšno napetost se generira na ladji? 440V

19

64. Iz česa je sestavljen komutator in za katere stroje se uporablja? 65. Kako deluje samovzbudni generator? 66. Iz česa so ščetke med napajalnikom in komutatorjem? 67. Kako deluje zaganjalnik in za kaj se uporablja? 68. Kako se zamenja polariteta enosmernih generatorjev ne da bi zamenjali priključka? Zavrtimo ga v nasprotno smer 69. Kateri elementi preprečujejo, da bi generator preobremenili? 70. Koliko znaša napetost, če dva 220 V generatorja priključimo zaporedno? Zakaj rabimo

takšno vezavo?

20

71. Koliko znaša napetost, če dva 220 V generatorja priključimo vzporedno? Zakaj rabimo

takšno vezavo? 72. Ali smemo vzporedno priključiti 110 V in 440 V generator? Ne. Morata imeti enako napetost, frekvenco in fazo. 73. Kakšno napetost rabijo svetila? 74. Kako bi očistili komutator generatorja? (naj se vrti, dvignite ščetke, s finim brusnim papirjem obrusite do visokega leska, operite z ogljikovim tetrakloridom. Ko se posuši spustite ščetke in vključite v omrežje) 75. Ali bi uporabili napravo na stisnjen zrak, da bi očistili stroj? (Ne, ker lahko poškodujemo izolacijo) 76. Kako so razporejene ščetke? 77. Kaj lahko povzroči, da se motor pregreva? Nedelovanje ventilatorskega hlajenja, izolacija tuljav je dotrajana (ima premajhno upornost) in povzroca kratek stik, slabi stiki – razložite! 78. Čemu rečemo močnostno vezje? (električni napravi, ki deluje na izmenični napetosti vsaj 240 V in ni namenjena razsvetljavi) 79. Kaj pomeni izraz trifazna napetost? Skicirajte kazalčni diagram. (vzemite si čas: http://eele.tsckr.si/wiki/index.php/Trifazni_sistemi in dobro preštudirajte)

21

80. Kaj pomeni izraz STCW konvencija? International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers. Mednarodna konvencija o standardih za usposabljanje, pooblastilih in opravljanju straže pomorščakov. Torej knjiga napotkov kaj naj bi vi znali, kako naj bi vas mi to naučili in preverili, če res znate. 81. Čemu so namenjeni drsni obroči (ang. slip rings)? Zagotavljajo neprekinjen električni stik z napajanjem vrtečemu se rotorju. 82. Kaj pomeni izraz slip, pri katerih napravah ga srečamo in kako slip določimo? 83. Navedite dele enosmernega motorja! stator (nepomični del motorja); rotor (vrteči se del); komutator, ki je del rotorja in predstavlja mehanski usmernik. Ščetke oz. krtačke, ki se dotikajo komutatorja in služijo prevajanju toka (od kod in kam?). 84. Kaj je reostat in kako je sestavljen? Upor z nastavljivo upornostjo ki regulira elektricni tok. Ima gumb za nastavitev (reguliranje) upornosti. 85. Kako spet usposobite motor, ki je bil namočen v morsko vodo? (razstavimo, dobro namočimo s sladko vodo, operemo z ogljikovim tetrakloridom, posušimo, pobarvamo, očistimo ležaje,.. sestavimo)

22

86. Kolikšen tlak naj bo med ščetkami in komutatorjem? Ocenite. Tolikšen, kot ga zahteva proizvajalec oz. če ni drugače navedeno: 1 do 1,5 libre/palec2 (palec = inč) ≡ 0,7 do 1,03 N/cm2 (1 lb/palec2 ≡ 6895 N/m2) 87. Naštejte razlike med enosmernimi in izmeničnimi motorji! Motorji na enosmerni tok so namenjeni priključitvi na vir enosmerne napetosti 88. Glavni sestavni deli takih motorjev so: stator (nepomični del motorja) rotor (vrteči se del) komutator, ki je del rotorja in predstavlja mehanski usmernik. Ščetke oz. krtačke, ki se dotikajo komutatorja in služijo prevajanju toka. Motorji na izmenični tok so namenjeni priključitvi na vir izmenične napetosti. Motorji na izmenični tok imaja dva glavna sestavna dela: stator in rotor. Na stator je nameščeno večfazno (navadno trifazno) navitje. Zaradi krajevnega premika faznih navitij in faznega premika faznih napetosti nastane vrtilno magnetno polje, katerega amplituda je konstantna. Slednji ustvarja elektromagnetni navor, ki vrti rotor. Vrtilno hitrost teh motorjev pogojuje električno omrežje (katera veličina v električnem omrežju?), na katerega so priključeni. 89. Kaj je motor-generator? Generator proizvaja elektricno napetost, motor pa koristi to napetost, skupaj ju povežemo, da po potrebi lahko motor električno zaviramo: na stator generatorja je priključeno breme (reostat), ki mu upornost povečujemo ali zmajšujemo. Ko upornost povečamo se tok zmanjša (manj zaviramo), ko upornost zmanjšamo se tok poveča (bolj zaviramo).

23

90. S čim bi zmanjšali napetost s 440 V na 110V? S transformatorjem, ki ima prestavno razmerje 4:1. 91. S čim bi povečali napetost z 220 V na 880 V? S transformatorjem; ki ima prestavno razmerje 1:4. 92. Kje se v električnih sistemih uporablja vakuum? (v CO2 senzorjih in v žarnicah na žarilno nitko) 93. S čim bi pretvorili izmenično napetost v enosmerno in s čim enosmerno v izmenično? 94. Po katerih parametrih med seboj ločite trifazne transformatorje? 95. Kakšen gasilni aparat smemo uporabiti za gašenje električne napeljave? CO2 ali prah 96. Kakšna je pretvorba iz vatov (W) v konjske moči (HP)? (1 kW oz. kilovat ustreza 4/3 HP oz. konjske moči ali 746 W ustreza 1 HP; napetost krat tok : 746 = število konjskih moči)

24

97. Na kakšnem principu delujejo naprave za sporazumevanje pod vodo? (ultrazvok, glas se pretvori v električni signal, električni signal krči in razteza piezo-kristal, ki v vodi povzroča tresljaje, na sprejemni strani se ultrazvok pretvori v električni signal spet s piezo-kristali, ojačen preko zvočnika spet postane zvok) 98. Iz česa je sestavljen telefonski aparat? 99. Kaj sestavlja vezje, ki nas opozori na požar? Naprava ima zaznavalo praga temperature, ko temperatura zanesljivo preseže mejno vrednost se stali, zlomi senzorska paličica in ko zaradi dima postane zrak bolj prevoden se sproži alarm. V modernh izvedbah se v kritičnih delih ladje opazujeta obe veličini hkrati, z mehko logiko opremljen nadzor z veliko zanesljivostjo določi ali gre v resnici za požar. 100. Katere vrste električni motor je pogonski motor na ladji? (ali a) enosmerni ali

b)asinhronski ali c)sinhronski?) 101. Kako zamenjamo smer vrtenja izmeničnega električnega motorja? Če želimo spremeniti smer vrtenja, moramo zamenjati smer toka samo skozi eno izmed obeh navitij (ne bo držalo, v izmeničnem se smer toka kar naprej spreminja...) 102. Kako zamenjamo smer vrtenja enosmernega električnega motorja? Zamenjamo pole (rotorja, statorja ali obojih?)

25

103. Zakaj nastajajo iskre med ščetkami in komutatorjem? (preobremenitev, napačna postavitev ščetk, slabo prevodne stične površine, hrapavost komutatorja, šibko polje, prekinjeno rotorsko navitje ali rotor v kratkem stiku) 104. Kako priključimo v vezje ampermetre in kako voltmetre? Ampermeter: zaporedno (k čemu?) Voltmeter: vzporedno (k čemu?) 105. Kakšne posledice ima nesimetrična obremenitev generatorja na ladji? Generator se lahko pokvari oz. poškuduje (vprašajte kolega Šetorja) 106. Kateri poudarki iz predpisov za delo z visoko napetostjo so za operaterja najbolj

pomembni? 107. Kako je ozemljena ladja? (Insulated and Earthed Neutral Systems) Natančno s

pomočjo skice opišite kako lahko na ladji pride do preboja na ohišje in v kakšnem primeru tak preboj pomeni tudi izpad varovalk? V čem je razlika glede na kopenske elektroenergetske sisteme v stavbah?

108. Zakaj je pomembno, da pri priključitvi ladje na kopensko omrežje,

vzpostavimo pravilno zaporedje faz? (Hall, str. 41)

26

109. Zakaj je potrebna podnapetostna zaščita?

110. Ob shemi razložite zaščite v visokonapetostnem omrežju!

(Hall, str. 43)

Naštejte tri osnovne namene zaščite elektroenergetskega omrežja! (Hall, str. 44)

27

111. V spodnji shemi obkrožite usmernike in razsmernike, opišite njihovo delovanje in razložite kakšne funkcije opravljajo v spodnji vezavi!

(Hall, str. 190)

112. Zakaj je potrebna pretokovna zaščita? 113. Ali izolacija kabla zgori? (Hall, str. 52) 114. Zakaj je boljša vezava motorja v trikot in zakaj v zvezdo? S čim se izvaja

preklop? Skicirajte vezavo!

28

115. Koliko znaša sinhronska hitrost (v obratih na minuto) 4 polnega motorja, če

ima napajalna napetost 50 Hz? Izračunajte še sinhronske hitrosti za vse kombinacije pol:frekvenca, če imate na voljo 4, 6, 8 in 12 polne motorje in izvore 50 in 60 Hz!

116. Kaj določamo z vezavo na vezalni plošči (spomnite se primera vezalne

ploščice 3f indukcijskega motorja v laboratoriju)? 117. Kako deluje enofazni motor s pomožno fazo? 118. S kakšnimi tehničnimi rešitvami na ladji dosežemo, da se ob napakah, ki povzročajo

velike toke, izklaplja čimmanjše število naprav okoli s tokom obremenjenega mesta (pomislite na velikost dopustnih tokov varovalk in hitrost njihovega izklopa)?

119. Kaj pomeni izraz marinizirana oprema? (Hall, str. 26) 120. Kaj se zgodi ob izpadu generatorja? Katere elemente obsega in kako deluje zasilni

sistem za napajanje z električno energijo (preučite shemo Hall, str. 29)? Kaj sistem sploh napaja?

29

121. Na vajah smo izmerili izkoristek dvema grelnikoma vode in dobljena izkoristka tudi

ovrednotili. Grelnika sta imela cos fi približno enak 1. Iz odčitanih vrednosti smo dobili razmerje med delovno in navidezno močjo (= cos fi) celo več kot 1. Kako je to mogoče?

(Rezultati nam podajajo interval, v katerem se nahaja prava vrednost s 95% verjetnostjo....)

122. Primerjajte različne shematične prikaze električnih instalacij na primeru omrežja ladje in zajemanja analognih vrednosti: bločne sheme, električne sheme (s simboli), krmilne sheme (s prikazom preklopv relejev in kontaktorjev), vezalne sheme (glej primere v Practical Marine Engineering Knowledge, slike 1.1 do 1.5 ) Opišite glavne razlike!

123. Kaj povzroča kratek stik in kako preprečujemo kratke stike? Kako preprečujemo obloke pri visokih napetostih? Zakaj slabi spoji povzročajo velike tokove?

124. Kakšno breme moramo izbrati, da dobimo iz izvora največjo moč? (Prilagojeno na notranjo upornost (impedanco) izvora. Največji tok iz izvora potegnemo ob kratkem stiku, največjo moč pa, ko iz izvora ne teče noben tok.)

125. Katero napetost izbrali, če je vaša ladja zasnovana za 60 Hz, 440 V, v pristanišču pa

vam nudijo napetost po izbiri s frekvenco 50 Hz? (Hall, str. 42)

30

126. Kako pogosto je treba čistiti električni motor? 127. Katero zaščito električnih naprav poleg podnapetostne in pretokovne še

poznate? Zakaj je potrebna? 128. Kako je ladja zaščitena pred električnim udarom? Kaj v resnici rabite za zaščito

ladje pred udarom strele? (Electric shock, High voltage equipment testing) Zaščita ladje pred strelo....... (po wiki) Najobsežnejše iskre naravno proizvaja strela. Povprečna negativna strela prenaša približno 30K-50K amperov, hkrati prenese naboj petih coulombov in pa 500MJ energije (dovolj svetlobe, da 10-vatna žarnica gori 2 meseca). Vendar pa lahko v pozitivna strela v povprečju (v vrhuncu nevihte) proizvede tok 300K-500K amperov, hkrati prenese naboj 300 coulombov in ima potencial razliko 1 gigavoltov, tako da lahko absorbira dovolj energije za svetlobo 100W žarnice do 95let. Negativne strele po navadi ne trajajo dalje, kot deset mikrosekund, vendar so tudi večkratni udari pogosti. Pozitivne strele pa se po navadi pojavljajo kot en sam dogodek. Vendar pa lahko večji tok pri pozitivnih strelah povzroča veliko večje segrevanje in je tako bolj nevaren, kot pa negativne strele. Nevarnost strele predstavlja udar na osebo ali lastnino. Vendar pa lahko tudi strela, ki udari v zemljo povzroči spremembo napetosti, kot tudi elektromagnetni pulz, zaradi katerega se lahko naelektrijo kovinski ali tudi nekovinski predmeti v bližini kovinskih, kot so telefonski vodnik, ograja ali cevovod. Kot smo že rekli: čeprav veliko teh elementov ni prevodnih, lahko zelo visoki sunki napetosti povzročijo preboj električne izolacije in izolatorji postanejo prepredeni s prevodnimi kanali in zato prevodni. Potenciali, ki se zaradi sunkov napetosti ohranijo na površini neprebitih izolatorjev so zaradi možnosti razelektritve, ki jo omogoča dotik, nevarni za ljudi, živali in elektronske aparate. Strele so nevarne tudi, ker povzročajo tudi požare in eksplozije, ki imajo za posledico smrtne žrtve, poškodbe in materialno škodo. Ukrepi za nadzor nad udari strele lahko ublažijo nevarnost, sem spadajo strelovodi, zaščita vodnikov in spajanje električnih zaščitnih vodnikov s konstrukcijskimi deli stavb. 129. Kateri plini in v kakšnih okoliščinah lahko povzročijo eksplozije? S katerimi ukrepi

preprečujemo eksplozije? (wiki) Tudi napetost je dovolj, da ustvari dovolj energije za vžig atmosfere, ki vsebuje vnetljive pline, hlape ali prašnih usedlin. Na primer, vodikov plin, zemeljski plin ali bencin. Med primere industrijskih objektov, kjer je nevarnost eksplozij so petrokemične rafinerije, kemične tovarne, dvigala za žito in premogovniki. Ukrepi, sprejeti za preprečevanje eksplozij so: Notranja zaščitna sredstva naprav, ki ne morejo shranjevati veliko električne energije, ki sprožijo eksplozijo. Povečana zaščita za naprave, ki uporabljajo olja za hlajenje.

31

Proti požarna ohišja, ki so zasnovana tako, da če pride do požara ali eksplozij v ohišju se ta ne prenese na zunanjo okolico in s tem povečanja eksplozije (to ne pomeni, da bo naprava preživela požar ali eksplozijo). 130. Katere vrste električnih strojev (motorjev, generatorjev) se uporabljajo za

sodobne električne pogone ladij? 131. Kaj pomeni izraz 'governor' in zakaj se te vrste naprav uporabljajo? 132. Kateri električni pojavi povzročajo tvorbo človekovemu zdravju nevarnih plinov?

Kateri nevarni plini nastajajo? Električna ionizacija (razčlenitev), vključno s korono, lahko ustvarja majhni delež strupenih plinov, ki lahko v zaprtem prostoru predstavlja resno grožnjo nevarnosti za zdravje ljudi. Ti plini vsebujejo ozon in različne dušikove okside. Zaradi segrevanja izolacije tokovodnikov nastajajo dimne pare, ki v večjih koncentracijah lahko tudi ogrožajo zdravje. 133. Razložite zakaj nastanejo korozijski členi na jeklenih ploščah, ki so

potopljene v morsko vodo. Kako zavarujemo kovinske elemente ladijskega trupa pred razjedanjem - galvansko korozijo?

Razložite! Zavarujemo s pocinkanjem (zinc), oz. z zaščito površine, ki lahko pride v stik z elektrolitom.

32

NALOGE

1. Na ladijsko trifazno (D) omrežje z medfaznimi napetostmi 760V priključimo trifazni motor z močjo 90 kW (na vsaki fazi), cosφ = 0,79 in nazivnimi vrtljaji pa 800 v./min. Koliko znašajo tokovi po fazah ob simetrični obremenitvi? Na hrbtno stran skicirajte priključitev motorja na omrežje in vezavo merilnika toka v eni fazi in vezavo merilnika napetosti med dvema fazama. Zapišite kako je definiran izkoristek motorja. S kolikšnim navorom se pri nazivnih n vrti rotor, če je izkoristek 75%?

2. V transformatorju s cosφ = 0,85 in nazivno močjo 7000 VA smo izmerili 150 W izgub pri odprtih sponkah (v jedru) in 75 W izgub v kratkem stiku (žice). Kolikšen izkoristek ima transformator?

3. Na omrežno napetost 400 V, frekvence 60 Hz imamo priključen motor črpalke z induktivnostjo 500 mH in upornostjo 40 omov. Koliko znaša fazni kot ϕ motorja in koliko delovne energije (kWh) porabi črpalka na dan, če deluje v povprečju sedem ur?

4. V vzporedno vezavo treh enosmernih motorjev (vsak ima upornost 36,7 Ω) teče tok 9 A. Izračunajte napetost izvora. Kolikšen tok teče skozi vsakega od motorjev, če se napetost izvora ohrani, ko jim še en motor z upornostjo 23,1 Ω vežete vzporedno? Narišite vezavo (na hrbtni strani). Koliko moči tedaj skupaj porabljajo motorji?

Shema priključitve motorja na omrežje in izvedba meritve v nalogi 1:

1 2 3 4 I I I I= = = = U = P =

33

Shema začetne in končne vezave v nalogi 4: 5. Zaporedno povežemo dva 110 V vira enosmerne napetosti, nanju priključimo vzporedno štiri 22 Ω motorje. Izračunajte napetost izvora. Kolikšen tok teče skozi vsakega od štirih vzporedno motorjev, če se napetost izvora ohrani, ko enemu motorju upornost pade na 10 Ω? Narišite vezavo (na hrbtni strani). Koliko moči po padcu upornosti skupaj porabljajo motorji?

Uporabne formule: Joulov zakon (enofazno) (trifazno D, za vsako fazo) (trifazno Y, za vsako fazo)

P = Uf If cosφ P = Umf If cosφ P = Uf If cosφ Relacija med močjo in energijo: P = W / t Reaktanca tuljave: Impedanca tuljave:

XL = ωωωω L |Z|=√√√√( XL2+R2)

Mehanska moč el. motorja: P = M n / 9550 pri čemer: P .. [kW], n .. [št. vrt. / min], M .. vrtilni navor [Nm] Običajno sta zagonski tok in navor okoli 7krat večja od nazivnega toka in navora med obratovanjem. 6. Na ladijsko omrežno napetost 800 V imamo naenkrat priključene tri trifazne motorje z močmi po 50, 75 in 100 kW. Delavnost toka (cosφ) znaša 0,8. - Kontaktorje za kolikšne toke bomo uporabili, če morajo vsi trije varno izklapljati pri tokih 15% nad nazivnim tokom motorja v vezavi navitij v zvezda? Skicirajte vezavo vseh navitij treh motorjev v stiku zvezda ! - Izračunajte vsaj kolikšen presek naj imajo priključne žice (zbiralke) za skupen tok vseh treh motorjev, če v njih dopuščamo tokovne gostote 4A/mm2 ? (presek prilagodite izračunanemu toku v vezavi zvezda) - Skicirajte vezave priklopa motorja preko kontaktorjev na električno omrežje. - Izračunajte koliko znaša skupni tok vseh motorjev, če en od motorjev pregori?

1 2 3 4 I I I I= = = = U = P =

34

7. Po predpisih za GMDSS morate za 6 urno delovanje dveh radijskih oddajnikov (vsak rabi 1,5 A pri napetosti 24 V), dveh sprejemnikov GPS (vsak rabi 0,25 A, 12 V) in 15 navigacijskih luči (vsaka rabi 0,375 A, 12 V) zagotavljati napetost 12 V z rezervnimi izvori. Na voljo imate 15 novih baterij (12 V) s kapaciteto 7,2 Ah. Izračunajte koliko baterij boste zares potrebovali? Shemo narišite na hrbtno stran.

Skica vezave navitij v zvezdo v nalogi 6: Shema priključitve motorjev na omrežje v nalogi 6: Shema naloge 7:

Izračun 1: S = ______________ mm2

Izračun 2: I = ______________ A

Število baterij: ______________

35

8. Na žarnici piše 12 V / 10 W. Kolikšno upornost ima in s pomočjo te upornosti izračunajte moči, če na žarnico priključujete različne napetosti. Skicirajte diagram P(U)! Kolikšno napetost smemo priključiti, da tok ne preseže 0,5 A? U (V) 1,5 V 6,0 V 7,2 V 9,0 V 12,0 V 14,4 V P ( )

Upornost žarnice _______. Priključiti smemo napetost _________.

36

9.1 Čimbolj podrobno opišite postopek dela z dvema generatorjema na ladji, vsaj omenite tudi funkcijo pomožnega generatorja.

9.2 Prvi generator deluje, drugi miruje. Čimbolj podrobno opišite postopek, da spravite v delovanje in omrežje drugega in varno zaustavite drugega.

37

10. Na spodnji shemi omrežja potniške ladje obkrožite vse gredne generatorje. Izračunajte kolikšno moč morajo dajati dizelski motor, če dajejo vsi gredni generatorji moči po 12,5 MW, ko so polno obremenjeni. Pretvorba mehansko-električno delo 0,70. Moči pomožnega in zasilnega generatorja ne upoštevajte.

11. Ploščati kondenzator se po 20 s do konca naelektri, če ga priključimo na napetost 100 V. Koliko znaša kapacitivnost kondenzatorja, če je med 1 m2 veliki plošči, razmaknjeni za 3 mm, stisnjen dielektrik z dielektričnostjo

10

04 10 /As Vmπε −≅ ? Koliko naboja smo nanesli na plošči?

Dizelski motor mora zagotavljati moč ______________________ .

38

12. Na omrežno napetost 440 V imamo priključena dva trifazna motorja z močema 50 kW in 75 kW. Varnostni faktor na ladjah znaša ( vf ) 0,8. - Kontaktorja za kolikšna toka bomo uporabili, če morata varno izklapljati pri tokih 15% nad nazivnim tokom motorja? - Vsaj kolikšna preseka naj imajo priključne žice, če v njih dopuščamo tokovne gostote 4A/mm2 ? - Skicirajte vezave priklopa obeh motorjev preko kontaktorjev na električno omrežje. - Vrišite tudi zaščitne elemente!

/40% Vezava naloge 11 (zaščitni elementi še manjkajo!):

M1 3f

M2 3f

50 kW

75 kW

3f

440V

2 2

1 1

2 2

2 2

/

/ 82,0 / 4 20,5

/ 123 / 4 30,8

J I S

S I J Amm A mm

S I J Amm A mm

=

= = =

= = =

1 1

2 2

1 1

2 2

/(440 3 ) /(762 0,8) / 610

/ 610 50 / 610 82,0

/ 610 75 / 610 123

1,15 94,3

1,15 141

kont

kont

I P V vf P V P V

I P V kW V A

I P V kW V A

I I A

I I A

= ⋅ = ⋅ =

= = =

= = =

= ⋅ =

= ⋅ =

39

13. Na omrežno napetost 400 V, frekvence 60 Hz imamo priključen motor črpalke z induktivnostjo 500 mH in upornostjo 40 omov. Koliko znaša fazni kot motorja in koliko delovne energije (kWh) porabi črpalka na dan, če deluje v povprečju sedem ur?

14. Koliko ohmov naj znaša upornost upora med fazami in ozemljitvijo (neutral earthing resistor, NER) da omejimo toke do ozemljitve, ki bi se pojavili pri polni obremenitvi 2 MW trifaznega izmeničnega generatorja, cosφ = 0.8, ki daje napetost 3,3 kV? (Hall, str. 32) 15. Motor je priključen na 220 V izmenične napetosti in rabi za obratovanje v izoliranem sistemu tok 10 A. Celotna impedanca kablov znaša 0,01 Ω. Kolikšen tok teče, če: a) nastane prekinitev oz. odprte sponke? b) če se pojavi preboj na ozemljitev? c) če se pojavi kratek stik? (Hall, str. 30)

( )

( )

22 2

22 2

cos

cos ( / )

cos /

7 0,21 (400 ) / 40 2 60 0,5

1220

1,22

W t UI

t U U Z

t U R L

h V Hz H

Wh

kWh

ϕ

ϕ

ϕ ω

π

= ⋅ =

= ⋅ ⋅ =

= ⋅ + =

= ⋅ ⋅ + =

= =

=

3

2arc tg

2 60 500 10arc tg

40

arc tg(4,71)

1,36rad 78

fL

R

Hz H

πϕ

π −

= =

⋅= = Ω = =

= = o

40

16. Enofazni transformator s 440 V na 110 V napaja 5 kW breme pri bremenskem cosφ = 0.8. Izračunaj kolikšen tok teče na sekundarni in kolikšen na primarni strani (zanemari transformatorjeve izgube). (Hall, str. 38) 17. Med izvori in porabniki je na ladji še več stikalnih oz. razdelilnih plošč. Kratki stiki se pojavljajo na različnih mestih v sistemu. Električno 5 kW trifazno breme, cos fi = 0,8, je priključeno kot kaže slika. (Hall, str. 45)

Običajna moč ob polni obremenitvi znaša , zato znaša tok ob polni obremenitvi 8,2 A. Če nastane kratek stik na sponkah bremena, je glede na podatke:

celotna impedanca: Zc=0,025Ω+0,01 Ω+0,015 Ω=0,05 Ω. S čimer znaša tok zaradi kratkega stika pri sponkah: 440V/Zc = 8 800 A Če bi nastal kratek stik pred razdelilno plošči (d.b.), bi tok znašal 12 571 A, če pa pred glavno stikalno ploščo (main switch board), bi tok zrasel celo do 17 600 A.

41

18. Trifazni izmenični 500 kW generator deluje na 440 V, pri cos fi = 0,83. Pri polni obremenitvi po faznih vodnikih tečejo toki:

= 790,5 A To pomeni, da morajo navitja generatorja v vsaki fazi, vsi kabli in generatorjev odklopnik pri polni obremenitvi prenašati tolikšen tok (FLC) nepretrgano, ne da bi pri se tem deli generatorja segreli nad dovoljene meje. Če je v tem 500 kW generatorju odklopnik prožen s pretokovnim relejem (OCR), ki znaša 1,25 kratnik FLC. (Hall, str. 60) Pri kolikšni vrednosti skupnih tokov porabnikov se bo generator izklopil? 19. Trifaznemu izmeničnemu pogonu z močjo 6 MW, izvedenemu na 440 V omrežju, zagotavljajo dovolj moči trije 2 MW električni generatorji s cos fi = 0,8. Na stikalni plošči imajo odklopniki nastavljen izklopni nivo toka (fault level) približno 90 000 A, pri polni obremenitvi pa mora vsak generator delati s tokom (FLC, glej prejšnjo vajo), ki znaša 2000000 W/√3 440 V 0,8 = 3300 A. Pri kolikšnem toku bi izklapljal odklopnik in kolikšen tok bi tekel (FLC) iz vsakega od treh generatorjev, če bi pogonski motorji delovali na napetosti 6,6 kV?

(Hall, str. 189)

20. Če motor zaženemo z omrežjem (direct-on-line, DOL) preko stikala zvezda-trikot, kolikšen tok v zvezdi in kolikšen polne obremenitve (FLC) v trikotu rabimo pri 440 V in kolikšen pri 6,6 kV?

(Hall, str. 191)

42

21. Na ladji imate trifazni priključek z medfaznimi napetostmi 440V. Nanj priključimo trifazni motor črpalke za gašenje z močjo 90 kW, cosφ = 0,79. Koliko znašajo tokovi po fazah ob simetrični obremenitvi v vezavi zvezda in koliko v trikotu? Izberite v kateri vezavi bodo tekli večji fazni toki If ? Izračunajte vsaj kolikšen presek naj imajo priključne žice motorja, če v njih dopuščamo tokovne gostote J = 4 A/mm2 ? (presek žic S prilagodite vezavi, ki ima večji tok If ) Za kolikšen tok naj bodo dimenzionirani kontaktorji, če morajo prenašati po fazi 25% večji tok, kot teče v posamezni fazi? Katero vezavo rabimo za zagon motorja? Skicirajte priključitev motorja na ladijsko omrežje, ki je sestavljeno iz 3f generatorja in 3f transformatorja Y-d.

Blokovna shema omrežja in priključitve 3f motorja nanj:

Tokovna gostota, tok J = I / S Moč (enofazno) (trifazno D) (trifazno Y)

P = Uf If cosφ P = 3 Unav ÷3Inav cosφ P = ÷3Unav Inav cosφ

zvezda: (obkrožite pravilen odnos med If ∞) trikot: If =_________ > < = If =______________ S = __________________, kontaktor prenese tok __________________. Motor zaženemo v vezavi _____________, ker _____________________.