Bilanca El.en

1Pomorski fakultet - Split

BRODSKI ELEKTROTEHNIKI SUSTAVI I

Maja Krum

PRETPROJEKTNO ODREIVANJE POTREBNE SNAGEU ranoj fazi odluke o izgradnji objekta, a za traenje ponuda i

formiranje cijene nuenja, potrebni su tehniki podaci opreme, gdje

potrebna snaga igra znaajnu ulogu.

Trgovaki brodoviJedan od naina za odreivanja potrebne snage unaprijed, jeste prema

slinim, ve izvedenim i poznatim objektima. U tu svrhu, a na osnovu izvedenih istraivanja veeg broja postojeih objekata, dobila se odreena zakonitost zavisnosti izmeu snage elektrane i snage propulzivnog stroja. Na dijagramima slike 1. do 4. date su zavisnosti za neke tipove brodova.

BILANCA ELEKTRINE ENERGIJE


Slika 1. Opi teret Slika 2. Rasuti teret

Slika 3. Tanker Slika 4. Hlaeni teret

Objekti za buenje podmorjaNa slian nain kao i za brodove, a na osnovu istraivanja veeg broja

objekata dobivene su prosjene snage elektrinih centrala razliitih tipova objekata (tabela).


6.250Poluuronjiva platforma sa elektrinom propulzijom

4.780Samopodizna platforma na nogarima

4.600Poluuronjiva platforma bezelektrine propulzije

14.700Brod s dinamikim pozicioniranjem

5.740Brod s elektrinom propulzijom

3.680Uronjiva platforma i brod bezelektrine propulzije

Instalirana snaga u kWVrsta objekta

Tabelica 1. Prosjene snage elektrinih centrala za razliite tipove objekata

2 Za tonije odreivanje potrebne snage na koju utjee oprema za buenje, odnosno maksimalno mogua dubina buenja, mogu posluiti dijagrami na slici 1.5.

Dijagrami su izraeni uz pomo formula za odreivanje potrebnih snaga za pogon glavnih ureaja, kao i analize opreme veeg broja

objekata i garnitura za buenje. Tablica 2.


dubina mm310

750 ( 3 mot )3 x 1200 ( 6 mot )4 9

750 ( 2 mot )2 x 1200 ( 4 mot )3.6 6

550 ( 2 mot )2 x 995 ( 4 mot )3 4.8

750 ( 1 mot )2 x 750 ( 2 mot )2.1 3.6

500 ( 1 mot )2 x 370 ( 2 mot )0 2.7

dizalice kWcrpke kW


Slika 1.5. Zavisnost potrebne snage i projektirane dubine buenja

ODREIVANJE SNAGE CENTRALE ZA DEFINIRANI OBJEKT

Koeficijenti snage kp je bezdimenzijska veliina koja pokazuje koliki je omjer izmeu ukupne instalirane snage generatora i ukupne instalirane snage svih troila:

Koeficijenti optereenja ko pokazuju koliki je omjer izmeu ukupne vrne snage za pogon nekog ureaja i ukupne instalirane snage

generatora (radi sigurnosti ili tipizacije ili poveanih gubitaka kod nesinusoidalne struje uzima se esto vea snaga pogonskog motora).


TroN

GenNp P

Ptroilasvihsnagaainstaliranukupna

generatorasnagaainstaliranukupnak ==

GenN

Trovro P

Pgeneratorasnagaainstaliranukupnatroilasnagavrnaukupnak

==

Koeficijent elektrifikacije kelf jednak je omjeru instalirane snage troila i tonae broda:

Iz koeficijenta snage i ukupnog koeficijenta elektrifikacije moe se odrediti specifina snaga generatora elektrane, a to je omjer instalirane snage svih generatora i tonae broda:


)/( GTWbrodaTonaa

Pbrodatonaa

troilasnagaainstaliranukupnak TroNelf==

)/( GTWbrodaTonaa

Pbrodatonaa

elektranegeneratorasnagaainstalirankkP GenNelfpgen===

3 Prosjena vrijednost navedenih koeficijenata za neke vrste brodova je:


8575120175Pgen (W/GT)

95150200250kelf (W/GT)

0.40.60.60.5kopt

0.90.50.60.7kp

TankeriTeretniPutniko teretniPutniki

Tablica 1.3. Znaajke elektrifikacije raznih vrsta brodova

Iz uvjeta eksploatacije broda sva elektrina troila nee stalno optereivati brodsku mreu svojom instaliranom snagom i sva troila nee biti istodobno u pogonu svojom s najveim optereenjem. Stoga treba voditi rauna o jo nekim faktorima:

faktor optereenja ; faktor istovremenosti. Prije toga potrebno je odrediti nazivnu snagu troila PN i njihovu

prikljunu snagu Ppr. Elektrana mora pokrivati osim korisne snage troila i njihove gubitke koji su odreeni korisnou troila (obino iznosi 0.8 i znatno ovisi o optereenju motora).


N

prP

P =

Faktor optereenja se odreuje kao omjer vrne snage troila Pvr i prikljune snage

Faktor istovremenosti se od troila iste grupe odreuje kao omjer maksimalnog optereenja grupe troila i zbroja pojedinih snaga

vrnih optereenja.


pr

vropt P

Pf ==troilasnagaprikljunatroilaeoptereenjvrno

Nist P

f == vrP)(

troilagrupesnaganazivnatroilagrupeeoptereenjoistovremennajvee

Dijagram optereenja za odreivanje faktora optereenja i faktora istovremenosti

a) optereenje troila 1b) optereenje troila 2c) optereenje troila 1+2

Prema slici podaci su slijedei: - troilo 1 ima snagu PN1=22 kW i vrno

optereenje Pvr=20 kW- troilo 2 ima snagu PN1=15 kW i vrno

optereenje Pvr=12 kW


4 Prikljune snage troila iznose:

Faktori optereenja:


kWPkWP vrpr 67,169,01544,24

9.022

21 ====

72.067,16

1282,044,24

20

2

22

1

11 ======

pr

vropt

pr

vropt P

PfPPf

Prema slici a zbroj vrnih optereenja, koja nisu istovremena, iznosi:

a prema slici c iznosi:

Faktor istovremenosti je prema definiciji


kWPPP vrvrvr 32122021 =+=+=

kWPP vr 28820)( 21 =+=+

82.03228)(

21

21 ==++=

vrvr

vrist PP

PPf

Faktor istovremenosti, u praksi se obino odreuje :

Faktori istovremenosti odreeni na razliite naine ne razlikuju se znatno , pa se u praksi koristi drugi nain odreivanja faktora istovremenosti.

Prosjene vrijednosti faktora istovremenosti za grupe troila prikazane su u tablici


76.03728)(

21

21 ==++=

NN

vrist PP

PPf


Tablica: Prosjene vrijednosti faktora istovremenosti za grupe troila zaa) plovidbu, b) manevar, c)rad u luci, d)mirovanje i e) havariju.

10.40.4--0,90,9-1-0,3-0,60,5

-0,40,40,810,80,8---0,40,30,3-

10,4030,610,90,90,5--0,30,30,6-

10,30,40,610,90,9-10,70,30,20,50,3

10,30,30,610,60,8-1-0,30,20,40,3

Pomoni ureaji glavnog motora trajni pogonPomoni ureaji glavnog motora isprekidani pogonPomoni ureaji za brodsku slubuKlima ureaji, grijanje, ventilacijaKlima i ventilacija (plovidba u toploj zoni)Rashladni ureaj za teret i jeloRashladni ureaj za teret i jelo plovidba u top. ZoniVitla za teret i dizaliceKormilarski strojSidrena i pritezna vitlaKuhinjski ureajiRadionicaRasvjetaNavigacijski ureaji i radio stanica

edcbaGRUPA TROILA

5 Maksimalna snaga kojom odreena grupa troila optereuje elektrinu centralu rauna se prema:

Pm=kikoPp gdje je: Pp - ukupna instalirana snaga grupe troila

k1, k0 - koeficijenti istovremenosti i optereenja - koeficijent korisnosti


Ukupna snaga elektrine centrale za odreeni reim rada objekta jednaka je sumi maksimalnih snaga svih ukljuenih potroaa:

Ponekad je opravdano uzeti u obzir i faktor istovremenosti optereenja izmeu pojedinih grupa, pa se ukupna snaga neto smanjuje. Ukupna snaga u kVA dobije se iz snage u kW i pretpostavljenog ili izraunatog ukupnog faktora snage cos .


=

=n

imia PP

1

BrodElektrina centrala na brodu mora biti tako dimenzionirana

da moe pokriti potrebe u svim reimima rada kao to su plovidba, plovidba u kanalima ili rijekama, manevriranje, krcanje tereta u luci vlastitim vitlima, mirovanje u luci i dr., posebno za hladne, a posebno za tople zone plovidbe, kao i za rad po danu ili po noi.


Navigacija ili plovidba U manevru Rad u luci Prilikom mirovanja Za havarijski reim (poar, prodor vode)


6BILANCA ELEKTRINE ENERGIJETabela 1.6. Pregled karakteristinih odnosa i udjela instaliranih grupa snaga troila u ukupnoj snazi razliitih brodova

karakteristini odnosi troila linijski vienamjenski rasuti teret moto. tanker

nosivost t 14000 17000 108000 24000

Snaga propulz. motora kW 6970 8280 14700 8538

Broj i snaga generatora kW 3DGx504 3DGx600 2DGx750 1TGx750 3DGx680

Instalirana snaga centr. kW 1512 1800 2250 2040

Ukupna inst. snaga troila kW 2300 2810 4386 2980

Snaga centrale/snaga troila % 66 64 51 66

Stupanj elektrifikacije kW/t 0.108 0.106 0.021 0.085

Brzina v 16.2 16.2 15.0 16.2

Pomoni ureaji glavnog i pomonih strojeva 12.9 20.2 50.6 30.8

Pomoni ureaji za brodsku slubu 7.6 9.8 15.5 14.2

Pumpe tereta - - - 25.3

Rashladni ureaj - 15.5 - -

Klimatizacija i ventilacija 7.9 5.4 4.8 4.7

Palubni ureaji 60 40.9 21.2 15.5

Domainski ureaji 8.2 5.7 2.9 4.1

Rasvjeta 1.3 1.0 2.6 2.7

Ostalo 2.1 1.6 2.4 2.7

Ukupno 100% 100% 100% 100%

Osim spomenutih reima rada pojavljuju se jo neki dopunski uvjeti koji mogu utjecati na dimenzioniranje centrale, a to su npr prema nainu ukljuenja:

skupina troila koja se automatski ukljuuje u pogon hidrofori, rashladni ureaji, uriaji za klimatizaciju i sl.;

skupina troila koju ukljuuju odreeni lanovi posade kada se za to ukae potreba (teretna vitla );

skupina troila koju moe u svakom trenutku ukljuiti bilo koji lan posade ili netko od putnika ( kuhinjski kompleks, sisaljka za opu brodsku slubu).


BILANCA ELEKTRINE ENERGIJETabela 1.7. Postoci instaliranih snaga grupa troila od ukupne instalirane snage elektrinih

troila na raznim tipovima teretnih brodova priblino jednake snage propulzivnog motora

Tip broda linijski rasuti teret tanker za spremnike

nosivost t 15500 30000 25000 109000

Snaga propulzivnog motora kW 8948 8900 8650 8390

Broj i snaga generatora kW 3DGx416 3DGx320 2DGx544 1TGx500 2DGx600 10x1104

Instalirana snaga centrale kW 1248 960 1588 2304

Koeficijent GD kWkW / K 0.139 0.107 0.183 0.275

Ukupna inst. snaga troila kW 1885 1668 2026 2623

Snaga centrale/Snaga troila % 66 57 76 88

Stupanj elektrifikacije kW/t 0.08 0.032 0.063 0.211

Brzina v 18.25 16.3 16.0 18.5

Pomoni ureaji glavnog i pomonih strojeva 30.5 26.6 23.1 27.7

Pomoni ureaji za Brodsku slubu 3.4 10.0 13.5 7.2

Klimatizacija i ventilacija 5.8 5.3 4.3 4.8

Palubni ureaji 46.2 47.1 48.2 50.6

Domainski ureaji 5.1 6.2 3.6 2.4

Rasvjeta 4.8 2.4 3.6 4.8

Ostalo 4.2 2.4 3.7 2.5

Ukupno 100% 100% 100% 100%

Za proraun potrebne snage za navedene reime i situacije koristi se najee metoda tabela optereenja.

Metoda tabela optereenja je relativno jednostavna i pregledna, te se veoma esto upotrebljava. Tabela sadri sve potroae, njihove prikljune snage, faktore optereenja, optereenje u pojedinom reimu, faktore istovremenosti za pojedine grupe potroaa, potrebnu snagu za pojedine grupe u odreenom reimu rada i na kraju ukupnu potrebnu snagu za pojedini reim rada.


7 Obino se u posebnoj tablici izradi pregled po grupama troila s upisanim konanim vrijednostima radne snage (kW) za svaki reim rada. Kako se snaga trofaznih sinkronih genertaora izraava u kVA treba odrediti ukupno potreban iznos kVA, potrebnu prividnu snagu. Najpraktinije je raunati radne snage koje se podijele s predpostavljenim prosjenim faktorom snage cos za pojedini reima rada. Srednja vrijednost faktora snage procjenjuje se na temelju podataka za izvedene brodove pa tako za plovidbu i manevar je cos = 0.8 do 0.85; za vrijeme rada u luci je cos = 0.65 do 0.70 (za teretne brodove - veliki broj kaveznih motora), a za vrijeme mirovanja je cos = 0.85 do 0.90.


Osnovno pravilo koje mora biti zadovoljeno da, u sluaju ispada iz pogona bilo kojeg generatora, snaga i broj preostalih generatoramoraju zadovoljiti:

napajanje vanijih troila u plovidbi, manevru, poaru i prodoru vode;

za pokretanje najjaeg motora s najduim trajanjem zaleta, a d a pri tome ne nastupi nedoputeni pad napona i frekvencije u mrei;

za napajanje troila potrebnih za pokretanje brodskog porivnog motora iz mrtvog (mirujueg) stanja broda.


Propisi trae i postojanje priuvnog generatora ija snaga treba biti snazi najveeg generatora. Broj generatora na primjeru potrebne instalirane snage npr. 1000 kVA moe se odabrati na slijedee naine:


GLAVNI GENERATOR (kVA)

PRIUVNI KOJI MOE RADITI PARALELNO S GLAVNIM (kVA)

UKUPNI BROJ GENERATORA

1. 1000 1000 2 2. 2x500 500 3 3. 3x333 333 4 4. 4x250 250 5

Kod izbora vie generatora povoljno je da budi istih snaga zbog lakeg odravanja. U praksi se koriste kombinacije:

vei broj manjih generatora ekonominiji su u radu, imaju bolju prilagodiljivost optereenju, vea fleksibilnost u brodskom razmjetaju; mane su u neekonominoj upotrebi prostora strojarnice, sloeniji sustav razvoda i upravljanja, vei tokovi odravanja, ogranienja pri pokretanju velikih asinkronih motora;

manji broj velikih generatora imaju bolju korisnost, a jedan generator velike snage jeftiniji je od vie manjih generatora iste ukupne snage.


8 Objekti za buenje

U procesu izvrenja namjenske funkcije objekti za istraivanje podmorja mogu se nalaziti u dva osnovna reima rada: "buenje" ili "vonja".

"Buenje" je reim rada kada objekt uz pomo namjenskih ureaja i pogona izvodi proces izrade buotine. Kod ovog objekt mora odravati poziciju u odnosu na ue buotine uz pomo vrstih veza objekta i morskog dna pomou dinamikog pozicioniranja uz pomopogona propelera.

"Vonja" je reim rada kada objekt pomou porivnog pogona ili uz pomo drugih objekata mijenja poloaj. U ovaj reim spada faza pripreme za vonju i faza pripreme za buenje. Kod poluuronjivihplatformi to je sidrenje i balansiranje, a kod samopodiznih dizanje i sputanje na nogarima.


U jednom i u drugom reimu potrebni su razliiti pogoni i ureaji pa e od toga zavisiti i potrebna elektrina energija. Zbog toga reimi rada "buenja" i "vonja" bit e mjerodavni kod izrade bilance elektrine energije

U ukupno potrebnoj snazi elektrine energije pojedini potroauestvuje sa snagom


M

Nop

PkP

=

gdje su: PP, PN - potrebna i nazivna snaga

k0, M - koeficijent optereenja i iskoritenja.

Maksimalno potrebna snaga pomone potronje na osnovu sumarno odreene snage, moe se izraunati prema izrazu:

gdje su: Pc - ukupna snaga potroaa u kontinuiranom optereenjuPAman - najvei potroa s intermitiranim optereenjem pod kontrolomPBmax - najvei potroa s intermitiranim optereenjem izvan kontrolePI - ukupno intermitirano optereenjePA - ukupno intermitirano optereenje pod kontrolom.


( )[ ]maxmaxmaxmax BAIiBACB PPPkPPPP ++++=

Ukupno potrebna maksimalna snaga u reimu buenja moe se odrediti prema izrazu:

gdje su: P - maksimalna potrebna snaga elektrine centrale u reimu buenjaPMP' PR - potrebna snaga za pogon crpke isplake i rotacionog stola,

uveana za gubitke u motoru, usmjerivau i kabelu.


PEB = Pmax + PMP + PR

9 U reimu buenja karakteristina je faza izvlaenja. U ovoj fazi ukljueni su umjesto crpki isplake pogoni vitla tornja koji predstavljaju veliko optereenje. Meutim, ne premauju potrebnu snagu za buenje pa nisu mjerodavni za odreivanje maksimalne snage.

Ukupno potrebna maksimalna snaga u reimu vonje na slian nain iznosit e:


PEU = PmaxV + Pp

PmaxV - maksimalna potrebna snaga pomone potronje u reimu vonjaPp - potrebna snaga za pogon propelera uveana za gubitke u motoru, usmjeriva

i kabelu.

Kod dinamiko-pozicioniranih objekata snaga centrale morat e zadovoljiti potrebe buenja, vonje i ope potrebe za odvijanje ivota i rada na objektu. Prema tome, ukupna snaga centrale bit e:


PRMPVBDP PPPPPPP +++++= maxmax

PDP - ukpno potrebna snaga za rad dinamiko-pozicioniranog objekta

VB PPP , , max max - potrebna snaga za pomoni pogon buenja, vonje i za potrebe ivota i rada na brodu.

Odreivanje snage generatora za elektrinu propulziju

Kod analize potrebne snage kod elektrine propulzije uzimamo pretpostavku da su snage elektrinih motora definirane i da su karakteristike propelera zadane.

Najei sluaj kod tehnikih plovnih objekata s elektrinom propulzijom istosmjernim motorima je napajanje preko tiristorskihusmjerivaa iz zajednikog elektrinog sistema, gdje se regulacija brzine vri promjenom napona ili toka.

BILANCA ELEKTRINE ENERGIJE BILANCA ELEKTRINE ENERGIJE

cosBP

Energetski pokazatelj zavisnosti snaga i elektrine centrale

kod razliitih brzina motora propulzije i baznog optereenja

10

Na prethodnoj slici (zajednika centrala) prikazano je stanje kod pune kompatibilnosti izmeu tiristorskog usmjerivaa i istosmjernih motora, tj. puni izlazni napon optereenih usmjerivaa je nazivni napon istosmjernih motora.

Kod ovakvih sluaja faktor snage kod pune brzine ovog pogona je vrlo visok, a isto tako i ukupni faktor snage cijelog optereenja u svim reimima vonje ne pada ispod 0,7, tako da je mogue odabrati generatore sa faktorom snage 0,8.

Isto tako na iduoj slici a (posebna centrala), prikazano je stanje kod pune kompatibilnosti, pa iako faktor snage kod manjih optereenja je niski, mogue je odabrati generatore sa faktorom snage 0,8.


Meutim, kada parametri napona usmjerivaa i istosmjernih motora nisu usklaeni pa usmjeriva mora kod pune brzine motora raditi s nepotpuno otvorenim tiristorima, javlja se u pogonu preniski faktor snage (slika b), pa se to kod dimenzioniranja generatora mora

uzimati u obzir


Dijagramski prikaz podataka ispitivanja tiristorske propulzije brod-dizalicaa) usklaeni b) neusklaeni parametri

Za istosmjernu propulziju vrijede navedena razmatranja. Kod propulzije s asinkronim motorima s direktnim napajanjem iz sinkronih generatora bez mogunosti regulacije brzine vrtnje, potisna sila mijenja se pomou zakretnih propelera.

Specifinost koja proizlazi iz ovakvog pogona su veliki gubici u neutralnom poloaju lopatica propelera i niski faktor snage neoptereenih asinkronih motora.

Na slici su prikazane krivulje optereenja elektrine centrale za takav sluaj.


Documents

Bilanca El.en