T:Wytwarzanie i rozdział energii elektrycznej na okrętach.

Aby uzyskać jak największy stopień niezawodności i ciągłości zasilania w dowolnych stanach prac okrętu stosuje się następujące rozwiązania:

• stosowanie prądnic (elektrowni) awaryjnych do zasilania najważniejszych odbiorów na okręcie

• podział ukł. zasilania na kilka części z których każda może pracować niezależnie (samodzielne elektrownie z GTR)

• uproszczenia w ukl. dążące do zmniejszenia aparatów i urządzeń elektrycznych

• automatyzacja elektrowni obejmująca samoczynne uruchamianie i włączanie rezerwowych i awaryjnych prądnic do sieci

• samoczynne obciążenie następnych prądnic do sieci przy zwiększeniu obciążenia

• stosowanie prądnic z automatyczną regulacją wzbudzenia zapewniającą szybkie odbud. nApięcia i wysoką jakość jej regulacji

• stosowanie ukł. zabezpieczających zwarciowych o możliwie krótkim czasie zadziałania (np. ukl. zabezpieczeń Mayera)

Elektrownie:

• główne - zasilają napęd główny

• pomocnicze

• awaryjne

Ukl. elektrowni przy jednej centralnej GTR:

1. z jednym niesekcjonowanym systemem szyn zbiorczych

2. z jednym sekcjonowanym systemem szyn zbiorczych

3. z kilkoma systemami szyn zbiorczych

Ukł. z trzema systemami szyn

Ukł. pracy prądnic

Z punktu widzenia współpracy prądnic istnieją dwa różne ukł.:

1. ukł. pracy równoległej

2. ukl. pracy wybiórczej (samodzielnej)

Równoległa praca prądnica polega na tym że wszystkie prądnice pracuja ze wspólne szyny a z tych szyn zasilane są odbiorniki energii.

W ukl. pracy samodzielnej każda z prądnic pracuje na swoje szyny a poszczególne odbiory mogą być połączone na szyny dowolnej z prądnic.

T: Sieci energetyczne, oświetleniowe i specjalne ukł. zasilania.

• centralny rozdział energii (wszystkie prądnice pracują na jedną GTR)

• system wielotablicowy

Centralny rozdział energii polega na tym że energia z prądnic doprowadzana jest bezpośrednio do GTR (do pola prądnic), tam znajduje się sprzęt regulacyjny, pomiarowy, łączeniowy i zabezpieczający, który umożliwia regulację napięcia i kontrolę pracy prądnic a także rozdział energii na poszczególne obwody odbiorcze. Jest systemem tańszym, prostszym nie wymaga dużej ilości wykwalifikowanej obsługi.

System wielotablicowy polega na tym, że energia doprowadzana jest do TR na której znajduje się sprzęt regulacyjny i zabezpieczający oraz system przełączników umożliwiający łączenie TR prądnicy z wybraną GTR. Poszczególne odbiory mogą być zasilane nizależnie z kilku TR umieszczonych w kilku przedziałach wodoszczelnych. W przypadku zasilania jednego z nich istnieje możliwość zasilania z innej TR w innym przedziale.

Układy połączeń GTR i TR prądnic.

Podział sieci okrętowej ze względu na sposób połączeń odbiorów z GTR:

1. pierścieniowa (okrężna)

2. promieniowa prosta

3. promieniowa złożona

4. torowa (magistralna)

5. mieszana

Pierścieniowa

Są to sieci w których wszystkie tab. Torowe mogą być zasilane równocześnie z dwóch kierunków, w tym samym zamkniętym w pierścień torze kablowym. Pierścień taki może być zasilany dodatkowo poprzez pomocnicze linie zasilające, te dobiera się zależnie od rozmieszczenia, mocy odbiorników w taki sposób aby spadki napięcia w sieci były jak najmniejsze. Każda z TT otrzymuje napięcie z obu stron. W razie zwarcia lub uszkodzenia pewnych odcinków kabla odcinek tem można odłączyć zapewniajac zasilanie z drugiej strony toru.

Tory kablowe tworzące pierścień układa się po burtach okrętu, by w czasie awarii jednej z burt i uszkodzenia toru mogła pozostać czynna druga część toru. Ważniejsze odbiorniki mogą być zasilane z dwóch TT. Sieci pierścieniowe stosowane są najczęściej na okrętach z jedną główną TR.

Promieniowa prosta

P-prądnica

1-odbiory siły

2-oświetlenie

Promieniowa złożona

1-odb. Zasilane bezpośrednio z GTR

2-skrzynki rozdzielcze obwodowe

3-skrzynki rozdzielcze grupowe

4-obiory zasilane z 3

5-odbiory zasilanez 2

Torowa

Mieszana

Sieci mieszane łączą w sobie zalety sieci promieniowej oraz sieci torowych 9małe zużycie kabli) tablice grupowe które znajdują się blisko GTR są zasilane w systemie promieniowym. Pozostałe tablice grupowe zasilane są ze wspólnego toru za pośrednictwem tablic torowych.

Podział odbiorów na okrętach: (żywotność i zdolność bojowa)

1. urządzenia które winny być zasilane z 3 różnych miejsc sieci okrętowej przy czym jeden z obwodów powinien wychodzić bezpośrednio z TR awaryjnej (artyleria rakiet, urządzenia sterowe, główny nadajnik radiowy, żyrokompas).

2. urządzenia zasilane z 2 różnych miejsc sieci (pozostała artyleria, ppoż, pompy balastowe, oświetlenie, mechanizmy pomocnicze siłowni i pokładu).

3. urządzenia zasilane z 1 miejsca sieci okrętowych (urządzenia kuchenne, ogrzewanie i wentylacja pom. mieszkalnych)

Rodzaje sieci oświetleniowych:

1. normalne (oświetlenie ogólne, miejscowe, przenośne, sygnalizacyjne, nawigacyjne, bojowe)

2. awaryjne (przejścia, schody, zejściówki, pomieszczenia siłowni, stacja manewrowa, komora amunicyjna, GTR)

T: Tablice rozdzielcze.

Cały rozdział energii odbywa się za pomocą GTR i TR i skrzynek rozdzielczych. Wyposażone są one w aparaty zabezpieczające, pomiarowe, sygnalizacyjne oraz łączniki.

Budowa GTR:

1.szyny - zbierają całość energii i rozdzielają ją.

Prąd stały:

+ kolor czerwony

• kolor niebieski

0 kolor niebieski

środkowy - biały

Prąd zmienny:

R - L₁ - zielony

S - L₂ - żółty

T - L₃ - fioletowy

N - czarny

0 - szary - wyrównanie

poziomu

2.łączniki

- warstwowe

1-zwora

2-cewka

3-styki wyłączające

4-spręzyna

- zanikowe

1-styki wyłącznika

2- mech. zapadkowy

3-sprężyny odciągające zworę

5-cewka

6-wyzwalanie ręczne

7-zwora ruchoma

8-styki przekażnik

3. bezpieczniki - przerywaja obwód gdy prąd przekracza wartości nominalne w dłuższym czasie

• topikowe - przy zwarciach przy długotrwałym przeciążeniu

• szybkie

• zwłoczne

• b.szybkie

• zwłoczno-b.szybkie - przekroczenie 7 X nominalny

4. Mierniki - amperomierz, woltomierz, watomierz, częstościomierz

5. przekładnia

T: Zastosowanie ukl. selsynowych na okrętach.

W przypadku przekazywania na odległość przemieszczeń kątowych wału lub zrealizowania synchronizacji obrotów kilku wałów stosujemy samosynchroniczne ukl. łączności synchronicznej. Najczęściej stosowane są ukl. łączności synchronicznej w 1 fazie prądu zmiennego z sylsynami.

Selsyna - maszyna indukcyjna elektryczna pracująca parami - selsyn nadawczy z odbiorczym.

Wirnik s. odbiorczego obraca się swobodnie i przyjmuje położenie odpowiadające wymuszonym położeniom s. nadawczego. S. nadawczy służy do przetwarzania położenia kątowego wirnika na sygnał elektryczny. Jego wirnik jest obracany ręcznie luba za pomocą urządzenia napędowego. S. odbiorczy służy do odtwarzania położenia kątowego wirnika s. nadawczego czyli przetwarza sygnał elektryczny przesłany z nadajnika na położenie kątowe własnego nadajnika.

Selsyn jest indukcyjną maszyną elektryczną mającą 2 obwody elektryczne na stojanie i na wirniku. Obwodem pierwotnym jest jednofazowe uzwojenie wzbudzajace które może być ułożone na jażmie stojanu. Obwód wtórny tworzą uzwojenia rozłożone o osiach przesuniętych o 120^o połączone w gwiazdę. Końce uzwojenia trójfazowego obwodu wtórnego wyprowadzone są na klektor złożony z 3 pierścieni ślizgowych i szczotek.

Wsk. ukl. łącz. składa się z SO i SN. Konstrukcja ich jest taka sama lecz SO ma tłumik elektryczny tłumiący oscylację.

Jednofazowe uzwojenie pierwotne stojana zasilane prądem zmiennym wytwarza zmienny strumień magnetyczny zamykający się przez obwód magnetyczny s. Strumień ten indukuje we wtórnych uzwojeniach synchronizacji wirnika napięcie transformacji czyli SEM. Napięcie wyindukowane w uzwojeniu 1 jest największe i równe SEM - E_m gdyż oś tego uzwojenia pokrywa się z osią strumienia magnetycznego wzbudzającego natomiast napięcia w uzwojeniu 2 i 3 równe są połowie największych wartości i mają 0,5E_m.

E₁=E_m∗cosϕ

E₂=E_m∗cos(V-2/3π)

E₃=E_m∗cos(V+2/3π)

Układ składa się z sensyla nadajnika, którego obrót wirnika powodowany jest obrotem trzona sterowego i zadaje kąt niezgodności θ_m. a także selsyna odbiornika którego wirnik odtwarza przekazywany kąt oraz przewodów łączących pierwotne i wtórne obwody s. Prąd przemienny jednofazowy zasilając uzwojenie wzbudzenia wytwarza przemienny strumień magnetyczny który indukuje w uzwojeniu wtórnym napięcie. Wartość jego zależy od położenia osi fazowych uzwojeń w transformatorze lub synchronizacji względem osi uzwojenia wzbudzenia. Jeżeli osie odpowiadających sobie wtórnych uzwojeń synchronizacji SN i SO znajduja się w położeniu zgodnym V_n=V₀ wtedy między nimi nie ma różnicy napięc gdyż w fazach Sn i SO indukuje się jednofazowe napięcie skierowane przeciwko sobie, w przewodach łączących nie płyną prądy a na wirniki nie działąją żadne momenty obrotowe. Jeżeli wirnik SN obrócimy o pewien kat względem SO czyli powstanie stan niezgodności. Selsyny znajdą się w położeniu niezgodnym a napięcia równoważnych uzwojeń fazowych nie będą równe gdyż osie uzwojeń będą zajmowały różne położenie względem osi uzw. wzbudz. Różnica napięć wywołuje przepływ prądów wyrównawczych. Wartość ich zależy od różnicy napięć oraz od całkowitych impedancji fazowych obwodów synchronizacji. Prądy w uzwojeniu synchronizacji współdziałają ze strumieniem magnetycznym wytwarzając elektromagnetyczne momenty obrotowe które ustawiają SN i SO w położeniu zgodnym. Momenty obrotowe są przeciwnie skierowane. Położenie SN jest ustalone i zależy od wartości przekazywanego kąta przez trzon sterowy. SO obraca się pod działaniem momentu elektromagnetycznego dążąc do zajęcia położenia kątowego określonego przez położenie wirnika SN czyli dąży do położenia zgodnego.

Układ elektryczny telegrafu:

Telegrafy - służą do utrzymywania łączności pomiędzy sterówka a maszyną. Składają się z dwóch takich samych ukl. nadawczo-odbiorczych. 1-służy do przekazania poleceń ze sterówki do CMK, 2-służy do przekazania potwierdzenia polecenia.

T: Demagnetyzacja okrętu

Pole fizyczne okrętu - jest to obszar w którym zmieniają się parametry wielkości fizycznych w otaczającym go ośrodku wywołane obecnością okrętu w tym ośrodku. Granice pola zdeterminowane są czułością przyrządów pomiarowych. P.f. rozprzestrzeniają się w ośrodku wodnym i informują o obiekcie pływającym. P.f. pozwala na zdalne nie kontaktowe przekazywanie informacji od nadajnika do odbiornika. Rozprzestrzenianie się pól w wodzie zależy od jej właściwości (temp., zasolenie, głębokość, falowanie, rodzaj dna, koncentracja mikroorganizmów i trąceń chemicznych)

Podstawowe pola to:

• magnetyczne - pierwotne (własne wytwarzane przez okręt)oraz wtórne (indukowane wytwarzane w wyniku oddziaływania okrętu na pole zewnętrzne - źródło znajduje się poza okrętem - NUZ pasywny - reaguje na własne pole, NUZ aktywny - reaguje na pole wtórne.)

• elektryczne

• akustyczne

• hydrodynamiczne

• optyczne

• termiczne

• grawitacyjne

Przez pole elektryczne rozumiemy bezpośrednio otaczającą okręt przestrzeń w której następuje zmiana naturalnego pola elektrycznego wywołane obecnością okrętu w tej przestrzeni. Źródłem pola jest kadłub. Elementy z różnych metali umieszczone w cieczy przewodzącej prąd tworzą układy stanowiące źródło (ogniwo galwaniczne). Procesom elektrochemicznym towarzyszy zjawisko elektrolizy powodującej korozję kadłuba. W celu zapobiegania stosuje się ochronę protektorową wykonaną z metalu bardziej aktywnego elektrochemicznie np. cynk. Konsekwencją jest zwiększenie pola elektrycznego okrętu. Źródłem są także prądy wirowe które zamykają się poprzez kadłub i wodę morską. Powstaja na zasadzie indukcji elektromagnetycznej w wyniku ruchu namagnesowanych mas ferromagnetycznych okrętu względem naturalnego pola magnetycznego ziemi i ośrodka przewodzącego a także w wyniku ruchu obrotowego śruby w naturalnym polu elektrycznym ośrodka powodującym zniekształcenie tego pola. Źródłem może być także uszkodzenie izolacji okrętowej sieci demagnetyzacyjnej, urządzeń łączności radiowej. Kadłub powoduje zmiany pola elektrycznego w przestrzeni go otaczającej niezależnie od materiału kadłuba - tzw. pole indukowane.

Wielkość pola elektrycznego zależy od:

• parametrów fizycznych i chemicznych elektrolitu (woda morska)

• pozycji w szeregu elektrochemicznym metali użytych do budowy

• kształtu kadłuba

• powierzchni elementów wykonanych z różnych metali

• stanu fizyczno-chem. Tych powierzchni

• położenia względem siebie elementów

Minimalizacja pola elektrycznego:

• dokładnie i trwale modelować część podwodną kadłuba

• utrzymywać wysoki stan izolacji sieci elektrycznej i urządzeń

• stosować w podwodnej części kadłuba materiały jednorodne o zmniejszonej wartości potencjałów elektrycznych

• stosować do budowy kadłuba materiały z tworzyw sztucznych

Pole magnetyczne - każdy obiekt pływający wykonany z materiałów ferromagnetycznych powoduje zakłócenia jednorodności ziemskiego pola magnetycznego. Zakłócenie to jest zależne od:

• ilości, rodzaju i rozmieszczenia mas ferromagnetycznych na okręcie

• szerokości geograficznej i kursu

• zabiegów magnetyzacyjno-kompensacyjnych

Przez pole magnetyczne rozumiemy otaczajacy okręt obszar przestrzenny wewnątrz którego możemy stwierdzić zakłócenia naturalnego pola magnetycznego. Jest ono wypadkowym polem powstałym w wyniku nałożenia się na siebie podstawowych pól magnetycznych takich jak:

• pole wywołane namagnesowaniem stałym

• pole wywołane namagnesowaniem indukowanym

• pole wywołane przepływem prądu przez instalacje i urządzenia elektryczne

• pole wywołane przepływem kontrolowanym prądów przez uzwojenia demagnetyazcyjno-kompensacyjne

Stały magnetyzm to pozostałość magnetyczna złożonego ukł. ferromagnetycznego jakim jest okręt. Fakt istnienia pozostałości jest spowodowany wieloma czynnikami. Już same materiały użyte do konstrukcji zawierają pewną pozostałość magnetyczną

Namagnesowanie stałe okręt otrzymuje przede wszystkim w czasie budowy i zależy od:

• kursu i współrzędnych

• właściwości magnetycznych materiałów użytych do budowy

• rozmiarów okrętu i ich wzajemnej relacji

• rozmieszczenia i kształtu mas ferromagnetycznych

• technologii budowy okrętu

Zmiany zachodzą przy przejściu w inny rejon geograficzny, przy uderzeniu kadłuba w przeszkodę, przy strzelaniu, wybuchach min.

Mp=Mp_x+Mp_y+Mp_z - stałe

Namagnesowanie średnie otrzymuje okręt w wyniku odchylenia pola magnetycznego ziemi w konkretnym momencie czasu. Wystepuje onow każdej chwili niezależnie od modułu prędkości nawet przy unieruchomieniu okrętu.

Zależy ono od:

• szerokości geograficznej i kursu

• właściwości magnetycznych materiałów użytych do budowy okrętu ich rozmieszczenia i wzajemnej relacji

• rozmieszczenia i kształtu mas ferromagnetycznych

Mi=Mix+Miy+Miz

Namagnesowanie od okrętowych uzwojeń kompesacyjnych wytwarzane przez prąd płynący w tych uzwojeniach w celu kompensacji namagnesowania stałego.

Ho=Hx+Hy+Hz

Analityczne określenie rozkładu przestrzennego wektora wypadkowego jest praktycznie niemożliwe dlatego też określanie przestrzennego pola magnetycznego opiera się na jego pomiarach. Mierzy się trzy główne składowe Hx, Hy, Hz

Kompensacja demagnetyzacyjna pól fizycznych polega na sprowadzeniu pola magnetycznego do możliwego minimum. Odbywa się ona dwoma metodami:

• uzwojeniowa stacyjna - wykonywana przez brzegowe lub pływające stacje demagnetyzacyjne

• okrętowe uzwojenie demagnetyzactyjne zainstalowane na stałe na okręcie - przeznaczone do likwidowania namegnesowania indukowanego i częściowo stałego. Kompensacja następuje gdy przez uzwojenia tych urządzeń płynie prąd który wytwarza własne pole magnetyczne równe sumie składowych pola i przeciwnie do nich skierowanych.

---