+/ Hiện nay nguồn năng lượng điện sử dụng dưới tàu thủy chủ yếu là dòng điện xoay chiều vì nó có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với dòng một chiều như :
- Giá thành rẻ.
- Động cơ điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản nên giá thành rẻ, khởi động dễ dàng, làm việc tin cậy hơn so với máy điện một chiều.
- Nếu cùng một cường độ dịng điện thì dịng xoay chiều cần một tiết diện dây dẫn lớn hơn khoảng 30% so với dòng một chiều.
- Có thể lấy ra nhiều cấp điện áp một cách đơn giản nhờ các máy biến áp. - Dễ dàng chuyển đổi thành dòng một chiều các bộ chỉnh lưu .
+/ Yêu cầu đối với các loại máy phát điện xoay chiều trên tàu thủy :
- Các máy phát phải có vật liệu cách điện tốt với các tính năng chống ẩm, chống dầu mỡ , chống hơi muối,…
- Mỗi máy phát phải có bộ tự động điều chỉnh điện áp riêng. Các bộ điều chỉnh điện áp này cần phải đảm bảo giữ điện áp định mức với độ chính xác + 2.5% ( sự cố là + 3.5%) khi máy phát thay đổi từ không tải cho đến tải định mức với hệ số cơng suất định mức.
- Máy phát có dự trữ kích từ đủ để giữ điện áp định mức trong vịng hai phút với độ chính xác 10%
- Sự thay đổi đột ngột tải đối xứng của máy phát đang làm việc với điện áp và tần số định mức dao động trong khoảng -15% ÷ 20%, sau đó phải trở về giá trị định mức trong khoảng 1.5s với độ chính xác là 3%.
3.3.Các phương pháp phân phối điện năng.
3.3.1 Hệ thống phân phối theo hình khuyên.
Hình 3.1 : Hệ thống phân phối điện theo hình khuyên
1 : Các máy phát ( Generater ) 5 : Các đường cáp
2 : Bảng điện chính ( main switch board ) 6 : Các đường cáp phụ
3 : Các bảng điện phụ ( auxiliary switch board ) 7 : Các bảng điện phân phối hoặc 4 : Các cầu dao ( circuit breaker ) hộ tiêu thụ công suất lớn
Đây là hệ thống mà tất cả các bảng điện phụ và bảng điện khởi động đều được cấp nguồn từ hai phía bằng các đường cáp khép kín như hình khun như hình 3.1, ngồi ra những phụ tải quan trọng còn được cấp nguồn từ các đường cáp phụ (6) để tăng độ tin cậy. Theo cách phân phối này, khi xảy ra sự cố ở đoạn cáp nào thì chỉ cần ngắt đoạn cáp ấy ra nhờ các cầu dao (4) ,các phụ tải vẫn được cấp nguồn bình thường từ bảng điện chính theo một hướng khác.Tuy nhiên cách này làm hệ thống trở nên phức tạp, vận hành khai thác và sửa chữa gặp nhiều khó khăn, nên chỉ được ứng dụng cho các tàu quân sự, tàu cơng trình hay tàu vận tải có sức chở lớn.
3.3.2.Hệ thống phân phối theo hình tia đơn giản.( hình 3.2 )
Đây là hệ thống mà tất cả các máy phát đều cấp lên bảng điện chính và từ đó cung cấp đến các phụ tải bằng cáp theo một đường duy nhất. Hệ thống này có nhiều nhược điểm như : không đảm bảo cấp nguồn tin cậy liên tục cho các phụ tải quan trọng, không tiết kiệm được cáp khi hệ số đồng thời khơng phải là 1. Do đó cách phân phối này chỉ áp dụng cho những tàu nhỏ, không yêu cầu cao về an tồn và độ tin cậy.
Hình 3.2 : Phân phối điện theo hình tia đơn giản
G : các máy phát M : các động cơ điện
L : các phụ tải chiếu sáng K : các phụ tải khác
3.3.3.Hệ thống phân phối theo hình tia phức tạp.
Hình 3.3. Phân phối điện năng theo hình tia phức tạp.
G : các máy phát AUX.SB : các bảng điện phụ
MSB : bảng điện chính LOAD : các phụ tải.
Năng lượng điện được đưa từ máy phát lên bảng điện chính rồi đưa tới các bảng điện phụ và từ các bảng điện phụ đến các tải tiêu thụ hoặc các tầng bảng điện phụ tiếp theo. Một số phụ tải quan trọng hoặc đặc biệt sẽ được lấy nguồn trực tiếp từ bảng điện chính. Các phụ tải quan trọng cũng có thể lấy nguồn từ hai phía khác nhau của MSB. Áp dụng phương pháp này giúp thực hiện kết hợp các CB mang lại hiệu quả rất cao trong việc bảo vệ kỹ thuật cũng như tăng được hiệu quả kinh tế ban đầu cũng như trong quá trình khai thác. Phương pháp này hiện nay được áp dụng rất nhiều.
3.4.Bảng điện chính .
3.4.1.Đặt vấn đề .
Bảng điện chính ( MSB- main switch board ) là nơi tập trung năng lượng nhận từ các máy phát thông qua các cầu dao ( aptomat) chính ACB ( air circuit breaker ) để phân bố đến các phụ tải. Tải được phân bố trên toàn bộ con tàu nhưng thực tế chúng đều trực tiếp hay gián tiếp lấy nguồn từ MSB thông qua các cầu dao phụ tải CB ( cuircuit breaker). Để thực hiện được các chức năng của mình với độ tin cậy và tính an tồn cao
thì MSB phải được tích hợp một số thiết bị : đo lường, kiểm tra, khí cụ phân phối và bảo vệ, thiết bị điều chỉnh, điều khiển, các nút ấn, cơng tắc, màn hình cảm ứng,…
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, bảng điện chính hiện nay gọn, được tích hợp nhiều phần tử công nghệ cao, với khả năng điều khiển, điều chỉnh, thu thập và sử lý thông tin lớn. Bảng điện chính là một phần khơng thể thiếu của lưới điện tàu thủy.
3.4.2.Cấu trúc chung của bảng điện chính.
Bảng điện chính được chia thành các panel khác nhau, mỗi panel có tính năng và u cầu khác nhau.Về cơ bản bảng điện chính phải có các panel sau :
a.Các panel máy phát – Generator panel.
Số lượng panel này phụ thuộc và số lượng máy phát. Mỗi máy phát sẽ có một panel điều khiển . Mỗi panel thường gồm các phần tử :
+ Thiết bị đo lường : bao gồm các đồng hồ đo điện áp Voltmeter, đo dòng điện Ammeter, đo hệ số công suất power factor ( cos) ,đo cơng suất phản kháng.
+ Thiết bị đóng cắt : cầu dao chính ACB
+ Các thiết bị bảo vệ : Rơle công suất ngược Reverse Power Relay (RPR) , rơle bảo vệ quá tải Over current relay (OCR)
+ Công tắc chuyển mạch và điều khiển : cơng tắc chuyển mạch đo dịng điện, điện áp các pha. Các nút ấn dừng, khởi động từ xa Diesel lai máy phát.
+ Các đèn báo hiệu : máy phát hoạt động ( running), ACB đang mở, đang đóng. b.Panel hòa đồng bộ. – synchronizing Panel.
Mỗi bảng điện chính chỉ có một panel hịa đồng bộ thực hiện chức năng hòa đồng bộ các máy phát với nhau. Dù việc hòa đồng bộ được thực hiện bằng tay hay tự động thì vẫn phải có các phần tử thực hiện các chức năng đó.
+ Thiết bị đo lường : bao gồm các đồng hồ đo công suất tác dụng của máy, đo tần số, điện áp các máy phát.
+ Các công tắc chuyển mạch và điều khiển : cơng tắc dùng cho việc hịa đồng bộ SYS- Synchroscope Switch, công tắc lựa chọn máy phát định hịa CS – control switch , cơng tắc điều chỉnh động cơ Secvo ( dùng để điều chỉnh nhiên liệu Diesel )
+ Các thiết bị chỉ báo : Đồng hồ hòa đồng bộ ( đồng bộ kế ) SYS – synchrocope dùng để hiển thị q trình hịa đồng bộ giữa các máy phát.Việc đưa đồng hồ vào hoạt động được lựa chọn bằng tay, và sau khi hịa xong phải tắt đi vì đây là thiết bị làm việc ngắn hạn. Ngồi ra cịn hệ thống đèn hòa đồng bộ SYL ( Synchrnizing Lamp) gồm ba đèn hoạt động theo nguyên tắc đèn tắt hoặc đèn quay.
c.Panel khởi động cho các phụ tải quan trọng.( group starter panel)
Đây là panel chứa hộp khởi động cho các phụ tải quan trọng lấy nguồn từ bảng điện chính như bơm ballast, quạt gió buồng máy, bơm cứu hỏa sự cố,…Panel này chia thành nhiều panel nhỏ, mỗi panel dùng cho một phụ tải. Thường mỗi panel nhỏ có các phần tử sau :
+ Đồng hồ Ampe kế : dùng để đo dòng điện qua các phụ tải. + Đồng hồ tính giờ : đếm thời gian hoạt động của thiết bị. + Các nút ấn khởi động, dừng, reset hệ thống.
+ Các đèn chỉ báo : chỉ báo phụ tải đang hoạt động, đang không hoạt động, đang bị sự cố ( ngắn mạch, quá tải )
+ Ngồi ra cịn có thể có đồng hồ mega ơm để đo điện trở cách điện. d.Panel cấp nguồn động lực 440V ( 440V feeder panel).
Đây là nơi cung cấp năng lượng cho phụ tải hoặc các nhóm phụ tải động lực thông qua các cầu dao phụ tải CB. Trên Panel này chủ yếu bố trí các cầu dao phụ tải ( aptomat), ngồi ra cịn các đèn chỉ thị, đồng hồ đo dòng điện, đo thời gian hoạt động của phụ tải,… e.Panel cấp nguồn 220V ( 220V feeder panel)
Panel này chủ yếu cung cấp điện áp 220V phục vụ chiếu sáng và sinh hoạt. Nguồn được cấp cho panel này thông qua các biến áp chiếu sáng 440/200V. Panel này cũng chủ yếu gồm các cầu dao phụ tải CB.
3.4.3.Cấu tạo bảng điện chính tàu 34.000T.
Bảng điện chính tàu 34.000T có 11 PANEL (page 020) bao gồm :
- S1 : PANEL khởi động các phụ tải trên bảng điện chính (No1 GROUP STARTER PANEL).
- S2 : PANEL khởi động và cung cấp điện áp 440V (No1 GROUP STARTER PANEL & 440V FEEDER PANEL).
- S3 : PANEL phụ tải cung cấp điện áp 440V (440V FEEDER PANEL).
- S4 : PANEL máy phát số 1 (No1 DIESEL GENERATOR PANEL).
- S5 : PANEL hoà đồng bộ (SYNCHRO PANEL).
- S6 : PANEL máy phát số 2 (No2 DIESEL GENERATOR PANEL).
- S7 : PANEL máy phát số 3 (No3 DIESEL GENERATOR PANEL).
- S8 : PANEL phụ tải cung cấp điện áp 440V số 2 (440V FEEDER PANEL).
- S9 : PANEL khởi động cho các phụ tải trên bảng điện chính (No2 GROUP STARTER PANEL).
- S10 : PANEL khởi động số và cung cấp điện áp 440V số 2 (No2 GROUP STARTER PANEL & 440V FEEDER PANEL).
- S11 : PANEL cấp điện áp 220V (220V FEEDER PANEL).
S1(PANEL SỐ 1): PANEL khởi động các phụ tải tại bảng điện chính.(sơ đồ trang 062)
gồm các phần tử như sau:
1-1:Bơm nước làm mát máy chính ở mức cao(page 287,288):
- H21 : Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. - H22 : Đèn màu trắng báo nguồn.
- H24 : Đèn màu đỏ báo bơm đang làm việc gặp sự cố. - HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm.
- S22 : Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S24 : Nút ấn màu vàng dùng để RESET lại hệ thống khi hệ thống gặp sự cố. - A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm.
1-2: Bơm ballast số 1.
- H21 : Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động.
- H22 : Đèn màu trắng báo hệ thống được cấp nguồn. - H24 : Đèn màu đỏ báo bơm bị quá tải.
- HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của quạt gió. - S21 : Nút ấn có màu xanh lá cây, nút ấn khởi động bơm. - S22 : Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S25 : Cơng tắc có màu đen là cơng tắc chọn vị trí điều khiển gồm có hai vị trí là từ xa và tại chỗ (LOCAL/REMOTE).
- S11 : Cơng tắc có màu xanh da trời, là cơng tắc cấp nguồn cho điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF.
- A : Đồng hồ ampe kế dung để đo dịng điện chạy qua quạt gió.
1-3: Quạt thơng gió buồng máy .
- H22 : Đèn màu xanh lá cây báo động cơ hoạt động ở tốc độ 1 thuận - H24 : Đèn màu xanh lá cây báo động cơ đang hoạt động ở tốc độ 1 ngược - H25 : Đèn màu xanh lá cây báo động cơ đang hoạt động ở độ 2 thuận - H26 : Đèn màu xanh lá cây báo động cơ đang hoạt động ở tốc độ 2 ngược - H27 : Đèn màu đỏ báo động cơ đang gặp sự cố.
- H28 : Đèn màu trắng báo nguồn
- S27 : Nút ấn có màu xanh lá cây, nút ấn khởi động bơm. - S28 : Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S29 : Nút ấn màu vàng dùng để RESET lại hệ thống khi hệ thống gặp sự cố.
- S25 : Cơng tắc có màu xanh da trời, là cơng tắc cấp nguồn cho điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF
- A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. - HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm.
1-4: Bơm cấp dầu L. O cho máy chính.
- H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động - H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn.
- H24: Đèn màu đỏ báo bơm bị quá tải.
- H25: Đèn màu vàng báo bơm đang ở trạng thái sẵn sàng hoạt động (STANDBY). - S21: Nút ấn có màu xanh lá cây, nút ấn khởi động bơm.
- S22: Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S25: Cơng tắc có màu đen là cơng tắc chọn vị trí điều khiển gồm có hai vị trí là từ xa và tại chỗ (LOCAL/REMOTE).
- S11: Cơng tắc có màu xanh da trời, là công tắc cấp nguồn cho điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF
- HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm.
- A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm.
S2(PANEL SỐ2) : Là PANEL khởi động và cung cấp điện áp 440V (No1 GROUP
STARTER & 440V FEEDER PANEL).(Page 062) gồm các phần tử chính như sau:
2-1 : Bơm làm mát bằng nước biển( công suất 27KW)
- H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. - H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn.
- H24: Đèn màu đỏ báo bơm bị quá tải.
- S21: Nút ấn có màu xanh lá cây;nút ấn khởi động bơm. - S22: Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S25: Cơng tắc có màu đen là cơng tắc chọn vị trí điều khiển gồm có hai vị trí là từ xa và tại chỗ (LOCAL/REMOTE).
- S11: Cơng tắc có màu xanh da trời, là cơng tắc cấp nguồn cho điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF.
- A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. - HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm.
2-2: Bơm cứu hoả số 1.(công suất 40KW)
- H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. - H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn.
- H24: Đèn màu đỏ báo bơm đang gặp sự cố.
- S21: Nút ấn có màu xanh lá cây, nút ấn khởi động bơm. - S22: Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S11: Cơng tắc có màu xanh da trời, là cơng tắc cấp nguồn cho điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF.
- S25: Cơng tắc màu đen, công tắc lựa chọn chế độ điều khiển gồm có ba vị trí MANU-AUTO-REMOTE.
- A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. - HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm.
2-3: Bơm dầu LO cho máy chính (cơng suất 30KW)
- H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. - H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn.
- H24: Đèn màu đỏ báo bơm đang gặp sự cố.
- S21: Nút ấn có màu xanh lá cây, nút ấn khởi động bơm. - S22: Nút ấn có màu đỏ, nút ấn dừng bơm.
- S11: Cơng tắc có màu xanh da trời, là cơng tắc cấp nguồn cho điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF.
- S25: Công tắc màu đen; công tắc lựa chọn chế độ điều khiển gồm có ba vị trí MANU-AUTO-REMOTE.
- HR: Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm.
- A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm.
2-4 Bơm nước làm mát mức thấp cho máy chính.(cơng suất 45KW)
Tương tự như 2-3.
S3(PANEL SỐ3) : Là PANEL cung cấp điện áp 440V (No1 440V FEEDER PANEL).(Page
062) gồm các phần tử chính như sau :
- A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện.
- S44: Cơng tắc chọn vị trí để đo dòng điện của cẩu số một hoặc cẩu số hai, có ba vị trí là: CCR1-OFF-CCR2.
- 3-1 : Aptomat cấp nguồn cho điều hồ khơng khí - 3-2 : Aptomat cấp nguồn cho điều hoà nhiệt độ.