CHƯƠNG III ĐI SÂU NGHIÊN CỨU HÒA ĐỒNG BỘ CÁC MÁY PHÁT TRÊN TÀU VÀ PHÂN CHIA TẢI KHI CÁC MÁY PHÁT CÔNG TÁC SONG SONG
3.1. Định nghĩa và chức năng của trạm phát điện tàu thủy
Trạm phát điện tàu thủy là nơi thực hiện việc biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng và phân phối cho các phụ tải tiêu thụ.
Trạm phát điện tàu thủy thời sơ khai chỉ chủ yếu cung cấp ánh sáng cho thiết bị hàng hải và nhu cầu sinh hoạt cho nên công suất và tầm quan trọng của trạm phát lúc bấy giờ còn rất hạn chế. Tuy nhiên ngày nay, do sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ bán dẫn và công nghệ thông tin đã làm thay đổi diện mạo của trạm phát điện tàu thủy. Năng lượng điện với những ưu điểm vượt trội so với các năng lượng khác đặc biệt là khả năng truyền tải đi xa đã được sử dụng cho hầu hết các thiết bị trên tàu thủy. Mọi hoạt động của con tàu đều cần có điện, đặc biệt là các hệ thống như hệ thống lái tự động, máy chính, máy phụ trong buồng máy, máy móc hàng hải, …Vì vậy trạm phát điện ngày nay còn được ví như trái tim của con tàu, nó thậm chí quyết định đến tính mạng của con tàu.
Xét về cấu trúc, trạm phát điện bao gồm : - Bảng phân phối điện chính.
- Tổ hợp Diesel – máy phát ( Diesel- Generator )
- Các thiết bị dùng để truyền tải điện từ tổ hợp D-G đến bảng điện chính.
Các phương pháp phân loại trạm phát điện tàu thủy : +/ Dựa vào dạng biến đổi năng lượng :
- Trạm phát dạng nhiệt điện : động cơ sơ cấp thường là động cơ diesel hoặc tua bin khí.
- Trạm phát dạng nguyên tử : năng lượng nguyên tử biến đổi thành điện năng thông qua tua bin hơi.
+/ Dựa vào loại dòng điện :
- Trạm phát điện một chiều
- Trạm phát điện xoay chiều : có nhiều ưu điểm hơn trạm phát một chiều nên ngày nay được ứng dụng trên gần như toàn bộ các tàu thủy.
+/ Phân loại theo mục đích sử dụng :
- Trạm phát điện chính : đảm bảo cung cấp năng lượng điện cho các hệ thống truyền động điện cơ bản của tàu như các thiết bị làm hàng, tời neo, các loại bơm, quạt gió,… ,các hệ thống điều khiển như điều khiển nồi hơi, lái tự động, điều khiển máy chính,…, chiếu sáng và phục vụ sinh hoạt.
- Trạm phát sự cố : đảm bảo cung cấp nguồn điện cho các phụ tải rất quan trọng và quan trọng trên tàu như hệ thống lái, đèn hành trình, các thiết bị thông tin, tín hiệu hàng hải, hệ thống truyền động điện neo, các bơm phục vụ máy chính,…. khi nguồn điện chính bị mất.
- Ngoài ra, trên một số tàu cũ còn có trạm phát điện phục vụ riêng cho chân vịt.
Động cơ sơ cấp trên tàu thủy thường là diesel và tua bin hơi. Động cơ diesel là kinh tế nhất, khởi động dễ dàng, sẵn sàng nhận tải. Động cơ Diesel được ứng dụng nhiều dưới tàu thủy, không chỉ để lai máy phát mà còn để lai chân vịt chính.
Nếu truyền động chính cho tàu thủy là tua bin thì động cơ sơ cấp của trạm điện là tua bin hơi.
Khi tàu hành trình trên biển, các máy phát điện còn có thể được lai bằng động cơ Diesel chính, đó là các máy phát đồng trục( shaft generator ). Việc sử dụng trạm phát đồng trục có xu hướng phổ biến hiện nay vì nó lợi dụng được công suất dư thừa của Diesel khi tàu hành trình trên biển.Tuy nhiên nhược điểm của máy phát đồng trục là tần số điện áp và tần số của máy phát phụ thuộc quá nhiều vào tốc độ tàu. Người ta có thể sử dụng thiết bị biến đổi converter- inverter ( biến tần ) để ổn định điện áp và tần số của máy phát theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
3.1.2. Nguồn năng lượng điện sử dụng dưới tàu thủy .
+/ 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 dòng điện thì dòng 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 công suất định mức.
- Máy phát có dự trữ kích từ đủ để giữ điện áp định mức trong vòng 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%.
3.1.3.Các phương pháp phân phối điện năng.
a. 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 khuyên như hình 3.1, ngoài 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 công trình hay tàu vận tải có sức chở lớn.
b.Hệ thống phân phối theo hình tia đơn giản
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 không phải là 1. Do đó cách phân phối này chỉ áp dụng cho những tàu nhỏ, không yêu cầu cao về an toàn 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 c.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.