Uvod
U prethodnom nastavku predstavljena je Lithium SuperPack (LSP) baterija kao posebno kompaktna izvedba LFP baterijske tehnologije. Nadzornik rada baterije i sklopke za isključenje punjača i trošila u takvim baterijama nalaze se u kućištu baterije. U konkretnom primjeru brodice razrađena je ideja i električna shema zamjene olovne baterije opće namjene s LSP baterijom. U ovom nastavku pokazat će se fizički razmještaj i izvedba ožičenja komponenata. Razmotrit će se i spoj nove instalacije s postojećom instalacijom i to u istosmjernom i izmjeničnom dijelu.
Razmještaj komponenata
Kako je na slici 1. pojednostavljeno prikazano, osmišljeni sustav ima dva baterijska sloga po 600 Ah opće namjene s LSP baterijama. Sklopkom S1 izabire se slog koji će napajati istosmjerna trošila i izmjenična trošila preko dvosmjernog pretvarača. Energija fotonaponskog polja može se sklopkom S2 preusmjeriti na jedan aktivni baterijski slog. Kako postoje dvije sklopke, S1 i S2, aktivni baterijski slog i slog koji se dopunjava iz fotonaponskog polja, po želji investitora, ne moraju u svakom trenutku biti isti. Iz alternatora se uvijek dopunjava trenutno aktivni baterijski slog preko punjača baterija Orion koji vodi računa da se alternator ne preoptereti u radu i da se LSP baterije dopunjavaju samo dok motor radi. Iako LSP baterije brinu same o sebi, ipak su ugrađena dva nadzornika baterije kako bi korisnik mogao pratiti stanja baterija i znati koliko energije ima na raspolaganju, tj kada ih mora ipak nadopuniti s obale i kada mora prebaciti punjenje iz fotonaponskog polja s jednog na drugi baterijski slog.
Na slici 2. prikazana je shema ožičenja u koju su ucrtane tri lokacije razmještaja komponenata. Fizički nije bilo mjesta smjestiti sve na isto mjesto pa su komponente morale biti smještene na tri lokacije.
Na slici 3. Vidi se da su „Lynx Power in“ sabirnički moduli i mjerni članovi nadzornika baterija BMV712 te „Class T“ rastalni osigurači smješteni izravno iznad baterija čime su ostvarene iznimno kratke veze komponenata. Odmah do baterijskog sloga smješten je dvosmjerni pretvarač i sve tri sklopke jer je ulaz u prostor upravo s te strane. Prostor je u boku brodice i u njega se može ući jedino ležećki! Odmah prekoputa dvosmjernog pretvarača smješteni su MPPT regulatori punjenja sa svojim zaštitnim prekidačima. Ovim izborom do svih „aktivnih“ komponenata može se doći rukom i bez ležećeg zavlačenja u prostor. Orion punjači i njihovi zaštitni prekidači izmješteni su pak bliže alternatorima i motorskom prostoru. Kako se oni u radu i sami griju nije ih nipošto dobro staviti u sam motorski prostor.
Spoj u istosmjernu brodsku instalaciju
Spajanje nemalog broja komponenata u postojeću instalaciju olakšala je kvalitetna i precizna električna shema postojeće električne instalacije brodice (ali i tehnici vičan investitor koji je sve sam ožičio po ovim uputama uz tek malu pomoć i kontrolu lokalnog majstora brodskih instalacija). Bilo je potrebno „kirurški precizno“ odrediti spojne točke za uključenje istosmjernog (DC) i izmjeničnog (AC) dijela nove instalacije. Slika 4. prikazuje tri karakteristična detalja DC instalacije označena s 1, 2 i 3, a svaki detalj sadrži sliku postojećeg stanja (lijevo) i sliku stanja nakon spajanja nove opreme (desno). U istosmjernu instalaciju uključuju se LSP baterije opće namjene (slika 4. oznaka 1) i punjači LSP baterije za preuzimanje energije iz alternatora (slika 4. oznaka 2). Spoj LSP baterija je zapravo bio trivijalan, tamo gdje je bila stara olovna baterija opće namjene spojena je točka „DC razvod broda“ sa slike 2. I iz instalacije je isključen postojeći punjač postojeće olovne baterije. Punjači LSP baterija energijom iz alternatora (slika 2. spojna točka „startna baterija“) spojeni su na startnu bateriju. Punjači će sami prepoznavati rad motora i kada alternator proizvodi energiju i tek tada će prebacivati dio energije prema izabranom aktivnom LSP baterijskom slogu. Pažnju pri ovakvim zahvatima potrebno je obratiti i na spoj muljnih pumpi koje su u postojećoj shemi imale napajanje iz oba izvora. Sada su one spojene izravno i samo na bateriju opće namjene, slika 4. oznaka 3.
Spoj u izmjeničnu brodsku instalaciju
Spoj u izmjeničnu instalaciju posebno je osjetljiv zbog opasnog izmjeničnog napona 230 V, 50 Hz. Slika 5. pokazuje upravljačku ploču koja je izvađena iz sjedišta i proučena koristeći postojeću električnu shemu brodice.
Tipična originalna shema starijih brodica najčešće izgleda kao na slici 6. Mreža s obale dovodi se na brodicu i prolazi kroz dvopolnu tropoložajnu izbornu sklopku. Tri izborna položaja su: „off“ (isključeno stanje), „shore“ (napajanje s obale) i „gen“ (napajanje iz generatora). Taj prvi dio izmjeničnog razvoda (AC razvod dio 1 na slici 6. ) napaja trošila za koje možemo reći da su u plovidbi „luksuz“ i da ih se želi koristiti samo ako je brodica spojena na obalno napajanje. No u shemi imamo i općenito prikazan dvosmjerni pretvarač koji omogućuje punjenje baterija s obale kao i prolaz energije prema daljnjim trošilima (AC razvod dio 2 na slici 6.). Ako je napajanje s obale spojeno, tada se pomoću transfer sklopke u samom pretvaraču obalno napajanje spaja na izlaz pretvarača pri čemu se ne troši baterija. Transfer sklopka u primijenjenom pretvaraču je 16 A. Ako pak nema obalnog napajanja, dvosmjerni pretvarač stvara autonomnu izmjeničnu mrežu sa strujom trošila do svoje snage (primijenjeni 1600 VA dvosmjerni pretvarač daje 1600/230 = 7A). Ako je obala spojena i nema priključenih AC trošila, kroz dvosmjerni pretvarač puni se baterija!
Novije sheme prihvaćaju zaštitne elemente iz kućnih instalacija, pa tako primjenjuju RCD sklopku (engl. residual current device). Zaštitni princip ove sklopke je opće poznat: ako se struja ne vraća kroz RCD sklopku preko koje je pošla prema trošilima znači da negdje „curi“, tj postoji diferencijalna struja kvara i sklopka treba isklopiti strujni krug. Kako to curenje „negdje“ može biti općenito i kroz čovjeka, tako postoje RCD sklopke koje detektiraju struje curenja već na razinama koje još nisu opasne po čovjeka i isključuju u dovoljno kratkom vremenu da je čovjek zaštićen. Vrlo često se RCD sklopka izvodi u zajedničkom kućištu sa zaštitnim prekidačem. Takvu kombinacija sklopnih aparata naziva se još i kombinirani zaštitni prekidač.
Slika 7. prikazuje zaštitno djelovanje kombiniranog zaštitnog prekidača koji detektira stanje kvara trošila pri kojem aktivni vodič probija na metalno kućište, pri čemu brodica nije spojena na obalu. Struja se ne vraća kroz kombinirani zaštitni prekidač prema izvoru i kombinirani zaštitni prekidač prekida strujni krug. Ako se strujni krug s neispravnim trošilom ne isključi trenutačno, neispravno trošilo postaje izvor opasnosti za čovjeka koji dodirne metalnu masu trošila, a s drugim dijelom tijela istovremeno dodirne metalnu masu koja je na potencijalu zemlje na brodici. Kako je dvosmjerni pretvarač izvor izmjeničnog napona na brodici, tako je GND relej u pretvaraču uključen, tj u izvoru je spojen zaštitni vodič PE i neutralni vodič N. U cijeloj instalaciji kasnije zaštitni i neutralni vodič se više ne smije spojiti.
Slika 8. prikazuje stanje u instalaciji brodice priključene na obalno napajanje s dvosmjernim pretvaračem. U strujnom krugu trošila na brodici uključena je RCD sklopka i u priključnom ormariću na obali također se nalazi RCD sklopka. Struja polazi iz obalnog razdjelnika prema brodici i trošilu na brodici kroz aktivni, fazni vodič, a u cijelosti se vraća prema obali kroz neutralni vodič. Niti u jednoj RCD sklopci ne detektira se diferencijalna struja kvara. GND relej u pretvaraču pri spoju dvosmjernog pretvarača s obalom više ne smije biti zatvoren jer bi dolazilo do nepotrebnog isključenja obalne RCD sklopke pošto bi se struja iz brodice prema obali vraćala i kroz PE vodič i kroz N vodič. To stanje bi obalna RCD sklopka detektirala kao kvarno tj kao postojanje diferencijalne struje kvara iako kvara nema!
Slika 9. prikazuje stanje u instalaciji brodice priključene na obalno napajanje s dvosmjernim pretvaračem, ali uz kvar proboja aktivnog vodiča na metalno kućište trošila. Struja polazi iz obalnog razdjelnika prema brodici i trošilu na brodici kroz aktivni, fazni vodič, no ne vraća se dijelom ili u cijelosti prema obali kroz neutralni vodič. U obje RCD sklopke detektira se diferencijalna struja kvara i strujni krug se prekida. Na ovaj način čovjek je dobro zaštićen od neizravnog dodira dijelova pod naponom na brodici.
Nakon „teoretskog“ uvoda sa slika 6. do 9. sada se može razumjeti spoj izmjeničnog dijela dvosmjernog pretvarača u postojeću instalaciju, slika 10. Ispred svih izmjeničnih trošila koja su spojena izravno na obalno napajanje ili napajanje iz generatora postavljen je kombinirani zaštitni prekidač. Time je osigurana zaštita RCD sklopkom za do sada u instalaciji nezaštićena trošila. Iza tog kombiniranog zaštitnog prekidača spojen je dvosmjerni pretvarač Multiplus. Na njegov izlaz preko kombiniranog zaštitnog prekidača spojena su sva ona trošila koja moraju biti prisutna i dok je brodica na obalnom napajanju i dok brodica plovi. Zbog transfer sklopke od 16 A u dvosmjernom pretvaraču izlaz je osiguran kombiniranim zaštitnim prekidačem od 16 A , B karakteristike. U plovidbi dvosmjerni pretvarač može dati trošilima prema svojoj vlastitoj snazi već spomenutih 7 A! Dvosmjerni pretvarač ima zaštitu od preopterećenja koja će ga isključiti ako se u plovidbi pretjera s izmjeničnim trošilima u trajnom radu preko 7A.
Digital Multi Control je udaljeni nadzorni panel spojen s dvosmjernim pretvaračem koji može podešavanjem potenciometra ograničiti struju iz obale da se ne aktivira nepotrebno zaštita u marinskim ormarićima. Na njemu se preko LED indikacije prati stanje dvosmjernog pretvarača. Dodatno preko preklopke na njemu ga se može isključiti, postaviti u dvosmjeran rad ili samo u punjački rad.
Zaključak
Polazeći od razrađene sheme zamjene olovne baterije opće namjene s LSP baterijom u ovom nastavku pokazan je razmještaj komponenata i izvedba ožičenja na brodici. Razrađeni je spoj novog dijela instalacije u postojeću istosmjernu i izmjeničnu instalaciju. Prilikom rekonstrukcije je iskorištena prilika u cjelokupnu električnu instalaciju ugraditi RCD sklopke kao dodatnu zaštitu od strujnog udara. Za sljedeći nastavak pripremamo prikaz podešavanja komponenata pri puštanju u pogon i izvedbu nadzora ovog sustava.