Nowa instalacja elektryczna na starym jachcie

Na stronie internetowej Jerzego Kulińskiego czytamy: Kupujecie stary jacht w Szwecji. Jacht miał kiedyś instalację odpowiadającą potrzebom tamtych czasów, tamtych odbiorników, czyli biedną. Ząb czasu, ząbki szczurów oraz kruszenie się izolacji zrobiły swoje. No i różnego rodzaju naprawy oraz modernizacje. Musicie być dzielni. Reperacje wykluczone ! Tadeusz Lis radzi jak się zabrać do roboty.

Bez zwłoki do trupa !

Żyjcie wiecznie !

Don Jorge

---------------------------------------------

Podłączamy źródła prądowe do instalacji jachtowej

W ciągu kilku ostatnich dni pomagałem przyjacielowi kupić wymarzony jacht. Dziesiątki maili, wiele godzin rozmów z większością morskich państw Europy. To co mnie uderzyło, to powtarzający się refren wypowiedzi sprzedających, który dla 25 letniego jachtu brzmiał prawie zawsze tak samo: Charging is ok., but the rest of installation.... I tu następowało enigmatyczne  od: "check must be done" – co oznacza, że kiedyś na oczach właściciela coś zadziałało i poruszając kabelkami, kopiąc w panel rozdzielczy i szarpiąc kable w maszcie być może coś się zaświeci.. do „definitively must be upgraded, you see..." – co oznacza, że należy ją wypruć i położyć od nowa.

Zatem w tym odcinku zajmiemy się właśnie „the rest of instalation" pochylając się wyłącznie nad jednym zagadnieniem: jak właściwie naładować akumulatory. Odbiorami zajmiemy się w następnych odcinkach. Mam nadzieje, że uważni Czytelnicy przeczytali poprzednie odcinki publikowane u  Don Jorge i wiedzą już wszystko adaptacji i nakłanianiu przekonstruowanych alternatorów do wiernej służby na morzu.

Zacznijmy od bazowego, teoretycznego schematu instalacji:

Rysunek 1 - schemat poglądowy instalacji elektrycznej

Dlaczego teoretycznego? Ponieważ instalacji jachtowej powinniśmy mieć co najmniej 2 rozdzielone banki akumulatorów – jeden hotelowo-nawigacyjny, a drugi dedykowany wyłącznie do rozruchu silnika. Mamy teraz cztery główne standardy rozwiązań. Spośród nich wybierzecie mutacje, która będzie najbardziej odpowiednia dla Waszego jachtu.

Zaczniemy od najbardziej tradycyjnego, najtańszego i najbardziej uciążliwego wariantu rozdziału zasilania. Bazuje on na jednym alternatorze i przełączniku żargonowo nazywanym 1,2, 1+2.

Rysunek 2 Wygląd typowego przełącznika stosowanego w rozdziale prądu ładowania na dwa banki aklumulatorów

Jak taki przełącznik jest zbudowany? Konstrukcja jego jest bardzo prosta. Jednak jak pisałem już wcześniej kupujemy je zawsze z najwyższej półki. Dlaczego? Ponieważ w tanich przełącznikach, pomijając korodujące styki, ich rozwiązanie nie gwarantuje nam takiej funkcjonalności jak na rysunku, to znaczy, że przy przełączaniu akumulatorów w trakcie pracy silnika alternator jest stale pod obciążeniem. Jeżeli jest inaczej, to zajrzyj do wcześniejszych artykułów i postów Kolegów, jakie są przykre tego konsekwencje.

Rysunek 3 Konstrukcja wewnętrzna przełącznik 1,2, 1+2

No dobrze. Ale jak ma działać taki układ? Prosto. Do każdego akumulatora podłączamy woltomierz (są one na tyle tanie, że nie warto komplikować sobie życia instalacją dodatkowego przełącznika). Jeżeli jednak chcemy dla oszczędności mieć tylko jeden woltomierz to włączamy go w układ jak na poniższym rysunku.

Teraz woltomierz będzie pokazywał:

a.      Przy pracującym silniku pokazywane jest napięcie ładowania akumulatora

b.      Przy wyłączonym silniku w położeniu 1 napięcie akumulatora rozruchowego

c.       Przy wyłączonym silniku w położeniu 2 napięcie akumulatora hotelowego

d.      Przy wyłączonym silniku w położeniu 1+2 napięcie średnie połączonych akumulatorów

Uwaga! W tym rozwiązaniu połączenie 1+2 nie ma żadnego sensu. Używamy jednak tego wyłącznika (w wykonaniu BlueSea) ze względu na funkcję AFD zabezpieczającą alternator (patrz wcześniejsze artykuły, gdzie podałem schemat jego wpięcia w obwód prądu wzbudzenia alternatora).

e.

Rys.4

Dlaczego jednak sugerowałem użycie 2 woltomierzy? Ponieważ licho nie śpi (a na jachcie w wysokim morzu jest szczególnie bezsenne) i może się zdarzyć, że niepostrzeżenie będzie się rozładowywał akumulator rozruchowy. Takie przypadki przytrafiały mi się na czarterowanych jachtach, w których kultura obsługi technicznej jest zazwyczaj pod zdechłym psem. Myślę, że dokładna obserwacja przyrządów to dobry nawyk – zawsze dużo łatwiej jest zapobiegać niż leczyć.

Zamieściłem tutaj klasyczny miernik laboratoryjny (wychyłowy), gdyż jego cena wynosi około 10 zł. W najdroższym rozwiązaniu możemy wpiąć tutaj wodoodporną kombinację woltomierza i amperomierza (około 160 zł). Obserwowanie prądu ładowanie jest niezwykle pouczające. Jeżeli dodatkowo zastosujemy regulacje prądu wzbudzenia alternatora Krzyśka Putona (publikacja na SSI wkrótce), to mamy 100% gwarancji nie tylko pełnego naładowania akumulatorów, ale też ich istotnie dłuższej żywotności. Według mojej obserwacji starannie konserwowany tani, klasyczny akumulator w technologii wapniowej potrafi na jachcie pływającym po Bałtyku wytrzymać 6-7 lat, a nie 3 (na ciepłych wodach trochę krócej).

Tak wygląda przykładowy zintegrowany woltomierz i amperomierz

Rysunek 5 Przykład zintegrowanego woltomierza i amperomierza

Jakie są wady tego prostego rozwiązania? Przede wszystkim musimy pamiętać, aby ręcznie przełączać ładowanie. Używanie przełącznika w pozycji 1+2 (praktykowane na jachtach klubowych) prowadzi szybko do uszkodzenia jednego z banków z powodu permanentnego niedoładowywania.

Czy można to zautomatyzować? Tak – na trzy sposoby. Pierwszy z nich jest tani, prosty, ale obciążony pewną wadą genetyczną (o czym za chwilę). W rozwiązaniu tym użyjemy separatora diodowego.

Rysunek 6 Schemat ideowy separatora diodowego

Każda z diód działa jak zawór jednokierunkowy nie dopuszczając, aby akumulatory rozładowywały się wzajemnie. Skąd wziąć diody?

Rysunek 7 - przykład diod przystowanych do zamontowania na radiatorze

Kupicie je na aukcja w cenie od 2 do 20 zł za sztukę. Najtańsze i bardzo dobre jakości są z rosyjskiej elektroniki wojskowej. Powinny mieć parametry 75-100 A /300-600 V. (są najbardziej typowe). Instalujecie je zawsze na radiatorze – ale uwaga – na miedzianym, a nie aluminiowym, ze względu na środowisko morskie.

Jakie są zalety tego rozwiązania? Bezobsługowość. Wady? Niestety na diodzie występuje spadek napięcia rzędu 0,7 V. Istnieją diody z mniejszym spadkiem napięcia – rzędu 0,3 V (Schottky'go). Ale mimo wszystko jest to problem, jeśli nie zastosujecie regulowanego wzbudzenia alternatora.

Jeżeli zastosujecie, to problem w ogóle nie występuje, gdyż po prostu w ustawieniach skorygujecie wartość napięcia na wyjściu z alternatora. Jeżeli regulator wzbudzenia, taki jak projektuje Krzysiek Puton dla SSI, będzie odczytywał napięcie na zaciskach akumulatora, to problem w ogóle nie wystąpi – korekta będzie następowała automatycznie.

Niestety przy długich przelotach na silniku układ ten jest niebezpieczny. Zauważmy, że dwa banki są połączone faktycznie równolegle. Zatem mniejszy akumulator rozruchowy naładuje się szybciej, zanim naładuje się głęboko rozładowany akumulator hotelowy. Czyli przy długiej pracy doprowadzimy do gazowania akumulatora rozruchowego i jego uszkodzenia. Tani pomysł na uniknięcie? Zastosowanie przełącznika 1,2, 1+2 i uwaga: STANDARDOWA PRACA W TRYBIE 1+2 oraz monitoring stanu każdego z nich. Gdy widzimy, że akumulator rozruchowy osiągnął już stan naładowania przełączamy ręcznie całość ładowania na hotelowy (i prosimy Anioła Stróża, aby nam przypomniał potem o powrocie do układu 1+2.

Istnieją również inne i eleganckie (ale nie tanie) rozwiązania. Poniżej przykład separatora bezstratnego Argofet oraz jego sposób podłączenia do instalacji.  Podobnie do opisanych wyżej diodowych izolatorów baterii akumulatorowych, izolatory FET pozwalają na jednoczesne ładowanie dwóch albo więcej baterii z jednego alternatora (lub pojedynczego prostownika sieciowego, gdy zasilamy nasz jacht z lądu). Ich zaletą jest to, że w przeciwieństwie do izolatorów diodowych, izolatory FET mają znikome straty napięcia. Spadek napięcia jest mniejszy niż 0,02-0,03 V przy małych prądach i średnio około 0,07 -0,1V na większych prądach. Dodatkowe wyprowadzenie jest niezbędne, aby można było wzbudzić alternator

Rysunek 8 Przykład separatora dzielącego prąd na akumulator rozruchowy oraz dwa niezależne akumulatory hotelowe

Bardzo sobie cenię rozwiązania polskiej firmy Intelle. Oto przykład bardzo łatwo konfigurowalnego podłączenia separatora tej firmy do 4 niezależnych akumulatorów.

Rysunek 9 Rozwiązanie polskiej firmy Intelle. Proszę zwrócić uwagę na łatwość konfigurowania połączenia mikrprzełącznikami

W Intelle możecie kupić też istotnie tańsze rozwiązania – które dobrze się sprawdzą przy prostszych instalacjach.

Rys. 10

Więcej informacji technicznych oraz cenniki znajdziecie na www.intelle.pl 

Trzecie sposób to użycie separatora przekaźnikowego. Oto schemat ideowy. Tego konkretnego modelu użył Edek Zając przygotowując się do startu w Jester Challenges. Rozwiązanie takie skopiowałem jako tymczasowe na mojego Donalda. Docelowo mam zamiar zastosować rozwiązanie z dwoma osobnymi alternatorami. Oto ono:

Rysunek 11.  Rozwiązanie z "Holly" Edka Zająca

Jak działa taki układ? W czarnej skrzyneczce znajdują się dwa przekaźniki sterowane przez układ pomiaru napięcia. Gdy w zadanym czasie napięcie na akumulatorze rozruchowym osiągnie zadaną wartość przekaźnik odłącza go i załącza ładowanie akumulatora hotelowego. Jednocześnie cyklicznie bada napięcie na akumulatorze rozruchowym. Jeśli spadnie ono – ładowanie zostanie przekierowane do akumulatora rozruchowego. Ponieważ przełączanie odbywa się za pomocą przekaźników nie ma tutaj spadków napięć na zaciskach akumulatora  – jak w przypadku separatorów  diodowych.

Poniżej zamieściłem rzeczywisty diagram pokazujący w szczegółach zabezpieczenie takiej instalacji oraz zalecane zwymiarowanie.

Rys. 12

Podsumowując: mamy cztery sposoby rozdzielenia ładowania na dwa banki akumulatorów.

1.      Użycie ręcznego przełącznika

2.      Użycie separatora diodowego stratnego

3.      Użycie separatora diodowego bezstratnego

4.      Użycie separatora przekaźnikowego

To klasyka rozwiązań. Który z nich uważam za najlepszy? Opisany wcześniej sposób 5 – dwa niezależnie regulowane alternatory. Instalacja jest prosta, a na wypadek awarii alternatora zawsze potrafimy przełączyć ładowanie na drugi alternator.

I jeszcze na koniec krótka analiza funkcjonalno-ekonomiczna.

 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ilustracja do komentarza Tadeusza

Komentarze

SSI - tropem PALSTEKA Marek Zwierz z dnia:2013-02-14 22:35:00

Drogi Jurku,
na rys 1 najwyrazniej instalacja jest typu samochodowego, czyli
prowadzimy kable po plusie, a minus idzie do masy. Wszystkie poradniki
sugeruja jednak nieuzywanie rozwiazan samochodowych na morzu i
prowadzenie wszystkich instalacji kablami dwuzylowymi. Czy na rysunku
jest to tylko uproszczenie, czy tez stoi za tym jakas glebsza mysl?

Dzieki za swietne instrukcje techniczne. Jeszcze troche, a SSI osiagnie
poziom technicznego czasopisma PALSTEK ;) (co byloby bardzo pozadane,
albowiem takiego pisma na rynku brak).

Zyj wiecznie,

Marek

instalacja powinna mieć 2 szyny masowe Tadeusz Lis z dnia:2013-02-14 23:32:00

Dociekliwość Kolegi Marka – jak wszystkich dociekliwych Kolegów – jest kapaniem miodu na moje serce. To jest rysunek uproszczony. Wzorcowo wykonana instalacja powinna mieć 2 szyny masowe – tak, jak to opisaliśmy z Jurkiem w tym artykule http://www.kulinski.navsim.pl/art.php?id=2112&page=0 . Są to szyny: prądowa oraz uziemiająca. Mimo, że są one połączone grubym kablem dokładnie w jednym miejscu muszą być fizycznie dwoma różnymi przewodnikami. Jako drogi substytut można stosować kable dwużyłowe – być może ta wersja dla amatora jest łatwiejsza do wykonania i zrozumienia. Wtedy wszystkie powroty (-) muszą się zbiec w jednym miejscu (tablica rozdzielcza ?) i stamtąd prowadzimy gruby kabel do listwy uziemiającej.

Nie łączymy go do minusa akumulatora i na naszym własnym jachcie unikamy typowego rozwiązania stoczniowego –to jest łączenia go do masy silnika. Jestem teraz trochę zajęty, więc nie mogę napisać obszerniej o ochronie korozyjnej jachtu (nawet drewnianego) – ale proszę uwierzcie mi na chwilę na słowo. Dolna szyna uziemiająca musi być podłączona do płyty zanurzonej w wodzie typu Dynaplate lub do stalowej płetwy (jak u mnie na Donaldzie)

Kolego Marku, co to jest PALSTEK*)?

Mi się to kojarzy (chyba niesłusznie) z niemiecką nazwą węzła cumowniczego...:-)))

Pozdrawiam. T.L.

-----------------------------

*) Odpowiadając Markowi miałem na myśli, że PALSTEK to oczywiście węzeł ratowniczy. T

========================================

(Ilustracja pod newsem)