TENDINTE IN DEZVOLTAREA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE NAVALE SI A INSTALATIILOR DE PROPULSIE ELECTRICA

Tendinte in dezvoltarea sistemelor electroenergetice navale si a instalatiilor de propulsie electrica

Chiar si cele mai eficiente motoare cu combustie interna consuma propria greutate in combustibil in circa 10 ore, ceea ce duce implicit la tancuri de combustibil de capacitati mari reducand astfel din spatiul disponibil pentru marfa, pasageri, provizii etc.

Din acest motiv pentru generatoarele electrice si convertizoarele de putere de la bord se impune o reducere substantiala a gabaritelor prin cresterea frecventei de tensiunii generate de la 50/60 Hz standard pana la 400 Hz. Aceasta frecventa poate fi obtinuta la turatii de pana la 24000 rpm (pentru generatoarele cu o pereche de poli), turatie ce poate fi realizata de turbinele cu gaz folosite pentru antrenarea generatoarelor cu poli inecati.

Sistemele electroenergetice ce au la baza turbinele cu gaz au potentialul cel mai mare de a evolua in unitati cu gabarite reduse si cu zgomot rezonabil, deoarece motoarele diesel nu pot realiza turatii atat de ridicate. Factorii cei mai semnificativi in controlul puterii specifice (kw/kg) a unui sistem electroenergetic integrat cu instalatia de propulsie electrica sunt turatiile motoarelor primare, tensiunile generate si frecventele acestora.

Avantajele legate de reducerea gabaritelor prin functionarea la turatii ridicate pot fi pierdute prin utilizarea unor reductoare pentru cuplarea cu generatoarele in vederea realizarii frecventelor standard 50/60 Hz.

Standardele actuale de 50/60 Hz impun fie ca, motoarele primare cu turatii mai mari de 3000/3600 rpm sa fie cuplate prin reductoare cu generatoarele in vederea reducerii turatiei pana la 3000/3600 rpm, sau ca frecventa curentului alternativ generat prin cuplarea directa a motoarelor primare de turatii mari cu generatorul, sa fie redresata si apoi convertita inapoi dar la frecventele standard de 50/60 Hz printr-un invertor. Amandoua variante introduc gabarite si costuri suplimentare in sistem.

Studiile de optimizare a design-ului efectuate pentru statia orbitala internationala sugereaza a se lasa alternatoarele sa fie antrenate la turatiile turbinelor si sa genereze tensiune la frecvente corespunzatoare.

Turbinele cu gaz pot atinge turatii pana la 24000 rpm pentru care prin cuplarea directa cu un generator acesta va realiza o frecventa a tensiunii de 400 Hz. Utilizarea grupurilor electrogene la aceste turatii duce la reducerea gabaritelor acestora de pana la 6 ori in comparatie cu sistemul de 50/60 Hz. La bordul navelor sunt si consumatori ce pot fi alimentati de la aceasta frecventa cum ar fi pompele centrifuge, turbocompresoarele care pot realiza turatii de 800012000 rpm (in functie de numarul de poli) ceea ce face posibila reducerea gabaritelor acestora de 34 ori.

Convertizoarele statice de putere pot dupa aceea sa modifice frecventa inapoi la 50/60 Hz pentru distributie. Datorita usurintei de convertire a c.c. in orice frecventa dorita, in multe cazuri este de luata in considerare si distributia in c.c.

De asemenea si tensiunile utilizate in sistemele electroenergetice navale au o influenta asupra dimensiunilor si puterii specifice ale acestora. Se stie ca sectiunea transversala a conductoarelor (deci si greutatea), scade cu patratul tensiunii (raport de invers proportionalitate), astfel valorile tensiunilor sistemului de propulsie electrica sunt un factor important in reducerea gabaritelor sistemelor de distributie, tablourilor de comanda, semnalizare si control etc. Se micsoreaza, de asemenea si durata proceselor tranzitorii.

Odata cu evolutia tehnologica din ultimii 20 ani puterea specifica a motoarelor de turatii mari se apropie de 10 kw/kg. Un progres similar este anticipat si pentru alternatoarele antrenate la turatii ridicate cu indusul ca stator si inductorul ca rotor. Greutatile acestor generatoare sunt aproape invers proportionale cu turatiile lor. Astfel ele ar putea fi proiectate pentru functionare la 400 Hz fiind cuplate direct cu arborele de antrenare al turbinei la 24000 rpm.

Introducerea unor parametrii ridicatii ai energiei electrice in sistemele electroenergetice navale intampina insa dificultati legate de producerea de noi tipuri de generatoare sincrone, motoare asincrone, aparate electrice de comutatie si protectie, dispozitive de automatizare si mecanisme navale la turatii mari.