Переменное напряжение на катере

Источниками переменного напряжения на катере могут быть генератор, инвертор или береговая электрическая сеть.

Зачем нужно заземление

Простые цепи переменного напряжения так же, как и постоянного, состоят из двух проводников. Проводник, соединенный с источником питания, называется фазой, а соединенный с землей нейтралью. Можно считать, что по фазному проводнику электрическая энергия поступает к потребителю, а по нейтральному возвращается к генератору или инвертору. Нейтральный проводник каждого берегового источника питания соединен с закопанной в землю металлической пластиной или штырем, поэтому нейтральная часть цепи имеет потенциал близкий к потенциалу земли

Схема подключения катера к источнику берегового питания
Однофазная система 230 В с защитным проводником и нейтралью, заземленной на берегу Условные обозначения: 1 — береговой заземляющий электрод; 2 — фаза(коричневый); 4 — нейтраль (синий); 6 — защитный проводник(желто-зеленый); 7 — колонка берегового питания; 8 — кабель берегового питания; 9 — розетка на катере; 11 — розетка на колонке; 12 — автоматический выключатель дифференциального тока; 13 — защитный проводник; 14 — гальванический изолятор; 19 — индикатор обратной полярности; 21 — бортовой генератор; 22 — переключатель источника питания ; 23 — автоматический выключатель дифференциального тока; 25 — автоматический выключатель; 28 — устройство или 220 Вольт; 30 — заземленная розетка 220 Вольт;

Когда в устройстве, подключенном к двухпроводной электрической системе, возникает неисправность и незаземленный корпус оказывается под напряжением, то электрический потенциал сохраняется на корпусе до тех пор, пока человек не коснется его и не создаст для тока путь на землю. До этого предохранители или автоматические выключатели не обнаружат повреждение и поэтому не сработают. Таким образом с момента нарушения изоляции и появления на корпусе устройства электрического потенциала до того, как неисправная цепь будет отключена существует интервал времени в течении которого устройство является потенциально опасным.

В трехпроводной системе, кроме фазы и нейтрали, существует еще один, защитный проводник. Один конец этого проводника соединен с корпусом устройства, а другой с заземленной нейтралью источника питания. В нормальной ситуации ток по защитному проводнику не течет. Но когда корпус устройства оказывается под напряжением, защитный проводник предоставляет для тока безопасный путь на землю и добавляет еще одну степень защиты. Если в цепи стоит устройство дифференциального тока, то оно сработает, мгновенно отключит электропитание и ликвидирует опасность

На катерах применяется трехпроводная электрическая система с раздельными нейтральным и защитным проводниками (система заземления TN-S). В ней все открытые проводящие части оборудования соединяются между собой и с помощью защитного проводника присоединяются к заземленной точке источника питания.

Защитное заземление на катере

Для лодки, подключенной к береговой электрической сети, источник питания — колонка на пирсе. Если бортовая система переменного напряжения работает от генератора или инвертора, то источник питания – одно из этих устройств. Для судна с изолирующим трансформатором источник питания — это вторичная обмотка трансформатора. C нейтралью защитный проводник соединяют только в этих точках. Других мест соединения нейтрального и PE проводников на борту быть не должно. Если это условие не выполнено, опасность возникнет как для людей на катере, так и для тех кто находится в воде рядом с нимНеправильная схема организации переменного напряжения на катере

Предположим, что при подключении к береговому электричеству перепутана полярность (это может произойти из-за неправильной фазировки на берегу, на самом катере или из-за того, что двухштырьковая вилка вставлена не так как предполагалось). Тогда вся цепь защитного заземления на борту окажется под напряжением берегового источника. Если при этом она соединена с отрицательным проводником DC цепи, то под напряжением будет находится корпус судна или его подводные металлические элементы

В другой ситуации небольшая разность потенциалов земли или сопротивление в самой нейтральной цепи заставит ток искать путь к источнику питания через защитный проводник, что также приведет к попаданию переменного тока в цепь постоянного. В обоих случаях относительно высокое сопротивление пресной воды ограничит ток утечки. Если на борту и на берегу стоят автоматические выключатели с защитой от сверхтока, то они не сработают.

Кроме нейтрали защитный проводник бортовой АС системы соединяют с отрицательным DC проводником в общей точке заземления лодки. Чтобы это соединение само не стало источником поражения током, устройства берегового подключения, кабель и розетку, необходимо регулярно проверять. В противном случае коррозировавший заземляющий контакт в розетке создаст высокое сопротивление и ток утечки попадет к источнику питания на берегу не по кабелю, а пройдет через отрицательный проводник на корпус и попадет на землю через воду.Схема подключения устройств переменного напряжения на борту катера

Естественно, одновременно с защитным в розетке необходимо проверять также фазный и нейтральный проводники. Их коррозия может стать причиной пожара.

Заземление и коррозия

Нейтральный и защитный проводники бортовой цепи переменного напряжения с помощью кабеля берегового питания соединяются с соответствующими проводниками береговой электрической системы и через них с заземлителем. Связь с землей, возникающая у бортового оборудования, защищает людей на катере от поражения током не смотря на высокую окружающую влажность

Но что произойдет, когда у пирса рядом стоят два катера? Предположим, что бортовые цепи переменного напряжения на катерах организованы правильно и на каждом защитный заземляющий проводник соединен с отрицательным проводником постоянного напряжения и цепью выравнивания потенциалов в общей точке заземления. Также предположим, что на одном из катеров установлен жертвенный анод, а на другом его нетКоррозия из-за соединения AC и DC цепей на борту катера

Расположенные рядом подводные части судов образуют аккумулятор, в котором жертвенный цинк одного становится отрицательным электродом, бронзовые подводные детали другого положительным, а вода между ними электролитом. Как только владельцы катеров подключат кабели берегового питания в колонку, заземляющие проводники соединятся, замкнут цепь между клеммами «аккумулятора» и в ней потечет ток. Цинк начнет коррозировать, и после того, как он израсходуется, коррозии подвергнется следующий металл.

Возникает противоречие. Правильно организованная и исправно работающая система защиты людей от поражения током, становится источником коррозии на борту.

Как избежать коррозии

Электролитическая коррозия возникает на катере автоматически после того, как на нем установлено оборудование переменного напряжения и защитный проводник AC цепи соединен с общей точкой заземления, а через нее с системой постоянного напряжения. Устранить коррозию можно, разорвав эту связь

Проще всего это сделать если отсоединить защитный проводник от общей точки заземления, изолировав его таким образом от подводного оборудования. Путь для гальванического тока через воду к берегу исчезнет, а связь с береговым заземлением, защищающим людей, сохранится. Однако такой способ не является наилучшим:

  • Неисправность в зарядном устройстве или короткое замыкание между расположенными рядом AC и DC проводниками могут привести к утечке переменного тока в цепь постоянного. Если защитный проводник переменного и отрицательный проводник постоянного напряжения не соединены, безопасного пути обратно на берег у тока утечки не будет, и он потечет через воду. Но сила тока в воде окажется недостаточной для того, чтобы сработали автоматические выключатели. В результате вся отрицательная сторона DC цепи окажется под полным напряжением переменного тока и станет потенциально смертоносной для людей на борту и пловцов рядом с катером
  • Соединение защитного проводника переменного с отрицательным проводником постоянного напряжения выравнивает электрические потенциалы в системе и улучшает защиту от молний
  • Даже если соединение в общей точке заземления разорвано, неявная связь между AC и DC цепями может возникнуть от заземленных генераторов, кондиционеров, холодильников, зарядных устройств или водонагревателей. Утечка между двумя цепями может произойти из-за изношенной или поврежденной изоляции кабелей. Таким образом возможность для коррозии по-прежнему остается, но владелец катера не знает об этом и не применяет меры безопасности.

Стандарт ISO разрешает не соединять защитный проводник AC цепи с отрицательным проводником DC цепи, если в качестве главного устройства защиты на борту используется автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ). АВДТ обеспечивает достаточный уровень защиты против токов утечки и замыкания на землю, поэтому дополнительное AC-DC соединение при его установке не требуется.

Другим инструментом, позволяющим избежать AC-DC соединения, может стать бортовое зарядное устройство. В морских моделях обязательно присутствует трансформатор, который электрически изолирует цепи переменного и постоянного напряжения. Таким образом связь с береговой электрической сетью, а значит и путь для гальванического тока на борт лодки заканчиваются на первичной обмотке трансформатора.

Зарядное устройство Sterling Power LPCU1230
  • Ultra Light
    зарядное устройство
  • 30 Ампер
  • Зарядные профили для Gel, AGM, жидко-кислотных и LiFePO4 аккумуляторов. Режим блока питания и половинной мощности. Вход для BMS
  • Два выхода     
    Каждый выход зарядного устройства способен нести максимальный ток. Суммарный ток не превышает 30 А
Комбинированный инвертор-зарядное Sterling Power PCSP121600
  • Pro Combi
    инвертор-зарядное
  • 50 Ампер
  • Специально созданное для катеров и яхт комби устройство. Инвертор - номинальная мощность 1600 ВА, пиковая - 3000 Вт. Зарядное - 50 А
  • Автоматический переключатель
    источника питания     
    Устройство автоматически подключает бортовую сеть к береговой и переключает ее на инвертор. Скорость переключения 20 мс
Зарядное устройство Sterling Power PCU1250
  • Ultra
    зарядное устройство
  • 60 Ампер
  • Морское зарядное устройство. КПД > 90%. Три выхода. 12 зарядных профилей. Gel, AGM, жидкий-электролит, LiFePO4.
  • Температурный датчик в комплекте     
    Устройство уменьшает зарядное напряжение, если температура аккумулятора превышает 20 С

Зарядное устройство устанавливают сразу за розеткой берегового питания и соединяют с ней через устройство дифференциального тока. Выход зарядного подключают к аккумуляторной батарее, к которой затем присоединяют инвертор. При такой схеме бортовая сеть переменного напряжения работает от инвертора как у пирса, так и вдали от берега, а трансформатор зарядного устройства и АВДТ защищают от тока утечки в воду и предотвращают возникновение коррозии на борту

Изолировать AC и DC цепи друг от друга можно также при помощи гальванического изолятора или разделительного трансформатора.

Элементы бортовой сети

Особенности бортовой электрической системы переменного напряжения и опасная с точки зрения поражения током окружающая обстановка заставляют использовать для берегового питания компоненты не встречающиеся в сухопутных электроустановках

Кабель и розетка берегового питания

Кабель, которым катер подключают к береговой сети растягивается, на него льется вода, светит солнце, попадает масло и топливо. Для таких условий эксплуатации нужен гибкий, прочный кабель конец которого будет надежно фиксироваться в бортовой розетке. Если он упадет в воду, то станет потенциально смертельным для окружающих. Разъем кабеля, подключаемый к колонке бегового питания, должен быть типа «папа», а к розетке на борту катера – типа «мама».

MP-16-10K
  • Розетка берегового питания
  • Напряжение 250 В. Ток - 16 А. Класс защиты IP56.
2821
  • Кабель берегового питания
  • 15 метров. 3 х 2,5 мм. Напряжение 250 В. Ток - 16 А. Класс защиты IP44.
70022
  • Переходник для кабеля
  • Длина 0,3 метра. Напряжение 250 В. Ток - 16 А. Класс защиты IP44.

Розетка на катере всегда типа «папа». Снаружи от попадания воды и грязи ее защищает крышка, электрические соединения изнутри закрывает резиновый кожух. Класс защиты бортовой розетки IP56 и выше.

На металлические катера с разделительным трансформатором или гальваническим изолятором устанавливают пластиковую розетку, или изолируют металлическую от корпуса с помощью прокладки. На судах с пластиковыми корпусами изоляция происходит автоматически

Двухполюсный автомат

В домашней однофазной сети автоматический выключатель чаще всего устанавливают только на фазный проводник. Вводной автомат на катере должен одновременно разрывать и фазу и нейтраль. Двухполюсный автомат необходим, поскольку существует вероятность, что полярность на лодке может быть перепутана. Главный автомат устанавливают на расстоянии 0,5 метра от розетки берегового питания

Двухполюсные автоматы используют также в распределительных цепях неполяризованных электрических систем. В ориентированной (поляризованной) системе в цепях распределения можно устанавливать однополюсные автоматические выключатели.

На защитный проводник ни предохранитель, ни автомат не устанавливают. Они не позволят PE проводнику выполнить свое предназначение – обеспечивать постоянный путь на землю для тока при возникновении неисправности в электрической системе

Поляризация

Поляризованной считается электрическая система, в которой нейтральный и фазный проводники подключены одинаковым образом ко всем конечным устройствам. На борту поляризация достигается соединением нейтрального и защитного проводников с заземленной точкой источника питания. Если все сделано верно, правильная полярность будет обеспечена. Но всегда существует вероятность перепутать полярность с помощью кабеля берегового питания

Чтобы избежать этого, для подключения к береговой сети необходимо использовать вилку и розетку, которые можно вставить друг в друг только единственным способом. Если электрическая проводка в марине и на лодке выполнены правильно, ориентированные устройства гарантируют, что фаза и нейтраль на лодке не перепутаны. С двухштырьковыми вилкой и розеткой вероятность этого снижается до 50%, поэтому правильную полярность необходимо дополнительно проверять на борту

Индикатор полярности

Индикатор полярности не нужен, когда на лодке установлен поляризационный или разделяющий трансформатор. Без трансформатора при неправильном подключении к берегу нейтральная сторона бортовой сети окажется под напряжением. Поскольку нейтраль на борту не заземлена, система продолжит нормально функционировать. Если в бортовой распределительной цепи стоит двухполюсный автомат, то при коротком замыкании он сработает и защитит людей от поражения током. Но если автоматический выключатель однополюсный, то участок цепи начиная с розетки берегового питания до выходного контакта автомата будет оставаться под напряжением, даже когда автомат отключен.

Чтобы предупредить находящихся на борту об этой ситуации на лодках без разделяющего трансформатора и с однополюсными выключателями в распределительных цепях устанавливают индикатор полярности.

 

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

captcha