Uvod
U našim marinama, lukama i lučicama zapanjujete se duljinom i veličinom rekreacijskih brodica, a da o ergeli s jedan dva, tri ili četiri izvanbrodska motora na krmi niti ne otvaramo temu. Što je veće, što je jače, što je skuplje – to je bolje. Tko ima prilike doći subotom u neku marinu na čarter smjenu zna o čemu je ovdje riječ. Zna li itko gdje će te plastično-metalne „stare kante“ završiti za dvadesetak godina? Upravo zato donosimo opis temeljite obnove elektroinstaslacije jedne već otpisane brodice. Možda netko prije nabavke novog „morskog konjića“ ipak osjeti izazov obnove! Namjerno ne donosimo slike brodice da vas ne prestrašimo odmah u početku…
Ovo je pravo ljetno štivo, ništa komplicirano, sve već puno puta dotaknuto. No možda dogodine zaplovite s novom strujom na svojoj obnovljenoj brodici…
Opis rješenja istosmjerne instalacije
Za servisnu bateriju spojene su paraelno dvije olovne AGM baterije 180 Ah, 12 V, slika 1. Za punjenje servisne baterije do kraja, nužno za čuvanje njezinog zdravlja, mora se osigurati barem 50 – 90 A (bez obzira iz kojeg izvora) i to barem jednom mjesečno. Najmanja snaga punjenja je stoga cca 50 A x 14 V = 700 W. Energija na raspolaganju iz servisne baterije pri pražnjenju do 50% kapaciteta baterije, opet zbog očuvanja zdravlja, je 13 V x 360 Ah x 50% = 2340 VAh = 2,3 kWh. Trajanje punjenja s primjerice 90 A za postizanje unosa energije od 2340 VAh = 2340 Wh / (90 A x 14 V) = 1,8 h, a s 50 A oko 3,5 h.
Fotonaponski moduli uvode se u instalaciju preko servisnih zaštitnih prekidača, kako bi ih se u slučaju zahvata u tom dijelu instalacije moglo isključiti iz strujnog kruga. Na brodici je 3 x 120 Wp + 2 x 100 Wp modula, što je uz pretpostavku idealnog osunčanja u ljetnom danu 4 h * 560 Wp = 2.240 Wh energije prema bateriji. I to je energija (približno pola kapaciteta baterije) koju se smije potrošiti dnevno, dan za danom, a da sustav bez dopunjavanja alternatorom ili mrežom s obale ostane samoodrživ. Ukupna struja punjenja koju ovi moudli mogu dati je 560 W / 14 V = 40 A i ona je na donjoj granici jačine struje za optimalno punjenje baterije od 360 Ah. Ugrađena su dva MPPT regulatora s ukupno 50 A, što na servisnoj bateriji može dati snagu punjenja od 50 A * 14 V = 700 W. Moguće je u budućnosti pojačati module s 560 W do 700 Wp (može i više ali nema previše smisla jer će višak snage biti odrezan i time neiskoristiv iako će sustav početi ranije proizvoditi).
Za pokretanje motora tu je zasebna startna baterija. Alternator motora može dati 70 A. Ako alternator pri plovidbi zajedno s FN modulima puni servisnu bateriju tada je struja cca (70 A + 40 = 110 A). Ta struja za konkretnu servisnu bateriju bi bila malo prevelika, ali ona je ipak teoretska. Praktično uvijek su neke sjene po modulima, dio struje alternatora ide u startnu bateriju, dio struje ide izravno u trošila za vrijeme plovidbe. No ako bi ona u plovidbi bila prevelika, onda se može ograničiti struja punjenja baterije preko DVCC opcije u podešenju nadzornog računala Cerbo GX (nećemo ovdje ulaziti u detalje tog podešenja) ili se jednotavno isključi jedan od dva MPPTa!
Alternator i startna baterija spojeni su preko Cyrix releja sa servisnom baterijom. Ovaj relej razdvaja baterije dok je alternator neaktivan. Ako je motor u pokretu i alternator radi, uključuje se relej Cyrix i energija ide iz alternatora prema startnoj i prema servisnoj bateriji dopunjavajući ih obje. Cyrix relej ima i upravljačke kontakte za namjerno uključenje, a time i spajanje startne i servisne baterije u slučaju hitne situacije. Ovo je jako potrebno ako se iz bilo kojeg razloga isprazni startna baterija. Tada jedino što preostaje je spojiti namjerno te dvije baterije i nadati se da u zajedničkom spoju imaju dovoljno energije za pokrenuti motor.
U instalaciju se može ugraditi i elektronička sklopka battery protect. Ona može isključiti istosmjerna trošila ako napon baterije padne ispod neke razine nastojeći tako smanjiti potrošnju, tj. brzinu pražnjenja servisne baterije. Ideja je da u bateriji ostane energije što duže za uređaje koji moraju imati uvijek napon. Servisna baterija (napon, struja, Ah, snaga) nadzire se Smart shunt-om. Smart Shunt omogućava i mjerenje napona startne baterije. Razvod električne energije izveden je sabirničkim modulima Lynx-power in. Sva istosmjerna trošila i baterije opremljena su servisnim sklopkama.
Opis rješenja izmjenične instalacije
Srce izmjeničnog dijela instalacije je dvosmjerni pretvarač Multiplus 3000 VA, 12 V, 50 A, 120 A koji je istosmjernim dijelom spojen na servisnu bateriju, slika 2. Kako se radi o svega 12 V bateriji i pretvaraču od 3 kW koji vršno može dati 6 kW tijekom 30 sekundi, tako su kabeli popriličnog presjeka, a tome su prilagođeni i rastalni osigurači. Zaštitni vodič s obalnog priključka prolazi kroz galvanski izolator, uređaj koji će spriječiti protjecanje istosmjerne galvanske struje kako ne bi došlo do ubrzane galvanske korozije metalnih podvodnih dijelova brodice.
Na ulazu instalacije je kombinirana zaštitna sklopka (KZS, automatski zaštitni prekidač + strujno diferencijalna/RCD sklopka u jednom kućištu). Alternativni, pomoćni izvor je izmjenični generator koji također ulazi u instalaciju preko KZS sklopke. Dvopolnom preklopkom izabire se izvor izmjeničnog napajanja: ili obala ili izmjenični generator.
Zahvaljujući strukturi dvosmjernog pretvarača trošila su organizirana u dvije skupine. Prva skupina ima napajanje uvijek: obala spojena, generator spojen, nema spoja niti s obalom niti s generatorom. Druga skupina ima napajanje samo ako je spojena obala ili generator. Na dvosmjerni pretvarač, na njegov temperaturni ulaz spojen je osjetnik temperature baterije. On služi da se napon punjenja dvosmjernog pretvarača u načinu rada punjenja baterija prilagođava promjenama temperature baterije.
Izmjenična trošila se spajaju preko KZS sklopki. Pojedini strujni krugovi se spajaju preko dvopolnih zaštitnih prekidača. Njihovim isključenjem isključuju se oba vodiča pojedinog strujnog kruga i neutralni i fazni vodič. Svi zaštitni vodiči i sve metalne mase brodice spajaju se na sabirnicu zajedničkog izjednačenja potencijala, a ona na centralno uzemljenje brodice, najčešće metalna ploča u podvodnom dijelu trupa brodice.
Detalji izvedbe
Oprema i istosmjernog i izmjeničnog dijela instalacije smještena je u jedan bočni prostor koji ima dobro provjetravanje, slika 3. Fotografija je snimljena u fazi izvođenja, tako da još nisu uredno posloženi svi vodiči, ali se može jasno uočiti koliko tu ima vodiča presjeka 50 i 70 mm2!
Slike 4. i 5. prikazuju smještaj dvosmjernog pretvarača MultiPlus, startnu i servisnu bateriju. Pažljivo oko će vidjeti da je pretvarač izravno iznad baterije što se ne preporučuje zbog plinjenja baterija. To je jasno upozoreno u uputama uređaja jer olovna baterija pri kraju punjenja proizvodi plin praskavac. Riječ praskavac kaže sve. No ipak ovdje se ne treba bojati eksplozije jer: primijenjene AGM VRLA baterije su u ispravnom stanju zabrtvljene, zbog posebnog elektrolita proizvodi se višestruko manje tog plina u usporedbi s baterijom s kiselinskim elektrolitom, svi regulatori punjenja adaptiraju napon punjenja prema temperaturi baterije, a i prostor je odlično provjetren. Priključni kabeli paralelno spojenih baterija u servisnom baterijskom bloku spajaju se dijagonalno kako bi se obje baterije jednako punile i praznile tj. kako bi priključci do svake baterije u paralelnom spoju imali jednaki otpor.
Posebno je za primijetiti da postoje dva tipa Victron temperaturnog osjetnika i tu vrlo često dolazi do nepravilnog spajanja. Nažalost, kataloška oznaka im je jako slična! No lako se prepoznaju po zaštitnom samoskupljajućem crijevu oko stopice. Stopica osjetnika s plavim crijevom spaja se mehanički i električki na plus priključak baterije pa kroz crveni vodič preko rastalnog osigurača mjerni uređaj, primjerice Smart Shunt, dobiva plus napajanja. Crni vodič osjetnika je mjerni signal. Osjetnik s crnim crijevom je u potpunosti električki izoliran, spaja se uobičajeno na minus priključak baterije. Spoj je samo mehaničke prirode i potreban za prenošenje temperatura priključka baterije. Ovaj osjetnik ne mora se nigdje spojiti, može ga se ostaviti i u zraku i on će tad pokazivati temperaturu zraka. Crveni vodič ovog osjetnika napaja se iz uređaja (primjerice Cerbo GX ili MultiPlus), a crni vodič uređaju vraća mjerni signal. Ovaj osjetnik se nikako ne smije ispitivati univerzalnim instrumentom s 9 V baterijom jer primjerice mjerenjem u modu „zujalice“ prekoračit će se napon od 5V i osjetnik će nepovratno biti uništen.
Oprema izmjeničnog dijela instalacije smještena je u nadgradni instalacijski razdjelnik, slika 6. Tu je za uočiti dvopolno prekidanje u sklopnim uređajima, zaštitnim prekidačima i RCD sklopkama. Uz razdjelnik nalazi se i galvanski izolator kao i dvopolna preklopka „obala- 0 – generator“.
Bežični osjetnici Ruuvi
U instalaciji je korišteno nekoliko bežičnih osjetnika proizvođača Ruuvi. Posebno su pogodni jer ne traže žičani spoj s nadzornim računalom Cerbo GX jer imaju bateriju u sebi i ne iziskuju podešavanje pri puštanju u pogon instalacije. Osjetnik se montira i spreman je za upotrebu. Osjetnik bežično, Bluetooth komunikacijom prenosi podatke o temperaturi, vlažnosti zraka i atmosferskom tlaku na GX uređaj.
Postupak instalacije osjetnika, slika 7.
Provjerite je li Bluetooth omogućen u izborniku Bluetooth (po tvorničkom postavu je omogućen). Da biste to učinili, idite na: Postavke → I/O → Bluetooth senzori (korak 1), zatim kliknite Omogući (korak 2) kako biste aktivirali Bluetooth osjetnike temperature.
Podizbornik Bluetooth adapteri prikazuje popis dostupnih Bluetooth adaptera (korak 3). Opcija Trajno skeniranje (korak 4) omogućuje stalno traženje novih Bluetooth osjetnika. Imajte na umu da uključivanje ove opcije može negativno utjecati na moguću WiFi komunikaciju GX uređaja. Stoga uključite skeniranje samo ako tražite nove osjetnike i čim ih nađete ponovno isključite skeniranje.
Osjetnik će se u izborniku prikazati kao Ruuvi #### (korak 5), pri čemu je #### jednoznačni četveroznamenkasti heksadecimalni identifikator uređaja. Omogućite željeni Ruuvi senzor (korak 6). Svi prethodno instalirani i aktivirani senzori bit će prikazani s korisnički definiranim imenima, ako su postavljena.
Osjetnik bi sada trebao biti vidljiv u Popisu uređaja. Po tvorničkom postavu se prikazuje kao RuuviTag (korak 7). Ako kliknete na njega (korak 8) u izborniku za postavljanje osjetnika temperature Setup (korak 9) možete prilagoditi namjenu osjetnika između Baterija, Hladnjak i Općenito, (korak 9). Izbornik Device omogućuje postavljanje vlastitog naziva za osjetnik (korak 10) i prikazuje dodatne informacije poput identifikatora proizvoda (ID) i VRM instance i sl..
Trajanje baterije i prikaz statusa za Ruuvi osjetnike
Ruuvi osjetnici koriste zamjenjivu litijsku bateriju CR2477 3V, koja u pravilu traje više od 12 mjeseci, ovisno o okolnoj temperaturi. Informacije o bateriji, tj. napon baterije i opći status baterije prikazani su u izborniku osjetnika. Sve dok je napon baterije ≥ 2,50 V status će biti „OK“. Ako je napon baterije ≤ 2,50 V status će biti „low“. Upozorenje o praznoj bateriji osjetnika prikazat će se na Remote Console sučelju. Ako GX uređaj šalje podatke na VRM portal, upozorenje će se prikazati i tamo. Razine prorade upozorenja o praznoj bateriji ovise o temperaturi:
- Ispod 20°C: upozorenje se pojavljuje na 2,0 V
- Između -20 °C i 0 °C: upozorenje se pojavljuje na 2,3 V
- Iznad 20 °C: upozorenje se pojavljuje na 2,5 V.
Firmvare Ruuvi osjetnika može se osvježiti putem Ruuvi mobilne aplikacije, iako će to zaista biti potrebno samo ako imate neki problem s radom osjetnika.
Podaci koje prikupe ovi bežični osjetnici mogu se pregledati na aplikaciji proizvođača osjetnika ili u aplikaciji za daljinski nadzor sustava Victron remote management (VRM), slika 8.
Informacijski spoj
Uvid u stanje instalacije moguće je lokalno preko zaslona GX touch 70 osjetljivog na dodir. Za sada je zaslon privremeno monitiran uz višefunkcijski zaslon brodice (engl. multifunctional display, MFD) proizvođača Raymarine. No u budućnosti će se podaci iz nadzornog računala integirati u MFD, a zaslon GX touch 70 će se preseliti u unutrašnjost brodice. Na zaslonu GX touch 70 prati se stanje opreme i najvažniji parametri instalacije u radu, a mogu se podešavati i potrebni parametri instalacije u nadzornom računalu Cerbo GX, slika 9. Za primijetiti je novo grafičko sučelje koje u našem serijalu još nismo detaljnije opisali – doći će i to na red.
Sveukupna oprema nadzire se preko nadzornog računala Cerbo GX. Dva MPPT-a i Smart shunt spojeni su preko VE.Direct sabirnice. Dvosmjerni pretvarač MultiPlus spojen je preko VE.Bus sabirnice. MPPT regulatori, Smart shunt i MultiPlus preko uređaja VE.Bus Smart dongle mogu se dohvatiti VictronConnect aplikacijom na pametnom telefonu lokalno na brodu, ali i daljinski preko interneta. Tako da doma iz fotelje možete podesiti neki parametar ili pokrenuti neki relej. Sva bitna podešenja uređaja nalaze se na slici 10.
Koja je korist od daljinskog nadzora baš svakog parametra svih uređaja?
Odgovor na ovo pitanje objašnjavamo kroz praktični događaj na instalaciji, slika 11. Vlasnik je postavljajući parametre to napravio što je bolje mogao i znao. Kako svaku instalaciju pratimo primijetili smo da stanje napunjenosti baterije (engl. State of Charge, SOC) ima skok, lijevi oscilogram na slici 11. Fizikalno nije moguće da je pražnjenje polagano, a da je punjenje olovne baterije skokovito. Ne može energija trenutačno uskočiti u olovnu bateriju! Punjenje olovne baterije je optimalno ako se 50% kapaciteta napuni za 2,5 do 3 sata. Ranije spomenutih 40 A na raspolaganju za punjenje ipak mora ulaziti i do 1 sat u bateriju da se napuni cca 10% kapaciteta baterije. Zamijećena skokovita promjena stanja napunjenosti posljedica je nepravilno postavljenih uvjeta detekcije stanja napunjenosti SOC = 100 %. SOC se sinkronizira na 100 % ako napon poraste preko zadane razine (parametar Charged voltage), struja u bateriju padne ispod zadane razine (parametar Tail current) i takvo stanje traje zadano vrijeme (parametar Charged detection time). Ako su trošila aktivna, struja u bateriju unatoč aktivnom punjenju će često biti ispod razine parametra Tail current, a to može i trajati dulje od parametra Charged detection time. Dakle dva od tri uvjeta za sinkronizaciju SOC varijable na 100 % su solarnim sustavima s aktivnim trošilima gotovo uvijek ispunjena! Ostaje još samo razina napona u parametru Charged voltage i ako je ona postavljena prenisko, SOC varijabla skače skokovito na 100 %. Naravno, to nije u skladu sa stvarnim stanjem napunjenosti baterije!!! U solarnim sustavima razinu napona za sinkronizaciju treba podesiti za 0,1 do 0,2 V ispod napona apsorpcije punjača. Ako punjač puni primjerice do napona apsorpcije 14,3 V onda se razina napona u parametru Charged voltage postavlja na 14,1 V. Vlasnik je ostavio ovo podešenje na tvorničkom postavu 13,8 V. Uočivši to, mi smo iz Zagreba postavili 14,1 V dok je vlasnik s brodicom bio na Lastovu, slika 12. desni oscilogram. Sada se lijepo vidi kako se baterija polagano prazni i kako se polagano puni što odgovara fizikalnoj slici procesa punjenja i pražnjenja pa se tako može pouzdati u podatak o stanju napunjenosti baterije. Mali skok, 3 do 5 % je dozvoljen i neizbježan, jer ako se parametar Charged Voltage postavi iznad napona apsorpcije, zbog padova napona možda nikada ne bi bio dostignut. Svako sinkroniziranje se broji, sustav mora imati sinkronizacije kako bi prikaz stanja napunjenosti bio vjeran. Uvidom u broj sinkronizacija to je i lako provjeriti.
Osim ovog interventnog zahvata daljinski nadzor preko VRM portala omogućuje daljinski uvid u stanje instalacije na dvije razine, slika 12. Prva razina je pregledna i na njoj uočavate grubo što se zbiva s instalacijom. Druga razina je „fina“ i u njoj možete za svaku uređaj pregledavati njegove dostupne varijable u realnom vremenu. Tako ćete lako uočiti „fine“ nepravilnosti u radu sustava, neželjene trendove u instalaciji, ali i mogućnosti i potrebe korigiranja ponašanja na brodici tako da energije bude uvijek i dovoljno. Pregledom prošlosti i do 6 mjeseci imate vrlo moćan alat za čuvanje zdravlja najskupljeg potrošnog dijela instalacije, tj. baterija!
Zaključak
Dotaknuli smo temeljitu obnovu električne instalacije jedne brodice. Nema na njoj reći ćete ništa posebno, izvedena je s olovnim baterijama. A mi ćemo reći: sve je u njoj i posebno i u skladu s najnovijom tehnologijom baterijskih sustava: imamo lokalni i daljinski nadzor, koriste se žični i bežični osjetnici temperature, vlažnosti i tlaka zraka, tu je i moćna izmjenična instalacija, vodilo se računa o galvanskoj koroziji… Tako svestrana i pregledna instalacija morala bi vlasniku biti pravi užitak u korištenju. Uskoro, tj. za 5-6 godina trebat će možda i i LFP bateriju. Nema problema, sve je u instalaciji već spremno! Vjerujemo da će tako obnovljeno srce brodice osigurati koje desetljeće daljnjeg života brodice i da neće uskoro biti u stanju gdje nitko neće znati što bi s njome.
Kad malo šire razmišljam, možda nam zaista i ne treba mala brodogradnja novih brodova. Ono što smo je imali, svjedoci smo kako smo propisima spretno i nepovratno ugušili. No radna mjesta kriju se i dalje u obnovi i održavanju postojećih morskih konjića! Auto industriju nemamo, ali u auto-servisima radi mnoštvo ljudi i svi dobro žive od toga! I brodice trebaju održavanje. Još da se prilagode programi i da se o tome išta uči i nauči u strukovnim školama diljem obale, ma barem koliko se već danas uči o autima!