U prethodnim nastavcima obrađene su galvanske struje, tj. struje koje ne idu samo kroz vodiče, već malo „skrenu“ kroz vodljivu morsku vodu i nastaju iz baterije koje i nisu baš očekivane! U izmjeničnom dijelu brodske instalacije i najmanja struja koja „skreće“ iz putanje svojih vodiča može pak biti životno opasna. Nismo uspjeli staviti sve ono bitno u jedan članak, pa eto zato još jedan nastavak na istu temu! U prvom nastavku ponovljena su osnovna znanja o djelovanju RCD zaštitne sklopke i kako se RCD sklopka kao zaštita od strujnog udara zbog izravnog i neizravnog dodira dijelova pod naponom primjenjuje u izmjeničnom dijelu instalacije u plovilima. Objašnjeno je ponašanje sustava napajanja s RCD sklopkom i autonomnim izmjenjivačem i sustava napajanja s RCD sklopkom i dvosmjernim pretvaračem pri kvaru izolacije izmjenične instalacije tj proboja napona na metalne dijelove. U ovom nastavku ponovit će se ponašanje instalacije s priključkom na izmjeničnu obalnu mrežu sustava s autonomnim izmjenjivačem i sustava s dvosmjernim pretvaračem, ali ako se u instalaciji primjeni i RCD sklopka i uređaji za sprečavanje nepoželjnih galvanskih struja: galvanski izolator i izolacijski transformator.
Foto: Schrack Technik
Utjecaj mora
Metali pokazuju vlastiti specifičan električki potencijal karakterističan za održavanje vlastitih molekula na okupu. Taj potencijal se razlikuje od metala do metala.
Foto: Schrack Technik
Razina specifičnih potencijala metala uronjenih u more kreće se od -1,6 V do +0,4 V. Uspoređujući potencijale dva metala međusobno za zamijetiti je postojanje razlike potencijala pojedinih metala (na primjer cink ima -1,0 V, a bronca -0,3 V). Dakle uronimo metale različitih vlastitih potencijala u elektrolit, (električki vodljivu tekućinu), dobiva se galvanski članak, tj baterija. Dva metala primjerice metalne osovine i metalnog pristaništa, oba uronjena u moru predstavlja dva pola baterije. Više negativni, (manje plemeniti) metal se naziva anoda i to je – pol naše „baterije“. Manje negativni ili čak pozitivni metal (više plemeniti) naziva se katoda i to je + pol „baterije“. Ako su dva međusobno razmaknuta metala (primjerice metalna osovina i metalno pristanište) uronjena u elektrolit- more spojena još i električkom vezom (primjerice zaštitnim vodičem izmjenične instalacije), doći će do galvanske struje. Spojnim vodičem će teći elektroni, dok će elektrolitom – morskom vodom- teći „ioni“. Više negativna, manje plemenita elektroda anoda se „troši-korodira“ dok pri tome manje negativna, više plemenita elektroda, katoda ostaje sačuvana, odnosno biva čak i presvučena slojem metala anode. Anoda koja se troši naziva se i žrtvenom anodom, a proces čuvanja katode nauštrb namjerno žrtvovane anode naziva se katodna zaštita. Proces elektrokemijske korozije anode naziva se još i galvanska korozija.
Pretpostavimo da je brod opremljen žrtvenim anodama koje redovno i pravovremeno zamjenjujemo novima. Veličina žrtvene anode povezana je veličinom metalnih površina broda pod morem koje se štite. No ako dođemo u pristanište i priključimo se na struju, preko zaštitnog vodiča dolazi do električke veze metalnih masa pristaništa i metalnih dijelova broda. Kako se i pristanište i brod nalaze u morskoj vodi, a električki su povezani zaštitnim vodičem, dolazi do galvanske korozije pri čemu žrtvena anoda štiti ne samo brod već i pristanište. Štiteći pristanište žrtvena anoda će se puno brže potrošiti nego se očekuje dok štiti samo brod! Situacija je prikazana na slici 2.
Foto: Schrack Technik
Primjena galvanskog izolatora
Uobičajeno rješenje za sprečavanje galvanske korozije uslijed priključenja na obalnu mrežu je primjena galvanskog izolatora, slika 3. Zaštitni vodič s priključka broda spaja se na galvanski izolator na jednom kraju, a drugi kraj galvanskog izolatora se spaja na sabirnicu za izjednačenje potencijala u brodu. Galvanski izolator je antiparalelni spoj dvije grupe od po dvije u seriju spojene diode. Da bi diode u galvanskom izolatoru provele u bilo kojem smjeru, na njima mora biti napon veći od 1.4 V, a što je više od istosmjernih galvanskih napona koji se mogu pojaviti između metala na brodu i metala na pristaništu ili pak susjednom neštićenom brodu. Tako se učinkovito prekida strujni krug istosmjernih galvanskih struja. Za izmjenične mrežne napone i struje koje bi potekle zaštitnim vodičem galvanski izolator ne predstavlja izolaciju (jer provedu diode!) i u tom smislu se ne narušava povezivanje metalnih masa broda i obalnog zaštitnog uzemljenja, odnosno ne narušava se djelovanje zaštitnih uređaja u priključnom ormariću na obali i brodu. Ovo vrijedi sve dok su diode ispravne!
Foto: Schrack Technik
Kako se zatvara struja u situaciji da je u plovilu ugrađen galvanski izolator? Sve dok su diode u galvanskom izolatoru ispravne, RCD sklopka će i na plovilu i na obali pri bježanju struje kroz zaštitni vodič i galvanski izolator očekivano otvarati strujni krug, iako će možda neki dio struje ići i kroz more, slika 4. Glavno je dase struja neće vraćati kroz nul vodič već će ići okolnim putem! A to pouzdano primjećuje RCD sklopka!
Foto: Schrack Technik
No što se događa ako galvanski izolator nije ispravan (diode su primjerice pregorjele). To ako se dogodi, nitko neće odmah prepoznati! Ta je situacija prikazana na slici 5. Sad se više ne može točno znati kako će se rasporediti potencijal mjesta kvara prema zemlji, tj na kojem potencijalu će biti mase plovila. Zaštitni vodič je neispravnošću galvanskog izolatora prekinut i struja ide samo kroz more. Najvjerojatnije će RCD sklopka i na plovilu i na kopnu isklopiti strujni krug. Moramo imati obavezno RCD sklopku i na plovilu jer se ne možemo pouzdati da će nas i na obali zateći standardom zahtijevani ispravno realiziran priključak s RCD sklopkom. Životno ugroženi su kupači oko broda jer uz neispravni galvanski izolator pri kvaru izolacije trošila na plovilu, to je kao da smo spustili fazni vodič u more (ili primjerice sušilo za kosu u kadu!). Potencijal na mjestu dodira faze s morem je puni mrežni napon, a potencijal na dnu mora ili mase na pristaništu je nula. Čovjek u vodi svojim tijelom može premostiti možda i cijeli mrežni napon, jednako tako i čovjek koji se primi za metalnu masu koja je kvarom došla pod napon, a noge drži u vodi! Uglavnom ispravna RCD sklopka s 30 mA diferencijalnom strujom kvara će isklapati dovoljnom brzinom na dovoljno maloj struji (već pri 15 mA) pa će kupač gotovo sigurno ostati živ. No nemojte to ipak isprobavati (baš kao što nemojte probati niti hoćete li preživjeti ako vam sušilo za kosu padne u kadu u kojoj ste vi unutra!) jer ne znate nikada kakve su RCD sklopke u brodu i u priključnom ormariću i da li su uopće ispravne. RCD sklopke imaju tipkalo za testiranje ispravnosti kojim se mora ispitivati RCD sklopka u redovnim vremenskim razmacima, u zgradama dva puta godišnje, na brodu i jednom tjedno.
Foto: Schrack Technik
Galvanski izolator, autonomni izmjenjivač i RCD sklopka
Što ako je na plovilu s galvanskim izolatorom, imamo autonomni izmjenjivač i RCD sklopku? Na slici 6. je prikazano zatvaranje struje kvara pri proboju faze na masu trošila u slučaju da postoji galvanski izolator. U prikazanom spoju galvanski izolator ne sudjeluje. Galvanski izolator sudjeluje u krugu zaštitnog vodiča samo ako je priključeno napajanje s obale, a tada je isključen autonomni izmjenjivač kao izvor. (To je stoga jer autonomni izmjenjivač nije predviđen za rad paralelno s mrežom. Spoj izlaza autonomnog izmjenjivača s javnom mrežom uzrokovat će sigurno uništenje izmjenjivača.) Može se uočiti da će RCD sklopka na plovilu pouzdano odraditi bez obzira na ispravnost galvanskog izolatora.
Foto: Schrack Technik
Galvanski izolator, dvosmjerni pretvarač i RCD sklopka
Pri primjeni dvosmjernog pretvarača razmatraju se dva načina rada: izmjenjivački rad i rad kad je spojen napon s obale. Izmjenjivački način rada dvosmjernog pretvarača uz postojanje galvanskog izolatora i RCD sklopke u instalaciji, što se tiče prorade RCD sklopke na plovilu, identičan je radu s autonomnim izmjenjivačem, slika 6. U načinu rada dvosmjernog pretvarača ako je spojen napon s obale, a galvanski izolator je neispravan, RCD sklopke i na obali i u plovilu će detektirati struju kvara i isklopiti strujni krug. Struja iz obale pri kvaru galvanskog izolatora neće se zatvarati preko galvanskog izolatora već kroz more (slika 7), a i taj smo slučaj već imali opisan na slici 5. RCD sklopka i na kopnu i u plovilu će primijetiti da postoji razlika dolazne i odlazne struje i otvorit će strujni krug.
Foto: Schrack Technik
Možemo reći da uz primjenu galvanskog izolatora i RCD sklopke na plovilu nema opasnosti za ljude na plovilu. Opasnost može nastati samo ako se ne primjenjuje RCD sklopka već samo obični automatski zaštitni prekidači! Neispravnost galvanskog izolatora ipak povećava opasnost od strujnog udara osoba na brodu ili kupača oko broda ako je istovremeno neispravna RCD sklopka u plovilu i ne postoji ili je neodgovarajuća RCD sklopka na obalnom priključku. RCD sklopke i u obalnom priključku i u plovilu moraju biti sa strujom kvara ne većom od 30 mA!
Izolacijski transformator i RCD sklopka
Najbolji način odvajanja instalacije broda od obale u smislu sprečavanja galvanskih struja i najvišeg stupnja sigurnosti ljudi na brodu je primjena izolacijskog – odvojnog transformatora. Taj transformator prenosi u omjeru 1:1 napon s obale, ali sekundarni izlazi transformatora su potpuno odvojeni od primarnih izvoda i tako osiguravaju galvansko odvajanje. Taj slučaj je prikazan na slici 8. Izolacijski transformator na primaru tj na obalnoj strani prihvaća zaštitni vodič i on se spaja na predviđenu stezaljku no ona nije nikamo dalje spojena. Na sekundarnoj strani, strani plovila, jedan izvod izolacijskog transformatora se uzemljuje na sabirnicu za izjednačenje potencijala. Na sabirnicu za izjednačenje potencijala se spaja i metalno kućište izolacijskog transformatora. Kuda se zatvara struja kvara pri proboju linijskog vodiča na masu trošila prikazuje slika 9.
Foto: Schrack Technik
Foto: Schrack Technik
Izolacijski transformator, autonomni izmjenjivač i RCD sklopka
Uz izolacijski transformator i prisustvo autonomnog izmjenjivača na plovilu uočava se da će RCD sklopka isklopiti i otvoriti strujni krug pri proboju linijskog vodiča na masu trošila, slika 10. Situacija je ista kao i pri napajanju trošila na plovilu izravno s obalne mreže, slika 9.
Foto: Schrack Technik
Izolacijski transformator, dvosmjerni pretvarač i RCD sklopka
Uz primjenu izolacijskog transformatora i dvosmjernog pretvarača opet treba provjeriti dva slučaja: izmjenjivački način rada i način rada pri spojenom naponu s obale. Izmjenjivački način rada dvosmjernog pretvarača što se tiče prorade RCD sklopke na plovilu, a uz izolacijski transformator, identičan je radu s autonomnim izmjenjivačem, slika 10. Ako je dvosmjerni pretvarač spojen s obalnom mrežom, u instalaciji je izolacijski transformator, dvosmjerni pretvarač i RCD sklopka, tada će RCD sklopka u plovilu također ispravno detektirati kvar proboja linijskog vodiča na masu trošila i isklopiti strujni krug, slika 11.
Foto: Schrack Technik
Zaključak
U ovom nastavku ukazali smo na neke značajke izvedbe instalacije plovila vezane na zaštitu od djelovanja električne struje, a uz primjenu galvanskog izolatora ili izolacijskog transformatora za sprečavanje galvanske korozije. Promišljena su stanja koja mogu nastati pri proboju linijskog vodiča na masu trošila i moguće posljedice na djelovanje RCD sklopke. Ako u plovilu imamo ispravnu RCD sklopku tada je zaštita od udara električne struje osigurana i bez obzira na primjenu galvanskog izolatora ili izolacijskog transformatora potrebnih za sprečavanje galvanskih struja.
Valja ponoviti: neka vam ovaj članak bude tek polazna stepenica za vlastita promišljanja područja zaštite od udara električne struje ako se odlučujete na samogradnju ili rekonstrukciju plovila. Na ovih nekoliko stranica nismo rekli sve što smo željeli i nismo sigurni da smo to rekli za sve na dovoljno obuhvatan, jasan i precizan način. Ne zaboravite da instalacije koriste ljudi i zato nakon vlastitog proučavanja uvijek potražite savjet ovlaštenog projektanta ili tvrtke koja se bavi instalacijama na brodu i za to ima obučene i ništa manje važno, osvjedočeno ovlaštene djelatnike.
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
Pročitajte i prethodne nastavke iz serijala o RCD sklopkama na plovilu:
