Hovedtavlen (Main Switchboard)

Nek 410A-401 kapittel 3 beskriv reglene for en tavle.

• Pkt. 10 – Isolerende matter.
• Pkt. 11 – Ganger foran tavler.
• Pkt. 12 – Plass bak tavler og ganger.
• Pkt. 13 – Plassering i forhold til rør og tanker.
• Pkt. 14 – Plassering av fordelingstavler.

Fysisk oppbygging av en hovedtavle

En hovedtavle er vanligvis en modulær, metallkapslet konstruksjon, ofte bygget i stål eller aluminium, som beskytter det elektriske utstyret mot fuktighet, vibrasjoner og mekaniske skader. Tavlen er delt inn i flere seksjoner (felter), som hver har spesifikke funksjoner.

Generell oppbygging av hovedtavlen.

Hovedtavlen består typisk av følgende elementer:

• Innkommende seksjon (Generatorfelt).
• Fordelingsseksjoner (hoved- og underfordeling).
• Motorstarterseksjon.
• Måle- og kontrollseksjon.

Hver seksjon har frontmonterte dører for tilgang til utstyret og er ofte utstyrt med ventilasjon og kabelføringsrom på baksiden eller under.

Hovedkomponenter i hovedtavlen.

• Generatorfelt (Inntaksfelt).
• Plassering: Vanligvis på én side av tavlen, nær innkommende kabler fra generatorene.
• Hovedfordelingsseksjon.
• Plassering: Sentral i tavlen, da den distribuerer kraft videre til resten av systemet.
• Motorstarterseksjon (MCC – Motor Control Center).
• Plassering: Ofte i egne moduler innenfor hovedtavlen eller i et separat MCC-tavlerom.
• Måle- og kontrollseksjon.
• Plassering: Typisk i øvre del av tavlen for lett tilgang og synlighet.

Mekanisk og elektrisk inndeling.

• Mekanisk:

  • Tavlen bygges i modulære stålskap, ofte med IP54/IP65-beskyttelse.
  • Dørene er låste og hengslede, med separate rom for høy- og lavspenningskomponenter.

• Elektrisk:

  • Hovedsamleskinner (busbars) fører strøm gjennom tavlen (vanligvis kobber).
  • Kontrollkabler trekkes gjennom kabelkanaler.
  • Luftsirkulasjon via ventilasjonsspalter eller vifter for kjøling.

Vedlikehold og sikkerhet:

• Låsbare dører hindrer uautorisert tilgang.
• Adskilte rom for høyspenning, lavspenning og kontrollutstyr.
• Isolerte samleskinner for å unngå kortslutning.
• Vedlikeholds plater som kan tas av uten å eksponere strømførende deler.

Hovedinndeling av sikrings- / bryterfelt i hovedtavlen

Feltene i hovedtavlen som inneholder sikringer og effektbrytere er kritiske for strømfordeling og beskyttelse av skipets elektriske systemer. Disse feltene er delt inn etter funksjon og hva de beskytter.

1. Generatorfelt.

   • Inneholder generatorbryteren (ACB/VCB) som kobler generatoren til hovedtavlen.
   • Har beskyttelse som overstrøms relé, differensialbeskyttelse og spenningsvern.

2. Hovedfordelingsfelt.

   • Distribuerer kraft fra generatorene til de store forbrukerne.
   • Består ofte av effektbrytere (ACB/VCB/MCCB) som kan bryte store kortslutningsstrømmer.
   • Hver utgående kurs er utstyrt med vern for overbelastning og kortslutning.

3. Motorfelt (MCC - Motor Control Center).

   • Inneholder motorstartere, sikringer og effektbrytere for de store elektriske motorene.
   • Kan ha direkte start, stjerne/trekant-kobling eller frekvensomformere for mykstart og hastighetsregulering.

4. Belysnings- og småforbruksfelt.

   • Består av mindre automatsikringer (MCB) for å beskytte lys, kontakter og mindre elektriske apparater.

Typer vern og brytere i hovedtavlen

1. Luftbrytere (ACB - Air Circuit Breaker).

   • Brukes i generator- og hovedfordelingsfeltet for store strømmer (fra 630A til flere tusen ampere).
   • Har innebygde vern for kortslutning, overbelastning og spenningsfeil.

2. Vakuumbrytere (VCB - Vacuum Circuit Breaker).

   • Brukes ofte i høyspentanlegg på skip.
   • Har høy bryteevne og krever lite vedlikehold.

3. Mellomstore effektbrytere (MCCB - Molded Case Circuit Breaker).

   • Brukes for motorer, varmeovner og mellomstore forbrukere.
   • Har termisk og magnetisk vern for overbelastning og kortslutning.

4. Automatsikringer (MCB - Miniature Circuit Breaker).

   • Brukes til lys, stikkontakter og mindre elektriske laster.
   • Slår ut ved overbelastning eller kortslutning.

5. Smeltesikringer.

   • Brukes ofte i spesifikke systemer som transformatorbeskyttelse.
   • Må byttes ut etter utløsning.

Oppsummering

Overvåking, kontroll og beskyttelse i hovedtavlen

I hovedtavlen om bord i et skip trengs ulike instrumenter for overvåking, kontroll og beskyttelse av skipets elektriske kraftsystem. Her er de viktigste instrumentene og utstyret som vanligvis finnes:

Måleinstrumenter

Disse brukes til å overvåke elektriske verdier i kraftsystemet:

• Voltmeter – Måler spenning i systemet (for hver fase).
• Amperemeter – Måler strømforbruk i ulike kurser.
• Frekvensmeter – Viser systemets frekvens (vanligvis 50 Hz eller 60 Hz).
• Effektmeter (Wattmeter) – Viser aktiv effekt (kW).
• Reaktiv effektmeter (VAr-meter) – Viser reaktiv effekt for å overvåke faseforskyvning.
• Effektfaktormåler (cos φ-meter) – Viser effektfaktoren for å optimalisere strømforbruket.
• Synkroskop – Brukes ved synkronisering av generatorer før parallellkobling.

Beskyttelsesutstyr

For å hindre skade på utstyr og systemet:

• Overstrømsvern – Bryter strømmen ved for høy belastning.
• Jordfeilvern – Oppdager lekkasjestrøm og kutter strømmen ved jordfeil.
• Differensialvern – Beskytter generatorer og transformatorer mot feilstrøm.
• Overspenningsvern – Beskytter mot plutselige spennings økninger.
• Underfrekvensvern – Utkobling ved for lav frekvens.
• Generatorbeskyttelse – Overvåker spenning, strøm, frekvens og temperatur på generatorene.

Kontroll- og styringsutstyr

• Generatorbrytere – Hovedbrytere for generatorene.
• Automatisk spenningsregulator (AVR) – Justerer generatorens spenning.
• Lastfordelingssystem (Load Sharing System) – Sørger for jevn fordeling av last mellom generatorene.
• Alarm- og overvåkingspanel – Viser feilmeldinger og alarmer for elektriske feil.
• Manuelle og automatiske start/stopp-kontroller – Brukes for å starte og stoppe generatorer og andre systemer.

Generatorfelt-seksjonen i hovedtavlen

Hovedkomponenter i generatorfelt-seksjonen:

1. Generatorbryter (ACB/VCB).

   • Hovedbryteren som kobler generatoren til hovedtavlen.
   • Kan være en luftbryter (ACB - Air Circuit Breaker) eller en vakuumbryter (VCB - Vacuum Circuit Breaker).
   • Har kortslutnings- og overstrømsbeskyttelse for å beskytte generatoren.

2. Automatisk spenningsregulator (AVR).

   • Holder utgangsspenningen stabil under varierende belastning.
   • Justerer eksitasjonsstrømmen til generatorens feltvikling.

3. Synkroniseringsutstyr.

   • Synkronoskop og kontroll lys: Viser faseforskjell, frekvens og spenning mellom generator og hovedtavle før innkobling.
   • Automatisk synkroniseringsenhet: Justerer spennings- og frekvensforskjeller for trygg parallellkobling av generatorer.

4. Beskyttelses reléer.

   • Differensialrelé: Beskytter mot interne feil i generatoren.
   • Over-/underspenningsrelé: Hindrer for høye eller lave spenningsnivåer.
   • Overstrøms- og kortslutningsvern: Løser ut generatorbryteren ved feil.

1. Måleinstrumenter.

   • Volt- og amperemeter: Viser spenning og strøm fra generatoren.
   • Frekvensmåler: Overvåker generatorens frekvens.
   • Effektmåler (kW og kVAr): Viser aktiv og reaktiv effekt.

2. Manuell og automatisk styring.

   • Manuell kontrollpanel: Lar operatøren starte, stoppe og justere generatoren.
   • Automatiske systemer (PMS): Brukes for å starte/stopp generatorer ved behov.

PMS/GCS

På et skip styres generatorene automatisk av et kontroll- og overvåkingssystem som sørger for at strømforsyningen er pålitelig, balansert og sikker til enhver tid. Dette systemet kalles gjerne for Generator Kontrollsystem (GCS) eller Power Management System (PMS).

Hovedfunksjonene til et PMS/GCS om bord:

1. Automatisk start og stopp av generatorer
   – Basert på lastbehov, starter og stopper PMS generatorer automatisk for å sikre optimal drift og drivstofforbruk.

2. Synkronisering
   – Når en ny generator kobles inn parallelt, sørger systemet for automatisk spenningsmatching, frekvensmatching og fasesammenfall.

3. Lastfordeling/Load sharing.
   – Systemet fordeler lasten jevnt mellom generatorene, enten via:

   • Droop-kontroll (åpen lastdeling)
   • Isochronous parallell drift (lukket lastdeling)

4. Spennings- og frekvensregulering.
   – Systemet regulerer excitasjon og motorturtall via AVR og regulator (Governor), for å holde spenning og frekvens stabil.

5. Beskyttelse og alarmer.
   – Overvåker parametere og utløser alarm eller frakobling ved:

   • Overbelastning
   • Jordfeil
   • Over-/underspenning
   • Over-/underfrekvens
   • Tap av synkronisering

6. Nød bryter og Blackout recovery.
   – Automatisk gjenoppretting etter strømbrudd: systemet starter nødgeneratoren og gjenoppretter strøm.

Systemet styrer disse komponentene:

Drift av generatorfelt-seksjonen

• Før en generator kobles til hovedtavlen, må spenning, frekvens og fasevinkel justeres.
• Når verdiene er synkronisert, lukkes generatorbryteren enten manuelt eller automatisk.
• Under drift overvåkes systemet for å sikre stabil spenning og belastningsdeling mellom generatorene.
• Hvis det oppstår feil (f.eks. overbelastning eller kortslutning), vil beskyttelses reléene trippe generatorbryteren for å forhindre skade.

Vedlikehold

• Regelmessig testing av generatorbryter og beskyttelses reléer.
• Synkroniseringstester for å sikre riktig parallellkobling av generatorer.
• Holde feltet rent.

Generatorfelt-seksjonen er altså selve "hjertet" i skipets elektriske kraftdistribusjon og sikrer at generatorene fungerer trygt og effektivt!

Busbar og busbarbryter i en hovedtavle

Busbar

En busbar (samleskinne) er en elektrisk leder laget av kobber som fungerer som en hoved forbindelse mellom forskjellige komponenter i en tavle. Busbarer brukes for å distribuere strøm fra generatorene til ulike belastninger på en effektiv og sikker måte.

• Funksjonene til en busbar:
• Strømfordeling: Overfører elektrisk kraft mellom generatorer, forbrukere og undersentraler.
• Reduserer kabling: Eliminerer behovet for flere ledninger, noe som gjør installasjonen mer ryddig.
• Øker effektiviteten: Gir lav motstand og minimal spenningsfall.
• Modulær oppbygning: Lar flere brytere og enheter kobles til samme strømkilde.
• Plassering av busbarer i en tavle:
• Monteres inne i hovedtavlen bak vernede seksjoner.
• Kan være enkle eller doble busbarsystemer, avhengig av skipets kraftbehov og redundanskrav.
• Typisk vertikalt eller horisontalt plassert for enkel tilkobling av brytere og kabler.

Busbarbryter

En busbarbryter er en bryter som brukes for å koble eller frakoble ulike busbarer i en hovedtavle. Den brukes ofte i doble busbarsystemer hvor flere strømkilder eller belastninger kan kobles om ved behov.

• Funksjoner til en busbarbryter:

  • Gir fleksibilitet i strømfordeling: Lar operatøren skifte mellom busbarer for vedlikehold eller feilhåndtering.
  • Øker systemets pålitelighet: Hvis én busbar har en feil, kan lasten flyttes til en annen.
  • Brukes i parallellkobling av generatorer: Sørger for riktig fordeling av last mellom generatorene.

• Typer busbarbrytere:

  • Manuell busbarbryter – Operatøren kobler om fysisk via en bryter.
  • Automatisk busbarbryter – Kan koble om automatisk ved feil eller lastendringer.
  • Isolasjonsbryter (bus tie breaker – BTB) – Brukes for å separere eller koble sammen busbarer i ulike seksjoner.

Eksempel på bruk av busbar og busbarbryter på skip:

• Skip med to hoved generatorer og to busbarer:

  • Generator 1 leverer strøm til busbar A.
  • Generator 2 leverer strøm til busbar B.
  • Busbarbryteren (BTB) er normalt åpen for å holde systemene adskilt.
  • Hvis én generator svikter, kan BTB lukkes for å koble begge systemene sammen.

• Skip med nødtavle:

  • Nødgenerator er tilkoblet en separat busbar.
  • Ved hovedstrømsvikt kobler en automatisk busbarbryter om til nødbusbaren.

Nedenfor er det en tegning over kraft distribusjonen på et offshore fartøy.

Fordelingssystemer for AC

Nett typer om bord på skip:

IT-nett (mest vanlig brukt på skip).

• I IT-systemer, som er mest vanlig om bord i skip, er nøytralpunktet isolert fra jord, eller jordet gjennom høy impedans. Dette gir høy driftssikkerhet ved første jordfeil, som er svært viktig på skip.
• Sikkerhet og kontinuitet i drift: Ved én jordfeil fortsetter systemet å fungere uten avbrudd, noe som er avgjørende til sjøs.
• Redusert risiko for elektriske støt og brann: IT-systemer begrenser jordstrømmer.
• Krav fra klasseselskaper og regelverk: F.eks. DNV, ABS, og IEC 60092-serien anbefaler eller krever IT-systemer i mange sammenhenger om bord.

TN-S-nett (ikke vanlig på skip, men kan forekomme lokalt).

Det er mulig å benytte TN-S-system om bord i skip, men det er ikke vanlig praksis. Det må vurderes nøye i forhold til gjeldende regelverk og spesifikasjonene for det aktuelle skipet og systemet.

• TN-S-system betyr at nøytralpunktet (N) er jordet, og at beskyttelseslederen (PE) og nøytrallederen (N) er adskilte ledere gjennom hele installasjonen.

Når kan TN-S være aktuelt?

1. IT-systemet mater underfordelinger som er TN-S internt: Dette er vanlig i f.eks. datasystemer og enkelte sensitive elektronikkmiljøer.
2. Spesifikke, isolerte IT/kommunikasjonssystemer: I noen tilfeller kan utstyr som er levert med TN-S-intern standard tilkobles via transformatorer.
3. Havneanlegg eller fastlandstilkobling (shore power): TN-S er vanlig i landbaserte strømnett, og ved landstrømtilkobling kan det være nødvendig med TN-S-løsninger med galvanisk isolasjon.

Viktige hensyn:

• TN-S krever tydelig skille mellom N og PE. Må opprettholdes over hele anlegget.
• Må vurderes opp mot isolasjonsovervåkning, jordfeilbeskyttelse og klassekrav.
• Det kan være inkompatibelt med deler av skipets øvrige elektriske system.
• Jording om bord må utføres i henhold til maritime normer, som kan være svært ulike fra landbasert praksis.

Fordelingssystemer for DC

NEK 410A-201 tar for seg dei nett systema en kan bruke om bord i skip.

DC-nett (likestrøms nett) blir stadig mer aktuelt om bord i skip, spesielt i moderne og energieffektive fartøy som bruker batterier, hybride løsninger eller integrerte kraftsystemer (IPS). Når det gjelder jordingssystemer i DC-nett om bord, gjelder mange av de samme prinsippene som for AC-nett, men med noen viktige forskjeller.

1. IT-system (isolert nøytral) – mest vanlig

• Vanligst i DC-anlegg på skip, akkurat som i AC-nett.
• Ingen leder er direkte jordet; man kan jordforbinde midtpunktet mellom to seriekoblede batteribanker via høy impedans (valgfritt).
• Fordeler:
  • Høy driftssikkerhet (fortsatt drift ved én jordfeil).
  • Lav risiko for galvanisk korrosjon.
  • Viktig for batterisystemer og sensitive kraftelektronikk.

2. TN-S-system i DC (sjeldent)

• En polaritet (f.eks. minus) er direkte jordet, og PE er adskilt fra den andre lederen (typisk +).
• Dette systemet kan teknisk brukes, men det er lite brukt på skip, fordi:
  • Det gir umiddelbar utkobling ved jordfeil (mindre driftssikkerhet).
  • Øker risikoen for galvanisk korrosjon i metallkonstruksjoner.
  • Krav til god jordingskontroll, som er krevende til sjøs.

3. IT-system med overvåkning og jordingsmotstand

• En kombinasjon som gir isolert DC-nett, men med aktiv jordfeilovervåkning (via isolasjonsovervåkningsenhet – IMD).
• Mest anbefalt løsning for DC-distribusjon med høy tilgjengelighet (f.eks. batterisystemer, hybrid fremdrift og DC-ringnett).

Maritime standarder og regelverk.

Standarder som regulerer valg av jordingssystem i DC-nett:

• IEC 60092–101 / 302 / 401 / 502 (elektriske installasjoner i skip).
• DNV, ABS, LR har egne krav for likestrøms installasjoner.
• IEC 61800–5-1, IEC 62109–1 og UL 1741 gjelder for kraftelektronikk og invertere.
• DC-systemer >120 V krever ekstra tiltak for sikkerhet og brannfarekontroll.

Konklusjon

I NEK 410A – 201, 2021 finn de tegninger over systema en kan bruke.