Hovudtavla (Main Switchboard)

Nek 410A-401 kapittel 3 skildrar reglane for ei tavle.

• Pkt. 10 – Isolerande matter.
• Pkt. 11 – Gangar framfor tavler.
• Pkt. 12 – Plass bak tavler og gangar.
• Pkt. 13 – Plassering i forhold til røyr og tankar.
• Pkt. 14 – Plassering av fordelingstavler.

Fysisk oppbygging av ei hovudtavle

Ei hovudtavle er vanlegvis ein modulær, metallkapsla konstruksjon, ofte bygd i stål eller aluminium, som beskyttar det elektriske utstyret mot fukt, vibrasjonar og mekaniske skadar. Tavla er delt inn i fleire seksjonar (felt), som kvar har spesifikke funksjonar.

Generell oppbygging av hovudtavla.

Hovudtavla består typisk av følgjande element:

• Innkommande seksjon (Generatorfelt).
• Fordelingsseksjonar (hovud- og underfordeling).
• Motorstartarseksjon.
• Måle- og kontrollseksjon.

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

Hovudkomponentar i hovudtavla.

• Generatorfelt (Inntaksfelt).
  • Plassering: Vanlegvis på éi side av tavla, nær innkommande kablar frå generatorane.
• Hovudfordelingsseksjon.
  • Plassering: Sentral i tavla, då den distribuerer kraft vidare til resten av systemet.
• Motorstartarseksjon (MCC – Motor Control Center).
  • Plassering: Ofte i eigne modular innanfor hovudtavla eller i eit separat MCC-tavlerom.
• Måle- og kontrollseksjon.
  • Plassering: Typisk i øvre del av tavla for lett tilgang og synligheit.

Mekanisk og elektrisk inndeling.

• Mekanisk:
  • Tavla byggjast i modulære stålskap, ofte med IP54/IP65-vern.
  • Dørene er låste og hengsla, med separate rom for høg- og lavspenningskomponentar.
• Elektrisk:
  • Hovudsamleskinner (busbars) fører straum gjennom tavla (vanlegvis kopar).
  • Kontrollkablar trekkjast gjennom kabelkanalar.
  • Luftsirkulasjon via ventilasjonsspaltar eller vifter for kjøling.

Vedlikehald og tryggleik:

• Låsbare dører hindrar uautorisert tilgang.
• Skilde rom for høgspenning, lavspenning og kontrollutstyr.
• Isolerte samleskinner for å unngå kortslutning.
• Vedlikehaldsplater som kan takast av utan å eksponere straumførande delar.

Hovudinndeling av sikrings-/brytarfelt i hovudtavla

Felta i hovudtavla som inneheld sikringar og effektbrytarar er kritiske for straumfordeling og vern av skipet sine elektriske system. Disse felta er delt inn etter funksjon og kva dei beskyttar.

1. Generatorfelt.
   • Inneheld generatorbrytaren (ACB/VCB) som koplar generatoren til hovudtavla.
   • Har vern som overstraumsrelé, differensialvern og spenningsvern.
2. Hovudfordelingsfelt.
   • Distribuerer kraft fra generatorane til dei store forbrukarane.
   • Består ofte av effektbrytarar (ACB/VCB/MCCB) som kan bryte store kortslutningsstraumar.
   • Kvar utgåande kurs er utstyrt med vern for overbelasting og kortslutning.
3. Motorfelt (MCC - Motor Control Center).
   • Inneheld motorstartarar, sikringar og effektbrytarar for dei store elektriske motorane.
   • Kan ha direkte start, stjerne/trekant-kopling eller frekvensomformarar for mjukstart og hastigheitsregulering.
4. Belysnings- og småforbruksfelt.
   • Består av mindre automatsikringar (MCB) for å beskytte lys, kontaktar og mindre elektriske apparat.

Typar vern og brytarar i hovudtavla

1. Luftbrytarar (ACB - Air Circuit Breaker).

   • Nyttast i generator- og hovudfordelingsfeltet for store straumar (frå 630A til fleire tusen ampere).
   • Har innebygde vern for kortslutning, overbelasting og spenningsfeil.

2. Vakuumbrytarar (VCB - Vacuum Circuit Breaker).

   • Nyttast ofte i høgspentanlegg på skip.
   • Har høg bryteevne og krev lite vedlikehald.

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

   • Nyttast for motorar, varmeomnar og mellomstore forbrukarar.
   • Har termisk og magnetisk vern for overbelasting og kortslutning.

4. Automatsikringar (MCB - Miniature Circuit Breaker).

   • Nyttast til lys, stikkontaktar og mindre elektriske lastar.
   • Slår ut ved overbelasting eller kortslutning.

5. Smeltesikringar.

   • Nyttast ofte i spesifikke system som transformatorvern.
   • Må bytast ut etter utløysing.

Oppsummering

Overvåking, kontroll og vern i hovudtavla

I hovudtavla om bord i eit skip trengs det ulike instrument for overvåking, kontroll og vern av skipet sitt elektriske kraftsystem. Her er dei viktigaste instrumenta og utstyret som vanlegvis finst:

Måleinstrument

Disse nyttast til å overvåke elektriske verdiar i kraftsystemet:

• Voltmeter – Målar spenning i systemet (for kvar fase).
• Amperemeter – Målar straumforbruk i ulike kursar.
• Frekvensmeter – Viser systemet sin frekvens (vanlegvis 50 Hz eller 60 Hz).
• Effektmeter (Wattmeter) – Viser aktiv effekt (kW).
• Reaktiv effektmeter (VAr-meter) – Viser reaktiv effekt for å overvåke faseforskyving.
• Effektfaktormålar (cos φ-meter) – Viser effektfaktoren for å optimalisere straumforbruket.
• Synkroskop – Nyttast ved synkronisering av generatorar før parallellkopling.

Verneutstyr

For å hindre skade på utstyr og systemet:

• Overstraumsvern – Bryt straumen ved for høg belasting.
• Jordfeilvern – Oppdagar lekkasjestraum og kuttar straumen ved jordfeil.
• Differensialvern – Beskyttar generatorar og transformatorar mot feilstraum.
• Overspenningsvern – Beskyttar mot plutselege spenningsauker.
• Underfrekvensvern – Utkopling ved for lav frekvens.
• Generatorvern – Overvåkar spenning, straum, frekvens og temperatur på generatorane.

Kontroll- og styringsutstyr

• Generatorbrytarar – Hovedbrytarar for generatorane.
• Automatisk spenningsregulator (AVR) – Justerer generatoren sin spenning.
• Lastfordelingssystem (Load Sharing System) – Sørger for jamn fordeling av last mellom generatorane.
• Alarm- og overvåkingspanel – Viser feilmeldingar og alarmar for elektriske feil.
• Manuelle og automatiske start/stopp-kontrollar – Nyttast for å starte og stoppe generatorar og andre system.

Generatorfelt-seksjonen i hovudtavla

Hovudkomponentar i generatorfelt-seksjonen

1. Generatorbrytar (ACB/VCB).

   • Hovudbrytaren som koplar generatoren til hovudtavla.
   • Kan vere ein luftbrytar (ACB - Air Circuit Breaker) eller ein vakuumbrytar (VCB - Vacuum Circuit Breaker).
   • Har kortslutnings- og overstraumsvern for å beskytte generatoren.

2. Automatisk spenningsregulator (AVR).

   • Held utgangsspenninga stabil under varierande belasting.
   • Justerer eksitasjonsstraumen til generatoren si feltvikling.

3. Synkroniseringsutstyr.

   • Synkronoskop og kontroll lys: Viser faseforskjell, frekvens og spenning mellom generator og hovudtavle før innkopling.
   • Automatisk synkroniseringseining: Justerer spennings- og frekvensforskjellar for trygg parallellkopling av generatorar.

4. Vernerelé.

   • Differensialrelé: Beskyttar mot interne feil i generatoren.
   • Over-/underspenningsrelé: Hindrar for høge eller lave spenningsnivå.
   • Overstraums- og kortslutningsvern: Løyser ut generatorbrytaren ved feil.
     
     

5. Måleinstrument.

   • Volt- og amperemeter: Viser spenning og straum frå generatoren.
   • Frekvensmålar: Overvåkar generatoren sin frekvens.
   • Effektmålar (kW og kVAr): Viser aktiv og reaktiv effekt.

6. Manuell og automatisk styring.

   • Manuelt kontrollpanel: Let operatøren starte, stoppe og justere generatoren.
   • Automatiske system (PMS): Nyttast for å starte/stoppe generatorar ved behov.

PMS/GCS

På eit skip styrast generatorane automatisk av eit kontroll- og overvåkingssystem som sørger for at straumforsyninga er påliteleg, balansert og sikker til ei kvar tid. Dette systemet kallast gjerne for Generator Kontrollsystem (GCS) eller Power Management System (PMS).

Hovudfunksjonane til eit PMS/GCS om bord:

1. Automatisk start og stopp av generatorar

   • Basert på lastbehov, startar og stoppar PMS generatorar automatisk for å sikre optimal drift og drivstofforbruk.

2. Synkronisering

   • Når ein ny generator koplast inn parallelt, sørger systemet for automatisk spenningsmatching, frekvensmatching og fasesamanfall.

3. Lastfordeling/Load sharing.

   • Systemet fordelar lasten jamnt mellom generatorane, enten via:
   • Droop-kontroll (åpen lastdeling)
   • Isochronous parallell drift (lukka lastdeling)

4. Spennings- og frekvensregulering.

   • Systemet regulerer excitasjon og motorturtall via AVR og regulator (Governor), for å halde spenning og frekvens stabil.

5. Vern og alarmar.

   • Overvåkar parameter og utløyser alarm eller fråkopling ved:
     • Overbelasting
     • Jordfeil
     • Over-/underspenning
     • Over-/underfrekvens
     • Tap av synkronisering

6. Naudbrytar og Blackout recovery

   • Automatisk gjenoppretting etter straumbrot: systemet startar naudgeneratoren og gjenopprettar straum.

Systemet styrer disse komponentane:

Drift av generatorfelt-seksjonen

• Før ein generator koplast til hovudtavla, må spenning, frekvens og fasevinkel justerast.
• Når verdiane er synkronisert, lukkast generatorbrytaren enten manuelt eller automatisk.
• Under drift overvåkast systemet for å sikre stabil spenning og belastingsdeling mellom generatorane.
• Dersom det oppstår feil (t.d. overbelasting eller kortslutning), vil vernereléa trippe generatorbrytaren for å hindre skade.

Vedlikehald

• Regelmessig testing av generatorbrytar og vernerelé.
• Synkroniseringstestar for å sikre riktig parallellkopling av generatorar.
• Halde feltet reint.

Generatorfelt-seksjonen er altså sjølve "hjartet" i skipet sin elektriske kraftdistribusjon og sikrar at generatorane fungerer trygt og effektivt!

Busbar og busbarbrytar i ei hovudtavle

Busbar

Ein busbar (samleskinne) er ein elektrisk leiar laga av kopar som fungerer som eit hovudsamband mellom ulike komponentar i ei tavle. Busbarer nyttast for å distribuere straum frå generatorane til ulike belastningar på ein effektiv og sikker måte.

• Funksjonane til ein busbar:
  • Straumfordeling: Overfører elektrisk kraft mellom generatorar, forbrukarar og undersentralar.
  • Reduserer kabling: Eliminerer behovet for fleire leidninger, noko som gjer installasjonen meir ryddig.
  • Aukar effektiviteten: Gir lav motstand og minimalt spenningsfall.
  • Modulær oppbyging: Let fleire brytarar og einingar koplast til same straumkilde.
• Plassering av busbarar i ei tavle:
  • Monterast inne i hovudtavla bak verna seksjonar.
  • Kan vere enkle eller doble busbarsystem, avhengig av skipet sitt kraftbehov og redundanskrav.
  • Typisk vertikalt eller horisontalt plassert for enkel tilkopling av brytarar og kablar.

Busbarbrytar

Ein busbarbrytar er ein brytar som nyttast for å kople eller fråkople ulike busbarar i ei hovudtavle. Den nyttast ofte i doble busbarsystem der fleire straumkilder eller belastingar kan koplast om ved behov.

• Funksjonar til ein busbarbrytar:
  • Gir fleksibilitet i straumfordeling: Let operatøren skifte mellom busbarar for vedlikehald eller feilhandtering.
  • Aukar systemet sin pålitelighet: Dersom éin busbar har ein feil, kan lasta flyttast til ein annan.
  • Nyttast i parallellkopling av generatorar: Sørger for riktig fordeling av last mellom generatorane.
• Typar busbarbrytarar:
  • Manuell busbarbrytar – Operatøren koplar om fysisk via ein brytar.
  • Automatisk busbarbrytar – Kan kople om automatisk ved feil eller lastendringar.
  • Isolasjonsbrytar (bus tie breaker – BTB) – Nyttast for å separere eller kople saman busbarar i ulike seksjonar.

Døme på bruk av busbar og busbarbrytar på skip

• Skip med to hovudgeneratorar og to busbarar:
  • Generator 1 leverer straum til busbar A.
  • Generator 2 leverer straum til busbar B.
  • Busbarbrytaren (BTB) er normalt åpen for å halde systema skilde.
  • Dersom éin generator sviktar, kan BTB lukkast for å kople begge systema saman.
• Skip med naudtavle:
  • Naudgenerator er tilkopla ein separat busbar.
  • Ved hovedstraumsvikt koplar ein automatisk busbarbrytar om til naudbusbaren.

Nednfor er det ei teikning over kraftdistribusjonen på eit offshore fartøy.

Fordelingssystem for AC

Nettypar om bord på skip

IT-nett (mest vanleg nytta på skip).

• I IT-system, som er mest vanleg om bord i skip, er nøytralpunktet isolert frå jord, eller jorda gjennom høg impedans. Dette gir høg driftstryggleik ved første jordfeil, som er svært viktig på skip.
• Tryggleik og kontinuitet i drift: Ved éin jordfeil fortset systemet å fungere utan avbrot, noko som er avgjerande til sjøs.
• Redusert risiko for elektriske støt og brann: IT-system begrensar jordstraumar.
• Krav frå klasseselskap og regelverk: T.d. DNV, ABS, og IEC 60092-serien tilrår eller krev IT-system i mange samanhengar om bord.

TN-S-nett (ikkje vanleg på skip, men kan forekomme lokalt).

Det er mogleg å nytte TN-S-system om bord i skip, men det er ikkje vanlig praksis. Det må vurderast nøye i høve til gjeldande regelverk og spesifikasjonane for det aktuelle skipet og systemet.
- TN-S-system betyr at nøytralpunktet (N) er jorda, og at verneleiaren (PE) og nøytralleiaren (N) er skilde leiarar gjennom heile installasjonen.

Når kan TN-S vere aktuelt?

1. IT-systemet matar underfordelingar som er TN-S internt: Dette er vanleg i t.d. datasystem og enkelte sensitive elektronikkmiljø.
2. Spesifikke, isolerte IT/kommunikasjonssystem: I nokre høve kan utstyr som er levert med TN-S-intern standard tilkoplast via transformatorar.
3. Hamneanlegg eller fastlandstilkopling (shore power): TN-S er vanleg i landbaserte straumnett, og ved landstraumtilkopling kan det vere nødvendig med TN-S-løysingar med galvanisk isolasjon.

Viktige omsyn:

• TN-S krev tydeleg skille mellom N og PE. Må oppretthaldast over heile anlegget.
• Må vurderast opp mot isolasjonsovervåking, jordfeilvern og klassekrav.
• Det kan vere inkompatibelt med delar av skipet sitt øvrige elektriske system.
• Jording om bord må utførast i samsvar maritime normar, som kan vere svært ulike frå landbasert praksis.

Fordelingssystem for DC

NEK 410A-201 tek føre seg dei nettsystema som kan nyttast om bord i skip.

DC-nett (likestraums nett) vert stadig meir aktuelt om bord i skip, spesielt i moderne og energieffektive fartøy som nyttar batteri, hybride løysingar eller integrerte kraftsystem (IPS). Når det gjeld jordingssystema i DC-nett om bord, gjeld mange av dei same prinsippa som for AC-nett, men med nokre viktige forskjellar.

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

• Vanlegast i DC-anlegg på skip, akkurat som i AC-nett.
• Ingen leiar er direkte jorda; ein kan jordforbinde midtpunktet mellom to seriekopla batteribankar via høg impedans (valgfritt).
• Fordelar:
  • Høg driftstryggleik (fortsatt drift ved éin jordfeil).
  • Lav risiko for galvanisk korrosjon.
  • Viktig for batterisystem og sensitiv kraftelektronikk.

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

• Ein polaritet (t.d. minus) er direkte jorda, og PE er skild frå den andre leiaren (typisk +).
• Dette systemet kan teknisk nyttast, men det er lite brukt på skip, fordi:
  • Det gir straksutkopling ved jordfeil (mindre driftstryggleik).
  • Aukar risikoen for galvanisk korrosjon i metallkonstruksjonar.
  • Krav til god jordingskontroll, som er krevande til sjøs.

3. IT-system med overvåking og jordingsmotstand

• Ein kombinasjon som gir isolert DC-nett, men med aktiv jordfeilovervåking (via isolasjonsovervåkingseining – IMD).
• Mest tilrådde løysing for DC-distribusjon med høgt tilgjenge (t.d. batterisystem, hybrid framdrift og DC-ringnett).

Maritime standardar og regelverk.

Standardar som regulerer valg av jordingssystem i DC-nett:

• IEC 60092–101 / 302 / 401 / 502 (elektriske installasjonar i skip).
• DNV, ABS, LR har eigne krav for likestraums installasjonar.
• IEC 61800–5-1, IEC 62109–1 og UL 1741 gjeld for kraftelektronikk og invertere.
• DC-systemer >120 V krev ekstra tiltak for tryggleik og brannfarekontroll.

I NEK 410A – 201, 2021 finn de teikningar over systema som kan nyttast.