Fråga:
Vad är det med kabintillförseln på kryssningsfartyg som gör överspänningsskydd farliga?
Ray Butterworth
2019-03-31 01:25:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Överspänningsskydd är förbjudna på kryssningsfartyg och beslagtagits under ombordstigning. Förlängningssladdar och kubkranar etc. avskräcks, men är inte förbjudna.

Jag frågar specifikt om överspänningsskyddets inkompatibilitet och vill ha ett svar som innehåller de tekniska detaljerna i fartygets strömförsörjning.

Jag har frågat på olika ställen (inte StackExchange) och har aldrig kunnat få ett tekniskt svar på hur ett överspänningsskydd kan orsaka skada.

De flesta svar följer raderna " de orsakar bränder ", " eld är riktigt dåligt på ett fartyg " och " de förbjuder alla förlängningssladdar ", så snälla ge inte ett liknande svar.

För att avskräcka " de förbjuder alla enheter " -svar, se den här annonsen från Amazon och notera "Icke överspänningsskydd & Ship Approved ":

enter image description here

(Observera att jag skrev detta igår kväll innan svaret från @StainlessSteelRat)

Att lära sig att fartyg använder ett isolerat neutralt system var till stor hjälp.

Här är en sammanfattning (många detaljer utelämnade) var jag är hittills. i synnerhet stöter jag på vad som verkar som återvändsgränd (i fetstil) där de dåliga effekterna inte är nästan lika dåliga som vid första ljudet.

Ledningssystem:

  • Normala kabeldragningar (nordamerikanska standarder) är asymmetriska, med en linje vid 120V och den andra kortsluten till jord vid huvudbrytarens panel. Den neutrala sidan (större slits i utloppet) är, i teorin , säkert att sätta in en gaffel utan chock. Den levande sidan är i praktiken farligt att sätta in en gaffel.

  • Fartygets ledningar är symmetriska och har två linjer, vardera vid 60V och 180 grader ur fas. Båda sidorna i teorin klarar gaffeltestet (liknar fåglar som säkert sitter på en fördelningstråd).

Överspänningsskydd:

  • Med normalt husledningar, när ett överspänningsskydd märker en spänning mellan marken och den ledande ledningen, leder den överflödig ström.

  • ett överspänningsskydd har en kontinuerlig men liten ström (för detektering) och ibland en kort men stor ström (vid fastspänning).

Överspänningsskydd på isolerade neutrala system:

  • Anslutningen mellan en av de ledande ledningarna och marken gör att systemet beter sig som ett jordat system. Strömmen är normalt liten men med många hytter på samma krets kan det bli betydelsefullt. Detta gör systemet farligare för användarna, men inte farligare än hemledningar .

  • Jordning sker på sidan av kretsen som ansluts till strömuttaget. Enheter som är beroende av skillnaden mellan de två sidorna kommer att äventyras. Till exempel är på / av-omkopplaren normalt på den levande sidan, men skulle nu vara på den neutrala sidan lämnar spänning på enheten (t.ex. även när den är avstängd, skulle den gängade delen av ett glödlampa vara spänningssatt). Detta gör systemet farligare för användarna, men inte farligare än hemledningar som har strömförande och neutral omvänd .

    • Det kommer att finnas flera anslutningar till jord i kretsen, vilket kan skapa jordströmmar. Detta kan vara irriterande (t.ex. hum i ljudsystem), men skapar ingen fara .

Spekulation:

  • Om de två ledningarna inte är olika färger, eller om installatören vet att det inte gör någon skillnad, kan en linje hamna i det neutrala uttaget i en stuga och till det levande uttaget i en annan. Det skulle kunna öka det kontinuerliga strömläckaget genom marken. I händelse av en verklig spik skulle båda sidor kort klämmas fast till marken och skapa en stor ström och eventuellt utlösa strömbrytaren. Detta skulle vara irriterande, men inte farligt stark>.

  • Jag är säker på att fartygets elektriska system har enheter för att övervaka och reglera strömförsörjningen. Den aktuella läckan till marken orsakad av överspänningsskydd kan orsaka att denna mekanism får falska avläsningar. Detta kan vara farligt för användarna.

  • Det finns en effekt på metaller som kallas strökorrosion . Även utan tillsats av elektricitet förekommer slumpmässiga strömmar i metaller, och särskilt i närvaro av salt, kommer metallen att korrodera vid punkter som fungerar som anoder. Många marina fartyg har magnesiumanodenheter fäst vid skroven för att mildra denna effekt. Jag föreställer mig att detta är anledningen till att fartyg använder isolerade neutrala ledningar, för att undvika att införa elektriska strömmar i skrovet. Detta är inte omedelbart farligt, men skulle vara oerhört dyrt på lång sikt.

Fartyg använder ett isolerat / isolerat neutralt elektriskt distributionssystem. Överspänningsdämpare försöker dumpa till marken. "Flytande" elektrisk fördelning tål en enda oavsiktlig jordning och ingen ström kommer att strömma och inget skydd kommer att blåsa. Det krävs två jordningar för att skapa möjligheten för ett överströmsfel. Varje överspänningsskydd representerar en sådan jordningsväg beroende på enhetens design. Överspänningsskydd kopplas in vid olika spänningar från 330 till 600 eller så. Således skulle de slåss mot varandra när neutralen inte är massivt bultad till marken.
Vissa enheter har hög läckström till marken. Särskilt gamla. Detta stör den kalibrerade motståndsanordningen som ansluter generatorn "neutral" till fartygets jordningsbuss. Tanken är att låta systemet flyta tillräckligt för att hantera ett jordfel, men inte flyta för mycket.
@PhilSweet Du bör sätta det som ett svar - och för info kan lastbilar med IER (isolerad Earth Return) ha liknande problem ...
Min kommentar var något spekulativ. Jag har viss kunskap om småbåtselektriska system och deras egenheter, men inte kryssningsfartyg. Och jag är inte en EE. Jag väntar på en EE för att förklara riskerna och farhågorna för kryssningsfartygets människor.
Ett svar:
StainlessSteelRat
2019-04-01 10:57:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Från USCG Surge Protective Devices Onboard Fessels

En utredning om marina olyckor av två separata salar bränder ombord på ett amerikanskt flaggcontainerfartyg avslöjade att källorna till bränderna var tillskrivs användningen av SPD: er anslutna till en belysningskrets. Det upptäcktes att en mark hade utvecklats i en annan krets som var ansluten till samma distributionspanel som gav ström till hytterna. Denna mark skapade en obalans i spänningen mellan de två kraftledarna som matade SPD: erna, vilket orsakade överdrivna strömmar, överhettning och därefter en brand. I det här fallet, även om SPD: erna automatiskt utlöstes som planerat, skulle endast en kraftledare ha fästs medan den andra skulle fortsätta att ge ström, eventuellt kortslutning till enhetens jordledning och kärlets struktur.

Denna säkerhetsvarning gäller endast fartyg med växelströmssystem och kan troligen vara tillämplig på större industriella och kommersiella fartyg.

Det finns två huvudmetoder för att leverera kraft på fartyg. Isolerat neutralt och högimpedans jordat neutralt.

Det isolerade neutralsystemet används för lågspänningsfartyg (<1000V, vanligtvis 440V @ < 5MW). En isolerad neutral används för att upprätthålla integriteten hos strömförsörjningssystemet.

På land används en jordad neutral. Varje jordfel (hårt eller omedelbart) kommer att få brytare att snubblas eller säkringar öppnas. I värsta fall är du i mörkret.

Till sjöss kan kraftförlust genom trånga kanaler orsaka en farlig situation. Så en isolerad neutral används. Ett enstaka jordfel (hårt eller omedelbart) kommer att aktivera skrovet, men ungefär som fåglar som sitter på oisolerade ledningar har besättningen ingen omedelbar risk, men markfelet måste rensas eftersom:

  • om en besättningsmedlem kommer i kontakt med en andra kraftledning kan de bli chockade.
  • och ett andra jordfel kommer att avbryta strömmen och eventuellt försvaga fartyget.
  • och katodiskt korrosionsskydd som skyddar skrovet från rost kan påverkas.
  • och specifikt kan orsaka en brand eftersom ström som är större än ledningarnas ampacitet flyter, I2R-förluster skapar värme, smälter / bränner isolering och orsakar brand.

Kretsskydd är utformat för att skydda ledningarnas isolering för att förhindra brand.

enter image description here

Så jordfel är farliga och måste rensas så snart som möjligt. Kretsar måste ha kretsskydd (säkringar eller brytare) på alla kraftledningar eftersom jordfel kan utvecklas på olika strömkretsar.

Jordfel uppstår i fartyg i alla utrymmen. I paneler, i ledningar, i enheter, smuts som samlas på ytor, underhåll, fel etc. Alla metallytor är bundna till fartygets skrov så att markfel kan upptäckas och rensas.

När fartygen blir större och mer elektrisk kraft (>6MW) krävs, måste spänningen öka för att minska strömmen för att minska kopparanvändningen. Men högre spänning (>1000V) betyder högre kortslutningsströmmar. För att begränsa kortslutningsström använder 6,6 kV-system en hög impedans eller resistans (1,32 kΩ) ansluten till jord (fartygsskrov) för att begränsa kortslutning till 5A. Integriteten för att upprätthålla kraften om ett enda jordfel uppstår tappas för att det är för farligt. Markfel uppstår fortfarande och kan försvaga fartyget, men de måste upptäckas och rensas. Farorna för besättningen eller fartygets kraft eller katodiskt korrosionsskydd är mer komplexa.

För frågan betyder detta att fartygets skrov är vid 0V, men utan skrovretur (ingen ström är avsedd att strömma i skrovet) .

Från IEEE 45.1-2017 - IEEE rekommenderad praxis för elektriska installationer ombord - design.

enter image description here

Lägre spänningar (440V, 120V) uppnås med transformatorer. Vid 120V kan belastningarna anslutas som tre-tråds delta eller 4-ledare. Enskilda konsumenter får en fas och var tredje lampa eller hytt är en annan fas för att hålla lasten balanserad så mycket som möjligt.

Vid LV Bus är Neutral solid jordad till skeppets skrov vid transformatorn. Om 4-tråds wye (120V / 208V) (neutralt, 3 faser) används, är neutralt inte jordat på behållarna, men strömkablar kan ha 3 stift, Line, Neutral och Ground. Så behållarjorden är ansluten till skrovet, så enstaka jordfel i anslutna enheter kan detekteras och rensas.

Om 3-tråds delta (120V) används finns det ingen jordanslutning vid transformatorn , men Receptacle Ground är ansluten till skrovet. Det här är troligen där problemet uppstår.

enter image description here

USCG visar 60V vid varje terminal, så systemet kan inte vara en isolerad neutral. Om LV-bussen är ett delta, är 60V vid varje terminal vettigt för en högimpedans neutral med skrovet inställd på 0V. på neutralt N.

Här ligger problemet med billiga och äldre SPD: er som bara kopplar bort en "het" terminalledning. Den andra "heta" terminalen förblir varm om strömbrytaren som försörjer uttaget och SPD inte löser ut.

Alla kretsar har brytare / säkringar på alla kraftledningar. Problemet uppstår när strömmen är tillräcklig för att aktivera överspänningsskydd eller kraftstänger, men inte tillräckligt för att utlösa inbyggda kretsskyddsanordningar.

Detta misslyckas för antingen wye eller delta, men lättare för delta. Delta har tre faser, A, B & C. Varje utlopp får 2 faser med en spänning på 120V. Stuga 1 har fas AB, 2 har BC, 3 har CA, upprepa.

Stuga 1 överbelastar krets, strömbrytare bryter, men avbryter bara A. B är strömförsörjning med 60V (möjligen 69V) och på grund av pluggarnas jordkontakt, eventuellt ansluter B till fartygsskroget.

Nu inträffar alla andra markfel var som helst på fartyget och högre än planerade strömmar flyter, smälter trådisoleringen och orsakar en brand.

Troligtvis kommer fel att inträffa i en annan stuga. Hårtork i stuga 2 avbryter strömbrytaren, avbryter fas B men lämnar fas C ansluten och möjligen till marken.

Fas B i stuga 1 är ansluten till fas C i stuga 2. Kortslutning utan kretsskydd. Ström som är större än ledningarnas ampacitetsflöde, I2R-förluster skapar värme, smälter / bränner isolering, skapar en brand.

Utloppet har dubbla polbrytare anslutna till ett överspänningsskydd med en brytare på ena sidan. Problemet uppstår när en överspänning uppstår som aktiverar överspänningsskyddet men inte möter utloppsbrytarna och dödar strömmen till hälften av kretsen med en potential på 60 V på neutralen på enheter som inte är konstruerade för att ha potential på neutralen, vilket orsakar funky beteende i ledningar, enhet, överspänningsskydd för att orsaka brand i något förmodligen en anordning ansluten till överspänningsskyddet.

Korrekt utformade överspänningsdämpare och strömuttag för fartyg måste ha dubbla polbrytare för att koppla bort båda ledningarna vid en fel.

Diagrammet visar 60V mellan jord och ström. Betyder det att marken också är isolerad? I så fall betyder det att behållarboxarna också måste isoleras elektriskt från fartygets fysiska struktur.
Förhoppningsvis klargjorde den redigeringen din fråga. Om inte, fråga en ny som refererar till detta. Oddsen är att någon kommer att ge dig ett bättre svar.
Det låter som att det inte är så mycket det elektroniska överspänningsskyddet i sig som orsakar problem, utan den inbyggda enpoliga strömbrytaren (och kanske på / av-brytaren) som är skyldig.
Överspänningsskydd löser ut strömbrytaren, men ja, problemet ligger hos den enpoliga CB. Användningen av landbaserad utrustning i den marina miljön som orsakar den perfekta stormen.


ⓘ
Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 4.0-licensen som det distribueras under.
Loading...