GIÁO TRÌNH điện tàu THỦY đại CƯƠNG

TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO TH
ÔNG VẬN TẢI TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

GIÁO TRÌNH MƠN:

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI
CƯƠNG

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 0


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010
CHƯƠNG 1: KHÁI QT CHUNG.

§1. KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. Khái niệm:
Trạm phát điện tầu thuỷ làm nhiệm vụ cung cấp, truyền và phân bố năng lượng điện cho
các thiết bị dùng điện.
Tất cả các thiết bị để vận hành một con tàu phần lớn đều sử dụng nguồn năng lượng điện,

vì vậy năng lượng điện đóng vai trò rất quan trọng quyết định cho sự sống còn của con tàu. Từ
các máy móc điện hàng hải như: Vô tuyến, VHF, Rada, Máy đo sâu… đến các thiết bị buồng
máy như: Các loại bơm, máy lọc, máy Phân ly, động cơ Diezel … và cả các thiết bị phục vụ
cho con người như: Chiếu sáng, đốt nóng, Máy lạnh… đều sử dụng chung một nguồn năng
lượng, đó là nguồn năng lượng điện. Sở dó có điều này là do nguồn năng lượng điện có nhiều
ưu thế hơn các nguồn năng lượng khác ở chỗ:
- Dễ tạo ra từ các nguồn năng lượng khác cũng như có thể biến đổi từ năng lượng điện sang
các dạng năng lượng khác một cách đơn giản và thuận tiện.
- Năng lượng điện có thể dễ dàng tập trung, truyền tải cũng như phân bổ trong toàn bộ hệ
thống.
- Các thiết bị điện hoạt động tin cậy, tuổi thọ cao, không gây tiếng ồn, dễ dàng trong vận
hành, khai thác, bảo dưỡng hệ thống.
- Các thiết bị vô tuyến, thông tin liên lạc phải sử dụng đến năng lượng điện.
- Năng lượng điện là nguồn năng lượng sạch không gây ô nhiễm môi trường.
Ngày nay một số dạng năng lượng khác cũng đã được đưa vào sử dụng như năng lượng
mặt trời, năng lượng nguyên tử…, nhưng chúng không phổ biến do còn nhiều hạn chế.
1.2. Các yêu cầu cơ bản của Trạm phát:
Do điều kiện làm việc trên tàu thủy rất khắc nghiệt do luôn phải chịu tác động của môi
trường như sự rung lắc, sự chênh lệch nhiệt độ khi tàu đi qua các vùng biển khác nhau, độ ẩm,
nước muối….và nhiều điều kiện khác nên trạm phát điện trên tàu thủy ngoài việc phải đảm
bảo đầy đủ các yêu cầu cơ bản của một trạm phát điện bình thường thì còn phải thỏa mãn một
số yêu cầu sau :
- Phải có kết cấu đơn giản, chắc chắn, gọn nhẹ và ít chiếm diện tích lắp đặt.
- Hoạt động tin cậy, an toàn trong mọi điều kiện làm việc của tàu theo quy định Đăng
kiểm.
- Dễ dàng trong việc vận hành, khai thác và bảo dưỡng.
- Đảm bảo tính cơ động.
- Hiệu suất sử dụng cao.
- Tránh gây tiếng ồn và ít gây nhiễu cho các thiết bị radio…
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 1


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

CHƯƠNG 2: MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ NGUỒN ĐIỆN NĂNG.
§1 CẤU TRÚC TRẠM PHÁT ĐIỆN.
Cấu trúc trạm phát điện tàu thủy :
Hiện nay trên các tàu thủy thường sử dụng trạm phát điện diesel xoay chiều gồm
động cơ diesel trung tốc hoặc cao tốc lai máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha điện áp
380V tần số 50Hz hoặc điện áp 440V tần số 60 Hz. Trong giới hạn tài liệu này,
chúng ta nghiên cứu trạm phát điện diesel xoay chiều.
Tùy thuộc vào loại tàu mà trạm phát điện có thể bao gồm 2 đến 6 máy phát
chính và 1 máy phát sự cố. Tàu hàng khô, tàu container thường có 2 đến 3 máy phát,
tàu khách thường có 4 đến 6 máy phát, … Các máy phát này có thể công tác độc lập
hoặc song song nhau.
Hình 1.1 vẽ sơ đồ một dây trạm phát điện có 3 máy phát chính trong đó 2 máy
phát cùng công suất, 1 máy phát có công suất nhỏ hơn và 1 máy phát sự cố. Đây là
một trạm phát điển hình thường thấy ở các tàu hàng, tàu container.
Trong cấu trúc này sử dụng thêm một máy phát công suất nhỏ để tăng tính linh
hoạt và tính kinh tế trong khai thác trạm phát điện. Khi tàu đỗ bến không làm hàng
thì tải tiêu thụ nhỏ, lúc này máy phát công suất nhỏ này được sử dụng.
phụ tải

phụ tải rất quan trọng
CB

CB1

CB2

CB3

CB5

EG

DE1

G1

DE2

G2

DE3

G3

D.E

Hình 1.1 Trạm phát điện điển hình ở tàu hàng
02 máy phát công suất lớn 400KVA-380V-50Hz (G1, G2)
01 máy phát công suất nhỏ 180KVA-380V-50Hz (G3)
01 máy phát sự cố 50KVA-380V-50Hz (G4)
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 2


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

Hình 1.2 vẽ sơ đồ một dây trạm phát điện có 2 máy phát chính cùng công suất, 1
máy phát sự cố và 2 máy phát đồng trục. Đây là một trạm phát điển hình ở các tàu
dịch vụ, tàu cứu hộ, … Hai máy phát đồng trục chủ yếu cấp điện cho các phụ tải công
suất lớn như chân vịt mũi, chân vịt mạn, bơm cứu hỏa, …
Cấu trúc này có ưu điểm là nâng cao hiệu suất sử dụng máy chính, giảm chi phí
khai thác bảo dưỡng trạm phát (các diesel lai máy phát).
phụ tải rất quan trọng

phụ tải công suất lớn

phụ tải
CB7

CB6

CB1

CB5

EDE

EG

DE1

G1

DE2

CB3

CB2

G2

CB4

SG1

DE3

SG2

DE4

Hình 1.2 Trạm phát điện điển hình ở tàu dịch vuï

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 3


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

§2 MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 3 PHA.
2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ : thường có hai loại là máy
phát cực ẩn và máy phát cực hiện.
2.1.1. Cấu tạo : thường có hai phần là stator và rotor
a- Stator
1- Mạch từ :
Là loiõ thép kỹ thuật điện
có độ dày từ 0,3-0,5 mm dập hình
vành khăn xẻ rãnh trong, các lá thép
kỹ thuật điện ghép các điện để giảm
dòng Fuco.
2- Vỏ máy: thường bằng thép đúc
hoặc gang, các máy phát điện công
suất nhỏ hai phía có nắp máy, các
máy phát điện công suất lớn các nắp
thường không chịu lực ổ đỡ, mà một
phía gắn cứng với động cơ sơ cấp,
phía bên kia đặt trên ổ đỡ gắn với vỏ
satxi.
3-Các cuộn dây cuộn dây ba pha (hoặc 1 pha) lấy điện ra gọi là cuộn dây phần ứng.
Chế tạo từ dây đồng hoặc hợp kim có độ dẫn điện cao, chịu được nhiệt độ, bên trên
tráng một lớp emay, men cách điện, tơ sợi tổng hợp, hoặc sợi thuỷ tinh, mục đích làm
cách điện giữa các dây trong cuộn dây, dây được quấn trong các rãnh theo quy luật
nhất định, số đầu dây ra của cuộn 3 pha có thể là 3, 6 9… tùy theo hãng chế tạo. Các
đầu dây được đặt trong hộp kín nước, có trụ nối để nối với mạch ngòai. Giữa lõi cực từ
và cuộn dây điện từ lót một lớp các điện bằng giấy cách điện, mica cách điện, đặc
điểm của lớp bià hay mica là dai, dẻo, chịu được độ ẩm và điều kiện môi trường, có

tuổi thọ cao thông thường thì phần cách điện này phải chịu được nhiệt độ làm việc từ
135-1800C. Phần này lấy điện ra được gọi là phần ứng, gồm có 3 cuộn dây, các cuộn
dây điện từ này đặt lệch nhau 120 độ điện, người ta quấn các cuộn dây thành 3 pha đối
xứng và có số cặp cực tùy thuộc vào tốc độ của động cơ lai để có tần số phù hợp, Toàn
bộ phần ứng được đặt trong vỏ máy theo thiết kế có khe hở thóang thoáng để có thể
giải nhiệt dễ dàng.
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 4


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

Hình 2.1 Cấu tạo stator của máy phát đồng bộ.
b. Rotor: Là phần kích từ có cấu tạo gồm mạch từ và cuộn dây kích từ:
1. Mạch từ làm bằng thép đúc: Có 2 dạng kết cấu kiểu cực lồi và kiểu cực ẩn, phần
mỏm cực tiếp giáp với khe khí Stato thường chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép
lại để giảm dòng Fuco khi làm việc. Số cực từ là số chẵn, với một tốc độ quay cố định
rotor, số cực càng nhiều thì tần số nguồn điện càng cao, hay ngước lại với một tần số
nguồn điện cần tạo cố định (50,60Hz) số cực càng ít thì tốc độ động cơ sơ cấp càng
phải cao.
2. Cuộn dây: Cuộn dây điện từ được chế tạo bằng kim lọai đồng hoặc hợp kim có độ
dẫn điện cao được cấp dòng điện một chiều gọi là dòng kích từ, các cuộn dây kích từ
được nối theo quy luật để hình thành các cực nam châm xen kẽ nhau, có thể nối song
song hoặc nối tiếp các cuộn dây cực từ .
Trên phần mỏm cực của rotor có thể có các thanh dẫn kim loại luồn theo dọc các
cực từ và được hàn hai phía theo kiểu lồng sóc đó là lồng ổn định (chống dao động
máy khi tải thay đổi).

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 5


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

Hình 2.2 Cấu tạo rotor của máy phát đồng bộ.
c. Các chi tiết của máy phát đồng bộ:
- Vành trượt - hai đầu dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt ở
đầu trục, thông qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ bên ngòai,(cần lưu ý rằng
các máy phát điện không chổi thankhông có chi tiết này-xem máy phát điện không
chổi than)
- Máy phát điện tàu thủy thường được làm mát bằng không khí nhờ hệ thống quạt làm
mát gắn hai đầu trục máy và kết cấu thông gió trong thân máy. Quạt gió được bố trí
phía không có vành trượt – chổi than.
- Khe khí giữa rotor, stator thường từ 5 –15mm tuỳ theo công suất.
2.1.2. Nguyên lý hoạt động :
Khi cuộn dây kích từ được cấp dòng điện một chiều DC thì rotor trở thành một
nam châm điện và hình thành các cực từ N-S xen keừ ỵ, ủoọ lụựn ỵ tyỷ leọ vụựi giaự trũ cuỷa
doứng ủieọn kớch thớch:
ỵ =K.Ikt
[1-1]
Neỏu rotor ủửụùc quay bởi động cơ sơ cấp thì từ trường naỳ sẽ là từ trường quay so
với Stator và có tốc độ là n=60f/P. Từ trường này sẽ quét qua mặt phẳng các cuộn dây
3 pha là suất hiện trong cuộn dây 3 pha một sức điện động có giá trị tức thời được tính
theo công thức:

[1-2]
k- là hệ số cấu tạo có liên quan tới kích thước dây quấn
kq – là hệ số quấn dây máy phát
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 6


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

w- Là số vòng dây của cuộn dây máy phát
- Là tốc độ góc của rotor:

[1-3]

  2* * f

f- Là tần số của s.đ.đ được hình thành :

[1-4]

Nếu viết dưới dạng hiệu dụng thỡ :
E = 4,44*K*f* ỵ*w
Vỡ truùc caực cuoọn daõy 3 pha đặt lệch nhau 1200 trong không gian, nên hệ thống sức
điện động 3 pha được viết lại như sau:
eA(t) = E max sinωt (V)
eB(t) = E max sin(ωt -1200) (V)
eC(t) = E max sin(ωt - 2400) (V)

Các sức điện động này có thể ghép nối Y (hình 1.3c) hoặc ∆ (hình 1.3d), Thông
thường thực tế máy phát điện tàu thủy chỉ nối Y
ea

c

x

a

y

Ik

z

+
Uk
-

+
ec

b

x

-

z

n
y

S

eb
(b)

a

a

a

a
ea

ec

ea
c

N

c

(a)

ec

Ik

n

a
eb

b

b
c

(c)

b

c
eb

b
c

(d)

Hình 2.3. a) Máy phát đồng bộ ba pha hai cực đơn giản;
b) Biểu diễn đơn giản máy phát đồng bộ; c) đấu Y; d) đấu .

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 7


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

2.2. Các đặc tính của máy phát đồng bộ :
Khi nghiên cứu máy điện xoay chiều có các đặc tính sau:
1. Đặc tính không taûi :
U o = E = f (Ikt)
Khi It = 0,

f = const.

2. Đặc tính ngắn mạch:

I ng = f (Ikt)

Khi U = 0,

f = const.

3. Đặc tính ngoài: U

= f (It ) Khi Ikt = const, f = const.

4. Đặc tính tải :

= f (Ikt)

U

Khi It = const,

cos  = const

f= const. cos  = const

5. Đặc tính điều chænh:

Ikt = f (It ) Khi U = const, f= const.

cos  = const

Đặc tính không tải

U o = E = f (Ikt)

Khi Itải = 0,

Đặc tính ngắn mạch

I ng = f (Ikt)

Khi U =0 , f = const.

f = const.

Phần ứng cuộn dây được nối tắt ngay đầu máy

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 8


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

Đặc tính ngoài

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

U = f (Itải ) Khi Ikt = const, f = const.

Đặc tính tải

Đặc tính điều chỉnh

cos  = const

U = f (Ikt) Khi I u = const, f = const. cos  = const.

Ikt = f (It)

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Khi U = const, f = const. cos  = const

Page 9

TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

§3. ẮC QUY TRÊN TÀU THỦY.

I. Khái niệm chung
* Chức năng
Acqui được dùng làm nguồn điện năng dự trữ cho các phụ tải như ánh sáng sự cố,
hệ thống thông tin liên lạc, nguồn khởi động động cơ diesel lai máy phát sự cố,
…

*Yêu cầu đối với acqui và sử dụng acqui trên tàu thủy
- Acqui tàu thủy phải chịu được chấn động, có thể công tác trong điều kiện tàu
bị nghiêng mà dung dịch không bị đổ ra ngoài, tuổi thọ cao và dễ dàng thay thế
các bản cực.
- Dây cáp nối acqui axit được làm bằng hợp chất đồng - chì, cáp nối acqui
kiềm được làm bằng hợp chất đồng – niken.
- Acqui được đặt trong các thùng gỗ có sơn chịu được dung dịch điện phân.
- Acqui được đặt trong phòng có thông gió để tránh cháy nổ.
- Acqui axít và acqui kiềm không được đặt chung phòng vì hơi axit H 2SO4 có
thể phản ứng hóa học với dung dịch điện phân của acqui kiềm.

*Các thông số kỹ thuật cơ bản của acqui:
- Điện áp: được đo bằng V, acqui thường được chế tạo có điện áp 6V, 12V.
Muốn có điện áp cao hơn ta phải ghép nối tiếp nhiều bình.
- Dung lượng: Q   Idt được đo bằng Ah (ampe giờ), ví dụ một acqui 50Ah
nếu phóng liên tục với dòng 5A thì sử dụng được trong 10 giờ.
Những loại acquy sử dụng dưới tàu thủy:

a. Acqui axit:
Cấu tạo của acqui axit gồm một bình làm bằng vật liệu chống axit như nhựa
ebonit, bên trong đặt xen kẻ các bản cực dương và âm. Mỗi bản cực dương được
xen kẻ giữa hai bản cực âm, như vậy số bản cực âm bao giờ cũng nhiều hơn số
bản cực dương một bản.
Các bản cực có kết cấu dạng lưới chì có pha thêm 6 – 8% angtimon để tăng độ
bền cơ học. Các bản cực dương được làm bằng đioxit chì PbO2 và được nối với
nhau tạo thành một tổ bản cực dương. Các bản cực âm được làm bằng chì Pb và
được nối với nhau tạo thành một tổ bản cực âm. Để giảm kích thước và điện trở
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 10


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

trong của acqui thì khoảng cách các bản cực phải nhỏ. Để tránh ngắn mạch thì
giữa hai bản cực có đặt tấm ngăn lưới bằng nhựa ebonit.
Dung dịch điện phân của acqui axít là dung dịch axit sunfurich H2SO4. Tùy điều
kiện công tác mà nồng độ dung dịch khác nhau. Nồng độ dung dịch cao thì kích
thước và trọng lượng acqui nhỏ, điện trở trong acqui nhỏ. Tuy nhiên nồng độ dung
dịch cao sẽ sinh ra hiện tượng sun phát hóa bản cực làm giảm tuổi thọ của acqui.
Trọng lượng riêng của dung dịch điện phân của acqui đặt tónh là 1,20g/cm 2, acqui
di động là 1,28g/cm2.
Sức điện động của acqui khi nạp no là 2,1 – 2,2 V. Để được 6 hay 12 V ta phải
nối 3 hoặc 6 bình thành tổ acqui.
Nguyên lí hoạt động của acquy axit:

Khi acqui phóng điện, thì phản ứng hóa học xảy ra như sau:
PbO2 + 2H2SO4 + Pb => 2PbSO4 + 2H2O
Nồng độ dung dịch giảm, điện trở trong tăng, điện áp trên các bản cực của acqui
giảm, dòng phóng càng lớn thì điện áp giảm càng nhanh. Khi điện áp chỉ còn
1,8V thì phải dừng lại, nếu không thì sun phát chì tạo ra trên thành cực quá dày,
acqui sẽ bị hỏng và không nạp lại được nữa.
Khi nạp điện cho acqui, quá trình xảy ra ngược lại:
e..
2PbSO4 + 2H2O => PbO2 + 2H2SO4 + Pb
Nồng độ dung dịch tăng, điện áp trên các bản cực
tăng, điện trở trong tăng.
Hiện tượng tự phóng điện: mặc dù không cho acqui
PbO2
phóng điện nhưng dung lượng cứ giảm dần, khoảng 1- Pb
2% dung lượng định mức trong một ngày đêm.
Nguyên nhân là do trong dung dịch điện phân và các
Hình 3.1 Nguyên lý hoạt
bản cực có lẫn nhiều tạp chất
động của ăc qui chì
Hiện tượng sun phát hóa: các bản cực bị bao phủ bởi
một lớp tinh thể sun phát chì màu trắng. Lớp tinh thể này không dẫn điện và ngăn
cách các bản cực và dung dịch làm cho điện trở trong rất lớn. Khi phóng, điện áp
giảm rất nhanh và hầu như không sử dụng được.

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 11


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

b. Acqui kieàm:
Acqui kieàm có cấu tạo tương tự acqui axít và có hai loại phụ thuộc vào chất tác
dụng ở bản cực âm. Các bản cực âm là Ni-Fe với loại acqui sắt kền và là Ni-Cd
với loại acqui cadmi kền. Các bản cực dương là hydroxit kiềm Ni(OH)3. Dung
dịch điện phân trong acqui kiềm là dung dịch hydro kali KOH. Sức điện động của
acqui kiềm ít phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch điện phân, và khoảng 1,25V
sau khi nạp no.
Phản ứng hóa học khi phóng và nạp acqui kiềm như sau:
Với acqui sắt kền:
2Ni(OH)3 + KOH + Fe  2Ni(OH)2 + KOH + Fe(OH)2
Với acqui Cadmi kền:
2Ni(OH)3 + KOH + Cd  2Ni(OH)2 + KOH + Cd(OH)2
Nồng độ dung dịch điện phân hầu như không thay đổi trong quá trình phóng nạp
acqui.
Do đó chỉ cần ít dung dịch điện phân cho nên acqui kiềm có trọng lượng kích
thước nhỏ hơn acqui axit. Điện trở trong của acqui kiềm lớn cho nên sụt áp trên
acqui lớn.

So sánh acqui kiềm với acqui axit
- Điện áp acqui axit lớn hơn, hiệu suất cao hơn, giá thành trên đơn vị công suất
thấp, dung lượng ít phụ thuộc nhiệt độ.
- Acqui kiềm có độ bên cơ học cao hơn, tuổi thọ dài hơn, và quá trình tự phóng ít
hơn.
- Nội trở acqui kiềm lớn hơn acqui axit nên chịu ngắn mạch tốt hơn.
- Acqui kiềm có thời gian phóng dài hơn acqui axit.
II. Vận hành Ăc Quy :
- Khi nạp AQ cần đổ đầy dung dịch điện phân ngập trên bản cực 10 – 15 cm. Nhiệt độ

nhỏ hơn 25 o . Khi nạp nhiệt độ lớn hơn 45 0 , khi nảo nhiệt độxuống dưới 30 o lại tiếp
tục nạp.
- Để yên trong 4 – 12h sau khi đổ dung dịch mới được nạp.
- Cần có dòng một chiều để nạp, có hai cách nạp : I không đổi và U không đổi.
Nạp AQ với dòng không đổi : Nạp hai cấp.
Cấp 1 : Nạp với Iđm trong 10 giờ hay 8 giờ, khi dung lượng đạt 90% nạp cấp 2.
Cấp 2 : Nạp với I = 0.5Iđm.
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 12


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

Đối với AQ kiềm có thể nạp Iđm ngay từ đầu đến cuối. Dấu hiệu của nạp no là có
hiện tượng thoát khí mạnh và điện áp không đổi trong 3 h.

Ưu điểm :
- Đấu nối tiếp được nhiều Acquy có cùng dung lượng.
- Có thể điều chỉnh điện áp nạp để Acquy no hoàn toàn.
- Phương pháp này tốt cho Acquy nạp lần đầu và Acquy bị sun phát hoá.

Nhược điểm :
- Thời gian nạp lâu và ta phải điều chỉnh dòng nạp .
Nạp AQ với áp không đổi :
Đặt lên một phần tử với điện áp là 2.35v ( đối với Acquy axít), điện áp là 2v ( đối
Acquy kiềm).
Ưu điểm : Thời gian nạp nhanh, nhưng không sử dụng cho acquy nạp lần đầu, và

Acquy bị sunphát hoá. Có thể nạp cho nhiều acquy có dung lượng khác nhau( vì đấu
song song).
Nhược điểm : Acquy nạp không được no hoàn toàn.
III. Bảo dưởng Ắc quy
Trên tầu Ắc quy dùng cho ánh sáng sự cố , dùng để khởi động Điezen công suất
nhỏ, phục vụ cho việc khống chế điều khiển. Trong buồng Ắc quy phải có thông gió,
đặc biệt vào mùa hè. Ắc quy phải được cố định chống rung và có giá đỡ. Bề mặt Ắc
quy phải luôn sạch sẽ để chống dòng dò và sự đánh lửa giữa các cực với nhau. Vận
chuyển Ắc quy phải an toàn về người và hoá chất, các đầu nối dây phải dùng đầu bọp.
Tuyệt đối không gây tia lửa điện trong buồng Ắc quy (không hút thuốc, đèn phải có
chụp) , trong phòng Ắc quy phải sạch sẽ . Dung dịch luôn ngập các bản cực (khô nước
dễ bị sunfát hoá và cong vênh bản cực ), mỗi nắp đậy phải có lỗ thông hơi. Súc xạc
Ắc quy phải theo đúng chu trình.
Khi pha dung dịch, phải pha bằng thiết bị bằng sứ hay thuỷ tinh, không được pha
bằng thiết bị kim loại. Trong quá trình pha phải chú ý: đổ Axít từ từ vào nước cất (
ngược lại có thể nổ và bị bỏng ). Trong quá trình sử dụng Ắc quy không để Ắc quy
phóng hết, nếu tầu có hai nhánh Ắc quy phải thay nhau để nạp (ngày đồi một lần).
Cấm nạp chung và cất giữ chung ắc quy a-xít và ắc quy kiềm.
Chỉ sử dụng ắc quy khi nồng độ dung dịch đảm bảo. Để bảo quản, bảo dưỡng
Acquy tốt cần có các thiết bị như : tỷ trọng kế, thiết bị thử Acquy, nhiệt kế và các bình
dung dịch ( thời hạn sử dụng ít nhất là 3 naêm).
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 13


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

- Phải đảm bảo dung dịch ngập trên bản cực 5–15 mm, những chỗ gỉ tại Acquy chỉ
được dùng vải tẩm dầu diezen ( DO ) để tẩy, các muối đọng và bụi dùng giẻ quán vào
đầu que để lấy ra.
- Phải nạp điện cho Acquy khi điện áp giảm (kiềm : dưới 1V; axít dưới 1,8 V/1 phần
tử). Trong quá trình nạp cần quan sát điện áp nạp và dòng nạp, kiểm tra lỗ thông hơi,
kiểm tra mức dung dịch, sau một thời gian cần kiểm tra nồng độ dung dịch, kiểm tra
nhiệt độ dung dịch (quá 450 phải ngừng nạp), kiểm tra quá trình thông gió. Luôn kiểm
tra độ tin cậy của các đầu nối cực các thanh nối và các đầu kẹp. Dấu hiệu của Acquy
no là điện áp và tỷ trọng của chất điện phân không thay đổi trong 3h cũng như hiện
tượng khí sôi mạnh.
Thực tế một số tầu người ta đặt chế độ nạp dài hạn hay thường xuyên ( floating
charge ) 26.4v / 12 phần tử ( 2.2 v/ 1phần tử). Chế độ nạp khẩn cấp ( Equalizing
charge) 28.8 v/ 12 phần tử (2.4 v/ 1 pt) trong voøng 2h.

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 14


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

CHƯƠNG 3: TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY.
§1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI TRẠM PHÁT ĐIỆN.
1. Định nghóa :
Định nghóa : trạm phát điện là hệ thống năng lượng điện làm nhiệm vụ cung cấp,
truyền tải, phân phối năng lượng từ lưới đến các phụ tải. Một trạm phát tối thiểu phải
bao gồm các phần sau :
- Nơi tạo ra nguồn điện : Các máy phát xoay chiều, các máy phát một chiều hoặc

các acquy( nguồn điện sự cố ).
- Nơi phân phối điện năng : hệ thống bảng điện chính, hệ thống dây dẫn, các thiết
bị đo và kiểm tra.
- Các phụ tải : chủ yếu là các motor điện và các thiết bị sử dụng năng lượng điện.
2. Phân loại trạm phát:

a.Phân loại theo động cơ lai
- Trạm phát diesel: có động cơ lai là diesel
- Trạm phát turbin: có động cơ lai là turbin
- Trạm phát hỗn hợp: có động cơ lai là diesel và turbin
Trên một số tàu sử dụng thêm một số máy phát đồng trục được lai bởi động cơ
diesel lai chân vịt.

CB2

CB1

D.E1

G1

D.E2

a)

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

G2

D.E3

CB3

G3

Diesel lai máy phaùt

Page 15


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

CB1

NH1

G1

TB1

CB2

NH2

b)

TB2

G2

G1

TB1

G3

TB3

NH3

Turbin lai maùy phaùt

CB1

N.H1

CB3

D.E2

CB2

G2

CB3

G3

D.E3

c) Hỗn hợp
Sơ đồ trạm phát điện tàu thủy
b.Phân loại theo dòng điện
- Trạm phát một chiều: các máy phát là máy phát một chiều.
- Trạm phát xoay chiều: các máy phát là máy phát điện xoay chiều đồng bộ 3
pha
phụ tải

CB1

G1

phụ tải

CB2

G2

(a)

CB1

CB3

G3

G1

CB2

G2

CB3

G3

(b)

Sơ đồ trạm phát điện tàu thủy:
a) Máy phát điện một chiều; b) Máy phát điện xoay chiều
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 16


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

c.Phân loại theo chức năng
- Trạm phát điện chính: trạm phát hoạt động thường xuyên, đảm bảo cung cấp đủ
nguồn điện năng cho mọi chế độ hoạt động của tàu.
- Trạm phát điện sự cố: trạm phát hoạt động ở chế độ sự cố khi vì một nguyên nhân
nào đó mà trạm phát chính không hoạt động được. Trạm phát điện sự cố chỉ có 1 máy
phát có công suất nhỏ đủ cung cấp điện cho các thiết bị quan trọng trong trường hợp sự
cố như các thiết bị vô tuyến điện, hệ thống chiếu sáng sự cố, hệ thống phát tín hiệu, …
Máy phát sự cố thường đặt cao hơn mặt boong chính đề phòng trường hợp sự cố nước
ngập buồng máy. Công suất máy phát sự cố thường từ 20kVA đến 200KVA.

§2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY.
1. Loại dòng điện:
Cơ sở để chọn là các tải của nó( tải chủ yếu là động cơ), xu hướng hiện nay là
dùng trạm xoay chiều. Những thiết bị dùng điện một chiều thì qua bộ biến đổi. Sở dó
hay dùng điện xoay chiều vì những lý do sau đây:
- Độ tin cậy cao, chế tạo dễ, ít hỏng hóc.
- Chi phí bảo dưỡng rẻ hơn rất nhiều so với một chiều.
- Mức độ phức tạp khi quấn dây xoay chiều dễ hơn một chiều.
- Trọng lượng và kích thước bé( riêng máy fát xoay chiều lớn hơn một chiều).
- Thay đổi tốc độ đối với động cơ xoay chiều khó hơn một chiều( ngày nay đã
có những bộ biến đổi tần số để điều chỉnh láng động cơ xoay chiều).
n ~ = 60f/p = n tt (1-s) -n chỉ thay đổi tốc độ từng cấp.
- Cáp dẫn điện : Động cơ xoay chiều và một chiều tương đương. Nhưng bên
xoay chiều có khả năng tăng áp dễ hơn nên có thể giảm dòng.
- Về thiết bị khởi động: Bên xoay chiều nhỏ hơn một chiều.
- Công tắc tơ, rele : Công tắc tơ một chiều tin cậy hơn xoay chiều, nhưng kích
thước xoay chiều nhỏ hơn một chiều vì thiết bị dập hồ quang bé hơn.

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 17


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

2 Cấp điện áp:
Theo quy định của Đăng kiểm Việt nam có các cấp điện áp sau:
- Áp xoay chiều : 380v, 440v.

- Áp một chiều : 12v, 24v, 36v, 110v, 220v.
- 12v : dùng cho nơi ẩm ướt.
- 24v : dùng cho nơi có độ ẩm cao.
- 110v, 220v : dùng cho mạch ánh sáng, động lực.
3. Tần số của trạm phát :
Thường chọn theo tiêu chuẩn nhà nước chế tạo ra trạm fát đó: Xu hướng là tăng
tần số. Khi f tăng  n tăng  M giảm( P = const )  d ( đường kính rotor) giảm 
giảm được kích thước trọng lượng máy điện nhưng kéo theo đó là một số vấn đề vềbạc
đỡ và ổ bi. Tàu Nhật, tàu Châu Âu: 60hz, Tàu các nước XHCN : 50hz
4. Công suất trạm phát :
Thông thường thì công suất của một trạm phát cụ thể dưới tàu thủy thì phụ thuộc
vào tổng công suất của thiết bị được trang bị trên tàu. Việc bố trí cũng như số lượng và
công suất của mỗi máy phát phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Trạm phát phải cung cấp đủ công suất cho các phụ tải hoạt động trong mọi chế
độ hoạt động của tàu.
- Bắt buộc phải có trạm phát điện sự cố và được đặt trên mớn nước của tàu trên
boong hở và đảm bảo cấp nguồn cho một số tải quan trọng trên tàu theo quy
định của đăng kieåm.

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 18


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

§3. BẢNG ĐIỆN CHÍNH VÀ HỆ THỐNG PHÂN CHIA ĐIỆN NĂNG.
1 Bảng phân phối điện chính :

Bảng phân phối điện trên tầu thuỷ là một tủ sắt, trong đó người ta đặt các thiết bị
đóng ngắt, thiết bị điều khiển, đo lường tín hiệu và các thiết bị bảo vệ. Bảng phân phối
điện chính dùng để điều khiển, kiểm tra công tác của máy phát điện và phân phối điện
năng cho các thiết bị tiêu thụ trong một vùng nhất định. Ngoài bảng điện chính còn có
các bảng điện phụ dùng để điều khiển,cung cấp điện cho các phụ tải riêng. Theo cấu
trúc bảng phân điện chính chia thành :
- Cấu trúc kín : nhằm che các thiết bị để tránh con người động vào các phần tử
có điện, nhưng không có khả năng chống tia nước lọt vào.

- Cấu trúc chống tia nước rơi vào dưới góc 45 o hay từ trên rơi xuống.
- Cấu trúc kín nước : hoàn toàn có thể làm việc bình thường dưới độ sâu10 m.
Mặt bảng điện chính thường đặt các thiết bị kiểm tra công tác của máy phát để
đưa chúng vào làm việc song song, đo điện trờ cách điện, các thiết bị ngắt máy phát
khỏi hệ thống thanh cái khi chúng không còn làm việc trên lưới hay khi có sự cố, có
các nguồn sáng trên mặt bảng điện chính để chiếu sáng thiết bị đo.
Cấu trúc bảng điện chính phải thoả mãn các yêu cầu sau :
- Thuận tiện sử dụng và có khả năng tiếp cận các thiết bị đặt bên trong.
- Dễ dàng vận chuyển, lắp ráp trên tầu.
- Sự phân bố các thiết bị ở mặt phải đẹp, gọn gàng sáng sủa.
- Đảm bảo an toàn cho người vận hành. Mặt trước, mặt sau phải có tay vịn để
cho người bám khi tầu lắc, và phải có thảm cách điện. Trong bảng điện chính, ngoài
cầu dao chính còn có cầu dao phân đoạn nhằm đảm bảo cắt các phụ tải không quan
trọng khi trạm phát có sự cố.
Trong bảng điện chính phải được bố trí các thiết bị sau :
- Ampe metter để kiểm tra dòng tải các máy phát, các pha, các thiết bị tiêu thụ.
- Vôn mét để kiểm tra điện áp các máy phát, các pha.
- Các thiết bị bảo vệ máy phát : bảo vệ quá tải, ngắn mạch, công suất ngược ...
- Bộ tự động điều chỉnh điện áp.
- Bộ điều chỉnh dòng kích từ bằng tay.
- Thiết bị đo điện trở cách điện của trạm phát.

- Cầu chì bảo vệ mạch động lực, mạch điều khiển, tín hiệu.
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 19


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

- Bảng điện dòng xoay chiều.
- Bộ điều chỉnh từ xa động cơ sécvô để đưa lương dầu vào động cơ diezen.
- Hec mét để kiểm tra tần số.
- Wát mét để kiểm tra công suất.
- Cốt phi mét để kiểm tra hệ số công suất.
- Thiết bị hoà đồng bộ : đèn và đồng bộ kế.
- Cầu dao tự động cho máy phát và các thiết bị động lực khác.

2 Các phương pháp phân phối điện năng
Mạng điện tàu thủy thường có các loại hệ thống phân phối điện năng sau:
- Hệ thống phân phối hình tia đơn giản: tất cả các máy phát cấp điện lên bảng điện
chính và từ đó cấp trực tiếp đến các phụ tải. Hệ thống phân phối thường được áp dụng
trên các tàu có trọng tải trung bình và nhỏ.
- Hệ thống phân phối hình tia phức tạp: tất cả các máy phát cấp điện lên bảng điện
chính và từ đó cấp trực tiếp đến các phụ tải và các bảng điện phụ, các bảng điện phụ
này lại cấp điện cho các phụ tải và các bảng điện phụ nhỏ hơn, … Các phụ tải được
cấp điện trực tiếp từ bảng điện chính thường là các phụ tải có công suất lớn như các
chân vịt mũi, chân vịt mạn, … hoặc là các phụ tải quan trọng như bơm cứu hỏa, máy
lái, …
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 20


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

G1

Bảng
điện
chính

a) Hệ thống phân phối điện
năng theo hình tia đơn giản
G2

2

4
3
4

G1

Bảng
điện
chính
G2

1

2
3

4
3

1

4

2

5

b) Hệ thống điện năng theo hình tia phức tạp
1. Phụ tải được cấp điện trực tiếp từ thanh cái; 2. Bảng điện phụ cấp 1;
3. Bảng điện phụ cấp 2; 4. Phụ tải được cấp điện từ bảng điện phụ; 5. Máy phát
điện
Hình 1. Các sơ đồ phân phối điện năng

Sơ đồ thanh cái
Trong trạm phát điện tàu thủy, toàn bộ năng lượng điện được tập trung lên hệ
thống thanh cái và từ hệ thống thanh cái điện năng mới được phân phối đến các phụ
tải.
Thanh cái (busbar) được chế tạo bằng đồng vì đồng có độ dẫn điện tốt, độ bền cơ học
cao, có khả năng chống ăn mòn hóa học. Thanh cái có tiết diện hình chữ nhật và kích
thước được chọn phụ thuộc vào các chỉ tiêu kinh tế hoặc theo điều kiện phát nóng và

kiểm tra ổn định lực điện động khi có dòng ngắn mạch chạy qua.
Thanh cái được gắn cố định trong bảng điện chính nhờ các ống sứ cách điện.
Khoảng cách giữa các ống sứ cách điện phụ thuộc vào tính toán ổn định điện động và
thường vào khoảng 30cm. Với lưới điện 3 pha tàu thủy thì hệ thống thanh cái gồm 3
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 21


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

thanh cái đặt song song nhau. Khoảng cách giữa các thanh cái phụ thuộc vào tính toán
ổn định điện động và đủ không gian để thao tác đo kiểm tra và siết bulông trên thanh
cái, khoảng cách này thường vào khoảng 8 – 12 cm.
Có các sơ đồ hệ thống thanh cái sau:
a) Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn: hệ thống thanh cái
không phân đoạn có cấu trúc đơn giản, nhưng có nhược điểm là nếu có một phụ
tải nào đó bị ngắn mạch mà thiết bị bảo vệ phụ tải đó không hoạt động thì các
máy phát sẽ ngắt ra khỏi lưới và toàn bộ tàu mất điện; và khi tiến hành bảo
dưỡng thanh cái phải cắt điện toàn bộ các máy phát.
b) Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn: thanh cái được chia ra một
số đoạn không phụ thuộc vào nhau và mỗi đoạn được cấp nguồn độc lập. Các
đoạn này được nối với nhau bằng cầu dao, cầu nối hoặc aptomát.
CB1

CB2

CB4

CB3

a) Trạm phát với hệ
thống thanh cái không
phân đoạn.
G1

b) Trạm phát với hệ
thống thanh cái phân
đoạn.

G2

CB1

G1

G4

G3

CB2

G2

CB3

G3

CB4

G4

Hình 2. Sơ đồ hệ thống thanh cái
Phân đoạn thanh cái bằng aptomat cho phép bảo vệ tự động ngắt phân đoạn bị sự
cố ra khỏi hệ thống thanh cái. Phân đoạn bằng cầu dao hoặc cầu nối chỉ có tác
dụng ngắt từng phân đoạn ra để bảo dưỡng sửa chữa.
ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 22


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

§4. BẢO VỆ CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN
(Có sơ đồ chung cho các loại bảo vệ)
đây cần phân biệt các bảo vệ các máy phát điện các bảo vệ các động cơ lai mặc
dù có nhiều thông số, bảo vệ nhằm bảo đảm sự an toàn của cả tổ máy phát điện.
đây ta xét chủ yếu là các bảo vệ cho máy phát điện.
Trong quá trình vận hành khai thác hệ thống điện năng tầu thuỷ, luôn luôn có thể
xẩy ra sự cố hoặc hư hỏng trong các chế độ công tác khác nhau : Hư hỏng các cuộn
dây của máy phát, ngắn mạch một pha hoặc hai pha hoặc trong nội bộ các cuộn dây,
mất kích từ, quá tải, quá nhiệt...làm cho dòng trong cuộn dây lớn và làm xuất hiện tia
lửa điện làmhư hỏng stator, rotor, các cuộn dây máy phát. Hay máy phát có thể trở
thành động cơ điện gây mất ổn định khi hệ thống làm việc song song. Do vậy bảo vệ
máy phát là rất quan trọng. Bảo vệ trạm phát điện bao gồm 4 loại :
- Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát.

- Bảo vệ quá tải cho máy phát.
- Bảo vệ công suất ngược cho máy phát.
- Bảo vệ điện áp thấp.
* ý nghóa của bảo vệ
a. Tự động ngắt mạch những phần tử bị sự cố để loại trừ phần tử đó, đảm bảo cho
các phần tử khác hoạt động bình thường . Hình thức này cho phép ngăn ngừa những tác
động tiếp theo của sự cố có thể dẫn tới hiện tượng ngắn mạch
b. Tự động ngắt mạch một số phần tử thuộc hệ thống điện năng và dự báo các chế độ
công tác khác với chế độ định mức có thể kể ra là :
- Dòng điện lớn hơn định mức do quá tải.
- Điện trở thiết bị giảm
- Điện áp quá thấp …
* Các yêu cầu đối với bảo vệ
- Tính chọn lọc : Có nghóa là thiết bị bảo vệ chỉ ngắt những phần tử hư hỏng, sự cố,
tính chất này sẽ đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các phụ tải khác không bị sự
cố trong mạng điện tầu
- Tính tác động nhanh : Nhờ có đặc tính này mà có thể hạ chế được những ảnh hưởng
xấu đối với máy phát điện khi làm việc song song, giảm tác hại nhiệt và điện động của

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

Page 23


TRƢỜNG ĐH GTVT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

dòng ngắn mạch, giảm tia lửa điện, tăng nhanh khả năng phục hồi điện áp, nâng cao
tính ổn định cho hệ thống điện …

- Độ tin cậy : Các thiết bị bảo vệ rất ít khi hoạt động, nhưng khi xảy ra sự cố nó phải
hoạt động ngay và chính xác.
- Độ nhạy : đây là một đặc tính rất quan trọng của thiết bị bảo vệ, đặc trưng cho phản
ứng của thiết bị bảo vệ đối với sự cố.

kn 

I ngm. min
I congtac

kn: độ nhạy
Ingm.min – Dòng ngắn mạch nhỏ nhất mà thiết bị hoạt động
Icongtac – Dòng điện làm việc của thiết bị
1. Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát :
Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát là vô cùng quan trọng, có thể không có các loại
bảo vệ khác cho máy phát, nhưng bảo vệ ngắn mạch phải có. Bảo vệ ngắn mạch bằng
cầu chì hoặc áp tô mát. Có các khí cụ điện được dùng đễ bảo vệ ngắn mạch :
* Bảo vệ ngắn mạch dùng áp tômát cổ điển :
Có 2 giá trị bảo vệ:
- Igh : dòng giới hạn nhỏ nhất bảo vệ quá tải .
- I 2 : dòng quá tải max với độ trễ t k .
- I 2  I 3 :dòng ngắn mạch bảo vệ với thời gian t b
(thực tế loại này phải có cầu chì để cắt dòng lớn
hơn I 3 ).
-

ĐIỆN TÀU THỦY ĐẠI CƢƠNG

t b = 10  30 ms.

t k = 10  20 s.

Page 24