Tagarchief: Sleepboot

Brand in de Motorruimte

Vrijdag 21 april 2017 had ik een paar gasten te logeren die het leuk vonden om met de boot naar Amsterdam te gaan. Het is ongeveer 2 ½ uur varen van Oostknollendam, over de Zaan en het Noordzeekanaal naar Amsterdam. Leuk reisje met veel bezienswaardigheden langs de oevers van de Zaan. De gasten vermaakten zich aan dek maar vonden het ook leuk om wetenswaardigheden van mij te horen over de Zaanstreek en over de elektrische sleepboot.

Voor de Wilhelminasluis in Zaandam moesten we lang wachten. Er lagen aan beide zijden diverse vrachtschepen te wachten voordat zij geschut konden worden. Achterop kwam een monumentaal beurtscheepje dat niet meer mee kon met de vrachtschepen maar door de lage hoogte wel de Oudesluis kon nemen. Inmiddels waren wij geschut en voer ik achter twee vrachtschepen aan de Voorzaan op. Ter hoogte van Het Eiland hoorde ik iemand vanaf de wal schreeuwen. Ik keek om en zag plotseling rook uit het dekluik komen. Of de schreeuw bedoeld was om mij te attenderen of voor iemand anders, het deed er op dat moment niet toe. Ik had een probleem.

Waar rook is, is vuur

Eerst draaide ik het roer om om uit de vaargeul te komen. Het luik wilde ik nog even niet opendoen. Het leek mij verstandig om eerst alle apparatuur uit te zetten. Als eerste besloot ik om de Victron omvormers via het CCGX console uit te zetten. Ondertussen zag ik dat het display van de Digitale Motorcontroller knipperde en uitviel maar ook weer terugkwam. Voor de zekerheid riep ik via de marifoon de havendienst op maar die moesten nog door de sluis en hadden dus nog zeker 10 minuten nodig om mij uit de vaargeul te halen.

Inmiddels had ik het luik voorzichtig toch geopend. Naast het luik zag ik het dek een donkere kleur krijgen en achter de enorme hoeveelheid zwarte rook onder het dek zag ik een klein vuur. De schuimbrandblusser had ik binnen handbereik in de stuurhut en heb ik dus leeggespoten. En daarna nog een paar emmers water er achteraan. Daarmee was het vuur gedoofd en trok de rook langzaam uit het ruim weg. Gelukkig kwam het beurtscheepje aangevaren om ons een klein duwtje te geven richting de werf van Vooruit. En enkele minuten later lag de Havendienst langszij om ons te helpen af te meren.

Na een half uur was het ruim voldoende rookvrij om eens een kijkje te nemen naar wat er eigenlijk allemaal aan de hand was. De conclusie kon snel getrokken worden: het distributiepunt tussen de accu’s voorin het schip en de Victron omvormers achterin was volledig gesmolten en deels verbrand. Daar was de brand dus ontstaan. De geluidsisolerende bekleding tegen het dek was gaan smelten en had een olie-achtige smurrie achtergelaten en ook de verschillende kabels waren ernstig beschadigd. De kabel voor de analoge motorbesturing was dusdanig beschadigd dat varen op deze manier niet meer mogelijk was.

De gasten hebben de fietsen van boord gehaald en zijn zelf naar Amsterdam gefietst en ik bleef achter in overpeinzingen hoe dit op te lossen. Eerst heb ik de accu’s afgekoppeld door de zekeringen bij de accu’s te verwijderen. Zo kon er in ieder geval geen sluiting meer ontstaan. De gesmolten kabel van de analoge motorbesturing loopt langs bakboord terwijl de digitale motorbesturing over stuurboord loopt. Een ontwerp specificatie die ik destijds met een goede reden had genomen en die mij nu uitkomst kon bieden. Maar eerst moest ik de stroomvoorziening herstellen. En dat kon door de generator rechtstreeks aan te sluiten op de frequentieregelaar van de motor. Een kwestie van diverse kabels loshalen en op een ander punt weer vastmaken.

Figuur 1: Gesmolten DC distributiepunt

Figuur 2: doorgesmolten kabels

Na een kleine twee uur kon ik de generator starten en via de digitale besturing de motor opnieuw programmeren. De analoge besturing moest immers afgesloten worden. Dat bleek nog niet zo eenvoudig want de handleiding lag thuis en deze via Internet op een smartphone uitlezen, dat vereist wat geduld. Maar het is gelukt en ik ben dus in de loop van de middag zelfstandig naar huis gevaren.

Rook en vetvrij maken

Vervolgens natuurlijk de verzekering gebeld en deze zouden een week later een expert sturen. Inmiddels had ik zelf geconstateerd dat het distributiepunt versmolten was maar ook dat er vermoedelijk rook- en waterschade in de apparatuur was ontstaan. Hiervoor bestaan reinigingsbedrijven en na wat zoeken op Internet heb ik er eentje offerte laten doen. Ook deze firma stuurde eerst een expert en die vond dat de hele motorruimte rook- en vetvrij gemaakt moest worden want de roet en de smurrie zat werkelijk overal. Als ik de apparatuur losmaakte zouden zij deze reinigen en na twee weken weer terugsturen.

Verbeteringen aanbrengen

Dit soort onvoorziene problemen geven je gelukkig wel de mogelijkheid om een paar ontwerpfouten te verbeteren. Ik heb een compleet nieuw DC distributiepunt gemaakt, dubbele DC bekabeling tussen het distributiepunt en de 3 Victron omvormers gelegd en ik heb een nieuwe AC distrbutiekast gemaakt met extra relais die de belasting kan afschakelen in geval van onvoorziene problemen. En een relais dat in geval van storing aan de omvormers, de generator rechtstreeks kan verbinden met de frequentieregelaar. Ook heb ik een nieuwe demper voor de uitlaat gemaakt en verbeterde isolatie voor de uitlaat en nog een paar klusjes. Maar nog veel belangrijker, ik heb temperatuur sensoren geplaatst op kritische punten en deze samen met rookdetectie melders gekoppeld en naar het dashboard gevoerd.

Figuur 3: Nieuwe uitlaatdemper

Brand door los contact…….

Toen de apparatuur verwijderd was kreeg ik ook de kans om de versmolten DC kast voorzichtig te ontleden. Je wilt natuurlijk wel graag weten wat er nou voor heeft gezorgd dat deze brand kon gebeuren. In de kast zat naast een distributieconnector (M8 draadeind), de hoofdzekering en een capacitor-relais. Die laatste heeft nooit gefunctioneerd en stond gewoon op doorverbinden. Tussen de hoofdzekering en het relais zit een korte verbindingskabel van enkele centimeters (70mm2) en het bleek dat de pool die aan de zekering was verbonden, los zat. De M10 moer zat zo los dat ik deze met de hand kon verdraaien. En ook aan de knijpconnector was te zien dat door die losse moer het probleem moest zijn ontstaan: een losse verbinding die hoge stromen krijgt te verwerken, werkt als een lasapparaat en kan voor brand zorgen! Hoe deze los kon zijn blijft een raadsel. Waarschijnlijk onzorgvuldigheid, over het hoofd gezien of wat dan ook. Reden genoeg om hier dus voortaan meer tijd en controles aan te besteden!

Schoonmaakbedrijf monteert onderdelen verkeerd

Toen na enkele weken de Victron omvormers en de LS/IS frequentieregelaar schoon werden afgeleverd, kon ik alles afbouwen en aansluiten. Maar zodra ik het systeem in bedrijf schakelde, hoorde ik een vreemde brom uit de frequentieregelaar komen. Hij weigerde het te doen en ook het display lichtte niet op. De omvormers deden gewoon wat zij behoorden te doen en ook direct op de generator wilde de frequentie regelaar het niet doen. Ik heb hem weer uit de boot gehaald (65kg, onderdeks, leuk klusje ) en hem op de testbank gelegd. Zodra de regelaar werd aangeschakeld kwam er gelijk een enorme brom. Ik heb de regelaar zorgvuldig uit elkaar gehaald en gecontroleerd op een los contact e.d. Er viel niks aan te zien maar na de boel weer in elkaar gezet te hebben bleef de brom maar het display deed het wel. En toen na ongeveer een minuut een enorme klap, rook en de licht viel uit. Ah ha, nu kunnen we echt op zoek gaan. Het euvel was gauw gevonden. Een Elco die verkeerd was teruggeplaatst na de reinigingsbeurt. Sukkels. Foto’s gemaakt, schadeclaim indienen, verzekering weer bellen, allemaal geneuzel. Uiteindelijk heb ik een nieuwe Elco besteld en de regelaar werkte weer. Maar na een uurtje varen gaf de temperatuur sensor een onwaarschijnlijk hoge waarde en gaf de regelaar een hoge pieptoon. Dat ding had het duidelijk niet naar de zin. Ik was het inmiddels zat en heb een nieuwe regelaar besteld. Bij het ombouwen ontdekte ik dat de beide ventilatoren verkeerd om waren gemonteerd…… Een korte test liet blijken dat alles nu weer goed functioneerde en ook de pieptoon als gevolg van de hoge temperatuur verdwenen was. De oude unit heb ik 2e hands verkocht en vaar nu dus weer met een nieuwe regelaar.

Figuur 4: rechtsonder een geplofte Elco, rechtsboven de foutief geplaatste

PVC van kabels geeft zoutzuur en oxidatie

Daarmee was nog niet alle brand-ellende ten einde. Na enkele maanden bleek één vd Victron omvormers storing te geven bij het laden van de accu’s. De spanning die de sensor mat liep langzaam op naar 60 volt en hoger. Dat had gelukkig geen effect voor de accu’s, het was slechts een meetfout, maar het laadproces werd er natuurlijk nadelig door beïnvloed. Het bleek dat de print van de Victron Quattro waarop alle besturingselektronica en de CPU zit, oxidatie sporen had. Bij het verbranden van de pvc-mantel van kabels komt chloor vrij en dit reageert met bluswater tot zoutzuur. En dat was duidelijk te zien op de print en op diverse componenten. Ik heb de stellige indruk dat het reinigingsbedrijf alleen de buitenkant van de unit heeft schoongemaakt maar de binnenkant heeft overgeslagen. Ik heb de print met sop onder de lauwe kraan en met een afwasborstel schoongespoeld. Daarna met een föhn de print weer gedroogd en alle soldeerverbindingen opnieuw gesoldeerd. Op zo een moment komt een MTS Elektronica opleiding toch goed van pas! Inmiddels werkt alles weer naar behoren en is de boot dit najaar bij Teerenstra in Den Helder gestraald en voorzien van een echt goede coating en antifouling.

Geleerde lessen?

  1. Controleer regelmatig de verbindingen van de kabels,
  2. Monteer eventueel temperatuur sensoren en rookdetectors op belangrijke plaatsen zoals distributiepunten en in de motorruimte,
  3. Vertrouw niet op een schoonmaakbedrijf na brand maar doe zelf de schoonmaak werkzaamheden,
  4. Overleg met de verzekering over de te nemen stappen en de momenten waarop je claims indient,
  5. En gebruik de tijd om goed na te denken hoe je de installatie kunt verbeteren.

Elektrisch Varen: hoe lang kun je varen op accu’s

Zo enthousiast als ik vertel over elektrisch varen, zo sceptisch zijn mijn toehoorders. Steevast stellen zij mij dan de vraag “En hoe lang kun je dan elektrisch varen?”. In dit artikel zal ik daar meer over vertellen, vooral aan de hand van data die ik afgelopen jaar heb gelogd tijdens de vele vaartochtjes die wij hebben gedaan.

Een jaar geleden beschreef ik mijn eerste test resultaten in een blog en maakte ik een rendementsberekening. Vanuit die berekeningen en latere tests, zijn nieuwe instellingen geprogrammeerd in de elektronica en deze hebben dus ook geleid tot nieuwe gegevens over benodigd vermogen, accu capaciteit, vaarduur, oplaadduur en nog veel meer.

Verbruik per maand

Onderstaande grafiek toont het totale elektriciteitsverbruik per maand.

Totaal is dit over 13 maanden gemeten 618 kWh en de verdeling accu/generator is 50%/50%. Maar hier hoort wel een opmerking bij: als ik ga varen zijn de accu’s 100% opgeladen vanaf de wal aansluiting (zonnepanelen). Bij lange tochten wordt eerst de accu tot circa 50% leeg gemaakt en wordt daarna de generator gebruikt voor zowel het laden van de accu’s als voor de voortstuwing. Het totaal gerapporteerde vermogen uit de accu’s is dus zowel afkomstig van de generator als van de walstroom.

Laadrendement van AGM accu’s

Totaal is er in een jaar 50 keer gevaren. De batterij management software rapporteert dat dit 12 keer resulteerde in een diepte ontlading (<60%) en 38 keer een zgn. sync lading (>60%). Totaal is er circa 725 kWh geladen in de accu’s tegen een ontlading van 559 kWh. Dat levert dus een accu rendement van 77%. Dat is lager dan je van een AGM accu zou mogen verwachten (80%) maar als ik de eerste en laatste lading er vanaf trek (je koopt accu’s en moet ze dan eerst volladen voor eerste gebruik, plus de laatste lading om de accu’s weer vol en gereed te maken voor een volgende keer) levert het een laadrendement op van circa 80%.

Opgenomen vermogen bij varen

Laten we nu eens een nadere analyse maken van enkele vaartochten. Als eerste een tocht van 9 juni. Deze tocht is gelijk aan de eerste test vaart van september vorig jaar.

Bovenstaande afbeelding toont de route en de snelheid op de route (kn). Onderstaande grafiek vertoon dan de State of Charge (batterijlading in %) met direct daaronder de status van Ontlading (Inverting modus) en Lading (Bulk/Absorption)

Als we de informatie van deze grafieken over elkaar heen leggen zien we het volgende:

Start Eind Duur Afstand (m) Gem. Snelheid kn (km/u) Status
09:15 09:49 00:34

3.800

3,7 (6,8) Accu
09:49 10:45 00:56

8.800

5,2 (9,6) Accu
10:45 11:15 00:20

200

0
11:15 11:43 00:28

3.800

4,9 (9,0) Accu
11:43 13:16 01:29

12.000

5,8 (10,7) Generator
13:16 13:20 00:04

0

0 Accu
13:20 13:43 00:23

300

0 Generator
13:43 14:34 00:51

2.700

6.2 (11,5) Accu
14:15 14:35 00:20

5.700

5 (9,3) Generator
14:35 14:37 00:03

400

5 Generator
14:37 14:48 00:12

1.600

5 Accu
14:48 15:13 00:25

3.200

5 Generator
15:13 15:56 00:43

4.000

5 Accu

46.500

Totaal Accu tijd: Totaal 228 minuten waarvan 118 minuten op één lading. Dus 2 uur varen met een snelheid tussen 7 en 9 km/uur. De generator tijd is dan totaal 160 minuten. Dit resulteert in een totaal verbruik van 14.2 kWh accu vermogen en 22.9 kWh generator vermogen, totaal 37.1 kWh. En dat is 0,8 kWh/km.

De generator heeft overigens meer energie opgeleverd dan die 22,9 kWh. Voor de 2e run van de accu’s moesten deze immers worden opgeladen, met een laadrendement van 80%. Om de gebruikte energie voor het herladen van de accu’s te bepalen, kan de batterij management software ons verder helpen.

Run Energie consumptie omschrijving State of Charge na run
1 322 Ah Accu 98% bij aanvang 49%
2 -273 Ah Generator 93% opladen
3 117 Ah Accu 73%
4 -6 Ah Generator 74% opladen
5 83 Ah Accu 69%
6 -48 Ah Generator 73% opladen
7 80 Ah Accu 64%

Hieruit blijkt dat er totaal 327 Ah is geladen. Met een gemiddelde laadspanning van 55 Volt is dat 18 kWh vermeerderd met het laadrendement (80%) = 21.6 kW, dicht bij het generator vermogen dat direct voor de voortstuwing is gebruikt. Totaal heeft de generator dus 22,9+21,6=44,5 kWh afgeleverd in 160 minuten. En dat is dan weer 16,7 kW per uur. Minder dan de gewenste waarde van circa 24kW. De lagere waarde wordt o.a. beïnvloed door twee situaties: er is geladen op een moment dat de boot stil lag (er is dan geen voorstuwingsenergie nodig) en er is twee keer een moment geladen in absorptie modus. Tijdens absorptie daalt het opgenomen vermogen voor de accu’s van circa 9 kWh naar 6 kWh.

Langzaam elektrisch varen betekent langer varen op de accu

Een tweede tocht is gevaren op lage snelheid, gemiddeld tussen de 7 en 8 km/h.

Ook in deze route zitten enkele momenten waarop de boot stil ligt, zoals bij Sluis Zaandam, Sluis Nauerna en voor de brug bij Krommenie.

Pas na 2 uur en 50 minuten (nabij Westzaan) was de accu leeg. Dus bijna 3 uur varen met een gemiddelde snelheid van 7 a 8 km/u en met een gemiddelde energie consumptie van 5kWh (7 PK), ofwel 313Ah*50,5V=15,8 kWh.
De generator heeft daarna 35 minuten gedraaid (SoC van 53% naar 68%), en 4,2kWh geleverd. Hierdoor kon het laatste stukje alsnog op de batterijen worden gevaren (SoC=61%), verbruik circa 2,4 kWh.

Totaal is er voor deze tocht dus 18,2 kWH energie onttrokken uit de accu’s en 4,2 kWh bijgeleverd uit de generator. Goed voor circa 29 km varen in 4 uur en 10 minuten tijd, 0,77 kWh/km.

Ontlaadfactor

Wat aardig is uit deze twee tests is dat er verschil is in de maximaal te ontladen hoeveelheid energie uit de accu’s. Bij een hogere snelheid, zo rond de 9 km/u is de stroom uit de accu’s gemiddeld 225 Ampère en kunnen de accu’s circa 14kWh energie leveren voordat SoC=50%. Bij een lage snelheid van circa 7 km/u is de stroomafname gemiddeld 110 Ampère (50%!!!) en kan het accupakket bijna 16 kWh leveren voordat SoC=50% wordt behaald, een verschil van 14%. Voor een verklaring kun je het vorige artikel over rendementsberekeningen nog eens teruglezen.

De conclusie is duidelijk. Als je de snelheid verlaagt kun je er dus niet alleen langer op varen je komt er ook verder mee (16,4km vs 19,8km). Tel uit je winst!

Onderstaande grafiek geeft hiervan een ander voorbeeld. Het betreft een tocht in twee dagen, van Oostknollendam naar Uithoorn en weer terug, totaal 84km voor een retourtje.

Hieruit kun je duidelijk opmaken dat sneller varen (heenreis) er toe leidt dat de accu’s eerder leeg zijn en er 50% meer generatortijd nodig is. Het totale verbruik op deze tocht is dan 1,15 kWh/km met snelheden tussen de 9 en 12km/uur.

Nieuwe tests met elektrisch varen – video verslag

In dit artikel heb ik door middel van enkele Youtube video’s een testverslag gemaakt. Ik heb al meerdere video’s gemaakt zodat ik thuis de bevindingen kan nakijken en eventuele aanpassingen in de configuratie van mijn elektrische sleepboot Cecilia kan aanbrengen.

Deze aanpassingen zijn over het algemeen modificaties in de software van de Victron Quattro omvormers die de 3 fase krachtstroom maken. De basis wordt hiervoor geconfigureerd (of geprogrammeerd) met behulp van een laptop. Daarna kan de waarde van enkele parameters via het digitale display van Victron, de CCGX (Color Control) veranderd worden.

Ook heb ik instellingen gewijzigd op de frequentie regelaar van de elektromotor. Maar hier betreft het eigenlijk alleen grenswaardes zoals maximaal vermogen dat de motor mag leveren of maximaal toerental.

Maximale belasting, maximaal vermogen

De eerste testvideo is een test waarbij de maximale load van de Victron omvormers en de generator wordt beproefd.

In het eerste deel van het videoverslag zie je wat er gebeurt als je te snel het toerental wilt verhogen. Dat wil zeggen over de ingestelde vermogensgrens van de omvormers (12kW). De spanning valt dan weg waardoor de elektromotor wordt uitgeschakeld. Door het toerental naar 0 terug te regelen kan de motor onmiddellijk weer gestart worden. Deze beveiliging is dus binnen enkele seconden weer ongedaan te maken.

Automatisch inschakelen van generator

In het volgende deel van het videoverslag wordt het toerental langzaam verhoogd. Als de Victron omvormers langer dan 30 seconden meer dan 12 kW moeten leveren, wordt een startsignaal naar de generator gezonden. De generator voorziet dan in de laadstroom voor de accu’s én de energielevering aan de elektromotor.

In het laatste deel van het verslag wordt de grens van het maximale opgezocht. Boven circa 24kW afgenomen vermogen van de generator gaan de accu’s energie bijleveren tot maximaal 36kW (24+12). De laadstroom voor de accu’s wordt dynamisch teruggeregeld. Aan het eind van de test schieten de Victrons in een overbelasting en valt alles uit. Dit is alleen te herstellen met een harde reset van de (onderdeks geplaatste) omvormers. Dit kost dus tijd en is dus gevaarlijk als je in een drukke vaarroute zit.

Uit deze test is gebleken dat de grens waarbij de Victron Quattro omvormers van doorvoer naar ‘assist’ stond ingesteld, te laag is (42A) Hierdoor werd de generator te laag belast en de omvormers te hoog met als gevolg dat deze uitschakelden. De grenswaarde is inmiddels verhoogd naar 80% van de Prime Power rating van de generator (65A*80%=52A). Het maximum vermogen van de elektromotor is begrenst op 37kW, conform de ontwerp specificaties.

Noodstop met elektromotor

Een tweede test toont hoe een noodstop of manoeuvre kan worden uitgevoerd.

Een noodstop is alleen een kwestie van de schakelaar van vooruit naar achteruit schakelen. De frequentie regelaar van de elektromotor brengt dan het toerental terug naar 0 en dan omgekeerd weer terug op het oorspronkelijke toerental. Deze manoeuvre duurt ongeveer 20 seconden tot stilliggen.

Natuurlijk kan ook op de hand met de potmeter het toerental geregeld worden. De Victrons kunnen kortstondig (enkele seconden) tot maximaal 20-25kW uitsturen. Voldoende om een snelle stoot voor- of achteruit te geven.

 

1e ervaringen met het elektrisch varen en een rendementsberekening

De laatste blogpost dateert van 14 september en ook de afgelopen maand is er veel gevaren met onze elektrische sleepboot. Veel korte stukken maar ook een ‘duurtest’ hebben we uitgevoerd. Belangrijk om gegevens te noteren van het varen, het accu gebruik en het opladen. Aan de hand van bevindingen zijn er nog wat parameters in de Victron omvormers aangepast. Verder heb ik nu een goed beeld van de omzetverliezen die optreden bij het laden en ontladen van de accu’s. En dat levert weer wat werk op……

Lees verder 1e ervaringen met het elektrisch varen en een rendementsberekening

Het project is begonnen: de eerste onderdelen zijn besteld

De kogel is door de kerk. We gaan het doen! En om de daad bij het woord te voegen heb ik aan de hand van de berekeningen de elektromotor met inverter besteld. En vandaag 31 oktober 2014  is het eerste onderdeel binnengekomen: de Inverter.

Vanwege de wegwerkzaamheden in het dorp moest ik de inverter even bij de DHL courier ophalen. Daarvoor hebben wij een mooie bakfiets. Maar met 63 kg gewicht is deze inverter geen kleintje. Het is overigens een 55kW exemplaar geworden. Lees verder Het project is begonnen: de eerste onderdelen zijn besteld