Implementation and analysis of logic selectivity in marine power systems

Marine power systems play a critical role in ensuring the safe and efficient operation of vessels, particularly in isolated environments where reliable power generation and distribution are essential. The power systems on board function as independent microgrids, requiring sophisticated protection mechanisms to maintain system stability during faults. This thesis focuses on the implementation and analysis of logic zone selectivity in marine power systems using ABB’s Air Circuit Breakers (ACBs) and Moulded Case Circuit Breakers (MCCBs). The objective of the research is to compare three distinct methods of achieving logic zone selectivity: traditional hardwired configuration, a proprietary bus communication system (Ekip Link), and an open protocol communication system (IEC61850). Each method is analysed based on its ability to deliver efficient, timely block signals that ensure only the circuit breaker nearest to a fault trips, thereby preventing unnecessary power interruptions. The performance of each method was assessed by measuring the time required for block signal transmission between breakers. A detailed analysis of these measurements enabled the identification of trade-offs between simplicity, speed, and reliability among the different methods. The findings reveal that while all three methods are viable for marine applications, their suitability depends on specific system requirements and operational priorities. This thesis contributes to the field of marine power systems by offering a comprehensive comparison of modern communication-based protection methods, emphasizing the importance of selectivity in maintaining operational continuity and safety on board marine vessels.

I sistemi elettrici navali svolgono un ruolo fondamentale nel garantire il funzionamento sicuro ed efficiente delle imbarcazioni, trattandosi di impianti isolati in cui la generazione e la distribuzione di energia in modo affidabile sono essenziali. L'impianto di bordo funziona come una microrete in isola e richiede meccanismi di protezione sofisticati per mantenere la stabilità del sistema durante i guasti. Questa tesi si concentra sull'implementazione e sull'analisi della selettività logica di zona nei sistemi navali, utilizzando interruttori aperti (ACB) e interruttori scatolati (MCCB). L'obiettivo della ricerca è confrontare tre metodi distinti per ottenere la selettività logica di zona: la configurazione tradizionale cablata, un sistema di comunicazione tramite un bus proprietario (Ekip Link) e un sistema di comunicazione con protocollo aperto (IEC61850). Ciascun metodo è stato analizzato in base alla sua capacità di fornire segnali di blocco efficienti e tempestivi che assicurano l'intervento del solo interruttore automatico più vicino al guasto, evitando così inutili interruzioni dell'alimentazione. Le prestazioni di ciascun metodo sono state valutate misurando il tempo necessario per la trasmissione del segnale di blocco tra gli interruttori. Un'analisi dettagliata di queste misurazioni ha permesso di individuare i compromessi tra semplicità, velocità e affidabilità dei diversi metodi. I risultati rivelano che tutti e tre i metodi sono impiegabili per applicazioni navali, ma la loro idoneità dipende dai requisiti specifici del sistema e dalle priorità operative. Questa tesi contribuisce allo studio dei sistemi elettrici navali, offrendo un confronto completo dei moderni metodi di protezione basati sulla comunicazione, e sottolineando l'importanza della selettività nel mantenere la continuità operativa e la sicurezza a bordo delle navi.