اختيار محول طاقة الشاطئ: تحديد إمداد الطاقة الباردة للأرصفة ذات الجهد ٦,٦ كيلوفولت و١١ كيلوفولت

 

 

وصل العطاء على شكل عشرين صفحة تتعلق بأعمال البنية التحتية، وسطر واحد فقط يغطي النطاق الكهربائي: توريد وتركيب طاقة بحرية جهدها ٦,٦ كيلوفولت. وسألنا المهندس الكهربائي في الميناء عن التردد الذي تعمل عليه الأسطول الزائر. فحدث توقف قصير، ثم جاء الجواب: «أي ترددٍ معتمدٍ بشكلٍ قياسي». وهذا السؤال غير المجاب عنه هو الذي يُقرّر تصنيف محوّل طاقة الشاطئ ، وما إذا كانت الرصيف بحاجةٍ إلى محول تردد ثابتٍ أصلاً، وهل يمكن لسفينة الرحلات أن تتوصّل فعلياً بالطاقة عند وصولها.

لم تعد عملية التشغيل الباردة مجرد بندٍ تجريبيٍّ في المشاريع، بل أصبحت شرطاً من شروط الترخيص في عددٍ متزايدٍ من الموانئ، ويكون الحزمة الكهربائية عادةً الجزء الذي يُكتب أخيراً ويُراجع أقل ما يكون. ويغطي هذا الدليل ما يجب أن يتحمّله محوّل طاقة الشاطئ نظام التشغيل البارد

لا تُعتبر حمولة التشغيل البارد حمولة مبنى.

سفينة راسية توقف محركاتها المساعدة وتستمد كل احتياجاتها من الشاطئ: الأحمال الفندقية، ووحدات التبريد المبردة، والمضخات، والرافعات في السفن ذات التفريغ الذاتي، وفي السفن السياحية تشمل جميع أحمال أنظمة التكييف المركزي والمطابخ. ويكون الطلب الأقصى مرتفعًا ويحدث فجأةً دفعة واحدة. وعادةً ما يُخطط ل berth سفينة سياحية كبيرة بقدرة تصل إلى ٧,٢ ميغا فولت أمبير عند جهد ٦,٦ كيلوفولت، أي ما يعادل تقريبًا تيارًا ثانويًا قدره ٦٣٠ أمبير، بينما تتراوح القدرة المخططة ل berth حاويات مزودة برفوف تبريد بين ١,٥ و٣ ميغا فولت أمبير.

كما أن طبيعة التشغيل تتكرر بطريقة لا تشهدها المحولات التوزيعية أبدًا. فكل اتصال لسفينة يُشغّل المحول الكهربائي ثم محول السفينة الخاص بها، مما يؤدي إلى حدوث تيار إدخال عالي عدة مرات يوميًا، وأحيانًا عبر كابل طوله من ٢٠٠ إلى ٤٠٠ متر بين صندوق الربط في الرصيف والسفينة. وإذا أضفنا درجة حرارة محيطة تبلغ ٤٥ °م في ميناء خليجي، ورطوبة نسبية تصل إلى ٩٠٪، وعمر تصميمي يتراوح بين ٢٠ و٣٠ سنة، فإن الهامش الحراري الذي بدا وافرًا في ورقة المواصفات الفنية يبدأ بالظهور ضيقًا.

 

الجهد، التردد، وقرار استخدام المحول

اتصال الشاطئ عالي الجهد مُوحَّد وفق IEC/IEEE 80005-1 والتعديل الذي أُدخل على هذا المعيار في عام ٢٠٢١ يعود في معظمه إلى مشاكل نشأت في الخدمة بسبب دوران الطور عند واجهة السفينة–المرسى. أما الاستنتاج العملي الذي يجب أن يأخذه مشتري المحولات في الاعتبار فهو أضيق نطاقًا: فالمرسى يجب أن يزوِّد الجهد والتردد اللذين تتوقعهما السفينة، والمحول ليس سوى جزءٍ واحدٍ من هذه السلسلة.

وتغطي ثلاث تكويناتٍ معظم المناقصات، وهي تتطلب مواصفاتٍ مختلفةً للمحولات.

 

تكوين المرسى	وظيفة المحول	ما الذي يتغيَّر في المواصفات
شبكة كهربائية بتردد ٦٠ هرتز، وأسطول بتردد ٦٠ هرتز	تخفيض الجهد فقط، مثلًا من ٣٣ كيلوفولت إلى ٦,٦ كيلوفولت	أشبه بوحدة التوزيع العادية: مقاومة قياسية، وتبريد نوع ONAN أو ONAF، وطلاء C5-M لتحمل الجو البحري
شبكة كهربائية بتردد ٥٠ هرتز، وأسطول بتردد ٦٠ هرتز	يُغذّي محول تردد ثابت، أو يُركَّب على مخرج هذا المحول	تيار غني بالتوافقيات، انحراف تيار مستمر عند مخرج المحول، خسائر دوامية ومتفرقة أعلى، مراوح ومضخات مساعدة على جانب المحول
شبكة تردد ٥٠ هرتز، أسطول تردد ٥٠ هرتز (عبّارات، سفن رورو)	تخفيض الجهد فقط، مثلاً من ١١ كيلوفولت إلى ٦٫٦ كيلوفولت	نسبة الجهد ومدى التحكم في التوصيلات مُصمَّمان وفق الأسطول الفعلي، وليس للأسطول المستقبلي

 

عندما تتطابق الترددات، فإنَّ محوّل طاقة الشاطئ المحول هو محول توزيع أو طاقة تقليدي يمتاز بمواصفات غير عادية لمقاومة التآكل. أما عندما لا تتطابق الترددات، فيوضع المحول بعد المحول (الكونفرتر)، فيرث شكل الموجة الخاص به. وهذه الحالة الثانية هي التي تركِّز فيها معظم المخاطر الهندسية، وهي التي تجعل تقييم الخسائر القياسي يصبح خاطئاً بصمت.

 

حيث تؤثر التوافقيات على المحول

مُولِّدات التَّقويم الأماميَّة للسفن هي المصدر. وتُنتج الترتيبة ذات النبضات الستّ تردداتٍ توهينيَّةً مميَّزةً من الرتبة الخامسة والسابعة؛ بينما تدفع الترتيبة ذات النبضات الاثنتي عشرة الترددات التوهينيَّة المهيمنة إلى الرتبتين الحادية عشرة والثالثة عشرة. وتمرُّ هذه التيارات عبر المحول، وتزداد خسائر التيار الدوامي في لفات المحول تقريباً بنسبة تربيع رتبة التردد التوهيني، لذا فإن الترددات التوهينيَّة من الرتبتين الحادية عشرة والثالثة عشرة تسبِّب تسخيناً أكبر بكثيرٍ لكل أمبير مقارنةً بالتردد الأساسي.

يجب أن يحتوي المواصفات على عددين. أولهما هو السماح بخسائر الترددات التوهينيَّة، ويُعبَّر عنه إما بعامل كي (K-factor) أو بمجموعة ترددات توهينيَّة محدَّدة يجب أن يتحمّلها الجهاز عند التيار المُصنَّف دون تجاوز ارتفاع درجة حرارته المسموح به. والثاني هو حد تشويه الجهد عند نقطة الاتصال المشتركة، حيث حدود الترددات التوهينيَّة حسب معيار IEEE 519 تحدد نسبة التشويه التوافقي الكلي بـ ٥٪ للأنظمة ما بين ١ كيلوفولت و٦٩ كيلوفولت. وتقع نقطة الربط البالغ جهدها ٦,٦ كيلوفولت ضمن هذه الفئة تماماً.

هذا هو الجزء الذي تتجاهله معظم مواصفات المنافذ عادةً. فزيادة مقاومة المحول للتحكم في تيار العطل تؤدي أيضًا إلى ازدياد تشويه الجهد لنفس التيار التوافقي، لأن جزءًا أكبر من هذا التشويه يظهر عبر المحول نفسه. ويجب اختيار المقاومة وعدد النبضات في المحول وتصميم المرشح معًا. وعند ورود استفسارٍ عن رصيفٍ يطلب مقاومةً قدرها ٨٪ ومحولًا ذا اثني عشر نبضةً دون مرشح، فإننا نُحدِّد هذه التركيبة مسبقًا قبل إصدار الاقتباس.

 

الملح والرطوبة وبيئة الرصيف

الرصيف هو موقع ساحلي يتسم بجوٍّ عدوانيٍّ بشكل غير معتاد: ضباب ملحي، ورطوبة مدّية، وعادم ديزل، وغسل بالخرطوم قرب مبنى المحطة. ولتركيبات الأرصفة الخارجية على الجسر، يجب تحديد نظام الطلاء وفقًا للمستوى «سي٥-إم» من معيار الآيزو ١٢٩٤٤، مع استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣١٦ للبراغي المكشوفة، وقاعدة خزان لا تصدأ عند نقاط التثبيت. وتُستخدم الإطارات الأساسية المجلفنة بالغمر الساخن بشكل شائع، ونطلب تحديد سماكة الطلاء بوحدة الميكرومتر بدلًا من اسم اللون.

يَنْبَثِقُ التغليف والتبريد من طريقة التثبيت. وتصلح الوحدات المغمورة بالزيت للتركيب على منصة خارجية بجانب رصيف الشحن؛ بينما تصلح وحدات النوع الجاف المصنوعة من الراتنج المصبوب للتثبيت داخل مبنى المحطة، حيث تؤثر عوامل خطر الحريق وترتيب الكابلات لصالح وحدة لا تحتوي سائلًا. وفي كلا الحالتين، يُشترط تحديد درجة حماية لا تقل عن IP54، وتوفير سخانات لمكافحة التكثّف في قسم الجهد المنخفض، وتصنيف ارتفاع درجة الحرارة بحيث يظل ساريًا عند درجة حرارة الموقع الفعلية بدلًا من الدرجة الافتراضية ٤٠ °م المذكورة في الكتالوج.

نلفت الانتباه مبكرًا إلى تفصيلٍ واحدٍ، لأن تكلفة معالجته لاحقًا مرتفعة جدًّا: عطل المراوح. فوحدة التبريد بالهواء القسري (ONAF) التي صُمّمت لتحمل كامل حمل الرصيف مع تشغيل المراوح ستفقد ٢٥ إلى ٣٠٪ من قدرتها عندما تتوقف إحدى محركات المراوح عن العمل في شهر آب/أغسطس. ولذلك، إما أن تُحدَّد إنذار جماعي للمراوح موصولٌ بنظام المراقبة الخاص pelabuhan، أو أن تُحسب قدرة التبريد الطبيعي (ONAN) وفق الحمل المستمر الفعلي، وتُعامل مرحلة التبريد القسري كسعة احتياطية لتلبية أقصى حمل للفندق.

 

 

 

ما الذي يُوضع في محوّل طاقة الشاطئ المواصفات

الجدول أدناه يحتوي على أدنى مجموعة بيانات نحتاجها قبل أن يُمكن تسعير عرض سعر رصيف بشكلٍ صحيح. وتُعتبر البنود الناقصة افتراضات، والافتراضات تظهر لاحقًا كأوامر تغيير. وإذا ورد بندٌ ما أيضًا في المعيار IEC/IEEE 80005-1، فيجب ذكر البند القياسي المجاور له، كي يقرأ المورِّد ومفتش الميناء المتطلَّب نفسه.

 

المعلَّمة	متطلَّب نموذجي للرصيف	لماذا هذا الأمر مهم
القدرة المُصنَّفة	7.2 ميغا فولت أمبير لكل رصيف رحلات بحرية؛ و1.5 إلى 3 ميغا فولت أمبير لكل رصيف حاويات	يُحدِّد هذا التصميم الحراري الكامل وحجم الكابل من صندوق الرصيف
نسبة الجهد	جهد أولي 33 كيلوفولت أو 11 كيلوفولت إلى جهد ثانوي 6.6 كيلوفولت أو 11 كيلوفولت	يجب أن يتطابق مع لوحة توزيع السفينة، وليس مع شبكة الميناء
التردد	60 هرتز للأسطول الذي يعمل بتردد 60 هرتز، و50 هرتز للأسطول الذي يعمل بتردد 50 هرتز، مع استخدام محول عند اختلاف الترددات	يحدد ما إذا كان يجب إدخال محولٍ في التصميم، وما إذا كانت طيفه التوافقي تدخل فيه أيضًا
العائق	نسبة 6 إلى 8% نموذجية، وتتم مواءمتها مع مستوى العطل	إذا كانت النسبة منخفضة جدًّا، فإن لوحة توزيع السفينة تتعرَّض لتيار عطل زائد؛ وإذا كانت مرتفعة جدًّا، فإن تشوه الجهد يزداد
واجب التوافقيات	الطيف المذكور أو عامل كي، مع تشويه توافقي كلي بنسبة ٥٪ عند نقطة الاتصال بالشبكة	يمنع تشكل بؤر ساخنة في اللفائف التي لا يمكن لأي اختبار قياسي للفقد الكهربائي الكشف عنها
التبريد	تبريد بالزيت والهواء الطبيعي مع مرحلة تبريد إضافية بالهواء القسري، وتنبيه إنذاري عند عطل المروحة يُرسل إلى نظام التحكم الإشرافي والجمع الآلي للبيانات في المرسى	يحافظ على تشغيل محطة الشحن حتى في حال عطل إحدى المراوح
التآكل	دهان من نوع سي٥-إم وفق معيار آيزو ١٢٩٤٤، ومسامير من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣١٦، وتصنيف حماية آي بي٥٤	خمسة عشر عاماً من التعرّض لجوّ البحر المالح هو الاختبار الحقيقي للقبول
الاختبارات	الاختبارات الروتينية، واختبار ارتفاع درجة الحرارة، وقياس التفريغ الجزئي للوحدات المصنوعة من الراتنج المصبوب	يوفّر للميناء معياراً مرجعياً للمقارنة مع المناقصات القادمة

 

 

كيف يتولّى ريان استفسارات محطات الشحن

نصنع المحولات المغمورة بالسوائل والمحولات المصنوعة من الراتنج المصبوب في مصنع تبلغ مساحته ١٢٠٠٠٠ متر مربع، ومزود بأكثر من ١٨٠ مجموعة من معدات الإنتاج والاختبار، ويدعمها ٣٧ براءة اختراع، ومنذ عام ٢٠٢٣ نعمل كشريك في مشروع مشترك مع شركة إيتن. وهذا الأمر أقل أهمية من الحوار الهندسي، لكنه يعني أن أي استفسارٍ عن محطة شحن يصل إلى أشخاصٍ سبق لهم مناقشة مسألة المعاوقة.

لأسطول مختلط، فإن الخيار المفيد هو جهد ثانوي مزدوج مع تحديد الربط خارج الدائرة، بحيث يخدم تصميم واحد السفن ذات الجهد ٦,٦ كيلوفولت و١١ كيلوفولت دون الحاجة إلى وحدة احتياطية إضافية في الموقع. كما أن روابط التبديل خارج الدائرة هي أرخص طريقة لتغطية جهد الشبكة الذي ينحرف عن القيمة المُرسومة. وتخرج كل وحدة بعد إجراء الاختبارات الروتينية المسجَّلة كقيم مقاسة، وتشغيل اختبار ارتفاع درجة الحرارة عند التيار المُصنَّف، وتصوير لوحة البيانات قبل تغليف الوحدة، لأن لوحة البيانات هي أول ما يقرؤه مفتش الميناء لدى الوصول.

واجهة اتصال الجهد العالي في المرسى هي المكان الذي تحدث فيه معظم الخلافات، وعادةً ما تحدث بين ثلاثة أطراف لا تلتقي أبدًا: استشاري الكهرباء الخاص بالمرسى، والمدير التقني للسفينة، ومورِّد المحول. ونطلب منكم رسمية الخط الواحد الخاصة بالسفينة في وقت مبكر. ويُغيِّر محول التحويل ذي الاثني عشر نبضة الموجود على متن السفينة عبء التشويه التوافقي الواقع على لفّتنا، ولا يمكن خدمة سفينةٍ مزودة بموزِّع كهربائي بجهد ٦,٦ كيلوفولت ومولِّد بتردد ٦٠ هرتز من رصيفٍ بتردد ٥٠ هرتز دون استخدام محول، حتى لو بدا تصنيف المحول واعدًا جدًّا على الورق.

إذا كنتم الآن تضعون مواصفات الرصيف، فأرسلوا إلينا تركيبة الأسطول، وجهد الشبكة وترددها، ومستوى العطل عند صندوق الرصيف. وهذه المدخلات الثلاثة تؤثِّر في تحديد محوّل طاقة الشاطئ أكثر من أي صفحة أخرى في وثائق المناقصة، وهي عادةً الثلاثة التي تصل في آخر لحظة. وسيقدِّم مهندسونا تصنيفًا موصى به، وتوصيةً بقيمة الممانعة، وحدًّا مسموحًا للتوافقيات كتابيًّا، ليتسنَّى مراجعة الحزمة الكهربائية قبل البدء في الأعمال المدنية.

حول المؤلف أُعدَّت هذه المقالة من قِبل فريق الهندسة في شركة رايان إلكترك (شركة جيانغسو رايان إلكترك المحدودة)، وهي شركة مصنِّعة للمحولات تأسست عام ٢٠٠٧، وشريكة اتحادٍ استراتيجيٍّ مع شركة إيتن منذ عام ٢٠٢٣. ويصمِّم الفريق محولات غامرة بالزيت، ومحولات ذات راتنج مصبوب، ومحولات مركَّبة على القواعد، لمشاريع الموانئ ومراكز البيانات والمرافق العامة والصناعية، ويدعم العملاء خلال مراجعة المواصفات الفنية قبل تقديم العروض. وللاستفسارات المتعلقة بالأرصفة، يُرجى التواصل عبر البريد الإلكتروني [email protected].