انتخاب ترانسفورماتور برق ساحلی: مشخص‌کردن تأمین برق سرد برای اسکله‌های ۶٫۶ کیلوولت و ۱۱ کیلوولت

 

 

مناقصه به صورت بیست صفحه از کارهای عمرانی و یک خط از محدوده الکتریکی ارائه شد: تأمین و نصب برق ساحلی ۶٫۶ کیلوولت. از مهندس الکتریک بندر پرسیدیم که ناوگان بازدیدکننده با چه فرکانسی کار می‌کند. مدتی سکوت شد، سپس پاسخ دادند: هر فرکانسی که استاندارد باشد. آن یک سؤال بی‌پاسخ، رده‌بندی ترانسفورماتور برق ساحلی را تعیین می‌کند، ترانسفورماتور تأمین برق ساحلی قرار دهیم اینکه آیا لنگرگاه اصلاً نیاز به تبدیل‌کننده فرکانس ایستا دارد یا خیر، و اینکه آیا یک کشتی گردشگری واقعاً می‌تواند در زمان رسیدن به لنگرگاه به شبکه متصل شود یا نه.

روش «آهن سرد» از یک مورد پروژه آزمایشی به یک شرط اجازه‌نامه در تعداد رو به افزایشی از بنادر تبدیل شده است و بسته الکتریکی معمولاً بخشی است که آخرین مورد نوشته می‌شود و کمترین بررسی را می‌پذیرد. این راهنما به این موضوع می‌پردازد که یک ترانسفورماتور تأمین برق ساحلی قرار دهیم برق ساحلی چه شرایطی را در یک لنگرگاه باید تحمل کند، کدام مقادیر باید در مشخصات فنی قرار گیرند، و جزئیات هارمونیک و خوردگی که تصمیم‌گیرنده این هستند که آیا این واحد پس از پانزده سال در معرض هوای نمکی همچنان در حال بهره‌برداری باقی می‌ماند یا خیر.

بار آهن سرد یک بار ساختمانی نیست

کشتی‌ای که در اسکله توقف کرده، موتورهای کمکی خود را خاموش می‌کند و تمام بارها را از ساحل تأمین می‌کند: بار اقامتی، واحد‌های سردکننده (ریفرها)، پمپ‌ها، باله‌برها در کشتی‌های با بارگیری-بارگذاری خودکار، و در کشتی‌های تفریحی کل بار سیستم تهویه مطبوع و آشپزخانه. تقاضای اوج بسیار بالا است و به‌صورت ناگهانی و یک‌باره اعمال می‌شود. ظرفیت طراحی‌شده برای اسکله‌های بزرگ کشتی‌های تفریحی معمولاً حدود ۷٫۲ مگاولت‌آمپر در ولتاژ ۶٫۶ کیلوولت است که معادل تقریبی جریان ثانویهٔ ۶۳۰ آمپر می‌باشد؛ در حالی که ظرفیت اسکله‌های کانتینری با رک‌های سردکننده معمولاً بین ۱٫۵ تا ۳ مگاولت‌آمپر قرار دارد.

این وظیفه از نظری نیز تکرارشونده است که هیچ ترانسفورماتور توزیعی چنین شرایطی را تجربه نمی‌کند. هر اتصال کشتی، ترانسفورماتور اسکله را فعال می‌کند و سپس ترانسفورماتور داخلی خود کشتی را نیز روشن می‌سازد؛ بنابراین پدیدهٔ جریان نوسانی (اینراش) چندین بار در روز رخ می‌دهد و گاهی با کابلی به طول ۲۰۰ تا ۴۰۰ متر بین جعبهٔ اسکله و کشتی. افزودن دمای محیطی ۴۵ درجهٔ سانتی‌گراد در بندرهای خلیج فارس، رطوبت نسبی ۹۰ درصد و عمر طراحی‌شدهٔ ۲۰ تا ۳۰ سال، حاشیهٔ حرارتی که در برگهٔ مشخصات فنی به‌نظر کافی می‌آمد، را بسیار باریک نشان می‌دهد.

 

ولتاژ، فرکانس و تصمیم‌گیری دربارهٔ مبدل

اتصال ساحلی با ولتاژ بالا در استاندارد IEC/IEEE 80005-1 و اصلاحیهٔ ۲۰۲۱ این استاندارد عمدتاً به‌دلیل ایجاد مشکلات در عملیات ناشی از چرخش فاز در رابط کشتی–بندر وجود دارد. نتیجهٔ عملی برای خریدار ترانسفورماتور محدودتر است: جای انگشتی باید ولتاژ و فرکانس مورد انتظار کشتی را تأمین کند و ترانسفورماتور تنها یکی از اجزای این زنجیره است.

سه پیکربندی بیشترین مناقصات را پوشش می‌دهند و هر کدام نیازمند مشخصات ترانسفورماتور متفاوتی هستند.

 

پیکربندی جای انگشتی	وظیفهٔ ترانسفورماتور	تغییرات در مشخصات
شبکهٔ ۶۰ هرتز، ناوگان ۶۰ هرتز	تنها کاهنده، مثلاً از ۳۳ کیلوولت به ۶٫۶ کیلوولت	نزدیک‌ترین حالت به یک واحد توزیع معمولی: امپدانس استاندارد، سیستم خنک‌کنندگی ONAN یا ONAF، رنگ C5-M برای محیط دریایی
شبکهٔ ۵۰ هرتز، ناوگان ۶۰ هرتز	به یک تبدیل‌کنندهٔ ثابت فرکانس تغذیه می‌کند یا روی خروجی تبدیل‌کننده قرار دارد	جریان پر هارمونیک، جریان مستقیم (DC) در خروجی مبدل، افزایش تلفات گردابی و پراکنده، و تجهیزات کمکی مانند فن‌ها و پمپ‌ها در سمت مبدل
شبکهٔ ۵۰ هرتز، ناوگان ۵۰ هرتز (فریترها، کشتی‌های حمل کالا و مسافر)	تنها کاهش‌دهنده، مثلاً از ۱۱ کیلوولت به ۶٫۶ کیلوولت	نسبت ولتاژ و دامنهٔ تنظیم تپ بر اساس ناوگان فعلی، نه ناوگان آینده

 

در جایی که فرکانس‌ها با هم مطابقت دارند، یک ترانسفورماتور تأمین برق ساحلی قرار دهیم ترانسفورماتور توزیع یا توان معمولی با مشخصات غیرمعمول مقاومت در برابر خوردگی است. در جایی که فرکانس‌ها با هم مطابقت ندارند، ترانسفورماتور در پایین‌دست مبدل قرار می‌گیرد و شکل موج آن را از مبدل ارث می‌برد. این حالت دوم جایی است که بیشترین ریسک مهندسی وجود دارد و ارزیابی استاندارد تلفات به‌صورت ناشناس نادرست می‌شود.

 

جایی که هارمونیک‌ها به ترانسفورماتور برخورد می‌کنند

پایانه‌های جلویی یکسوکنندهٔ کشتی منبع هستند. چیدمان شش‌پالسی، هارمونیک‌های مشخصهٔ پنجم و هفتم را تولید می‌کند؛ در حالی که چیدمان دوازده‌پالسی، مرتبه‌های غالب را تا یازدهم و سیزدهم منتقل می‌کند. این جریان‌ها از ترانسفورماتور عبور می‌کنند و تلفات گردابی سیم‌پیچ‌ها تقریباً با مجذور مرتبهٔ هارمونیک افزایش می‌یابد؛ بنابراین هارمونیک‌های یازدهم و سیزدهم به ازای هر آمپر، گرمایش بسیار بیشتری نسبت به مؤلفهٔ اصلی ایجاد می‌کنند.

دو عدد در مشخصات باید ذکر شوند. اولین عدد، میزان مجاز تلفات هارمونیک است که یا به‌صورت عامل K و یا به‌صورت طیف هارمونیکی مشخصی بیان می‌شود که دستگاه باید در جریان نامی خود بدون تجاوز از افزایش دمای تعیین‌شده، قادر به تحمل آن باشد. دومین عدد، حد مجاز اعوجاج ولتاژ در نقطهٔ اتصال مشترک است که محدودیت‌های هارمونیک IEEE 519 برای سیستم‌هایی با ولتاژ بین ۱ کیلوولت تا ۶۹ کیلوولت، حداکثر اعوجاج هارمونیک کل را ۵٪ تعیین می‌کند. ولتاژ ۶٫۶ کیلوولتی ایستگاه بارگیری دقیقاً در این محدوده قرار دارد.

این بخشی است که در اکثر مشخصات پورت نادیده گرفته می‌شود. افزایش امپدانس ترانسفورماتور برای کنترل جریان اتصال کوتاه، همچنین اعوجاج ولتاژ را برای همان جریان هارمونیک افزایش می‌دهد، زیرا بخش بیشتری از این اعوجاج روی خود ترانسفورماتور ظاهر می‌شود. امپدانس، تعداد پالس‌های کانورتر و طراحی فیلتر باید به‌صورت هماهنگ انتخاب شوند. هنگامی که درخواستی برای یک جای اندازه‌گیری با امپدانس ۸ درصد، کانورتر دوازده‌پالسی و بدون فیلتر دریافت می‌شود، ما این ترکیب را پیش از ارائه نقل‌قول علامت‌گذاری می‌کنیم.

 

نمک، رطوبت و محیط جای اندازه‌گیری

جای اندازه‌گیری مکانی ساحلی است که دارای جوی بسیار خورنده است: مه نمکی، رطوبت ناشی از مد و جزر، دود اگزوز دیزلی و شست‌وشوی با آب از طریق لوله در نزدیکی ساختمان ایستگاه. برای نصب در فضای باز روی جتی، سیستم رنگ‌آمیزی باید مطابق با استاندارد ISO 12944 سطح C5-M تعیین شود؛ برای قطعات ثابتِ بیرونی از فولاد ضدزنگ ۳۱۶ و برای پایه مخزن از ماده‌ای استفاده شود که در نقاط لنگرگیری زنگ نزند. قاب‌های پایه با روکش گالوانیزه غوطه‌وری گرم رایج هستند و ما ضخامت روکش را بر حسب میکرومتر (نه نام رنگ) درخواست می‌کنیم.

پوشش و سیستم خنک‌کننده از محل نصب ترانسفورماتور تعیین می‌شوند. واحدهای غوطه‌ور در روغن برای نصب روی پد بیرونی کنار جای ایستگاه مناسب‌اند؛ در مقابل، واحدهای رزینی خشک برای نصب در ساختمان ترمینال داخلی مناسب‌اند، زیرا بار آتش‌زا و نحوه عبور کابل‌ها در این حالت، استفاده از واحدهای بدون مایع را ترجیح می‌دهند. در هر دو حالت، حداقل درجه حفاظت IP54، گرم‌کننده‌های ضد شبنم در بخش ولتاژ پایین و طبقه افزایش دما را مشخص کنید که نسبت به دمای محیطی محل نصب (نه دمای پیش‌فرض ۴۰ درجه سانتی‌گراد در کاتالوگ) قابل اعمال باشد.

یک جزئیات مهم که از ابتدا مطرح می‌شود — چون در صورت انجام دیرهنگام، هزینه‌بر خواهد بود — خرابی فن است. ترانسفورماتور نوع ONAF که ظرفیت کامل جای ایستگاه را با روشن بودن فن‌ها تأمین می‌کند، در صورت قفل‌شدن موتور یکی از فن‌ها در ماه اوت، ۲۵ تا ۳۰ درصد از ظرفیت خود را از دست می‌دهد. بنابراین یا یک سیستم هشدار گروهی فن را که به سیستم نظارتی بندر متصل است مشخص کنید، یا ظرفیت ONAN را بر اساس بار واقعی و پیوسته تنظیم کنید و مرحله خنک‌کنندگی اجباری را به‌عنوان ظرفیت اضافی برای بار اوج هتل در نظر بگیرید.

 

 

 

چه چیزی در ترانسفورماتور تأمین برق ساحلی قرار دهیم مشخصات فنی

جدول زیر حداقل مجموعه‌داده‌هایی است که پیش از تعیین قیمت نهایی پیشنهاد عرضهٔ جای انگشتی (برت) مورد نیاز است. در صورت عدم ارائهٔ اطلاعاتی در سطرهای مشخص‌شده، فرض‌هایی جایگزین آن‌ها در نظر گرفته می‌شوند و این فرض‌ها در نهایت به‌صورت دستورات تغییر (چنج اُردر) بازخورد داده می‌شوند. در مواردی که سطری نیز در استاندارد IEC/IEEE 80005-1 آمده باشد، شمارهٔ بند مربوطه را در کنار آن ذکر کنید تا تأمین‌کننده و بازرس بندر هر دو به یک الزام واحد ارجاع دهند.

 

پارامتر	نیازمندی معمول جای انگشتی	چرا این موضوع اهمیت دارد
توان نامی	۷٫۲ مگاولت‌آمپر برای هر جای انگشتی کروزی؛ ۱٫۵ تا ۳ مگاولت‌آمپر برای هر جای انگشتی کانتینری	کل طراحی حرارتی و اندازهٔ کابل از جعبهٔ جای انگشتی را تعیین می‌کند
نسبة ولتاژ	ولتاژ اولیهٔ ۳۳ کیلوولت یا ۱۱ کیلوولت و ولتاژ ثانویهٔ ۶٫۶ کیلوولت یا ۱۱ کیلوولت	باید با تابلوی برق کشتی، نه با شبکهٔ برق بندر، هماهنگ باشد
فرکانس	۶۰ هرتز برای ناوگان‌های ۶۰ هرتزی و ۵۰ هرتز برای ناوگان‌های ۵۰ هرتزی؛ در موارد تفاوت، از مبدل استفاده می‌شود	تعیین می‌کند که آیا مبدل و طیف هارمونیک‌های آن در طراحی لحاظ می‌شوند یا خیر
مقاومت	معمولاً ۶ تا ۸ درصد؛ هماهنگ‌شده با سطح خطای شبکه	در صورت کم‌بودن، جریان خطای بسیار بالایی به تابلوی برق کشتی وارد می‌شود؛ و در صورت زیاد بودن، اعوجاج ولتاژ افزایش می‌یابد
وظیفه هارمونیک	طیف اعلام‌شده یا ضریب K، با نویز هارمونیک ۵ درصد در نقطه اتصال مشترک (PCC)	جلوگیری از ایجاد نقاط داغ در پیچش‌ها که هیچ آزمون استاندارد اتلاف انرژی قادر به آشکارسازی آن‌ها نیست
خنک‌سازی	روش خنک‌کنندگی ONAN با مرحله ONAF و هشدار فن به سیستم کنترل و نظارت اتوماتیک بندر (SCADA)	حفظ وضعیت عملیاتی جایگاه بارگیری در صورت خرابی یکی از فن‌ها
خرابی	پوشش رنگی C5-M مطابق استاندارد ISO 12944، پیچ‌و‌مهره‌های ضدزنگ از جنس فولاد زنگ‌نزن ۳۱۶، درجه حفاظت IP54	پانزده سال قرارگیری در محیط هوای شور، آزمون واقعی پذیرش است
آزمایش‌ها	آزمون‌های دوره‌ای، آزمون افزایش دما، اندازه‌گیری تخلیه جزئی (PD) برای ترانسفورماتورهای رزینی ریخته‌گری‌شده	ارائه معیاری برای مقایسه توسط بندر در مناقصه‌های بعدی

 

 

رویکرد رایان به بررسی درخواست جایگاه بارگیری

ما ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن و رزینی ریخته‌گری‌شده را در یک کارخانه به مساحت ۱۲۰۰۰۰ مترمربع تولید می‌کنیم که مجهز به بیش از ۱۸۰ مجموعه تجهیزات تولیدی و آزمایشی است، با پشتوانه‌ای از ۳۷ اختراع ثبت‌شده، و از سال ۲۰۲۳ به‌عنوان شریک مشترک در یک اتحاد تجاری با شرکت ایتون فعالیت می‌کنیم. این موضوع از نظر مهندسی کمتر اهمیت دارد، اما به این معناست که هر درخواستی برای جایگاه بارگیری به افرادی می‌رسد که پیش از این درباره امپدانس بحث و تبادل نظر کرده‌اند.

برای ناوگان ترکیبی، گزینهٔ مفید، استفاده از ولتاژ ثانویهٔ دوگانه با انتخاب پیوند خارج از مدار است؛ بنابراین یک طراحی واحد، کشتی‌های ۶٫۶ کیلوولتی و ۱۱ کیلوولتی را بدون نیاز به نگهداری یک واحد اضافی در محل پوشش می‌دهد. پیوندهای تنظیم‌کنندهٔ خارج از مدار همچنین ارزان‌ترین راه برای پوشش ولتاژ شبکه‌ای است که از مقدار مشخص‌شده در نقشه انحراف پیدا کرده‌است. هر دستگاه پس از انجام آزمون‌های معمولی که مقادیر اندازه‌گیری‌شدهٔ آن‌ها ثبت شده‌اند، اجرای آزمون افزایش دما در جریان نامی و عکس‌برداری از پلاک شناسایی قبل از بسته‌بندی، تحویل داده می‌شود؛ زیرا پلاک شناسایی اولین چیزی است که بازرس بندر پس از رسیدن کشتی بررسی می‌کند.

رابط اتصال ساحلی ولتاژ بالا جایی است که بیشترین بحث‌ها رخ می‌دهد و معمولاً این بحث‌ها بین سه طرفی انجام می‌شود که هرگز با یکدیگر ملاقات نمی‌کنند: مشاور برق بندر، مدیر فنی کشتی و تأمین‌کننده ترانسفورماتور. ما در ابتدا از شما نقشه تک‌خطی کشتی را درخواست می‌کنیم. یک مبدل دوازده‌پالسی روی کشتی، بار هارمونیکی سیم‌پیچ ما را تغییر می‌دهد و کشتی‌ای که تابلوی توزیع ۶٫۶ کیلوولتی و ژنراتور ۶۰ هرتزی دارد، بدون استفاده از مبدل نمی‌تواند توسط یک جایگاه ۵۰ هرتزی تأمین شود، حتی اگر ظرفیت ترانسفورماتور در مدار به نظر بسیار مناسب بیاید.

اگر در حال نوشتن مشخصات فنی یک جایگاه هستید، لطفاً ترکیب ناوگان، ولتاژ و فرکانس شبکه و سطح جریان اتصال کوتاه در جعبه جایگاه را برای ما ارسال کنید. این سه ورودی بیش از هر صفحه دیگری از مستندات مناقصه، بر روی ترانسفورماتور تأمین برق ساحلی قرار دهیم تأثیر می‌گذارند و معمولاً این سه مورد آخرین‌ها هستند که ارسال می‌شوند. مهندسان ما با ارائه ظرفیت پیشنهادی، امپدانس توصیه‌شده و محدودیت هارمونیکی به‌صورت کتبی پاسخ خواهند داد تا بتوان بسته الکتریکی را قبل از اجرای کارهای عمرانی بررسی کرد.

درباره نویسنده این مقاله توسط تیم مهندسی شرکت رایان الکتریک (شرکت الکتریک جیانگسو رایان، محدوده) تهیه شده است که یک سازنده ترانسفورماتور است و در سال ۲۰۰۷ تأسیس شده و از سال ۲۰۲۳ شریک مشترک اتون بوده است. این تیم ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن، رزین ریخته‌گری‌شده و نصب‌شده روی پد را برای پروژه‌های بنادر، مراکز داده، شرکت‌های تأمین انرژی و صنعتی طراحی می‌کند و پیش از ارسال مناقصه، از مشتریان در بررسی مشخصات فنی حمایت می‌کند. برای درخواست اطلاعات دربارهٔ جایگاه‌ها، با آدرس [email protected] تماس بگیرید.