Partnervillamosítási transzformátor kiválasztása: 6,6 kV-os és 11 kV-os dokkolóhelyekhez szükséges hideg vasalás ellátásának megadása

 

 

A pályázat húsz oldalnyi építőmérnöki munkát és egyetlen sort tartalmazott az elektromos környezetről: 6,6 kV-os kikötői áramellátás szállítása és telepítése. Megkérdeztük a kikötő elektromos mérnökét, hogy milyen frekvencián üzemelnek a látogató hajók. Egy rövid szünet következett, majd a válasz: bármilyen, ami szokásos. Ez az egyetlen megválaszolatlan kérdés dönti el a dokkáram-transzformátor értékelését, hogy a dokkolóhelyre egyáltalán szükség van-e statikus frekvenciaátalakítóra, és hogy egy tengerjáró hajó valóban csatlakoztatható-e érkezéskor.

A hidegvasalás („cold ironing”) egyre több kikötőben áttért egy pilótprogram részét képező tételekről egy engedélyezési feltételre, és az elektromos csomagot általában utoljára írják meg és legkevésbé vizsgálják felül. Ez az útmutató azt tárgyalja, hogy egy dokkáram-transzformátor kikötői áramellátási rendszernek milyen körülményeket kell elviselnie egy dokkolóhelyen, milyen értékek tartoznak a műszaki leírásba, és milyen harmonikus és korróziós részletek döntik el, hogy az egység tizenöt évnyi sós levegő után is üzemképes marad-e.

A hidegvasalási terhelés nem egy épületi terhelés

Egy kikötőben álló hajó leállítja segédmotorjait, és minden szükséges energiát a parttól kap: szállodai terhelést, hűtőkonténereket, szivattyúkat, önmagát rakodó hajók darujait, illetve egy utasszállító hajón az egész légtechnikai és konyhai terhelést. A csúcsterhelés nagy, és egyszerre lép be. Egy nagy utasszállító hajókikötőt általában 7,2 MVA teljesítményre és 6,6 kV feszültségre terveznek, ami kb. 630 A másodlagos áramot jelent, míg egy konténerkikötő hűtőkonténer-rácsokkal 1,5–3 MVA közötti teljesítményre számít.

A terhelés emellett ismétlődő jellegű is – olyan módon, amit egy elosztótranszformátor soha nem tapasztal. Minden hajókapcsolatnál a transzformátorra és a hajó saját transzformátorára is rákapcsolódik a feszültség, így a bekapcsolási áram többször is naponta fellép, néha akár 200–400 méteres kábel is van a kikötői csatlakozódoboz és a hajó között. Adjuk hozzá a tengeri kikötők 45 °C-os környezeti hőmérsékletét, a 90%-os relatív páratartalmat, valamint a 20–30 év tervezett élettartamot, és a gyári adatlapokon még bőven elegendőnek tűnő hőmérsékleti tartalék kezd vékonynak látszani.

 

Feszültség, frekvencia és a konverter választása

A magasfeszültségű partoldali csatlakozás szabványosítva van IEC/IEEE 80005-1 , és a szabvány 2021-es módosítása lényegében azért jött létre, mert a hajó–kikötő kapcsolat fázisforgása üzemzavarokat okozott. A transzformátor-vásárló számára a gyakorlati tanulság szűkebb: a kikötői helynek olyan feszültséget és frekvenciát kell szolgáltatnia, amire a hajó számít, és a transzformátor csupán ennek a láncnak egy eleme.

Három konfiguráció fed le a legtöbb pályázatot, és mindegyik más-más transzformátor-specifikációt igényel.

 

Kikötői hely konfigurációja	Transzformátor üzemi feladata	Mi változik a specifikációban
60 Hz-es hálózat, 60 Hz-es flotta	Csak lefelé transzformáló, pl. 33 kV-ról 6,6 kV-ra	Leginkább egy normál elosztó egységhez hasonló: szokásos impedancia, ONAN vagy ONAF hűtés, C5-M festék a tengeri légkörhöz
50 Hz-es hálózat, 60 Hz-es flotta	Statikus frekvenciaátalakítót táplál, vagy a konverter kimenetén helyezkedik el	Gazdag harmonikus összetevőjű áram, egyenáramú eltolódás a konverter kimenetén, magasabb örvényáramos és szórt veszteségek, a konverter oldalán működő ventilátorok és szivattyúk segédberendezései
50 Hz-es hálózat, 50 Hz-es flotta (kompként vagy roll-on/roll-off hajóként üzemelő hajók)	Csak lefelé transzformáló, például 11 kV-ról 6,6 kV-ra	A feszültségarány és a szabályozási tartomány a tényleges flottához igazított, nem egy jövőbeli flottához

 

Ahol a frekvenciák megegyeznek, egy dokkáram-transzformátor egy hagyományos elosztó- vagy teljesítménytranszformátor, amelynek különleges korrózióállósági előírásai vannak. Ott, ahol a frekvenciák nem egyeznek meg, a transzformátor a konverter után, annak kimenete után helyezkedik el, és így örökli annak hullámformáját. Ez az utóbbi eset jelenti a legnagyobb mérnöki kockázatot, és itt válik csendesen helytelenné egy szokványos veszteségértékelés.

 

Ahol a harmonikusok találkoznak a transzformátorral

A hajóáramellátók egyenirányító-előtetelek a források. A hatfázisú kapcsolás jellemző 5. és 7. harmonikusokat eredményez; a tizenkétfázisú kapcsolás a domináns rendeket az 11. és 13. harmonikusig tolja ki. Ezek az áramok áthaladnak a transzformátoron, és a tekercsek örvényáram-veszteségei kb. a harmonikus rend négyzetével nőnek, ezért az 11. és 13. harmonikusok amperenként jóval több hőt termelnek, mint az alapharmonikus.

Két számot kell megadni a műszaki leírásban. Az első egy harmonikus veszteség-engedélyezés, amelyet vagy K-tényezőként, vagy olyan megadott harmonikus spektrumként fejeznek ki, amelyet az egységnek névleges áramerősségnél képes elviselni anélkül, hogy túllépné a megengedett hőmérséklet-emelkedést. A második a feszültségtorzulás-határ a közös csatlakozási ponton, ahol Az IEEE 519 harmonikus korlátozásai 1 kV és 69 kV közötti rendszerek esetén 5 % teljes harmonikus torzulást állapítanak meg. Egy 6,6 kV-os dokkolóhely pontosan ebbe a tartományba esik.

Ez a rész az, amit a legtöbb kikötői szabvány elmulaszt. A transzformátor impedanciájának növelése a rövidzárlati áram korlátozására egyidejűleg növeli a feszültségtorzulást ugyanazon harmonikus áram mellett, mert a torzulás nagyobb része a transzformátoron jelenik meg. Az impedancia, a konverter impulzusszáma és a szűrőtervezés egységesen kell, hogy legyen kiválasztva. Amikor egy dokkolási kérelem érkezik 8%-os impedanciával, tizenkét impulzusos konverterrel és szűrő nélkül, akkor ezt a kombinációt már az ajánlat elkészítése előtt figyelmeztetésként kezeljük.

 

Só, páratartalom és a dokkolási környezet

Egy dokkolási hely egy part menti település, különösen agresszív légkörrel: sóköd, árapály-páratartalom, dízelkibocsátás és a terminálépület közelében végzett vízzel való lemosás. Kültéri dokktelepítés esetén a festékrendszernek meg kell felelnie az ISO 12944 C5-M szabványnak, a kitett rögzítőelemekhez 316-os rozsdamentes acél szükséges, és a tartály alapja nem szabad, hogy átrohadjon a rögzítési pontoknál. A meleg–merítéses cinkbevonatos alapkeretek gyakoriak, és mi a bevonat vastagságát mikrométerben, nem pedig színnevekben kérjük.

A burkolat és a hűtés a helyezéstől függ. Az olajban üzemelő egységek kültéri, dokk melletti alapra valók; a műgyantával öntött száraz típusú egységek pedig belső térbe, a terminálépületbe valók, ahol a tűzterhelés és a kábelvezetés miatt előnyös egy folyadékmentes egység alkalmazása. Mindkét esetben legalább IP54 védettséget, az alacsonyfeszültségű rekeszben kondenzáció elleni fűtőelemeket, valamint olyan hőemelkedés-osztályt kell megadni, amely a telephelyi környezeti hőmérsékletre vonatkozik, nem pedig a katalógusban szereplő alapértelmezett 40 °C-ra.

Egy részletet korán említünk, mert később drágább javítani: a hűtőventilátorok meghibásodása. Egy ONAF üzemmódú transzformátor, amelynek névleges teljesítménye a teljes dokkterhelésre van méretezve a ventilátorok működése mellett, 25–30%-os teljesítménycsökkenést szenved, ha egy ventilátormotor augusztusban leáll. Vagy adjon meg egy ventilátorcsoport-riasztót, amelyet a kikötő figyelőrendszeréhez kötnek, vagy méretezze az ONAN üzemmódú névleges teljesítményt a valóságos folyamatos terhelésre, és kezelje a kényszerhűtéses üzemmódot csúcsterhelésre (pl. szálloda) fenntartott tartalékként.

 

 

 

Mit tegyünk bele Dokkáram-transzformátor Műszaki adatok

Az alábbi táblázat a kikötői dokkra vonatkozó árajánlat megfelelő megbecsüléséhez szükséges minimális adatkészletet tartalmazza. Hiányzó sorok esetén feltételezésekre épül az árajánlat, amelyek később módosítási igényként jelennek meg. Amennyiben egy sor szerepel az IEC/IEEE 80005-1 szabványban is, akkor a szabvány megfelelő pontját jelezze mellette, hogy a szállító és a kikötői felügyelő ugyanarra a követelményre hivatkozzanak.

 

Paraméter	Tipikus dokk-követelmény	Miért fontos ez
Nominális teljesítmény	7,2 MVA kruizerkikötőnként; 1,5–3 MVA konténerkikötőnként	Meghatározza a teljes hőmérsékleti tervezést és a dokkdoboztól induló kábel méretét
Feszültségi arány	33 kV vagy 11 kV elsődleges feszültség 6,6 kV vagy 11 kV másodlagos feszültségre	A hajó kapcsolótáblájához kell igazodnia, nem a kikötői hálózathoz
Frekvencia	60 Hz-es flottához 60 Hz, 50 Hz-es flottához 50 Hz; frekvenciaváltó ott, ahol eltérés van	Eldönti, hogy frekvenciaváltó és annak harmonikus spektruma bekerül-e a tervezésbe
Impedancia	tipikusan 6–8 %, összehangolva a rövidzárlati szinttel	Túl alacsony érték esetén a hajó kapcsolótáblája túlzott rövidzárlati áramot észlel; túl magas érték esetén a feszültségtorzulás növekszik
Harmonikus terhelés	Megadott spektrum vagy K-tényező, 5 % THDv a PCC-nél	Megakadályozza a tekercsek túlmelegedését, amelyet egyetlen szokásos veszteségmérés sem mutatna ki
Hűtés	ONAN üzemmód ONAF fokozattal, ventilátor-riasztás a SCADA-portra	Lehetővé teszi a kikötői helyszín folyamatos üzemeltetését ventilátor-hiba esetén
Korrózió	C5-M festék az ISO 12944 szabvány szerint, 316-os rozsdamentes rögzítőelemek, IP54 védettség	Tizenöt évnyi sós levegő a valódi elfogadási vizsgálat
Tesztek	Rutinpróbák, hőmérséklet-emelkedés mérése, parazitikus kisülés (PD) mérése öntött gyanta transzformátoroknál	A kikötőnek összehasonlítási alapot nyújt a következő pályázathoz

 

 

Ryan megközelítése egy kikötői helyszínre vonatkozó lekérdezésnél

Folyadékkal hűtött és öntött gyanta egységeket gyártunk egy 120 000 m²-es gyárban, amelyben több mint 180 darab gyártó- és vizsgálóberendezés áll rendelkezésre, 37 szabadalom támogatásával; 2023 óta Eaton közös vállalkozási partnere vagyunk. Ez kevésbé fontos, mint a műszaki beszélgetés, de azt jelenti, hogy egy kikötői helyszínre vonatkozó lekérdezés olyan szakemberekhez jut el, akik már korábban vitáztak az impedanciáról.

Vegyes flották esetén a hasznos megoldás a kettős másodlagos feszültség és az áramkörön kívüli kapcsolási lehetőség, így egyetlen kialakítás alkalmas 6,6 kV-os és 11 kV-os hajókra anélkül, hogy egy második tartalék egységet kellene a helyszínre szállítani. Az áramkörön kívüli feszültség-szabályozó kapcsolók (tap links) egyben a legolcsóbb módja annak, hogy lefedjük azt az esetet, amikor a hálózati feszültség eltér a tervrajzon szereplő értéktől. Minden egység a gyártóhelyről olyan dokumentumokkal indul el, amelyek tartalmazzák a rutinpróbák mért értékeit, a névleges áramerősségnél végzett hőmérséklet-emelkedési vizsgálat eredményét, valamint a névleges táblacskáról készült fényképet, amelyet a csomagolás előtt készítenek – hiszen a névleges táblacskát a kikötői ellenőr elsőként olvassa el érkezéskor.

A nagyfeszültségű kikötői csatlakozási interfész az a hely, ahol a legtöbb vita zajlik, és általában három olyan fél között, akik sosem találkoznak: a kikötő elektromos tanácsadója, a hajó technikai menedzsere és a transzformátor-szolgáltató. Korán kérjük a hajó egyvonalas kapcsolási rajzát. Egy tizenkét impulzusos átalakító a hajón megváltoztatja a harmonikus terhelést a tekercsünkön, és egy 6,6 kV-os kapcsolószekrényű és 60 Hz-es generátorral rendelkező hajót nem lehet 50 Hz-es dokkolóhellyel ellátni átalakító nélkül – bármilyen nagynak is tűnik a transzformátor névleges teljesítménye papíron.

Ha jelenleg dokkolóhely-specifikációt ír, küldje el nekünk a flotta összetételét, a hálózati feszültséget és frekvenciát, valamint a rövidzárlati szintet a dokkolóhelyi doboznál. Ezek a három adat többet döntenek a dokkáram-transzformátor ról, mint bármely más oldal a pályázati dokumentumban, és általában ezek érkeznek be utoljára. Mérnökeink írásban visszajelzést adnak a névleges teljesítményről, az impedancia-ajánlásról és a harmonikus engedélyezésről, így az elektromos csomagot a földmunkák megkezdése előtt át lehet tekinteni.

A szerzőről ezt a cikket a Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) mérnöki csapata készítette, egy 2007-ben alapított transzformátor-gyártó vállalat, amely 2023 óta az Eaton közös vállalkozási partnere. A csapat olajban hűtött, öntött gyantás és padmount transzformátorokat tervez kikötői, adatközponti, közmű- és ipari projektekhez, és támogatja az ügyfeleket a pályázat előtti specifikáció-áttekintés során. A dokkolási kérdésekkel kapcsolatban írjon a [email protected] címre.