Guida alla scelta del trasformatore per aeroporti: alimentazione dell'illuminazione delle piste, dei carichi del terminal e della ricarica dei veicoli elettrici di assistenza a terra

Un gestore di assistenza a terra nel Sud-Est asiatico ha sostituito 24 trattori diesel per bagagli con unità elettriche e le ha collegate a un gruppo di ricarica alimentato dalla cabina di trasformazione dell’area di parcheggio aeromobili. Una stagione dopo, il trasformatore da 1.000 kVA trasformatore aeroportuale in tale cabina di trasformazione funzionava a temperatura più elevata durante la notte, mentre il terminal era quasi inattivo, rispetto al picco mattutino. Nulla aveva subito guasti. Lo spettro della corrente dei caricabatterie non era mai stato incluso nelle specifiche.

Questo schema si riscontra nella maggior parte delle richieste di preventivo relative all’elettrificazione che elaboriamo. Un trasformatore aeroportuale non è un singolo carico con un unico compito. È inserito all'interno di tre sistemi elettrici che si comportano in modo completamente diverso: una rete di illuminazione aeroportuale basata su circuiti in serie, un terminal pieno di gruppi frigoriferi, nastri trasportatori e sistemi di sicurezza, e un piazzale affollato da attrezzature alimentate a batteria che devono essere ricaricate entro la finestra di sosta.

 

 

 

Tre famiglie di carico, tre risposte diverse per un trasformatore aeroportuale

Iniziamo dall'area aeroportuale, dove le prassi aeroportuali si discostano dal lavoro industriale ordinario. L'FAA mantiene l'insieme di riferimento pubblico sulla sua pagina di standard per la progettazione e l'ingegneria aeroportuale , e gran parte di esso riguarda l'illuminazione: piste, vie di rullaggio, segnaletica, fanali e apparecchiature di controllo ad esse collegate, tutte su circuiti in serie alimentati da regolatori di corrente costante.

Il secondo ambito è quello commerciale. L'IATA stima che le attrezzature di terra elettriche (GSE) producano il 35–52% in meno di CO2 e 5,5–8,3 dB in meno di rumore per ogni sosta rispetto alle attrezzature diesel, e pubblica una pagina del programma GSE elettrico per gli operatori che pianificano la transizione. I programmi climatici aeroportuali sono diventati il meccanismo di applicazione: Airport Carbon Accreditation elencata più di 650 aeroporti certificati e i suoi livelli superiori richiedono azioni documentate da parte di terzi, inclusi i gestori a terra.

La terza famiglia è il terminal stesso: gruppi frigoriferi e sistemi di trattamento aria, sistemi di movimentazione bagagli, sistemi di controllo sicurezza, ascensori, imbarcaderi, e locali IT e telecomunicazioni, su cui dipende tutto il resto. Riunendo le tre famiglie in un’unica tabella, risulta facile capire perché una singola specifica continua a non essere soddisfatta sul campo.

Famiglia carichi	Ciò che determina la classificazione	Ciò che di solito viene trascurato
Illuminazione aeroportuale (circuiti in serie alimentati da regolatori)	Funzionamento del regolatore a ogni livello di regolazione della luminosità, oltre alla concentrazione monofase	Tolleranza alle armoniche sull’intero intervallo di regolazione della luminosità, ventilazione degli ambienti tecnici, limite acustico
Sistemi terminali e per il bagaglio	Richiesta coincidente di refrigeratori, nastri trasportatori e sistemi IT con ridondanza N+1	Classe di aumento di temperatura a spirale in un ambiente confinato, coordinamento dei guasti tra generatore e alimentazione
Ricarica su piazzale e per i mezzi di servizio aeroportuale (GSE)	Richiesta coincidente dei caricabatterie dopo la gestione del carico	Spettro della corrente dei caricabatterie, schema di gestione del carico, margine di distorsione

 

Impianto di illuminazione aeroportuale: perché il trasformatore di alimentazione merita un’analisi dedicata

L’illuminazione di pista e vie di rullaggio non costituisce un carico concentrato. Ogni tratto è un circuito in serie comandato da un regolatore di corrente costante a 6,6 A nominali; per alcune applicazioni ad alta intensità si utilizzano circuiti da 20 A. Ogni apparecchio di illuminazione è dotato di un proprio trasformatore di isolamento serie-serie, pertanto un singolo circuito può alimentare centinaia di piccoli trasformatori anziché un unico trasformatore di grandi dimensioni. L’FAA disciplina i trasformatori di isolamento nella circolare AC 150/5345-47 e i regolatori nella circolare AC 150/5345-10.

Nessuno di quei componenti hardware è un problema per il trasformatore. Il problema del trasformatore è rappresentato dall’aspetto del regolatore visto dal lato primario, e tre caratteristiche di quest’ultimo devono figurare nella specifica.

• La regolazione della luminosità modifica la forma d’onda, non soltanto l’ampiezza. I regolatori a controllo di fase producono una corrente primaria distorta, il cui contenuto armonico è peggiore in corrispondenza di basse potenze in uscita; pertanto, un’unità specificata esclusivamente sulla base dei dati a piena luminosità risulta sottospecificata per le ore trascorse al 10 percento.
• Un regolatore corrisponde a una fase. Un regolatore da decine di chilowatt è collegato a una singola fase, quindi un trasformatore che alimenta diversi regolatori può sopportare un carico fortemente squilibrato, e il riscaldamento dovuto alle correnti di sequenza negativa non risulta rilevabile su un termometro a olio superiore.
• Il regolatore segue un riferimento. La regolazione della tensione sul lato primario si traduce direttamente nella capacità del regolatore di mantenere il valore impostato; ecco perché una cabina illuminotecnica merita generalmente un’alimentazione dedicata, anziché un prelievo da un trasformatore con carichi misti.

Il gradino di regolazione della luminosità che la maggior parte delle specifiche dimentica

Chiedere i dati armonici della corrente di ingresso del regolatore a carico minimo, intermedio e massimo, quindi specificare un fattore K o una tolleranza documentata per le perdite armoniche basata sul caso peggiore tra i tre. I trasformatori in vault sono normalmente installati in locali piccoli con flusso d'aria limitato, quindi una progettazione con incremento medio della temperatura degli avvolgimenti di 55 °C, abbinata a un piano di ventilazione, costa generalmente meno rispetto all'adozione di un telaio di dimensioni superiori.

Il rumore è l'altro vincolo che spesso causa problemi nei progetti aeroportuali. Quando un vault condivide una parete con un terminal, un edificio operativo o una torre di controllo, il limite in decibel deve essere indicato nell'ordine, non sollevato come reclamo dopo la messa in servizio. La progettazione a basso rumore viene definita già nella fase di preventivo e non può essere applicata successivamente.

 

 

 

Dimensionamento dell'area di sosta per la ricarica delle attrezzature elettriche di assistenza a terra

Le attrezzature di assistenza a terra rappresentano la componente di carico aeroportuale a più rapida evoluzione. I trattori per bagagli e i caricabagagli sono normalmente alimentati da unità CA appartenenti alla classe da 20 a 43 kW, mentre i rimorchiatori e le attrezzature più pesanti attrezzature elettriche di assistenza a terra passare ai caricabatterie in corrente continua da 60 kW in su. Il valore che determina la potenza del trasformatore non è la somma delle potenze nominali dei caricabatterie, bensì la domanda coincidente dopo la gestione del carico.

Si consideri un deposito dotato di 12 caricabatterie in corrente continua da 60 kW ciascuno, per una potenza connessa complessiva di 720 kW. Con uno schema di gestione del carico che limita il gruppo a 400 kW, il calcolo risulta: 400 kW ÷ fattore di potenza 0,92 ≈ 435 kVA, più un margine del 25 percento per la distorsione in ingresso dei caricabatterie e l’inefficienza a carico parziale, arrivando così a circa 545 kVA. Un trasformatore da 630 kVA è quindi sufficiente. Se invece si dimensionasse in base alla potenza nominale connessa, lo stesso deposito riceverebbe un preventivo per un trasformatore da 1.000 kVA: quasi il doppio del rame, del nucleo e delle perdite a vuoto, per una potenza di picco che il controller di ricarica impedisce già di raggiungere. Il trasformatore di distribuzione terminale , il controller di ricarica e il calendario turni dell’aeroporto devono pertanto essere specificati congiuntamente, poiché la gestione del carico funziona soltanto se il programma di ricarica è allineato al funzionamento dell’area di manovra.

I caricabatterie con front-end sono carichi non lineari. Un front-end a sei impulsi senza filtraggio assorbe uno spettro di corrente dominato dalle armoniche quinta e settima, che riscaldano gli avvolgimenti e l’acciaio del serbatoio in modi non rilevabili da un modello a 60 Hz. Il calcolo del fattore K è lo stesso utilizzato per qualsiasi carico con molti azionamenti: il valore K è la somma, su tutti gli ordini armonici, del quadrato della corrente armonica in per-unit moltiplicato per il quadrato del suo ordine; pertanto, un’armonica quinta al 25 % contribuisce da sola con 0,25² × 5² = 6,25 per unità di perdita per correnti parassite. Un front-end attivo evita in larga misura questo problema, motivo per cui richiediamo il datasheet del caricabatterie anziché la targhetta identificativa.

Un dettaglio relativo alla protezione anteriore determina l’involucro più che la potenza in kVA. I punti di ricarica sono solitamente chioschi esterni o unità installate su basamento, e nel Golfo o nel Sahel ciò significa un’aria ambiente di progetto a 50 °C, con calore radiante proveniente dal calcestruzzo e polvere trasportata dal vento. Trasformatori specificati per siti caldi e polverosi seguono regole diverse rispetto a un’unità installata in una stanza elettrica climatizzata.

 

Stazioni di trasformazione terminali: certificazione, efficienza e scadenza al 2029

Le sale elettriche terminali sono generalmente realizzate come stazioni di trasformazione a doppia alimentazione, con due linee di alimentazione e un collegamento tra i due sbaramenti (bus tie), nonché con ridondanza N+1 o 2N per i quadri di filtraggio, IT e telecomunicazioni. Le unità interne sono normalmente di tipo a secco con resina colata, il che elimina la necessità di contenimento dell’olio, vasche di raccolta (bunding) e separazione antincendio nella progettazione.

Per i progetti nordamericani, la questione dell’efficienza ora ha una data associata. Il programma statunitense dei Dipartimenti dell’Energia per gli standard sui trasformatori di distribuzione distribution transformer standards programme definisce con precisione la classe di prodotto: tensione di ingresso pari a 34,5 kV o inferiore, tensione di uscita pari a 600 V o inferiore, funzionamento a 60 Hz e potenza nominale compresa tra 10 e 2.500 kVA per le unità ad immersione in liquido oppure tra 15 e 2.500 kVA per le unità a secco. I suoi standard modificati si applicano alle unità prodotte a partire dal 23 aprile 2029; pertanto, una specifica redatta nel 2026 con i precedenti valori di perdita dovrà essere rielaborata prima della consegna prevista per il 2029.

I requisiti generali di base per le unità ad immersione in liquido sono IEEE C57.12.00-2021 , che si applica ai trasformatori con tensione massima di avvolgimento pari o superiore a 601 V e, altrettanto utilmente, specifica anche ciò che esclude: i trasformatori per strumenti, raddrizzatori, forni ad arco, speciali, di messa a terra, mobili e per miniere sono tutti esclusi. Un marchio di certificazione e una norma di progettazione costituiscono due prove distinte che un’autorità incaricata della messa in servizio richiederà.

Un particolare terminale che continua a far lievitare i costi dei progetti è la generazione di riserva. Un trasformatore di distribuzione terminale sistema coordinato rispetto a una fonte di rete si comporta in modo diverso quando un generatore supporta il carico, poiché la corrente di cortocircuito disponibile è molto più bassa. I parametri di protezione e la capacità di sopportare guasti in transito devono essere riesaminati alla luce della fonte più debole.

 

Cosa inserire nella richiesta di offerta (RFQ)

Questi sono gli elementi che i nostri ingegneri verificano per primi in un pacchetto per aeroporto, ordinati per famiglia di carico. La maggior parte dei ritardi risale al fatto che uno di essi arriva dopo l’ordine.

Voce	Alimentazione per l’illuminazione dell’area di manovra	Alimentazione per la ricarica sull’area di parcheggio	Unità Terminale
Base della valutazione	Programma del regolatore con dati armonici	Potenza in kW dei gruppi di caricabatterie gestiti	Domanda coincidente più N+1
Tolleranza armonica	Documentato, a ogni gradino di regolazione della luminosità	Fattore K o riduzione di potenza, dal foglio dati del caricabatterie	Dallo spettro del refrigeratore e del variatore del trasportatore
Classe di aumento di temperatura dell’avvolgimento	55 °C per installazione in locale interrato	65 °C, su base esterna all’ombra	55 °C in un ambiente confinato
Livello sonoro	Basso rumore se vicino a terminali o torri	Standard	Ordine a basso rumore
Certificazione	UL/cULus o CSA più marchio locale	Lo stesso	Stesso, più dichiarazione di efficienza 2029
Prova Test	Rapporto, perdite, impedenza, livello sonoro	Più calcolo delle perdite armoniche	Più impronta SFRA prima della spedizione

 

Come costruiamo e testiamo le unità per applicazioni aeroportuali

Ryan Electric produce trasformatori dal 2007 in uno stabilimento di 120.000 m² nello Jiangsu, dotato di oltre 180 insiemi di attrezzature per produzione e collaudo e di 37 brevetti; il portafoglio è certificato UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS e CE. Le commesse aeroportuali provengono da entrambe le estremità del sito: unità in resina colata e a immersione in vuoto (VPI) per sale terminali e locali tecnici, nonché unità ad immersione liquida o su basamento per cabine di distribuzione sull’area di manovra.

Il primo documento richiesto dai nostri ingegneri applicativi non è il programma dei trasformatori, bensì i dati armonici del regolatore e le impostazioni di gestione del carico del controller del caricabatterie, poiché queste due specifiche definiscono la potenza in kVA e la tolleranza alle distorsioni ancor prima che si discuta del prezzo. Un’unità per aeroporto viene spedita con:

• Prove di Routine — rapporto, polarità, resistenza di avvolgimento, perdita a vuoto, perdita a carico, impedenza, tensione applicata e indotta, su ogni unità.
• Prova di tipo — innalzamento di temperatura, sovratensione da fulmine e tenuta al cortocircuito, riconducibili al progetto fornito.
• Calcolo delle perdite armoniche — qualora la specifica preveda una tolleranza di distorsione, il controllo di progettazione viene documentato anziché assunto.
• Misurazione del livello di rumore — qualora sia previsto un limite in decibel nell’ordine, la prova viene eseguita nel nostro reparto invece di essere riportata da un catalogo.
• Rilevamento SFRA prima della spedizione — in modo che i danni da trasporto siano identificati mediante confronto sul sito invece che oggetto di contestazioni.
• Fotografia della targhetta e riferimento al file di certificazione — l'elettricista incaricato della messa in servizio fotografa la targhetta prima dell'attivazione, e l'ispettore ne legge gli stessi dati.

L'imballaggio riceve la stessa attenzione riservata ai test. Una sottostazione per piazzale è di solito raggiungibile dal porto con un viaggio su strada o su rotaia; pertanto, i modelli con potenza maggiore viaggiano sigillati, i supporti isolanti vengono imballati separatamente qualora il percorso lo richieda e un registratore di impatto accompagna l'unità.

 

Inviare tre programmi prima di inviare l'ordine

Tre documenti trasformano una richiesta relativa a un aeroporto in una specifica quotabile: il programma del regolatore dell'illuminazione aeroportuale con i dati di corrente di ingresso a ogni livello di regolazione della luminosità; l'elenco dei caricabatterie per piazzale con lo schema di gestione del carico e i fogli tecnici dei caricabatterie; e lo schema unifilare del terminal con i requisiti di ridondanza, le condizioni ambientali del sito e l'obiettivo di certificazione per il mercato di destinazione. Indicare anche la data da cui si effettua il calcolo a ritroso, poiché la messa in servizio della sottostazione è vincolata alla consegna del terminal.

Inviare tali programmi al nostro team di ingegneria applicativa e forniremo valutazioni, classi di salita, tolleranze armoniche e una data di consegna basate sui vostri numeri specifici. Potete anche contattare il team all’indirizzo [email protected] o al numero +86-15371760308.

Il costo derivante dall’omissione dei dati armonici in una trasformatore aeroportuale richiesta non scompare. Si manifesta due anni dopo, sotto forma di un’unità che funziona surriscaldata alle tre del mattino su un’area di manovra quasi deserta.

Informazioni sull'Autore: Questa guida è stata redatta dal team di ingegneria applicativa della Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. (Ryan Transformers), azienda che progetta e produce trasformatori immersi in olio e trasformatori in resina per applicazioni nel settore dell’energia elettrica, dei centri dati, dell’industria e delle infrastrutture per i trasporti dal 2007. Domande specifiche relative ad alimentazioni per impianti di illuminazione pista, stazioni di ricarica e certificazioni per i mercati nordamericani e IEC vengono risposte direttamente dal team di ingegneria all’indirizzo [email protected].