Valg av strømtransformator for kai-strømforsyning: Spesifisering av kald-ironing-forsyning for kaiområder på 6,6 kV og 11 kV

 

 

Utbudet kom som tjue sider sivile arbeider og én linje elektrisk omfang: levering og montering av kai-strømforsyning på 6,6 kV. Vi spurte havnens elektriske ingeniør hvilken frekvens den besøkende flåten kjørte på. Det ble en pause, så svaret: «Hva som helst som er standard.» Denne ene uavklarte spørsmålet avgjør klassifiseringen av kai-strømtransformator , om kai-plassen i det hele tatt trenger en statisk frekvensomformer, og om et cruisefartøy faktisk kan koble seg til når det ankommer.

«Cold ironing» har gått fra å være en post i et pilotprosjekt til å bli en vilkårsklausul i tillatelser i et stadig økende antall havner, og det elektriske pakken er vanligvis delen som skrives sist og gjennomgås minst. Denne veiledningen dekker hva en kai-strømtransformator kai-strømtransformator

Må tåle ved en kai-plass, hvilke verdier som skal inkluderes i spesifikasjonen, og de harmoniske og korrosjonsrelaterte detaljene som avgjør om enheten fremdeles er i drift etter femten år med saltluft.

Et skip ved kai slår av sine hjelpemotorer og tar alt fra land: hotellbelastning, reefer-enheter, pumper, kraner på selvutladere og – på et cruisefartøy – hele ventilasjons- og kjøkkenbelastningen. Maksimal belastning er høy og øker plutselig i ett steg. En stor cruisekai planlegges vanligvis for ca. 7,2 MVA ved 6,6 kV, som tilsvarer omtrent 630 A sekundærstrøm, mens en containerkai med reefer-rakker ligger nærmere 1,5–3 MVA.

Belastningen er også gjentatt på en måte som en distribusjonstransformator aldri opplever. Ved hver skipstilkobling aktiveres transformatorn, og deretter skipets egen transformator, så innslaget skjer flere ganger daglig – noen ganger med en kabellengde på 200–400 m mellom kaiboksen og skipet. Legg til 45 °C omgivelsestemperatur i en havn i Golfsone, 90 % relativ luftfuktighet og en levetid på 20–30 år, og den termiske marginen som så generøs ut på dataarket begynner å virke tynn.

 

Spenning, frekvens og valg av konverter

Høy-spenning-kai-tilkobling er standardisert i IEC/IEEE 80005-1 , og 2021-utvidelsen av denne standarden finnes i stor grad fordi fasefølge ved skip–kai-grensesnittet forårsaket problemer i drift. Den praktiske konklusjonen for en kjøper av transformatorer er mer begrenset: kai-plassen må levere den spenningen og frekvensen som skipet forventer, og transformatorer er bare én del av denne kjeden.

Tre konfigurasjoner dekker de fleste anbudsprosesser, og de krever tre ulike transformatorspesifikasjoner.

 

Kai-konfigurasjon	Transformatorbelastning	Hva endres i spesifikasjonen
60 Hz-nett, 60 Hz-flåte	Bare nedtransformering, f.eks. 33 kV til 6,6 kV	Nærmest en vanlig distribusjonstransformator: standard impedans, ONAN- eller ONAF-kjøling, C5-M-maling for marin atmosfære
50 Hz-nett, 60 Hz-flåte	Forsyner en statisk frekvensomformer, eller er plassert på utgangen fra omformeren	Strøm med rike harmoniske innhold, likestrømforskyvning på omformerverkens utgang, høyere virvel- og spredetap, hjelpeutstyr for vifter og pumper på omformerverkssiden
50 Hz-nett, 50 Hz-floffe (ferger, RoRo)	Bare nedtransformering, f.eks. 11 kV til 6,6 kV	Spenningsforhold og trinnområde dimensjonert for den faktiske floffen, ikke for en fremtidig floffe

 

Der frekvensene stemmer overens, er en kai-strømtransformator en konvensjonell distribusjons- eller krafttransformator med en uvanlig korrosjonsspesifikasjon. Der de ikke stemmer overens, ligger transformatorn nedenfor en omformer og arver dennes bølgeform. Den andre situasjonen innebärer størst ingeniørrelatert risiko, og der blir en standard tapsvurdering stille og rolig feil.

 

Der harmoniske treffar transformatorn

Skiprettere i frontenden er kilden. En seks-puls-oppsett produserer karakteristiske 5. og 7. harmoniske; et tolv-puls-oppsett forskyver de dominerende ordrene til 11. og 13. Disse strømmene går gjennom transformatorer, og virvelstrømtap i viklingene øker omtrent med kvadratet av harmonisk orden, så 11. og 13. forårsaker langt mer oppvarming per ampere enn grunnfrekvensen.

To tall skal oppgis i spesifikasjonen. Det første er en tillatt harmonisk tapverdi, uttrykt enten som en K-faktor eller som et angitt harmonisk spekter som enheten må kunne bære ved nominell strøm uten å overskride sin temperaturstigning. Det andre er spenningsforvrengningsgrensen ved felles koblingspunkt, der IEEE 519-harmoniske grenser fastsetter 5 % total harmonisk forvrengning for systemer mellom 1 kV og 69 kV. En 6,6 kV kai ligger nøyaktig innenfor denne bandbredden.

Dette er delen som de fleste havneinstallasjons-spesifikasjonene utelater. Å øke transformatorimpedansen for å kontrollere feilstrøm øker også spenningsforvrengningen for samme harmoniske strøm, fordi mer av forvrengningen oppstår over transformator selv. Impedans, konverterpulsantall og filterdesign må velges sammen. Når en ankomstforespørsel kommer inn med 8 % impedans og en tolv-puls-konverter uten filter, markerer vi denne kombinasjonen før vi gir et tilbud.

 

Salt, fuktighet og havneomgivelsene

En havneanleggsdokk er en kystplass med en unormalt aggressiv atmosfære: salttåke, tidevannsfuktighet, dieseleksos og vask med slange nær terminalbygningen. For utendørs installasjon på kai bør malingssystemet spesifiseres i henhold til C5-M i ISO 12944, med rustfritt stål av type 316 for eksponerte skruer og en tankbase som ikke vil ruste gjennom ved forankringspunktene. Hett-dip-galvaniserte understell er vanlig, og vi ber om tykkelsen på belegget i mikrometer i stedet for fargenavnet.

Kapsling og kjøling følger av plasseringen. Enheter med oljeinnvåking passer til utendørs plassering ved kaien; tørre enheter med gipsresin passer til innendørs plassering i terminalbygningen, der brannbelastning og kabelføring favoriserer en enhet uten væske. I begge tilfeller spesifiser minst IP54, anti-kondensasjonsvarmere i lavspenningsavdelingen og en temperaturstigningsklasse som fortsatt gjelder ved stedets omgivelsestemperatur, ikke ved standardverdien på 40 °C i katalogen.

En detalj vi fremhever tidlig, fordi den blir dyr å rette opp senere: ventilatorfeil. En ONAF-enhet som er rangert for full kailast med kjørende ventilatorer vil miste 25–30 % av sin kapasitet hvis en ventilatormotor stanser i august. Enten spesifiser en alarm for ventilatorgruppen som kobles til havnens overvåkingssystem, eller dimensjoner ONAN-rangeringen etter den realistiske kontinuerlige lasten og behandle den tvungnekjølingsfasen som reservekapasitet for topplast fra hotell.

 

 

 

Hva som skal i Kai-strømtransformator Spesifikasjon

Tabellen nedenfor inneholder det minste datasettet vi trenger før en kai-pristilbud kan beregnes korrekt. Manglende opplysninger behandles som antagelser, og antagelser resulterer i endringsbestillinger. Hvor en post også forekommer i IEC/IEEE 80005-1, angi standardavsnittet ved siden av den, slik at leverandør og havninspektør leser samme krav.

 

Parameter	Typisk kai-krav	Hvorfor det er viktig
Nominal effekt	7,2 MVA per cruisekai; 1,5 til 3 MVA per containerkai	Fastsetter hele varmedesignet og kabelfølgens størrelse fra kai-boksen
Spenningsforhold	33 kV eller 11 kV primær til 6,6 kV eller 11 kV sekundær	Må være kompatibel med skipets strømforsyningsbord, ikke med havnens nett
Frekvens	60 Hz for et 60-Hz-flåte, 50 Hz for et 50-Hz-flåte; frekvensomformer der de avviker	Avgjør om en frekvensomformer – og dens harmoniske spekter – inngår i designet
Impedans	6 til 8 % typisk, avstemt med feilstrømnivå	For lavt verdi gir for høy feilstrøm på skipets strømforsyningsbord; for høyt verdi øker spenningsforvrengning
Harmonisk belastning	Angitt spekter eller K-faktor, 5 % THDv ved PCC	Forhindrer varmebelastede områder i viklingene som ingen standardtapstest vil avsløre
Kjøling	ONAN med ONAF-trinn, ventilatoralarm til portens SCADA-system	Holder kaien i drift når en ventilator svikter
Korrosjon	C5-M-maling i henhold til ISO 12944, rustringsfrie skruer i rustfritt stål 316, IP54	Femten år med saltluft er den egentlige godkjenningsprøven
TESTER	Vanlige tester, temperaturstigningstest, måling av partiel utladning (PD) for gjuttresin	Gir havnen et referansegrunnlag for sammenligning ved neste anbudskonkurranse

 

 

Hvordan Ryan håndterer en kaiavklaring

Vi produserer væskeimpregnerte og gjuttresin-enheter i en fabrikk på 120 000 m² med mer enn 180 sett produksjons- og testutstyr, støttet av 37 patenter. Siden 2023 har vi vært joint venture-partner med Eaton. Dette betyr mindre enn teknisk ingeniørdiskusjon, men det betyr at en kaiavklaring nås av personer som allerede har diskutert impedans.

For en blandet flåte er det nyttig med dobbelt sekundærspenning og valg av tappekoblinger utenfor kretsen, slik at én konstruksjon kan brukes for både 6,6 kV- og 11 kV-fartøy uten at det må ha en ekstra reservedel på stedet. Tappekoblinger utenfor kretsen er også den billigste måten å dekke en nettspenning som avviker fra tegningen. Hver enhet leveres med rutinetester registrert som målte verdier, en temperaturstigningsprøve ved nominell strøm og et bilde av typeskiltet tatt før pakking – fordi typeskiltet er det første en havneinspektør leser ved ankomst.

Grensesnittet for høyspenningsstrømtilkobling fra kai er der de fleste diskusjonene skjer, og de skjer vanligvis mellom tre parter som aldri møtes: havnens elektriske rådgiver, skipets tekniske sjef og transformatorleverandøren. Vi ber om skipets enkeltlinjediagram tidlig. En tolv-pulsomformer om bord endrer harmonisk belastning på vår vikling, og et fartøy med 6,6 kV hovedbryterbord og en 60 Hz generator kan ikke betjenes fra en 50 Hz kai uten en omformer, uansett hvor generøs transformatorverdien ser ut på papiret.

Hvis du nå utarbeider en kaispesifikasjon, send oss informasjon om flåtens sammensetning, nettspenning og -frekvens samt feilstrømnivået ved kai-boksen. Disse tre opplysningene avgjør mer om kai-strømtransformator enn noen annen side i anbudsdokumentet, og de er vanligvis de tre som kommer sist. Våre ingeniører vil komme tilbake med en kapasitetsangivelse, en anbefaling for impedans og en tillatt harmonisk belastning skriftlig, slik at det elektriske anlegget kan gjennomgås før siviltekniske arbeider påbegynnes.

Om forfatteren denne artikkelen ble utarbeidet av ingeniørteamet hos Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), en transformatorprodusent som ble etablert i 2007 og har vært joint venture-partner med Eaton siden 2023. Teamet designer oljeimmerserte, gipsstøpte og plattformmonterte transformatorer til havne-, datacenter-, kraftforsynings- og industriprosjekter, og støtter kunder gjennom spesifikasjonsgjennomgang før anbud. For forespørsler angående kai, ta kontakt på [email protected].