Przewodnik po doborze transformatorów dla lotnisk: zasilanie oświetlenia pasów startowych, obciążeń terminali oraz ładowania elektrycznych urządzeń naziemnego wsparcia

Operator naziemny w Azji Południowo-Wschodniej zastąpił 24 dieselowe ciągniki bagażowe jednostkami elektrycznymi i podłączył je do grupy ładowania zasilanej z podstacji na rampie. Po jednym sezonie transformator o mocy 1000 kVA transformator lotniskowy w tej podstacji nagrzewał się bardziej w nocy, gdy terminal prawie nie działał, niż kiedykolwiek w porannym szczycie. Żadna część nie uległa awarii. Widmo prądu ładowarek nigdy nie było zgodne ze specyfikacją.

Ten schemat pojawia się w większości zapytań dotyczących elektryfikacji, które wyceniamy. A transformator lotniskowy nie jest jednym obciążeniem o jednej funkcji. Znajduje się w obrębie trzech różnych systemów elektrycznych, które zachowują się zupełnie inaczej: sieci oświetlenia lotniskowego zbudowanej na obwodach szeregowych, terminalu pełnego chłodnic, przenośników i systemów bezpieczeństwa oraz rampy zatłoczonej sprzętem zasilanym bateryjnie, który musi zostać naładowany w czasie okna przewrotowego.

 

 

 

Trzy rodziny obciążeń – trzy różne odpowiedzi dla transformatora lotniskowego

Zacznijmy od obszaru lotniskowego, gdzie praktyka lotniskowa różni się od typowej pracy przemysłowej. FAA utrzymuje zestaw referencyjny dla publiczności na swojej stronie dotyczącej standardów projektowania i inżynierii lotnisk , a znaczna część tych standardów dotyczy oświetlenia: pasów startowych, dróg dojazdowych, tablic informacyjnych, sygnalizatorów oraz sprzętu sterującego nimi – wszystko to działa w obwodach szeregowych zasilanych przez regulatory prądu stałego.

Druga kategoria to obciążenia komercyjne. IATA szacuje, że elektryczne sprzęt naziemny (GSE) generuje o 35–52 procent mniej CO2 oraz o 5,5–8,3 dB mniej hałasu na każde okno przewrotowe niż sprzęt napędzany silnikami wysokoprężnymi i publikuje stronę programu elektrycznego sprzętu naziemnego (electric GSE programme) dla operatorów planujących przejście. Programy klimatyczne lotnisk stały się mechanizmem egzekwowania przepisów: Akredytacja Węglowa Lotnisk obejmuje ponad 650 certyfikowanych lotnisk, a jej wyższe poziomy wymagają udokumentowanych działań podmiotów trzecich, w tym obsługujących lotniska jednostek naziemnych.

Trzecią rodziną jest sam terminal: chłodnice i systemy wentylacji i klimatyzacji, systemy obsługi bagażu, systemy kontroli bezpieczeństwa, windy, mostki do samolotów oraz pomieszczenia IT i telekomunikacyjne – wszystko inne od nich zależy. Umieszczenie wszystkich trzech rodzin w jednej tabeli ułatwia zrozumienie, dlaczego pojedyncza specyfikacja ciągle nie spełnia wymogów na miejscu.

Rodzina obciążeń	Co determinuje ocenę	Co zwykle pozostaje pominięte
Oświetlenie terenu lotniska (obwody szeregowe zasilane regulatorami)	Obciążenie regulatora przy każdym kroku regulacji jasności oraz skupienie prądu jednofazowego	Dopuszczalny poziom harmonicznych w całym zakresie regulacji jasności, wentylacja schowków, ograniczenie poziomu hałasu
Systemy terminali i bagażowe	Współwystępujące zapotrzebowanie na chłodnice, taśmy transportowe i technologię informacyjną z nadmiarowością N+1	Klasa wzrostu temperatury uzwojenia w ograniczonej przestrzeni, koordynacja awarii źródła z generatorem
Ładowanie na rampie i sprzętu naziemnego (GSE)	Współwystępujące zapotrzebowanie na ładowarki po zarządzaniu obciążeniem	Spectrum prądu ładowarek, schemat zarządzania obciążeniem, zapas na zniekształcenia

 

Oświetlenie lotniskowe: Dlaczego transformator zasilający zasługuje na osobną analizę

Oświetlenie pasów startowych i torów ruchu naziemnego nie stanowi obciążenia skupionego. Każdy odcinek to pętla szeregowa zasilana przez regulator prądu stałego o nominalnym natężeniu 6,6 A; w niektórych zastosowaniach o wysokiej intensywności stosuje się obwody 20 A. Każda oprawa jest zasilana przez własny transformator izolacyjny typu szeregowo-szeregowy, więc jeden obwód może obejmować sto małych transformatorów zamiast jednego dużego. Federalny Urząd Lotnictwa (FAA) reguluje transformatory izolacyjne w dokumencie AC 150/5345-47, a regulatory prądu – w dokumencie AC 150/5345-10.

Żadne z tych urządzeń nie stanowi problemu transformatora. Problemem transformatora jest wygląd regulatora ze strony uzwojenia pierwotnego oraz trzy jego cechy, które powinny znaleźć się w specyfikacji.

• Przyciemnianie zmienia przebieg sygnału, a nie tylko jego amplitudę. Regulatory sterowane fazowo generują zniekształcony prąd pierwotny, którego zawartość harmoniczna jest najgorsza przy niskim wyjściowym poziomie mocy; dlatego jednostka określona wyłącznie na podstawie danych dla pełnej jasności jest niedospecyfikowana dla godzin pracy przy 10 procentach mocy.
• Jeden regulator to jedna faza. Regulator o mocy kilkudziesięciu kilowatów jest podłączony do jednej fazy, więc transformator zasilający kilka regulatorów może przenosić silnie niezrównoważone obciążenie, a wynikające z tego nagrzewanie się składową ujemną pozostaje niewidoczne na termometrze umieszczonym w górnej warstwie oleju.
• Regulator śledzi wartość odniesienia. Regulacja napięcia ze strony uzwojenia pierwotnego ma bezpośredni wpływ na dokładność utrzymywania przez regulator ustalonego punktu roboczego; dlatego szafa oświetleniowa zwykle wymaga dedykowanego zasilania zamiast pobierania mocy z jednostki obsługującej mieszane obciążenia.

Krok przyciemniania, który większość specyfikacji pomija

Zażądaj danych dotyczących harmonicznych prądu wejściowego regulatora przy minimalnym, średnim i maksymalnym obciążeniu, a następnie określ współczynnik K lub udokumentowaną dopuszczalną stratę spowodowaną harmonicznymi na podstawie najgorszego z trzech przypadków. Transformatory umieszczone w pomieszczeniach typu vault zwykle znajdują się w małych pomieszczeniach o ograniczonym przepływie powietrza, dlatego projekt z przeciętnym wzrostem temperatury uzwojeń o 55 °C w połączeniu z zaplanowaną wentylacją zwykle kosztuje mniej niż zwiększenie rozmiaru obudowy transformatora.

Dźwięk stanowi inne ograniczenie, które często powoduje problemy w projektach lotniskowych. Gdy pomieszczenie typu vault dzieli ścianę z terminalem, budynkiem operacyjnym lub wieżą kontrolną, ograniczenie poziomu dźwięku w decybelach musi zostać zawarte w zamówieniu – nie może pojawić się dopiero w postaci skargi po wprowadzeniu instalacji do eksploatacji. Projekt niskoszelestny ustala się już na etapie oferty i nie można go zastosować w trybie późniejszej modernizacji.

 

 

 

Wyznaczanie rozmiaru strefy postoju (apron) do ładowania elektrycznego sprzętu naziemnego

Sprzęt naziemny to najdynamiczniej rozwijająca się część obciążenia lotniska. Ciągniki bagażowe i załadunkowe są zazwyczaj ładowane z jednostek prądu przemiennego o mocy od 20 do 43 kW, podczas gdy ciągniki do cofania i cięższy elektryczny sprzęt naziemny przejdź do ładowarek prądu stałego o mocy od 60 kW w górę. Liczba decydująca o wyborze transformatora nie jest sumą mocy znamionowych ładowarek, lecz zapotrzebowaniem jednoczesnym po zarządzaniu obciążeniem.

Weźmy terminal z 12 ładowarkami prądu stałego o mocy znamionowej 60 kW każda, czyli łączna moc podłączona wynosi 720 kW. Przy systemie zarządzania obciążeniem ograniczającym maksymalną moc grupy do 400 kW obliczenia wyglądają następująco: 400 kW ÷ współczynnik mocy 0,92 ≈ 435 kVA, plus dodatkowe 25 procent na zniekształcenia wejściowe ładowarek oraz niską sprawność przy częściowym obciążeniu, co daje około 545 kVA. Jednostka o mocy 630 kVA wystarcza w pełni. Gdyby natomiast doboru dokonać wyłącznie na podstawie mocy znamionowej podłączonych urządzeń, ten sam terminal zostałby zaopatrzony w jednostkę o mocy 1000 kVA – prawie dwukrotnie większą pod względem ilości miedzi, rdzenia oraz strat jałowych, mimo że szczytowy pobór mocy jest już przez kontroler ładowania uniemożliwiony. transformator rozdzielczy końcowy , kontroler ładowania oraz harmonogram zmian w lotnisku muszą być określone łącznie, ponieważ zarządzanie obciążeniem działa tylko wtedy, gdy harmonogram ładowania jest zsynchronizowany z rzeczywistym trybem pracy rampy.

Przednie końcówki ładowarek są obciążeniami nieliniowymi. Sześciopulsowa przednia końcówka bez filtracji pobiera prąd o widmie dominowanym przez harmoniczne piątą i siódmą, które nagrzewają uzwojenia i stal zbiornikową w sposób, który model 60 Hz pomija. Obliczenia współczynnika K stosowane są tak samo jak dla dowolnego obciążenia silnikowego: wartość K to suma, po wszystkich rzędach harmonicznych, kwadratów prądów harmonicznych wyrażonych w jednostkach względnych pomnożonych przez kwadrat ich rzędu; zatem harmoniczna piąta o wartości 25 % przyczynia się do strat wirowych samodzielnie w wysokości 0,25² × 5² = 6,25 jednostki względnej. Aktywna przednia końcówka w dużej mierze unika tego problemu, dlatego żądamy karty katalogowej ładowarki, a nie danych z tabliczki znamionowej.

Jedna szczegółowa cecha osłony decyduje o obudowie bardziej niż moc wyrażona w kVA. Punkty ładowania to zwykle zewnętrzne kioski lub jednostki montowane na podstawie, a w regionie Zatoki Perskiej lub Sahelu oznacza to temperaturę otoczenia projektową wynoszącą 50 °C, ciepło promieniujące od betonu oraz kurz unoszony przez wiatr. Transformatory przeznaczone do eksploatacji w gorących i pylnych miejscach podlegają innym zasadom niż jednostka umieszczona w klimatyzowanym pomieszczeniu elektrycznym.

 

Stacje końcowe: certyfikacja, sprawność i termin do 2029 roku

Pomieszczenia stacji końcowych zwykle działają jako dwustronne stacje transformatorowe z podwójnym zasilaniem, połączeniem szynowym oraz nadmiarowością typu N+1 lub 2N dla tablic filtrujących, IT oraz telekomunikacyjnych. Jednostki wewnętrzne są zazwyczaj suchymi transformatorami z żywicą odlewającą, co eliminuje konieczność zaprojektowania zabezpieczeń przed wyciekiem oleju, zbiorników awaryjnych oraz przegród ogniowych.

W przypadku projektów północnoamerykańskich kwestia sprawności ma teraz określony termin. program norm dotyczących transformatorów rozdzielczych departamentu Energii Stanów Zjednoczonych precyzyjnie definiuje klasę produktu: napięcie wejściowe równe lub mniejsze niż 34,5 kV, napięcie wyjściowe równe lub mniejsze niż 600 V, częstotliwość pracy 60 Hz oraz moc znamionowa od 10 do 2500 kVA dla jednostek zanurzanych w cieczy lub od 15 do 2500 kVA dla jednostek suchych. Zmienione normy mają zastosowanie do jednostek produkowanych od 23 kwietnia 2029 roku, dlatego specyfikacja opracowana w 2026 roku z użyciem starszych wartości strat będzie wymagała ponownego wycenienia przed dostawą w 2029 roku.

Ogólne wymagania dotyczące jednostek zanurzanych w cieczy opierają się na IEEE C57.12.00-2021 , który dotyczy transformatorów o najwyżшим napięciu uzwojenia wynoszącym 601 V i więcej oraz, równie przydatnie, określa, co wyklucza: transformatory pomiarowe, prostownicze, do pieców łukowych, specjalne, uziemiające, mobilne oraz kopalniane nie podlegają temu standardowi. Znak certyfikacyjny i standard projektowy to osobne dowody, których wymaga organ wprowadzający urządzenie do eksploatacji.

Jednym z szczegółów terminalowych, który ciągle generuje dodatkowe koszty projektów, jest zasilanie rezerwowe. transformator rozdzielczy końcowy zasilanie zsynchronizowane z siecią energetyczną zachowuje się inaczej, gdy obciążenie jest zasilane z generatora, ponieważ dostępny prąd zwarciowy jest znacznie niższy. Ustawienia ochrony oraz zdolność do przepuszczania prądu zwarciowego muszą zostać ponownie zweryfikowane w odniesieniu do słabszego źródła.

 

Co powinno znaleźć się w żądaniu oferty (RFQ)

Oto pozycje, które nasz zespół inżynierów sprawdza w pierwszej kolejności w pakiecie dostaw dla lotniska, pogrupowane według rodziny obciążeń. Większość opóźnień wynika z tego, że jedna z tych pozycji zostaje dostarczona po złożeniu zamówienia.

Element	Zasilanie oświetlenia lotniskowego	Zasilanie stacji ładowania na rampie	Jednostka terminala
Podstawa oceny	Harmonogram regulatora z danymi harmonicznymi	Moc w kW grupy zarządzanych ładowarek	Wspólne zapotrzebowanie z zapasem N+1
Dopuszczalna zawartość harmonicznych	Dokumentowane na każdym stopniu przyciemnienia	Współczynnik K lub obniżenie mocy z karty technicznej ładowarki	Z widma chłodnicy i napędu taśmy transportowej
Klasa wzrostu temperatury uzwojenia	55 °C dla instalacji w pomieszczeniu podziemnym	65 °C, zacienione miejsce na zewnątrz na płycie betonowej	55 °C w zamkniętym pomieszczeniu
Poziom hałasu	Niskopoziomowy hałas w przypadku bliskości terminalu lub wieży	Standardowy	Zamówienie niskopoziomowe
Certyfikaty	UL/cULus lub CSA oraz lokalny znak	Tego samego	To samo, plus oświadczenie o sprawności z 2029 r.
Dane z badań	Stosunek, straty, impedancja, poziom hałasu	Dodatkowo obliczenie strat harmonicznych	Dodatkowo badanie SFRA (analiza odpowiedzi częstotliwościowej) przed wysyłką

 

Jak produkujemy i testujemy jednostki przeznaczone do zastosowań w lotniskach

Ryan Electric produkuje transformatory od 2007 r. w zakładzie o powierzchni 120 000 m² w prowincji Jiangsu, wyposażonym w ponad 180 zestawów urządzeń produkcyjnych i testowych oraz posiadającym 37 patentów; portfolio firmy obejmuje certyfikaty UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS oraz CE. Zlecenia związane z lotniskami obejmują dwa rodzaje jednostek: suche transformatory typu cast resin i VPI do pomieszczeń terminali i komór technicznych oraz transformatory zanurzone w cieczy lub montowane na podstawach do stacji transformatorowych na rampach lotniskowych.

Pierwszym dokumentem, którego żądają inżynierowie aplikacyjni, nie jest harmonogram transformatorów. Są to dane dotyczące harmonicznych regulatora oraz ustawienia zarządzania obciążeniem kontrolera ładowarki – te dwa dokumenty określają moc kVA oraz dopuszczalny poziom zniekształceń jeszcze przed dyskusją na temat ceny. Jednostka przeznaczona do zastosowania w lotnisku jest dostarczana z:

• Testy rutynowe — stosunek, polaryzacja, opór uzwojenia, straty jałowe, straty obciążeniowe, impedancja, napięcie przyłożone i indukowane, dla każdej jednostki.
• Dowody badań typowych — wzrost temperatury, wytrzymałość na uderzenia piorunowe i zwarciowe, odnoszące się do dostarczanego projektu.
• Obliczenie strat harmonicznych — w przypadku, gdy specyfikacja zawiera dopuszczalny poziom zniekształceń, sprawdzenie projektu jest udokumentowane, a nie zakłada się go.
• Pomiar poziomu natężenia dźwięku — w przypadku, gdy zamówienie określa maksymalny poziom w decybelach, pomiar przeprowadza się w naszym własnym pomieszczeniu testowym, a nie podaje się wartości z katalogu.
• Badanie SFRA (analiza odpowiedzi częstotliwościowej) przed wysyłką — dzięki temu uszkodzenia spowodowane transportem można zidentyfikować poprzez porównanie na miejscu, zamiast dyskutować o nich.
• Zdjęcia tabliczki znamionowej oraz numer odniesienia do pliku certyfikacyjnego — elektryk odpowiedzialny za wprowadzenie urządzenia do eksploatacji wykonuje zdjęcie tabliczki znamionowej przed podłączeniem do zasilania, a inspektor odczytuje te same dane.

Opakowanie otrzymuje taką samą uwagę jak testy. Stacja transformatorowa typu apron zwykle pokonuje drogę drogową lub kolejową od portu, dlatego jednostki o większych mocach są transportowane w szczelnych opakowaniach, izolatory są pakowane osobno, jeśli tego wymaga trasa, a rejestrator uderzeń towarzyszy jednostce podczas transportu.

 

Wyślij trzy harmonogramy przed wysłaniem zamówienia

Trzy dokumenty przekształcają zapytanie dotyczące lotniska w specyfikację nadającą się do wyceny: harmonogram regulatora oświetlenia lotniskowego z danymi prądu wejściowego na każdym stopniu regulacji jasności; listę ładowarek strefy apron z systemem zarządzania obciążeniem oraz kartami katalogowymi ładowarek; oraz schemat jednoliniowy terminalu z wymaganiami dotyczącymi redundancji, temperatury otoczenia na miejscu oraz celu certyfikacji dla rynku docelowego. Dodaj datę, od której planujesz wstecz, ponieważ data wprowadzenia stacji transformatorowej do eksploatacji jest ustalona przez termin przekazania terminalu.

Wyślij te harmonogramy naszemu zespołowi inżynierów aplikacyjnych a my również przekażemy oceny, klasy podwyższenia, dopuszczalne zawartości harmonicznych oraz termin dostawy na podstawie Państwa własnych danych. Zespół można też skontaktować się pod adresem [email protected] lub numerem +86-15371760308.

Koszt pominięcia danych dotyczących harmonicznych w zapytaniu transformator lotniskowy nie znika. Pojawia się dwa lata później jako jednostka pracująca w nadmiernie wysokiej temperaturze o trzeciej nad ranem na prawie pustym pasie startowym.

O autorze: Niniejszy przewodnik przygotował zespół inżynierów aplikacyjnych Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. (Ryan Transformers), który od 2007 roku projektuje i wytwarza transformatory olejowe oraz suchego typu do zastosowań w sieciach energetycznych, centrach danych, przemyśle oraz infrastrukturze transportowej. Pytania dotyczące zasilania oświetlenia pasów startowych, stacji ładowania oraz certyfikacji dla rynków amerykańskich i zgodnej z normami IEC są rozwiązywane bezpośrednio przez zespół inżynieryjny pod adresem [email protected].