Wybór transformatora zasilania nabrzeżnego: określenie zasilania typu Cold Ironing dla nabrzeży 6,6 kV i 11 kV

 

 

Wniosek przetargowy zawierał dwadzieścia stron prac cywilnych i jedną linijkę zakresu prac elektrycznych: dostawa i montaż nabrzeżnego zasilania o napięciu 6,6 kV. Zapytaliśmy inżyniera elektryka portu, na jakiej częstotliwości pracują statki odwiedzające. Nastąpiła chwila milczenia, a następnie odpowiedź: na dowolnej, która jest standardowa. To jedno nierozwiązane pytanie decyduje o klasie transformatorze zasilania nabrzeżnego , czy w ogóle potrzebny jest na doku statyczny przekształtnik częstotliwości oraz czy statek wycieczkowy rzeczywiście może się podłączyć po przybyciu.

Zimne żelazko przeszło od pozycji w projekcie pilotażowym do warunku uzgodnienia w rosnącej liczbie portów, a pakiet elektryczny zwykle jest częścią dokumentacji, którą pisze się najpóźniej i najrzadziej przegląda się. Ten przewodnik omawia, na jakie warunki musi być odporny transformatorze zasilania nabrzeżnego transformator nabrzeżnego zasilania

Obciążenie zimnego żelazka nie jest obciążeniem budynku

Statkowiec przy nabrzeżu wyłącza swoje silniki pomocnicze i pobiera całą energię z lądu: obciążenie hotelowe, chłodnie kontenerowe (reefery), pompy oraz dźwigi na statkach samounoszących się; na statkach rejsowych – całe obciążenie systemów wentylacji, ogrzewania i klimatyzacji (HVAC) oraz kuchennych. Moc szczytowa jest wysoka i rośnie gwałtownie w jednym momencie. Dla dużego nabrzeża rejsowego typowym projektem jest moc 7,2 MVA przy napięciu 6,6 kV, co odpowiada mniej więcej prądowi wtórnemu o wartości 630 A, podczas gdy dla nabrzeża kontenerowego z zestawami do zasilania chłodni kontenerowych (reefer racks) zakres ten mieści się zwykle w granicach od 1,5 do 3 MVA.

Obciążenie to ma również powtarzalny charakter – czego nigdy nie doświadcza transformator rozdzielczy. Każde podłączenie statku powoduje załączenie zarówno transformatora nabrzeżowego, jak i własnego transformatora statku, więc prądy udarowe występują kilka razy dziennie, czasem przy użyciu kabla o długości od 200 do 400 m łączącego skrzynkę nabrzeżową ze statkiem. Dodajmy temperaturę otoczenia 45 °C w porcie położonym w Zatoce Perskiej, wilgotność względną 90% oraz zaplanowaną żywotność konstrukcyjną wynoszącą od 20 do 30 lat – i zapas termiczny, który na arkuszu danych wydawał się hojny, zaczyna wyglądać na niewystarczający.

 

Napięcie, częstotliwość oraz decyzja dotycząca przetwornicy

Podłączenie nabrzeżne wysokiego napięcia jest standaryzowane w IEC/IEEE 80005-1 , a zmiana z 2021 roku dotycząca tego standardu została wprowadzona głównie ze względu na problemy związane z obrotem fazowym na interfejsie statek–brzeg w warunkach eksploatacji. Dla kupującego transformatory praktyczny wniosek jest bardziej ograniczony: miejsce postojowe musi dostarczać napięcia i częstotliwości oczekiwanych przez statek, a transformator stanowi jedynie jeden element tego łańcucha.

Trzy konfiguracje obejmują większość przetargów i wymagają trzech różnych specyfikacji transformatorów.

 

Konfiguracja miejsca postojowego	Zadanie transformatora	Co zmienia się w specyfikacji
sieć 60 Hz, flota 60 Hz	Tylko obniżanie napięcia, np. z 33 kV do 6,6 kV	Najbliższa standardowej jednostce rozdzielczej: standardowy impedancja, chłodzenie ONAN lub ONAF, farba C5-M dla atmosfery morskiej
sieć 50 Hz, flota 60 Hz	Zasila statyczny przetwornik częstotliwości lub jest podłączony do wyjścia przetwornika	Prąd bogaty w harmoniczne, przesunięcie stałe na wyjściu przekształtnika, wyższe straty wirowe i rozproszone, pomocnicze wentylatory i pompy po stronie przekształtnika
sieć 50 Hz, flota 50 Hz (promy, statki RoRo)	Tylko obniżanie napięcia, np. z 11 kV do 6,6 kV	Stosunek napięć i zakres nastaw zworak dostosowane do rzeczywistej floty, a nie do przyszłej

 

Gdzie częstotliwości się zgadzają, a transformatorze zasilania nabrzeżnego to konwencjonalny transformator rozdzielczy lub energetyczny z nietypowymi wymaganiami dotyczącymi odporności na korozję. Gdzie się nie zgadzają, transformator znajduje się po stronie odbiorczej przekształtnika i dziedziczy jego kształt fali. To właśnie ten drugi przypadek niesie najwięcej ryzyka inżynierskiego oraz sprawia, że standardowa ocena strat staje się cicho błędna.

 

Gdzie harmoniczne uderzają w transformator

Prostowniki statkowe są źródłem. Układ sześciopulsowy generuje charakterystyczne harmoniczne 5. i 7. rzędu; układ dwunastopulsowy przesuwa dominujące rzędy do 11. i 13. Te prądy przepływają przez transformator, a straty wirowe w uzwojeniach rosną mniej więcej z kwadratem rzędu harmonicznej, więc harmoniczne 11. i 13. powodują znacznie większe nagrzewanie na amper niż składowa podstawowa.

W specyfikacji należy podać dwie wartości. Pierwszą jest dopuszczalna strata spowodowana harmonicznymi, wyrażona jako współczynnik K lub jako określony widmo harmonicznych, które urządzenie musi przenosić przy prądzie znamionowym bez przekraczania dopuszczalnego wzrostu temperatury. Drugą jest limit zniekształcenia napięcia w punkcie wspólnego połączenia, gdzie Ograniczenia harmonicznych zgodnie z normą IEEE 519 ustalają 5% całkowitego zniekształcenia harmonicznych dla systemów o napięciu od 1 kV do 69 kV. Przyłącze o napięciu 6,6 kV mieści się dokładnie w tym zakresie.

Oto część, którą najczęściej pomijają specyfikacje portowe. Zwiększenie impedancji transformatora w celu ograniczenia prądu zwarciowego powoduje również wzrost zniekształceń napięcia przy tym samym prądzie harmonicznym, ponieważ większa część tych zniekształceń pojawia się właśnie na transformatorze. Impedancję, liczbę impulsów przekształtnika oraz projekt filtrów należy dobierać łącznie. Gdy otrzymujemy zapytanie dotyczące miejsca postojowego z impedancją 8 %, przekształtnikiem 12-impulsowym i brakiem filtrów, zaznaczamy tę kombinację przed przygotowaniem oferty.

 

Sól, wilgotność i środowisko miejsca postojowego

Miejsce postojowe to obszar nadmorski o niezwykle agresywnym środowisku: mgła solna, wilgotność pływowa, spaliny z silników wysokoprężnych oraz czyszczenie strumieniem wody w pobliżu budynku terminalu. Dla instalacji na zewnątrz nabrzeża system farb powinien odpowiadać klasie C5-M normy ISO 12944, a widoczne elementy mocujące powinny być wykonane ze stali nierdzewnej AISI 316, podobnie jak podstawa zbiornika, która nie może ulec korozji w punktach kotwienia. Ramy podstawowe ocynkowane ogniowo są powszechne; żądamy podania grubości powłoki w mikrometrach, a nie nazwy koloru.

Obudowa i chłodzenie wynikają z umiejscowienia. Jednostki zanurzone w oleju nadają się do zewnętrznej platformy przy nabrzeżu; jednostki suchego typu z żywicą odlewową nadają się do pomieszczeń w budynku terminalu, gdzie obciążenie pożądowe oraz trasy kabli sprzyjają zastosowaniu jednostki bez cieczy. W obu przypadkach należy określić stopień ochrony IP54 jako minimum, ogrzewacze zapobiegające kondensacji w komorze niskiego napięcia oraz klasę wzrostu temperatury, która pozostaje ważna przy rzeczywistej temperaturze otoczenia na miejscu, a nie przy domyślnej wartości 40 °C podanej w katalogu.

Jeden szczegół, który podnosimy wcześnie, ponieważ jego korekta jest kosztowna później: awaria wentylatora. Jednostka ONAF, której moc znamionowa obejmuje pełny obciążenie nabrzeża przy działających wentylatorach, straci od 25 do 30% swojej mocy, gdy silnik wentylatora zablokuje się w sierpniu. Należy albo określić sygnał alarmowy grupy wentylatorów podłączony do systemu monitoringu portu, albo dobrać moc znamionową trybu ONAN tak, aby odpowiadała rzeczywistemu obciążeniu ciągłemu, traktując etap chłodzenia wymuszonego jako zapas mocy na szczytowe obciążenie hotelu.

 

 

 

Co umieścić w Transformatorze zasilania nabrzeżnego Specyfikacja

Poniższa tabela zawiera minimalny zestaw danych wymaganych przed ustaleniem ceny oferty dotyczącej przyłączenia do nabrzeża. Brakujące dane są traktowane jako założenia, a założenia prowadzą do zmian w zamówieniu. Jeśli dany punkt pojawia się również w normie IEC/IEEE 80005-1, należy podać obok niego odpowiedni numer artykułu tej normy, aby dostawca i inspektor portowy odnosili się do tych samych wymagań.

 

Parametr	Typowe wymagania dla przyłączenia do nabrzeża	Dlaczego to ważne?
Moc nominalna	7,2 MVA na przyłączenie do nabrzeża dla statków pasażerskich; 1,5–3 MVA na przyłączenie do nabrzeża kontenerowego	Określa całość projektu termicznego oraz przekrój kabli od skrzynki przyłączeniowej do nabrzeża
Stosunek Napięć	napięcie pierwotne: 33 kV lub 11 kV; napięcie wtórne: 6,6 kV lub 11 kV	Musi być zgodne z rozdzielnica statku, a nie z siecią portową
Częstotliwość	60 Hz dla floty pracującej na częstotliwości 60 Hz, 50 Hz dla floty pracującej na częstotliwości 50 Hz; stosować przetwornik tam, gdzie częstotliwości się różnią	Decyduje o konieczności zastosowania przetwornika oraz o jego widmie harmonicznych w projekcie
Impedancja	typowo 6–8 %, zgodnie z poziomem prądu zwarciowego	Zbyt niski procent powoduje nadmierny prąd zwarciowy w rozdzielni statku; zbyt wysoki powoduje wzrost zniekształceń napięcia
Obciążenie harmonicznymi	Zadeklarowany zakres lub współczynnik K, zniekształcenia harmoniczne napięcia (THDv) na poziomie 5 % w punkcie wspólnego sprzężenia (PCC)	Zapobiega powstawaniu gorących obszarów w uzwojeniach, których nie wykryje żaden standardowy test strat
Chłodzenie	Chłodzenie ONAN z etapem ONAF, sygnał alarmowy wentylatora do portu SCADA	Umożliwia utrzymanie nabrzeża w ruchu w przypadku awarii wentylatora
Korozja	Malowanie C5-M zgodnie z normą ISO 12944, elementy mocujące ze stali nierdzewnej AISI 316, stopień ochrony IP54	Piętnastolecie działania w środowisku morskim stanowi prawdziwy test akceptacji
Testy	Testy rutynowe, badanie wzrostu temperatury, pomiar rozładowań cząstkowych (PD) dla transformatorów z żywicą odlewana	Daje portowi punkt odniesienia do porównania przy kolejnym przetargu

 

 

Jak Ryan podejmuje zapytanie dotyczące nabrzeża

Produkujemy transformatory z chłodzeniem ciekłym oraz z żywicą odlewana w zakładzie o powierzchni 120 000 m², wyposażonym w ponad 180 zestawów urządzeń produkcyjnych i testowych, wspartym 37 patentami; od 2023 roku działamy jako partner przedsiębiorstwa joint venture z Eaton. To ma mniejsze znaczenie niż rozmowa inżynierska, ale oznacza, że każde zapytanie dotyczące nabrzeża trafia do osób, które wcześniej dyskutowały impedancję.

Dla floty mieszanej przydatną opcją jest podwójne napięcie wtórne z wyborem połączeń odłączonych od obwodu, dzięki czemu jeden projekt nadaje się zarówno do statków o napięciu 6,6 kV, jak i 11 kV, bez konieczności posiadania dodatkowego jednostkowego zapasu na miejscu. Połączenia odłączane od obwodu są również najtańszą metodą pokrycia zakresu napięć sieciowych, które odstają od wartości projektowych. Każda jednostka opuszcza zakład po przeprowadzeniu rutynowych testów, których wyniki zapisywane są jako zmierzone wartości, badania wzrostu temperatury przy prądzie znamionowym oraz po wykonaniu zdjęcia tabliczki znamionowej przed zapakowaniem – ponieważ to właśnie tabliczka znamionowa jest pierwszym elementem, który inspektor portowy sprawdza po przybyciu.

Interfejs wysokonapięciowego połączenia lądowego jest miejscem, w którym toczy się większość sporów, a zwykle dzieje się to między trzema stronami, które nigdy się nie spotykają: konsultantem elektrycznym portu, technicznym menedżerem statku oraz dostawcą transformatorów. Wczesno prosimy o jednoliniowy schemat elektryczny statku. Konwerter dwunastopulsowy na pokładzie zmienia obciążenie harmoniczne naszej uzwojenia, a statek z tablicą rozdzielczą 6,6 kV i generatorem 60 Hz nie może być zasilany z nabrzeża 50 Hz bez konwertera – niezależnie od tego, jak hojna wydaje się na papierze moc znamionowa transformatora.

Jeśli teraz opracowujecie specyfikację nabrzeża, prześlijcie nam skład floty, napięcie i częstotliwość sieci oraz poziom prądu zwarciowego w skrzynce nabrzeżnej. Te trzy dane decydują o więcej niż którakolwiek inna strona przetargu, a zwykle są one przesyłane jako ostatnie. transformatorze zasilania nabrzeżnego nasi inżynierowie przekażą w formie pisemnej wartość mocy znamionowej, zalecaną impedancję oraz dopuszczalny poziom harmonicznych, dzięki czemu pakiet elektryczny można przejrzeć przed rozpoczęciem robót budowlanych.

O autorze ten artykuł przygotował zespół inżynieryjny firmy Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), producenta transformatorów założonego w 2007 roku oraz partnera joint venture Eaton od 2023 roku. Zespół projektuje transformatory olejowe, z żywicy epoksydowej oraz typu pad mounted przeznaczone dla portów, centrów danych, sieci energetycznych i projektów przemysłowych oraz wspiera klientów w trakcie przeglądu specyfikacji przed przetargiem. W celu uzyskania informacji dotyczących miejsc cumowniczych skontaktuj się pod adresem e-mail: [email protected].