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A licitação chegou como vinte páginas de obras civis e uma única linha sobre o escopo elétrico: fornecimento e instalação de energia elétrica costeira de 6,6 kV. Perguntamos ao engenheiro elétrico do porto em qual frequência operava a frota visitante. Houve uma pausa, seguida da resposta: qualquer frequência que seja padrão. Essa única pergunta sem resposta define a classificação do transformador de Energia de Atracação , se o cais necessita ou não de um conversor estático de frequência e se um navio de cruzeiro pode realmente se conectar ao chegar.
O 'cold ironing' deixou de ser um item isolado em projetos-piloto para se tornar uma condição de licença em número crescente de portos, e o pacote elétrico geralmente é a parte escrita por último e revisada com menor frequência. Este guia aborda o que um transformador de Energia de Atracação transformador de energia costeira
Carga de 'Cold Ironing' Não É uma Carga de Edifício
Um navio atracado desliga seus motores auxiliares e recebe toda a energia da terra: carga de hotelaria, refrigeradores (reefers), bombas, guindastes em navios auto-descarregáveis e, em navios de cruzeiro, toda a carga de climatização (HVAC) e cozinha. A demanda de pico é elevada e ocorre de forma abrupta. Um cais para navios de cruzeiro costuma ser projetado para cerca de 7,2 MVA em 6,6 kV, o que equivale aproximadamente a 630 A de corrente secundária, enquanto um cais para contêineres com racks de refrigeradores opera normalmente entre 1,5 e 3 MVA.
A solicitação também é repetitiva de uma maneira que nenhum transformador de distribuição jamais enfrenta. Cada conexão de navio energiza o transformador terrestre e, em seguida, o transformador próprio do navio, de modo que as correntes de magnetização (inrush) ocorrem várias vezes ao dia, às vezes com cabos de 200 a 400 m entre a caixa de atracação e o navio. Acrescente-se uma temperatura ambiente de 45 °C em um porto do Golfo, umidade relativa de 90 % e vida útil projetada de 20 a 30 anos, e a margem térmica que parecia generosa na folha de dados começa a parecer insuficiente.
Tensão, frequência e a decisão sobre o conversor
A conexão elétrica terrestre de alta tensão é padronizada em IEC/IEEE 80005-1 , e a emenda de 2021 dessa norma existe, em grande parte, porque a rotação de fases na interface navio-terra causou problemas em serviço. A conclusão prática para um comprador de transformadores é mais restrita: o cais deve fornecer a tensão e a frequência esperadas pelo navio, e o transformador é apenas uma parte dessa cadeia.
Três configurações abrangem a maioria das licitações, exigindo três especificações diferentes de transformadores.
| Configuração do cais | Função do transformador | O que muda na especificação |
| rede de 60 Hz, frota de 60 Hz | Apenas redução de tensão, por exemplo, de 33 kV para 6,6 kV | Mais próxima de uma unidade de distribuição normal: impedância padrão, refrigeração ONAN ou ONAF, tinta C5-M para ambiente marítimo |
| rede de 50 Hz, frota de 60 Hz | Alimenta um conversor estático de frequência ou está conectado à saída do conversor | Corrente rica em harmônicos, deslocamento de corrente contínua na saída do conversor, maiores perdas por correntes parasitas e dispersas, auxiliares de ventilador e bomba no lado do conversor |
| rede de 50 Hz, frota de 50 Hz (barcas, navios ro-ro) | Apenas redução de tensão, por exemplo, de 11 kV para 6,6 kV | Relação de tensão e faixa de taps dimensionadas para a frota real, não para uma futura |
Onde as frequências coincidem, um transformador de Energia de Atracação é um transformador convencional de distribuição ou de potência com uma especificação incomum de corrosão. Onde não coincidem, o transformador fica a jusante de um conversor e herda sua forma de onda. Esse segundo caso é onde reside a maior parte do risco de engenharia e onde uma avaliação convencional de perdas se torna silenciosamente incorreta.
Onde os Harmônicos Atacam o Transformador
Os retificadores frontais de embarcações são a fonte. Uma configuração de seis pulsos gera harmônicos característicos de 5.ª e 7.ª ordem; uma configuração de doze pulsos desloca as ordens dominantes para a 11.ª e 13.ª. Essas correntes atravessam o transformador, e as perdas por correntes parasitas nos enrolamentos aumentam aproximadamente com o quadrado da ordem harmônica, de modo que a 11.ª e a 13.ª causam muito mais aquecimento por ampère do que a fundamental.
Dois valores devem constar na especificação. O primeiro é uma margem de perdas harmônicas, expressa seja como fator K, seja como um espectro harmônico declarado que a unidade deve suportar, à corrente nominal, sem exceder sua elevação de temperatura. O segundo é o limite de distorção de tensão no ponto de acoplamento comum, onde Os limites harmônicos da IEEE 519 estabelecem 5 % de distorção harmônica total para sistemas entre 1 kV e 69 kV. Um cais de 6,6 kV encontra-se plenamente dentro dessa faixa.
Aqui está a parte que a maioria das especificações de porto omite. Aumentar a impedância do transformador para controlar a corrente de curto-circuito também aumenta a distorção de tensão para a mesma corrente harmônica, pois uma maior parcela dessa distorção aparece diretamente no próprio transformador. A impedância, o número de pulsos do conversor e o projeto do filtro devem ser escolhidos em conjunto. Quando recebemos uma consulta sobre um berço com impedância de 8 %, conversor de doze pulsos e sem filtro, identificamos imediatamente essa combinação antes mesmo de elaborarmos a proposta.
Sal, Umidade e o Ambiente do Berço
Um berço é um local costeiro com uma atmosfera excepcionalmente agressiva: névoa salina, umidade de maré, escapamento de diesel e limpeza com mangueira nas proximidades do edifício do terminal. Para instalações ao ar livre no cais, o sistema de pintura deve atender à classe C5-M da norma ISO 12944, utilizando aço inoxidável 316 para fixadores expostos e uma base para tanque que não enferruje nos pontos de ancoragem. Estruturas de base galvanizadas a quente são comuns; solicitamos a espessura do revestimento em micrômetros, não o nome da cor.
A carcaça e o sistema de refrigeração decorrem da localização. Unidades imersas em óleo são adequadas para instalação ao ar livre, sobre uma base junto ao cais; unidades secas de resina fundida são adequadas para instalação no edifício do terminal interior, onde a carga de incêndio e o roteamento de cabos favorecem uma unidade sem líquido. Em ambos os casos, especifique, no mínimo, grau de proteção IP54, aquecedores anticondensação no compartimento de baixa tensão e classe de elevação de temperatura que permaneça válida à temperatura ambiente do local, em vez da temperatura padrão de 40 °C indicada no catálogo.
Um detalhe que destacamos precocemente, pois seu tratamento tardio acarreta custos elevados: falha dos ventiladores. Uma unidade ONAF dimensionada para suportar toda a carga do cais com os ventiladores em operação perderá 25 a 30 % de sua capacidade caso um motor de ventilador trave em agosto. Especifique, portanto, ou um alarme agrupado de ventiladores conectado ao sistema de monitoramento do porto, ou dimensione a potência nominal ONAN para a carga contínua realista e considere a etapa de refrigeração forçada como margem de segurança para picos de carga do hotel.
O Que Inserir na Transformador de Energia de Atracação Especificação
A tabela abaixo é o conjunto mínimo de dados necessário antes que uma cotação para um cais possa ser calculada adequadamente. Linhas ausentes são tratadas como suposições, e suposições resultam em ordens de alteração. Quando uma linha também aparece na norma IEC/IEEE 80005-1, indique a cláusula correspondente ao lado dela, para que o fornecedor e o inspetor portuário interpretem o mesmo requisito.
| Parâmetro | Requisito típico para cais | Por que isso é importante |
| Potência Nominal | 7,2 MVA por cais para navios de cruzeiro; 1,5 a 3 MVA por cais para contêineres | Define todo o projeto térmico e o dimensionamento dos cabos desde a caixa do cais |
| Relação de Tensão | tensão primária de 33 kV ou 11 kV para tensão secundária de 6,6 kV ou 11 kV | Deve corresponder ao quadro elétrico do navio, não à rede portuária |
| Frequência | 60 Hz para frotas de 60 Hz, 50 Hz para frotas de 50 Hz; conversor onde houver diferença | Determina se um conversor — e seu espectro harmônico — entra no projeto |
| Impedância | 6 a 8 % típico, coordenado com o nível de curto-circuito | Valor muito baixo expõe o quadro elétrico do navio a correntes de curto-circuito excessivas; valor muito alto aumenta a distorção de tensão |
| Carga harmônica | Espectro declarado ou fator K, 5% de THDv no ponto de conexão com a rede (PCC) | Evita pontos quentes no enrolamento que nenhum ensaio padrão de perdas revelaria |
| Refrigeração | Refrigeração ONAN com estágio ONAF, alarme de ventilador para o SCADA do porto | Mantém o berço em operação mesmo quando um ventilador falha |
| Corrosão | Tinta C5-M conforme ISO 12944, fixadores em aço inoxidável 316, grau de proteção IP54 | Quinze anos de exposição ao ar salino constituem o verdadeiro teste de aceitação |
| Testes | Ensaios de rotina, ensaio de elevação de temperatura, medição de descargas parciais para transformadores em resina fundida | Fornece ao porto um parâmetro de comparação para a próxima licitação |
Como Ryan aborda um pedido de berço
Fabricamos transformadores imersos em óleo e em resina fundida numa fábrica de 120.000 m², equipada com mais de 180 conjuntos de equipamentos de produção e ensaio, respaldada por 37 patentes; desde 2023, atuamos como sócio de joint venture da Eaton. Isso tem menos importância do que a conversa técnica, mas significa que um pedido de berço é recebido por profissionais que já debateram anteriormente sobre impedância.
Para uma frota mista, a opção útil é uma tensão secundária dupla com seleção de ligação fora do circuito, de modo que um único projeto atenda embarcações de 6,6 kV e 11 kV sem necessidade de uma segunda unidade de reserva no local. As ligações de derivação fora do circuito também constituem a forma mais econômica de cobrir uma tensão da rede que se desvia do valor especificado no projeto. Cada unidade sai de fábrica com os ensaios de rotina registrados como valores medidos, um ensaio de elevação de temperatura realizado à corrente nominal e uma fotografia da placa de identificação tirada antes da embalagem, pois essa placa é a primeira coisa que um inspetor portuário lê ao chegar.
A interface de conexão costeira de alta tensão é onde ocorrem a maioria das discussões, normalmente entre três partes que nunca se encontram: o consultor elétrico do porto, o gestor técnico do navio e o fornecedor do transformador. Solicitamos o diagrama unifilar do navio logo no início. Um conversor de doze pulsos a bordo altera a carga harmônica no nosso enrolamento, e um navio com quadro elétrico de 6,6 kV e gerador de 60 Hz não pode ser abastecido por uma doca de 50 Hz sem um conversor, por mais generosa que pareça, em papel, a potência nominal do transformador.
Se estiver elaborando agora uma especificação para uma doca, envie-nos a composição da frota, a tensão e frequência da rede elétrica e o nível de curto-circuito na caixa da doca. Essas três informações definem mais aspectos do transformador de Energia de Atracação do que qualquer outra página do edital, e normalmente são as três que chegam por último. Nossos engenheiros retornarão com uma potência nominal, uma recomendação de impedância e uma tolerância para harmônicos por escrito, de modo que o pacote elétrico possa ser analisado antes da execução das obras civis.
Sobre o autor : Este artigo foi elaborado pela equipe de engenharia da Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), fabricante de transformadores fundada em 2007 e parceira de joint venture da Eaton desde 2023. A equipe projeta transformadores imersos em óleo, em resina fundida e montados em plataforma para aplicações portuárias, centros de dados, redes elétricas e projetos industriais, além de apoiar os clientes na revisão de especificações antes da licitação. Para consultas sobre docas, entre em contato com [email protected].