EN
Utbudet kom som tjugo sidor civila arbeten och en rad elektriska arbetsområden: leverans och installation av kajström 6,6 kV. Vi frågade hamnens elektrikingenjör vilken frekvens den besökande flottan körde på. Det blev en paus, sedan svaret: vad som helst som är standard. Den enda ouppklarade frågan avgör klassningen av kajstransformatorn , om kajplatsen alls behöver en statisk frekvensomvandlare och om ett kryssningsfartyg faktiskt kan anslutas när det anländer.
Kallt järn har gått från att vara en post i ett pilotprojekt till att bli ett villkor för tillstånd i allt fler hamnar, och det elektriska paketet är oftast den del som skrivs sist och granskas minst. Den här guiden behandlar vad en kajstransformatorn måste klara av vid en kajplats, vilka värden som ska ingå i specifikationen samt de harmoniska och korrosiva detaljerna som avgör om enheten fortfarande är i drift efter femton år med saltluft.
Belastning för kallt järn är inte en bygnadsbelastning
Ett fartyg vid kaj stänger av sina hjälpaggregat och tar all ström från land: hotellbelastning, kytdon, pumpar, kranar på självlossande fartyg och på ett kryssningsfartyg hela luftkonditioneringssystemet och köksbelastningen. Toppeffekten är hög och ökar plötsligt i ett enda steg. En stor kryssningskaj dimensioneras vanligtvis för ca 7,2 MVA vid 6,6 kV, vilket motsvarar ca 630 A sekundärström, medan en containerterminal med kytdonställningar ligger närmare 1,5–3 MVA.
Driftlasten är också repetitiv på ett sätt som aldrig förekommer för en distributionstransformator. Varje fartygsanslutning aktiverar transformatorn och sedan fartygets egen transformator, så insvängningsströmmen uppstår flera gånger per dag, ibland med en kabel på 200–400 m mellan kajboxen och fartyget. Lägg till en omgivningstemperatur på 45 °C i en golfhamn, 90 % relativ fuktighet och en designlivslängd på 20–30 år, och den termiska marginalen som såg generös ut i databladet börjar verka tunn.
Spänning, frekvens och valet av omriktare
Anslutning av högspänningsström från land är standardiserad i IEC/IEEE 80005-1 , och ändringen från 2021 av den standarden finns i stort sett på grund av att fassvängning vid kaj-kontakten mellan fartyg och land orsakade problem i drift. Den praktiska slutsatsen för en köpare av transformatorer är mer begränsad: kajplatsen måste leverera den spänning och frekvens som fartyget förväntar sig, och transformatorn är endast en del av den kedjan.
Tre konfigurationer täcker de flesta upphandlingar, och de kräver tre olika transformatorspecifikationer.
| Kajplatskonfiguration | Transformatorns driftuppgift | Vad ändras i specifikationen |
| 60 Hz-nät, 60 Hz-flotta | Endast nedtransformering, t.ex. 33 kV till 6,6 kV | Närmast en normal distributionsenhet: standardimpedans, ONAN- eller ONAF-kylning, C5-M-färg för marin atmosfär |
| 50 Hz-nät, 60 Hz-flotta | Matas av en statisk frekvensomvandlare, eller sitter på omvandlarens utgång | Strömmen är rik på harmoniska, likströmskomponent på omformarens utgång, högre virvel- och strömförluster, fläktar och pumpar som hjälpdon på omformarsidan |
| 50 Hz-nät, 50 Hz-flotta (färjor, RoRo) | Endast nedtransformering, t.ex. från 11 kV till 6,6 kV | Spänningsförhållandet och tap-området dimensioneras för den faktiska flottan, inte för en framtida flotta |
Där frekvenserna stämmer överens är en kajstransformatorn en konventionell distributions- eller krafttransformator med en ovanlig korrosionspålitlighet. Där frekvenserna inte stämmer överens finns transformatorn nedströms om en omformare och arvar dess vågform. Det andra fallet är där de flesta ingenjörsmässiga riskerna ligger, och där en standardförlustbedömning tyst blir felaktig.
Där harmoniska träffar transformatorn
Framändar för likriktare på fartyg är källan. En sexpulsanordning genererar karaktäristiska 5:e- och 7:e-ordningens harmoniska; en tolvpulsanordning förskjuter de dominerande ordningarna till 11:e och 13:e. Dessa strömmar passerar genom transformatorn, och virlingsförlusterna i lindningarna ökar ungefär med kvadraten på harmoniska ordningen, så 11:e och 13:e orsakar betydligt mer uppvärmning per ampere än grundfrekvensen.
Två siffror ska anges i specifikationen. Den första är en tillåten harmonisk förlust, uttryckt antingen som en K-faktor eller som ett angivet harmoniskt spektrum som enheten måste klara vid märkström utan att överskrida sin temperaturhöjning. Den andra är gränsen för spänningsdeformation vid gemensam kopplingspunkt, där IEEE 519:s harmoniska gränsvärden anger 5 % total harmonisk deformation för system mellan 1 kV och 69 kV. En 6,6 kV-bryggplats ligger helt inom denna bandbredd.
Här är den del som de flesta hamnspecifikationer missar. Att öka transformatorns impedans för att styra kortslutningsströmmen ökar också spänningsförvrängningen för samma harmoniska ström, eftersom mer av förvrängningen uppstår över transformatorn själv. Impedans, omformarens pulstantal och filterdesign måste väljas tillsammans. När en bådplatsförfrågan anländer med 8 % impedans och en tolvpulsomformare utan filter markerar vi kombinationen innan vi lämnar ett offertförslag.
Salt, fuktighet och bådplatsens miljö
En bådplats är en kustnära plats med en ovanligt aggressiv atmosfär: saltdimma, tidvattensfuktighet, dieselavgaser och rengöring med slang nära terminalbyggnaden. För utomhusinstallation på en kaj ska färgsystemet specificeras enligt C5-M i ISO 12944, med rostfritt stål av typ 316 för exponerade fästdon och en tankbas som inte rostar igenom vid förankringspunkterna. Hettzinkade basramar är vanliga, och vi begär tjockleken på beläggningen i mikrometer snarare än färgnamnet.
Kapsling och kylning följer av placeringen. Enheter med oljeimmersion är lämpliga för utomhusplacering på en platta bredvid kajen; gjutna harts-torkade enheter är lämpliga för inomhusplacering i terminalbyggnaden där brandbelastning och kabelläggning förmånar en enhet utan vätska. I båda fallen ska minst IP54 anges, anti-kondensationsvärmare i LV-avdelningen samt en temperaturstegningsklass som fortfarande gäller vid den lokala omgivningstemperaturen snarare än vid standardtemperaturen 40 °C i katalogen.
En detalj som vi lyfter tidigt, eftersom den blir dyrare att åtgärda senare: fläktsvikt. En ONAF-enhet som är dimensionerad för full kajlast med igående fläktar förlorar 25–30 % av sin kapacitet om en fläktmotor fastnar i augusti. Ange antingen en fläktgruppslarmanslutning till hamnens övervakningssystem, eller dimensionera ONAN-kapaciteten för den verkliga kontinuerliga lasten och betrakta den tvingade kylfasen som reservkapacitet för toppbelastning från hotellen.
Vad som ska sättas in i Kajstransformatorn Specifikation
Tabellen nedan innehåller den minsta datamängd vi behöver innan en kajprisoffert kan beräknas korrekt. Saknade rader tolkas som antaganden, och antaganden leder till ändringsorder. Om en rad även förekommer i IEC/IEEE 80005-1 ska standardavsnittet anges bredvid den, så att leverantören och hamninspektören läser samma krav.
| Parameter | Typisk kajkrav | Varför det är viktigt |
| Angiven effekt | 7,2 MVA per kryssningskaj; 1,5 till 3 MVA per containarkaj | Styr hela den termiska konstruktionen och kabellängden från kajboxen |
| Spänningsförhållande | 33 kV eller 11 kV primär till 6,6 kV eller 11 kV sekundär | Måste stämma överens med fartygets distributionscentral, inte med hamnnätet |
| Frekvens | 60 Hz för ett 60 Hz-fartyg, 50 Hz för ett 50 Hz-fartyg; omvandlare där frekvenserna skiljer sig åt | Avgör om en omvandlare, och dess harmoniska spektrum, ingår i konstruktionen |
| Impedans | 6 till 8 % typiskt, samordnat med felströmnivån | För lågt och fartygets distributionscentral utsätts för för hög felström; för högt och spänningsförvrängningen ökar |
| Harmonisk belastning | Angiven spektrum eller K-faktor, 5 % THDv vid PCC | Förhindrar heta fläckar i lindningen som ingen standardförlusttest avslöjar |
| Kylning | ONAN med ONAF-steg, fläktlarm till portens SCADA-system | Håller kajplatsen i drift när en fläkt går sönder |
| Korrosion | C5-M-färg enligt ISO 12944, rostfria 316-skruvar, IP54 | Femton år med saltluft är den verkliga godkännandetestet |
| Tester | Rutintester, temperaturstegringstest, PD-mätning för gjuten harpiksisolering | Ger hamnen något att jämföra med nästa anbudsförfrågan |
Hur Ryan hanterar en kajplatsförfrågan
Vi tillverkar vätskekylda och gjutna harpiksenheter i en anläggning på 120 000 m² med mer än 180 uppsättningar produktions- och testutrustning, stödda av 37 patent; sedan 2023 verkar vi som joint venture-partner till Eaton. Det är mindre viktigt än teknikdiskussionen, men det innebär att en kajplatsförfrågan når personer som redan har diskuterat impedans.
För en blandad flotta är det användbara alternativet en dubbel sekundär spänning med urkopplad kopplingsval, så att en enda konstruktion kan användas för fartyg med 6,6 kV och 11 kV utan att behöva ha en extra reservenhet på plats. Urkopplade tap-kopplingar är också det billigaste sättet att hantera en nätspänning som avviker från ritningen. Varje enhet lämnar fabriken med rutintester registrerade som mätvärden, en temperaturstegringstest vid märkström samt en fotografering av typskylten innan förpackning – eftersom typskylten är det första en hamninspektör läser vid ankomst.
Gränssnittet för högspänningslandanslutning är där de flesta diskussionerna sker, och de sker vanligtvis mellan tre parter som aldrig möts: hamnens elkonsult, fartygets tekniske chef och transformatorleverantören. Vi begär fartygets enfaldiga scheman tidigt. En tolvpulsomformare ombord förändrar harmoniska belastningskraven på vår lindning, och ett fartyg med en 6,6 kV distributionsanläggning och en 60 Hz-generator kan inte betjänas av en 50 Hz-brygga utan en omformare, oavsett hur generös transformatorns märkeffekt ser ut på papperet.
Om du just nu skriver en specifikation för en brygga, skicka oss flottans sammansättning, nätspänningen och nätfrekvensen samt felströmmen vid bryggans anslutningslåda. Dessa tre uppgifter avgör mer om kajstransformatorn än någon annan sida i upphandlingen, och de är vanligtvis de tre som kommer senast. Våra ingenjörer återkommer med en märkbelastning, en impedansrekommendation och en harmonisk tillåtelse skriftligen, så att elpaketet kan granskas innan byggarbetena påbörjas.
Om författaren : Den här artikeln har tagits fram av ingenjörsteamet på Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), en transformatorillverkare som grundades 2007 och som sedan 2023 är ett gemensamt företag med Eaton. Teamet utformar oljeimmersionstransformatorer, gjutna harts-transformatorer och plattmonterade transformatorer för hamn-, datacenter-, elnäts- och industriprojekt samt stödjer kunder genom granskning av specifikationer innan upphandling. För frågor om kajplatskontakter, kontakta [email protected].