EN
Тендер надійшов у вигляді двадцяти сторінок цивільних робіт і одного рядка щодо електротехнічного обсягу: постачання та монтаж берегового живлення 6,6 кВ. Ми запитали електротехнічного інженера порту, на якій частоті працює флот, що відвідує порт. Настала пауза, а потім відповідь: «на будь-якій стандартній». Це одне невідповідальне запитання визначає класифікацію трансформаторі берегового живлення , чи потрібен на причалі статичний перетворювач частоти взагалі й чи зможе круїзний лайнер взагалі підключитися після прибуття.
«Холодне залізо» перейшло від пункту пілотного проекту до умови дозволу в зростаючій кількості портів, а електротехнічний пакет зазвичай є тим, що останнім складається й найменше перевіряється. Цей посібник охоплює те, що трансформаторі берегового живлення має витримувати навантаження «холодного заліза» на причалі, які значення мають бути вказані в технічному завданні та деталі щодо гармонік і корозії, які визначають, чи залишиться пристрій у роботі після п’ятнадцяти років експлуатації в солоному повітрі.
Навантаження «холодного заліза» — це не будівельне навантаження
Корабель на причалі вимикає свої допоміжні двигуни й отримує всю електроенергію від берега: енергію для побутових потреб, рефрижераторних контейнерів, насосів, кранів на суднах із самовивантаженням, а також усю енергію для систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря (HVAC) й кухонь на круїзних суднах. Пікове навантаження є високим і виникає одномоментно. Для великого круїзного причалу зазвичай передбачають потужність близько 7,2 МВА при напрузі 6,6 кВ, що відповідає приблизно 630 А струму на вторинній стороні, тоді як для контейнерного причалу зі стоянками для рефрижераторних контейнерів потужність наближається до 1,5–3 МВА.
Навантаження також має повторюваний характер, якого ніколи не зазнає розподільчий трансформатор. Кожне під’єднання судна активує трансформатор берегової електромережі, а потім і власний трансформатор судна, тому явище вхідного струму виникає кілька разів на добу, іноді за кабелем довжиною 200–400 м між розеткою на причалі й судном. Додайте температуру навколишнього середовища +45 °C у порту Перської затоки, відносну вологість 90 % та розрахунковий термін експлуатації 20–30 років — і тепловий запас, який виглядав достатнім у технічній документації, починає здаватися недостатнім.
Напруга, частота та вибір перетворювача
Підключення до берегової електромережі високої напруги стандартизовано в IEC/IEEE 80005-1 , а поправка 2021 року до цього стандарту існує переважно через те, що обертання фаз на межі «судно–берег» викликало проблеми в експлуатації. Практичний висновок для покупця трансформатора є вузьким: причал має забезпечувати напругу й частоту, яких очікує судно, а трансформатор — лише одна ланка в цьому ланцюзі.
Три конфігурації охоплюють більшість тендерів, і вони вимагають трьох різних специфікацій трансформаторів.
| Конфігурація причалу | Режим роботи трансформатора | Що змінюється в специфікації |
| мережа 60 Гц, флот 60 Гц | Лише зниження напруги, наприклад, з 33 кВ до 6,6 кВ | Найближча до звичайного розподільного пристрою: стандартний імпеданс, охолодження ONAN або ONAF, фарба C5-M для морської атмосфери |
| мережа 50 Гц, флот 60 Гц | Живить статичний перетворювач частоти або підключена до виходу такого перетворювача | Струм, багатий гармоніками, постійна складова на виході перетворювача, підвищені вихрові та розсіяні втрати, допоміжні вентилятори й насоси на стороні перетворювача |
| мережа 50 Гц, флот 50 Гц (пароми, судна типу RoRo) | Тільки зниження напруги, наприклад, з 11 кВ до 6,6 кВ | Співвідношення напруг і діапазон регулювання відводів підібрано для поточного флоту, а не для майбутнього |
Де частоти збігаються, a трансформаторі берегового живлення це звичайний розподільний або силовий трансформатор із незвичайними вимогами щодо корозійності. Там, де частоти не збігаються, трансформатор розташований за перетворювачем і спадає його форму хвилі. Саме в цьому другому випадку зосереджено основний інженерний ризик і саме там стандартна оцінка втрат тихо стає неправильною.
Де гармоніки впливають на трансформатор
Прямі кінці випрямлячів на суднах є джерелом. Шестипульсна схема створює характерні 5-ту та 7-му гармоніки; дванадцятипульсна схема зміщує домінуючі порядки до 11-ї та 13-ї гармонік. Ці струми проходять через трансформатор, а вихрові втрати в обмотках зростають приблизно пропорційно квадрату порядку гармоніки, тому 11-та та 13-та гармоніки викликають набагато більше нагрівання на ампер, ніж основна частота.
У специфікації мають бути вказані два параметри. Перший — це допустимі втрати через гармоніки, які виражаються або коефіцієнтом K, або заданим спектром гармонік, який пристрій повинен витримувати при номінальному струмі без перевищення граничного підвищення температури. Другий — це граничне значення спотворення напруги у точці загального з’єднання, де Граничні значення гармонік за IEEE 519 визначають загальне спотворення гармоніками на рівні 5 % для систем із напругою від 1 кВ до 69 кВ. Берегова точка з напругою 6,6 кВ чітко входить у цей діапазон.
Ось та частина, яку найчастіше пропускають у специфікаціях портових підстанцій. Збільшення імпедансу трансформатора для обмеження струму короткого замикання також збільшує спотворення напруги при тому самому гармонійному струмі, оскільки більша частина спотворень виникає саме на трансформаторі. Імпеданс, кількість імпульсів перетворювача та конструкція фільтра мають вибиратися узгоджено. Коли надходить запит на причал із імпедансом 8 %, дванадцятиімпульсним перетворювачем і без фільтра, ми попередньо позначаємо таку комбінацію ще до надсилання комерційної пропозиції.
Сіль, вологість та середовище причалу
Причал — це прибережна ділянка з надзвичайно агресивним навколишнім середовищем: солоний туман, припливна вологість, вихлопні гази дизельних двигунів та миття струменем води поблизу терміналу. Для зовнішнього розташування на пірсі система фарбування має відповідати класу C5-M стандарту ISO 12944, а для видимих кріпильних елементів слід використовувати нержавіючу сталь марки 316 та основу резервуара, яка не буде іржавіти в точках кріплення. Поширені рами основи з гарячооцинкованого металу; ми вимагаємо вказувати товщину покриття в мікрометрах, а не назву кольору.
Корпус і охолодження залежать від розташування. Одиниці з масляним охолодженням підходять для встановлення на зовнішній площадці біля причалу; одиниці сухого типу з литою смолою підходять для внутрішнього розташування в будівлі терміналу, де вимоги щодо пожежного навантаження та трасування кабелів сприяють використанню одиниць без рідини. У обох випадках вкажіть мінімальний ступінь захисту IP54, нагрівальні елементи проти конденсації у низьковольтному відсіку та клас підвищення температури, який дійсний для реальної температури навколишнього середовища на об’єкті, а не для стандартної температури 40 °C, вказаної в каталозі.
Один деталь, про яку ми звертаємо увагу вже на початку, оскільки її виправлення коштуватиме дорого пізніше: відмова вентилятора. Одиниця з природною циркуляцією повітря та примусовим охолодженням (ONAF), розрахована на повне навантаження причалу при роботі вентиляторів, втратить 25–30 % своєї потужності, якщо двигун одного з вентиляторів заклинить у серпні. Тому або вкажіть сигнал аварії групи вентиляторів, підключений до системи моніторингу порту, або розрахуйте номінальну потужність одиниці з природним охолодженням (ONAN) для реального тривалого навантаження й вважайте ступінь примусового охолодження резервом для пікового навантаження готелю.
Що розмістити в Трансформаторі берегового живлення Специфікація
Наведена нижче таблиця містить мінімальний набір даних, необхідних для правильного розрахунку вартості пропозиції щодо причального місця. Відсутні дані вважаються припущеннями, а припущення — підставою для зміни замовлення. Якщо будь-який пункт також згадується в стандарті IEC/IEEE 80005-1, поруч із ним укажіть номер відповідного пункту стандарту, щоб постачальник і інспектор порту користувалися однаковими вимогами.
| Параметр | Типові вимоги до причального місця | Чому це має значення |
| Номінальна потужність | 7,2 МВА на причальне місце для круїзних суден; 1,5–3 МВА на причальне місце для контейнеровозів | Визначає загальний тепловий розрахунок і переріз кабелю від боксу причального місця |
| Відношення напруг | первинна напруга 33 кВ або 11 кВ, вторинна — 6,6 кВ або 11 кВ | Повинна відповідати судновому розподільному щиту, а не портовій електромережі |
| Частота | 60 Гц для флоту з частотою 60 Гц, 50 Гц — для флоту з частотою 50 Гц; перетворювач застосовується у разі розбіжності | Визначає, чи потрібен перетворювач та як його спектр гармонік впливає на проект |
| Імпеданс | зазвичай 6–8 %, узгоджено з рівнем струму короткого замикання | Занадто низьке значення призводить до надмірного струму КЗ у судновому розподільному щиті; занадто високе — до зростання спотворення напруги |
| Гармонійне навантаження | Заявлений спектр або коефіцієнт K, загальне гармонійне спотворення напруги (THDv) 5 % у точці приєднання до мережі (PCC) | Запобігає перегріву окремих ділянок обмотки, який не виявляють стандартні випробування на втрати |
| Охолодження | Охолодження ONAN із етапом ONAF, сигнал тривоги про збій вентилятора до портової системи SCADA | Забезпечує безперервну роботу причалу навіть за відмови одного з вентиляторів |
| Корозія | Покриття C5-M за ISO 12944, кріплення з нержавіючої сталі марки 316, ступінь захисту IP54 | П’ятнадцять років експлуатації в умовах солоного морського повітря — це справжній тест на придатність |
| Тести | Рутинні випробування, випробування на підвищення температури, вимірювання часткових розрядів для литих смолою трансформаторів | Надає порту базовий показник для порівняння з наступним тендером |
Як Раян підходить до запиту щодо причалу
Ми виробляємо трансформатори з рідким охолодженням і литі смолою в заводі площею 120 000 м², оснащеному понад 180 комплектами виробничого й випробувального обладнання, маємо 37 патентів, а з 2023 року працюємо як партнер Eaton у спільному підприємстві. Це менш важливо, ніж інженерна бесіда, але означає, що запит щодо причалу потрапляє до фахівців, які вже неодноразово обговорювали питання імпедансу.
Для змішаного парку корисним варіантом є подвійна вторинна напруга з вибором перемичок поза колом, що дозволяє використовувати одну конструкцію для суден із напругою 6,6 кВ та 11 кВ без необхідності мати другий резервний агрегат на місці. Перемички поза колом також є найдешевшим способом компенсації відхилення напруги в мережі від проектних значень. Кожен агрегат поставляється з записаними результатами стандартних випробувань у вигляді виміряних значень, випробуванням на підвищення температури при номінальному струмі та фотографією таблички, зробленою перед упаковкою, оскільки саме табличка — це перше, що інспектор порту перевіряє після прибуття.
Інтерфейс високовольтного берегового підключення — це місце, де відбувається більшість суперечок, і зазвичай вони виникають між трьома сторонами, які ніколи не зустрічаються особисто: електротехнічним консультантом порту, технічним менеджером судна та постачальником трансформаторів. Ми вимагаємо однолінійну схему судна на ранньому етапі. Дванадцятипульсний перетворювач на борту змінює гармонійне навантаження на нашій обмотці, а судно з розподільним щитом 6,6 кВ і генератором 60 Гц не може обслуговуватися причалом 50 Гц без перетворювача, навіть якщо номінальна потужність трансформатора виглядає досить високою в документах.
Якщо ви зараз розробляєте специфікацію причалу, надішліть нам склад флоту, напругу та частоту мережі, а також рівень аварійного струму у розподільному щиті причалу. Ці три параметри визначають більше характеристик трансформаторі берегового живлення ніж будь-яка інша сторінка тендерної документації, і зазвичай саме вони надходять останніми. Наші інженери надішлють вам офіційно підтверджені дані щодо номінальної потужності, рекомендованого імпедансу та допустимого рівня гармонік, щоб електротехнічний пакет можна було перевірити до початку будівельних робіт.
Про автора цю статтю підготувала інженерна команда Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), виробника трансформаторів, заснованого в 2007 році, та партнер-спільне підприємство Eaton з 2023 року. Команда проектує маслонаповнені, литі епоксидні та наземні трансформатори для портових об’єктів, центрів обробки даних, енергетичних систем та промислових проектів, а також надає клієнтам підтримку на етапі перевірки технічних специфікацій до проведення тендерів. Для запитів щодо місць швартування звертайтесь за адресою [email protected].