محولات الطاقة الشاطئية: كيفية تحديد محطات فرعية HVSC لكهربة الموانئ
عادةً ما يفتح مهندسو المحطات الطرفية الذين يتصلون بنا بخصوص كهربة الأرصفة المحادثة بنفس الطريقة: "نحن بحاجة إلى حوالي 2 ميجا فولت أمبير على الرصيف". ثم نسأل ما هي السفن التي ستصل فعليًا إلى هذا الرصيف. يمكن للإجابة أن تحرك هذا الرقم بمعامل عشرة. أمحول طاقة الشاطئيتم تحديد حجمه حسب السفينة التي يتم توصيلها به، وليس حسب الحمولة التي تراها المحطة اليوم - وهذا التمييز الوحيد هو المكان الذي تخطئ فيه معظم مواصفات المرور الأول.
ما الذي يفعله محول الطاقة الشاطئي ولا تستطيع وحدة التوزيع القيام به
ابدأ بالهندسة المعمارية. في أحد الموانئ الرئيسية، يمكن أن تصل تغذية المرافق إلى أي شيء يتراوح من 34.5 كيلو فولت إلى 230 كيلو فولت، وتقوم محطة فرعية كبيرة للطاقة داخل الميناء بنقلها إلى حافلة توزيع الشاطئ ذات الجهد المتوسط. ومن هناك يحصل كل رصيف على محول مخصص يرفع الجهد إلى 6.6 كيلو فولت أو 11 كيلو فولت ويغذي نظام إدارة الكابلات الذي ينقل الطاقة إلى السفينة. بمجرد إجراء الاتصال، تقوم السفينة بإيقاف تشغيل مولداتها المساعدة وتتولى المحطة الحمولة. أصحاب استدعاء هذاالكي الباردأوإمدادات الطاقة البرية (OPS); تستدعي المعايير الترتيب بأكمله أاتصال الشاطئ عالي الجهد (HVSC)النظام، والمحول الموجود تحته حيوان مختلف عن وحدة التوزيع.
المحول ليس موجودًا لتحويل الجهد وحده. وهو حاجز العزل الجلفاني بين شبكة الشاطئ والنظام الكهربائي للسفينة. الممارسة القياسية، والترتيب الذي تمت كتابته حول معظم المواصفات، هو محول واحد مخصص لكل رصيف مع توصيل سفينة واحدة في كل مرة، بحيث لا يمكن لمشاكل التأريض أو التيارات الشاردة أو الأعطال في أماكن أخرى في الميناء أن تصل إلى السفينة وتربك حماية الخطأ الأرضي.
الوثيقة الحاكمة هي IEC/IEEE 80005-1، والتي تم تطويرها بشكل مشترك من قبل IEC وISO وIEEE. ويغطي توزيع الشاطئ عالي الجهد، ومعدات الاتصال والواجهة من الشاطئ إلى السفينة، والمحولات والمفاعلات، وأشباه الموصلات ومحولات التردد الدوارة، وأنظمة التحكم والمراقبة والتشابك التي تربط الرصيف معًا. تنطبق هذه المواصفة على السفن التي تحتاج إلى 1 ميجا فولت أمبير أو أكثر، أو السفن ذات مصدر رئيسي عالي الجهد؛ يوجد اتصال الشاطئ منخفض الجهد في جزء منفصل من السلسلة. سجل المعايير عام علىIEEE 80005-1 صفحة قياسية- دليل مفيد عندما تسأل إحدى المرافق أو مجتمع التصنيف من أين جاء هذا الشرط.
التنظيم هو ما يحول هذا من النظرية الهندسية إلى جدول البناء. تطلب لائحة At Berth في كاليفورنيا من سفن الحاويات والمبردات والسفن السياحية استخدام استراتيجية معتمدة للتحكم في الانبعاثات في المحطات المنظمة منذ يناير 2023، وتم توسيع المتطلبات لتشمل سفن Ro-Ro في جميع المحطات المنظمة والناقلات في لوس أنجلوس ولونج بيتش اعتبارًا من يناير 2025، وسوف تمتد إلى الناقلات في كل محطة منظمة اعتبارًا من يناير 2027. الطاقة الشاطئية هي الطريق الذي تسلكه معظم المحطات. يتم نشر جدول الامتثال الكامل علىCARB في صفحة تنظيم الرصيف.
التحجيم حسب نوع السفينة: أرقام الطاقة وراء كل رصيف
هذا هو الجزء الذي يقلل المشترون من تقديره: مزيج السفن هو الذي يحدد التصنيف، وليس الطلب الخاص بالمحطة. يمتد الطلب على طاقة الرصيف في المعيار إلى نطاق واسع.
| نوع السفينة | رصيف الجهد | الطلب على الطاقة عند الرصيف |
| السفن السياحية | 6.6 كيلو فولت أو 11 كيلو فولت | 16-20 ميجا فولت أمبير |
| سفن الحاويات | 6.6 kV | 7.5 MVA |
| ناقلات الغاز الطبيعي المسال | 6.6 كيلو فولت أو 11 كيلو فولت | 10.7 MVA |
| سفن الرورو | 11 kV | 6.5 MVA |
| ناقلات | 6.6 kV | 7.2 MVA |
قم بتصميم أكبر سفينة في خطة الرصيف، ثم تحقق مما إذا كانت السفن الصغيرة تظل اقتصادية في الخدمة. توجد وحدة بحجم حركة الرحلات البحرية عند حمل خفيف خلال زيارة Ro-Ro ولا تزال قريبة من فقدانها الكامل لعدم التحميل، وهو موضوع القسم التالي.
تعد إمكانية التحميل الزائد أيضًا أكثر أهمية هنا مما هي عليه في تطبيق التوزيع القياسي، نظرًا لأن حمل الرصيف يصل في خطوات.الكي الباردتتضمن عمليتين متزامنتين لكل مكالمة - واحدة لنقل الحمولة المساعدة للسفينة إلى الشاطئ، والأخرى لإعادتها عند المغادرة. يمنحك تبريد الهواء القسري مساحة رأسية موثقة أعلى لوحة الاسم: بالنسبة للوحدات من النوع الجاف تقريبًا 33% سعة إضافية تصل إلى 3.75 ميجا فولت أمبير وحوالي 25% أعلى من ذلك؛ للوحدات المغمورة بالسوائل حوالي 12% حتى 2.5 ميجا فولت أمبير و 25% فوقها. أدلة التحميل وراء هذه الأرقام هي IEEE C57.96 للنوع الجاف وIEEE C57.91 للوحدات المغمورة بالسائل. المورد الذي لا يستطيع إنتاج منحنيات قدرة التحميل لدورة العمل الخاصة بك هو مورد سوف ينتهي بك الأمر إلى الجدال معه لاحقًا.
يعتبر فقدان عدم التحميل عنصرًا سطريًا على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع لمحولات الطاقة الساحلية
يستعيد محول التوزيع خسائره مع نمو الحمل. محول الرصيف لا يحصل على هذا الترف. ويظل نشطًا بين مكالمات السفينة، أحيانًا لعدة أيام، لذلك يصبح فقدان عدم التحميل أكبر عنصر طاقة في العمر التشغيلي للأصل.
قم بالحسابات قبل مقارنة الأسعار. تستهلك الوحدة التي تبلغ قدرتها 8 كيلووات من فقدان عدم التحميل والتي يتم تنشيطها لمدة 8000 ساعة سنويًا ما يقرب من 64000 كيلووات في الساعة. بمعدل صناعي يبلغ 0.10 دولار/كيلوواط ساعة أي حوالي 6,400 دولار سنويًا، أو ما يقرب من 160,000 دولار على مدار عمر خدمة يبلغ 25 عامًا - قبل خسائر الأحمال وقبل الصيانة. سوف تختلف التعريفة الخاصة بك؛ الطلب لن. يفصل هيكل التكلفة هذاإمدادات الطاقة البريةالمشاريع من شراء المحولات الصناعية العادية، ولهذا السبب نطلب تقييم الخسارة المرسملة التي ينوي المالك تطبيقها وتصميم القلب واللف حوله.
التردد والعزل الجلفاني والتأريض: ثلاثة تفاصيل تغرق المشاريع
التردد يأتي أولاً يتم طلب معظم السفن بأنظمة كهربائية بتردد 60 هرتز، لذا فإن المنفذ الذي يتم تغذيته بواسطة مرفق بتردد 50 هرتز يحتاج إلى تحويل التردد قبل المحول الموجود على جانب الشاطئ. تخطي هذا الفحص وسيصبح الرصيف غير متوافق مع الأسطول الذي تم بناؤه لخدمته - وهو اكتشاف مكلف عند بدء التشغيل.
وتأتي العزلة في المرتبة الثانية. فيHVSCتصميم المحول المخصص هو حاجز العزل، ولا يمكن مشاركته بين رصيفين لتوفير المال. تنشر جمعيات التصنيف معايير القبول الخاصة بها بالإضافة إلى المعيار المشترك، لذا فإن المراجعة الخاضعة لمراجعة النظراء للمعيار IEC/IEEE 80005-1 جنبًا إلى جنب مع إرشادات المجتمع الطبقي تعد بمثابة فحص شامل عندما يتعين على المواصفات الفنية أن تنجو من مراجعة الطرف الثالث. إحدى هذه الدراسات تستحق الاحتفاظ بها في ملف المشروع:التنقل في السلامة والامتثال في أنظمة التوصيل الشاطئي عالية الجهد.
يأتي التأريض في المرتبة الثالثة، وهنا تصبح الهندسة محددة. تم تصميم الرصيف كنظام مؤرض عالي المقاومة مع مقاومة تأريض محايدة، ويتبع تصنيف المقاوم تيار الشحن لنظام الشاطئ والسفينة المدمج:
R_N=E_LN / (1.25 × I_C)
حيث R_N هو مقاوم التأريض المحايد، وE_LN هو جهد الخط إلى المحايد، وI_C هو إجمالي تيار الشحن لنظام الشاطئ والسفينة مجتمعين، مع تطبيق عامل 1.25 لتغطية عدم اليقين في القياس. تتم مراقبة المقاوم بشكل مستمر لظروف الدائرة المفتوحة والقصيرة، ويتم فتح القواطع على جانبي الاتصال في حالة فشل تلك المراقبة. استخدم تيار شحن مقترضًا بدلاً من تيار محسوب أو مُقاس وسيقوم الرصيف بتطوير جهد زائد عابر يؤدي إلى إتلاف المعدات الموجودة على جانبي الكابل.
أجهزة الحماية وأجهزة السلامة ينسى مشتروها التحديد
المحول هو الجزء البسيط من مواصفات الرصيف. حزمة الحماية والواجهة هي المكان الذي تفقد فيه المشاريع الوقت.
على المحول نفسه، تحتاج وحدة الملف المصبوب من النوع الجاف إلى حماية حرارية متعرجة (جهاز 49 واط). تضيف الوحدة المغمورة بالزيت درجة حرارة الملف ودرجة حرارة الزيت وأجهزة مستوى الزيت بالإضافة إلى الحماية من الضغط المفاجئ وتخفيف الضغط. على الجانب الثانوي، تشتمل الحزمة عادةً على التيار الزائد والتيار الزائد المحايد، والجهد الزائد والجهد المنخفض، والطاقة العكسية، وتيار التسلسل السلبي والجهد، والتردد الزائد والناقص، وفحص التزامن قبل أن يتوازى إمداد السفينة مع طاقة الشاطئ.
عند واجهة الكابل، يتم تصنيف مجموعات المقابس والمقابس بـ 350 أمبير أو 500 أمبير عند كل من 6.6 كيلو فولت و11 كيلو فولت. يحمل كل موصل ثلاثة دبابيس طاقة، ودبوسًا أرضيًا واحدًا، ودبوسين تجريبيين، وتدوم الدوائر الأرضية والتجريبية وتنكسر أولاً - وهو ما يحافظ على سلامة المشغل أثناء توصيل الكابل. تربط أقفال Kirk-key بين غطاء الوعاء ومفتاح التأريض وفصل الاتصال الرئيسي بحيث يتم تفريغ الكابل قبل لمسه، ويستخدم نظام إدارة الكابلات مفاتيح حد الأمان لمنع السفينة المغادرة من سحب الكابل وتوصيله تحت الحمل.
نهج رايان إلكتريك في حزم محولات الطاقة الشاطئية
مواصفات الرصيف تصل إلينا بكل الأشكال. بعض المشترين إرسال كاملةمكتب خدمات المشاريعحزمة من أحد تكامل النظام؛ يرسل آخرون ثلاثة أسطر من النص وقائمة السفن. قام مصنعنا في جيانغسو ببناء المحولات منذ عام 2007، بقاعدة تصنيع تبلغ مساحتها 120,000 متر مربع، وأكثر من 180 مجموعة من معدات الإنتاج والاختبار، و37 براءة اختراع في المحفظة. منذ عام 2023، تعمل شركة Ryan Electric كشريك في مشروع مشترك لشركة Eaton. تغطي شهاداتنا UL، وCSA، وIEEE، وDEKRA، وCNAS، وCE - وهو الملف الذي يهم عند فحص المحطة الفرعية الساحلية للميناء بموجب القوانين الكهربائية لأمريكا الشمالية أو تدقيقها من قبل مجتمع التصنيف.
تخضع وحدات مشاريع الأرصفة لنفس نظام الاختبار الروتيني مثل محولات المرافق لدينا: النسبة، ومقاومة الملف، والجهد المطبق والمستحث، وعدم التحميل وفقدان الحمل، مع تسجيل بيانات ارتفاع درجة الحرارة أثناء اختبار النوع، مقابل إجراءات اختبار ANSI/IEEE C57.12.90 وIEC 60076-1. عندما يتم تحديد التركيب على جانب الرصيف، نقوم ببناء وحدات مغمورة بالسائل مع الحفاظ على الزيت المحكم والحماية من التآكل المتفق عليها لفئة التعرض. عندما يوضع المحول في الداخل أو في غرفة محطة فرعية جيدة التهوية، عادةً ما تكون الوحدات من النوع الجاف المصنوعة من الراتنج المصبوب هي الحل الأفضل.
استفسار واحد من العام الماضي يجعل نقطة التحجيم أفضل من أي كتيب. أرسلت محطة ترقية رصيف واحد مواصفات لوحدة من النوع الجاف بقدرة 3 ميجا فولت أمبير. علاوة على ذلك، في نفس الوثيقة، تضمنت خطة السفن الخاصة بهم مكالمات رحلات بحرية عرضية - وتسحب سفينة سياحية ما يصل إلى 20 ميجا فولت أمبير عند 6.6 كيلو فولت. كان من الممكن أن يكون حجم المحول المحدد أصغر من حجمه بهامش واسع على فئة السفن التي تحتاج بشدة إلى طاقة الشاطئ. لقد ذكرنا تكوينين: وحدة واحدة بحجم مكالمة الرحلات البحرية، وترتيب مرحلي مع حجرة محولات ثانية مُجهزة للأرصفة المستقبلية.
التخطيط لمشروع كهربة الرصيف؟
هناك خمسة عناصر تحدد التصنيف والسعر والجدول الزمني: مزيج السفن وعدد الأرصفة؛ جهد المرافق والتردد في المنفذ، وما إذا كانت هناك حاجة إلى تحويل التردد؛ هدف الشهادة لمحطة الشاطئ الفرعية؛ سواء كانت الوحدة موجودة في الداخل أو على الرصيف؛ ورقم تقييم الخسارة الذي يريد المالك تطبيقه. أرسلها إلى فريقنا الهندسي من خلالريان-transformers.comوسنعود بتوصية تقييمية لكمحول طاقة الشاطئومقارنة الخسارة وتاريخ الإنتاج الذي يحمله.
عن المؤلف:كتب هذا المقال الفريق الهندسي في شركة Ryan Electric، وهي شريك في مشروع مشترك لشركة Eaton وشركة تصنيع محولات معتمدة من UL/CSA في جيانغسو، الصين، وتخدم عملاء الموانئ والمرافق ومراكز البيانات والعملاء الصناعيين في جميع أنحاء أمريكا الشمالية والشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا وأفريقيا.
