Borgen van elektrische prestaties en veiligheid op jachten

Jachten hebben te maken met een aantal zeer specifeke uitdagingen op het gebied van stroomkwaliteit. Zwakstroominstallaties in combinatie met niet-lineaire belastingen hebben een grote invloed op de totale harmonische stroom (Total Harmonic Current, THC) die op de hoofdstroomvoorziening wordt geïnjecteerd. Dit kan zorgen voor vervorming van de spanningsgolfvorm, wat weer resulteert in:

  • Uitval van gevoelige apparatuur
  • Verminderde levensduur van apparatuur
  • Overbelasting
  • Capaciteitsverlies
  • Verminderde werking van instrumenten
  • Oplopende temperaturen in kabels met brandgevaar tot gevolg

 

3 weken - tijd van verzoek van de klant tot aan definitieve beslissing THDU verlaagd van 8,13% tot onder 3% met voorgestelde AHF dimensie HyTEPS filteroplossing minimaliseert potentieel schade aan gevoelige uitrusting en brandgevaren

Uitdaging

Een klant uit de jachtbouw vroeg HyTEPS om harmonische load flow simulaties uit te voeren om de omvang van harmonische vervuiling in hun elektrische installatie te analyseren en te identifceren. De omvang van de vervormingen in zwakstroominstallaties kan fors oplopen bij gebrek aan een oplossing om harmonischen te beperken. Om storingen te voorkomen, en om veiligheidsredenen, heeft Lloyd’s Register strikte voorschriften opgelegd om de totale harmonische vervorming in de spanning (Total Harmonic Distortion in Voltage, THDu) te beperken tot 8%. Elektrotechnische installateurs zijn verplicht zich hieraan te houden. Als expert in Power Quality raadt HyTEPS echter aan om de THDu te beperken tot minder dan 3%, om verhoogde risico’s bij een THDu boven de 5% te voorkomen. “In dit geval eiste de klant specifek dat de THDu beperkt zou worden tot minder dan 5%,” legt Arnau Sans, Lead Engineer, uit. “Op basis van aangeleverde gegevens zoals het single line diagram, thrusteren generatorkarakteristieken, en een volledig overzicht van de geïnstalleerde belastingen aan boord, werden simulaties uitgevoerd. Het doel was om een duidelijk beeld te krijgen van de vervorming van de spannings- en stroomgolfvorm in zes verschillende scenario’s. Hierbij werd rekening gehouden met de bedrijfsmodus (aantal actieve generatoren), type handeling (ankeren, manoeuvreren, zeilen), het belastingstype (lineair / nietlineair), het verbruik, het aantal personen aan boord (bemanning / gasten) en de weersomstandigheden (winter / zomer).

Doelstellingen

  • Defniëren van harmonische vervormingsniveaus op basis van verschillende scenario’s
  • Dimensioneren van actieve harmonische fltering die nodig is om onder 5% THDu te blijven

Oplossing

Uit de analyse bleek dat de elektrische installatie niet voldeed aan zowel de norm van Lloyd’s en de door de klant gespecificeerde limiet. Verhoogde harmonische vervorming door variabele frequentieaandrijvingen (Variable Frequency Drives, of VFD’s) met THC voornamelijk bestaande uit 5e, 7e, 11e en 13e harmonische orde was de voornaamst bron van vervuiling. VFD’s zijn sterk niet-lineaire belastingen die worden gebruikt om de snelheid en het koppel van wisselstroommotoren te regelen. In jachten worden VFD’s vooral gebruikt voor de regeling van stuwmotoren en compressoren in koelmachines. In het scenario waarin het manoeuvreren werd gesimuleerd, inclusief gasten en bemanning, en met drie generatoren en koelers ingeschakeld tijdens de zomerperiode, bereikte de THC een maximum van 168,1A met een THDu van maar liefst 8,13%!” “HyTEPS biedt oplossingen voor installaties die niet voldoen aan de Lloyd’slimiet met behulp van hightech Active Harmonic Filters (AHF’s). Deze reduceren de THDu door de harmonischen in de hoofdrail te meten en tegen harmonischen terug te injecteren ter compensatie van significante harmonische stromen op die locatie. Op basis van een ‘worst case’- scenario werd de AHF gedimensioneerd om te voldoen aan de door de klant gespecificeerde limiet.” Uit de simulatieresultaten concludeerden we dat een AHF van 240 A nodig was om de THDu tussen 1,45% en 2,4% te houden - ruim onder de door de klant gespecificeerde limiet van 5%. Naast harmonische filtering bood deze oplossing extra capaciteit voor load balancing en power factor-correctie. De extra capaciteit verminderde ook de belasting van het filter door overbelasting te voorkomen, waardoor de levensduur van de filtercomponenten wordt verlengd 

Resultaten

Een gedetailleerd rapport over alle belangrijke aspecten van het project - met name de methodologie achter de AHFdimensionering, aannames, conclusies en aanbevelingen - werd naar de klant gestuurd om de besluitvorming te ondersteunen. De klant besloot het aanbevolen 240A filter te installeren, dat door HyTEPS werd besteld en geleverd. Dit werd gevolgd door ‘pre-commissioning’ om de functionele bruikbaarheid van systeemonderdelen te verifiëren en de oplossing gereed te maken voor inbedrijfstelling. Tot slot bezocht een technicus van HyTEPS het jacht met het geïnstalleerde flter voor een proefvaart, waarmee de laatste fase van de inbedrijfstelling begon. Verschillende testscenario's werden uitgevoerd om de betrouwbaarheid en functionaliteit van de AHF te garanderen. Arnau: "Als team zijn we trots op ons vermogen om klanten te helpen verbeteren en te excelleren, met onze kennis van Power Quality. Voor klanten is het belang van Power Quality in een installatie heel duidelijk geworden. Dat geldt ook voor de potentiële schade en kosten als gevolg van harmonischen en het feit dat Power Quality problemen alleen maar zullen toenemen, omdat er in de toekomst steeds meer niet-lineaire belastingen komen."

" De feedback over geïnstalleerde AHFs is zeer positief, en sinds de ingebruikname zijn er geen problemen gemeld. "

Arnau Sans, Lead Engineer HyTEPS