Optimering af El-nettet på Esvagt Bergen - moodle.fms.dkmoodle.fms.dk/pluginfile.php/48154/mod_glossary/attachment/58... · Vacon-NX-Filters-User-Manual-DPD01571A-UK ..... 40 16

27-05-2015

Optimering af El-nettet på Esvagt Bergen

Christian Keller Nielsen E20121021

Anslag: 59.215

Fredericia Maskinmester Skole

Bachelor opgave

Optimering af El-nettet på Esvagt Bergen Christian Keller Nielsen E20121021

1

Titel: Optimering af El-nettet på Esvagt Bergen

Problemformulering: Er det muligt at ændre hovedskinnen i det elektriske kredsløb ombord på

Esvagt Bergen fra vekselspænding til jævnspænding?

Forfatter: Christian Keller Nielsen

Studienummer: E20121021

Antal sider: 24,7 Normal sider

Afleveringsdato: 26-05-2015

Uddannelsesinstitution: Fredericia Maskinmester Skole

Projekttype: Bachelorprojekt

Vejleder: Claus Pedersen - FMS, Lektor, [email protected]

Ulla Skov Jensen - FMS, Lektor, [email protected]

Kontaktperson Esvagt: Hans Jørgen Kahr - Maskinchef Esvagt Bergen, [email protected]

Underskrift:

________________________________________

Christian Keller Nielsen

mailto:[email protected]




2

Abstract

This report is about changing the main switchboard onboard Esvagt Bergen from 690VAC to

1000VDC. The reason for examining this issue is that there are many benefits by using DC instead

of AC onboard a ship. One of the benefits are the reduction of fuel consumption and less problems

whit harmonic distortion. Therefore, this project is about the possibility of changing the main

switchboard and the complications of making this.

The main purpose of this task is to examine which problems there will be by having a DC main

switchboard onboard Esvagt Bergen in this context switches, copper rails, converters, classification

and cables. To solve the questions about these components there are used data from ABB,

Danfoss, Elektroteknik, Analog- og digitalteknik and the internet. In the report, the specific differ-

ence between using the components in AC or DC described. In addition, there have been physical

collected data from the vessel to ensure the correct information.

The result of this task is that it is possible to change the ships head rail to DC but there are some

complications of this. Some of the old material can be for reuse; however, it is necessary to invest

in new equipment in the form of switches, frequency converter and copper rails.

The reduction of the loss in the electrical circuit has not been significantly. Therefore, the optimi-

zation of the fuel economy should be found in the feed circuit and not in DC-head rail.


3

Indholdsfortegnelse

Abstract ......................................................................................................................................................... 2

Projektskabelon ............................................................................................................................................. 5

Indledning ...................................................................................................................................................... 8

Intro ........................................................................................................................................................... 9

Læsevejledning ........................................................................................................................................ 10

Beskrivelse af det nuværende anlæg .......................................................................................................... 11

Frekvensomformer .................................................................................................................................. 13

Ensretteren .............................................................................................................................................. 13

Mellemkredsløbet ................................................................................................................................... 16

Vekselretteren ......................................................................................................................................... 17

Styrekredsløbet ....................................................................................................................................... 18

Filter ......................................................................................................................................................... 19

Ændring af det elektriske kredsløb ombord ................................................................................................ 19

Busbar 1 ................................................................................................................................................... 23

Busbar 2 ................................................................................................................................................... 24

Vekselretter til 690VAC ........................................................................................................................... 25

Reduceret tab i 690VAC skinne ............................................................................................................... 25

Opsummering .......................................................................................................................................... 30

Afbrydere ..................................................................................................................................................... 30

Installationskabler ....................................................................................................................................... 35

Diskussion .................................................................................................................................................... 36

Kildekritik ..................................................................................................................................................... 37

1. Onboard DC Grid. ”The newest design for marine power and propulsion” ABB ............................ 37

2. DNV Rules for classification of ships “Dynamic Positioning System” .............................................. 37

3. DNV Rules for classification of ships “Electrical Installations” ........................................................ 37

4. Værd at vide om frekvensomformer ............................................................................................... 38

5. Tegninger fra skibet ......................................................................................................................... 38

6. Mail korrespondance fra Vacon ...................................................................................................... 38

7. Analog og Digital teknik af Kurt Bodi ............................................................................................... 38

8. Meeting Harmonic Limits on Marine vessel .................................................................................... 38

9. Guide harmonic detection and filtering .......................................................................................... 39

10. ABB technical guide nr. 6 ............................................................................................................. 39

11. Billeder af belastninger ombord på skibet .................................................................................. 39


4

12. Elektroteknik 3 ............................................................................................................................. 39

13. ABB circuit breakers for direct current applications ................................................................... 40

14. NKT cables mail korrespondance ................................................................................................ 40

15. Vacon-NX-Filters-User-Manual-DPD01571A-UK ......................................................................... 40

16. Elektroteknik 8 ............................................................................................................................. 40

17. Vacon NXP liquid cooled powerdrives for extreme conditions ................................................... 40

18. Mærkestrømværdier for E-Cu skinner (DIN 43 671) ................................................................... 41

Konklusion ................................................................................................................................................... 42

Litteratur ...................................................................................................................................................... 43

Nomenklatur ................................................................................................................................................ 44

Bilag 1 .......................................................................................................................................................... 45

Bilag 2 .......................................................................................................................................................... 46


5

Projektskabelon

Emne Optimering af det elektriske kredsløb ombord på Esvagt Bergen

Skribent Christian Keller Nielsen, E20121021, [email protected]

Vejleder Claus Pedersen - FMS, Lektor, [email protected]

Ulla Skov Jensen - FMS, Lektor, [email protected]

Kontaktperson Hans Jørgen Kahr - Maskinchef Esvagt Bergen, hansjorgenkahr@hot-

mail.com

Problemstilling Er det muligt at optimere det elektriske kredsløb ombord på Esvagt

Bergen, ved at ændre hovedskinnen til jævnspænding, frem for vek-

selspænding. Der er nogle komplikationer ved at lave dette kredsløb

om; afbryderne skal undersøges ift. om de kan genanvendes,

frekvensomformerne placeret foran thrusterne skal ændres og kab-

lerne skal dimensioneres anderledes. Det er et krav fra skibet af, at

det skal bibeholde deres DPS2 certificering og take me home system.

Ved at ændre kredsløbet kan brændstofforbruget ombord på skibet

formentlig reduceres. Der er stadig nogle store forbrugere på

690VAC skinnen, så det er nødvendigt at have en sådan skinne, men

ikke i samme størrelsesorden som tidligere.

Problemformulering Er det muligt at ændre hovedskinnen i det elektriske kredsløb om-

bord på Esvagt Bergen, fra vekselspænding til jævnspænding?

Hypotese - Det forventes, at det er muligt at ændre 690VAC skinnen til

en 1000VDC, i forhold til kravene fra DNV, om DPS2 syste-

met.

- Det forventes, at de gamle afbrydere, der sidder placeret i

690VAC kredsløbet, kan genanvendes.

- Det forventes, at tabet i 690VAC skinnen reduceres betyde-

ligt, da store forbrugere bliver fjernet. I stedet opstår der tab

i den nye jævnspændingsskinne.

- Ved at ændre hovedskinnen, forventes der besparelser i

brændstofforbruget på skibet.







6

- 690VAC skinnen forventes at kunne bruges til en ny 1000VDC

hovedskinne. En investering til en mindre 690VAC skinne bli-

ver derved nødvendig.

- Ved at ændre frekvensomformerne, forventes det yderligt at

reducere tabet i det elektriske kredsløb.

- Kablerne ud til thrusterne skal undersøges ift. størrelse og

strømværdi, for at fastlægge om de kan genanvendes.

Metode - Ved at bruge Rules of Classification fra DNV, vil kravene til at

være DPS2 certificeret blive undersøgt, for at overholde

disse.

- For at undersøge om de gamle afbrydere kan anvendes, vil

ABB og Elektroteknik 8 blive anvendt, for at finde forskellen

på jævnstrømsafbryder og vekselstrømafbryder.

- Elektroteknik 6 vil blive anvendt, til at undersøge tabene i

den gamle 690VAC skinne og den nye 1000VDV skinne.

- Ved at studere data fra Diana Star, vil en mulig besparelse af

brændstofforbruget blive undersøgt.

- Ved at anvende data fra skibet, vil der blive undersøgt om

det er muligt at anvende de gamle skinner og kabler til jævn-

spænding. En ny skinne vil blive dimensioneret, efter IEC

standarten for kobberskinner.

- Frekvensomformerne bliver undersøgt ved hjælp af ”Værd at

vide om frekvensomformer” og dialog med Vacon Danmark.

Ved at anvende disse dokumenter, bliver det muligt at gøre

rede for harmoniske forstyrrelser, samt tab i filter og anven-

delsen af frekvensomformerne.

- Kablerne til thrusterne vil blive undersøgt fysisk ombord på

skibet, samt gennem rådgivning fra NKT cables.

Projektets delopgaver - Få en komplet forståelse af skibet elektriske kredsløb

- Undersøge kravene fra DNV


7

- Undersøge hvilket afbrydere der sidder monteret på den

gamle 690VAC skinne

- Finde størrelsen på Skinner og kabler til hovedkredsløb på

Esvagt Bergen

- Undersøge frekvensomformerne der sidder placeret foran

thrusterne angående størrelse, filtre, ensretter, vekselretter

og styrekredsløb.

- Tages kontakt til Vacon for at få de specifikke oplysninger om

de frekvensomformer der er placeret ombord

- Den samlede belastning på 690VAC skinnen skal findes


8

Indledning

Valget af emnet i denne opgave, opstod efter, at Esvagt fik indviet et nyt skib, Esvagt Fraude, som

har en DC hovedskinne. Efter en dialog med maskinchefen ombord på Esvagt Bergen, opstod inte-

ressen for at undersøge, om dette kunne lade sig gøre på Esvagt Bergen. Ved at lave det elektriske

kredsløb om og derved have en DC hovedskinne, kan brændstofforbruget sandsynligvis reduceres

når skibet sejler i DP-mode eller kun med azimuth. Denne opgave undersøger muligheden, for at

ændre skibets hovedskinne, fra den nuværende 690VAC skinne til 1000VDC.

Generatorer/forsyningen af jævnspænding til den nye hovedskinne, bliver ikke undersøgt i denne

opgave. Grunden dertil er, at det først er nødvendigt at finde ud af om det kan lade sig gøre at æn-

dre det elektriske kredsløb. Efterfølgende skal der tages stilling til, hvordan forsyningen af denne

skinne skal foregå. Kravet fra Esvagt Bergen er, at den stadig skal kunne blive DPS2 certificeret, og

bibeholde sit ”take me home” system.

Ved at have et elektrisk kredsløb af jævnspænding, vil der være færre problemer med harmoniske

forstyrrelser og det komplette tab i det elektriske kredsløb på skibet mindskes. Tidligere har der

været problemer med at afbryde jævnspændingen, da afbryderne har skulle være større og mere

komplekse end ved vekselspænding, men ABB har fundet en løsning på dette. Ved at anvende

jævnspænding, er det muligt at fjerne afbryderne foran de enkelte thrustere. Der bliver anvendt

en ny beskyttelses filosofi, hvor hver kreds bliver beskyttet, ved hver vekselretter. Dette vil, med

henblik på DPS systemet, være en fordel, da de forbrugere, der ikke er ramt af en fejl, stadig kan

fungere, selvom der er fejl på en af de andre thrustere.

Når Esvagt Bergen sejler i DP-mode, kører dens to hovedmotorer med maksimale omdrejninger,

for at opretholde de 60Hz på akselgeneratoren. Ved at have et jævnspændingskredsløb, er det

muligt at sænke omdrejningerne, for derved at have en bedre brændstoføkonomi. Ved at lave et

elektrisk kredsløb af jævnspænding, kan ensretterne i frekvensomformerne fjernes, dette er med

til at fjerne de harmoniske forstyrrelser ombord på skibet. Disse ensrettere kunne eventuelt gen-

anvendes til forsyningen af hovedskinnen, men dette bliver ikke undersøgt i denne opgave. [1]

Ved at ændre hovedskinnen til en jævnspændingsskinne, skal der undersøges hvilke af de store

forbrugere, der kan kobles på skinnen. Der skal tages højde for om afbrydere, kabler og kobber-


9

skinner kan genanvendes og hvilke komplikationer dette kan give. Kravet fra DNV, omkring opbyg-

ningen af det elektriske kredsløb, skal undersøges og overholdes. Det elektriske kredsløb skal un-

dersøges ved thrusterne, da det er her muligheden for ændringer ligger.

Ud fra ovenstående betragtninger, har nærværende opgave opstillet følgende problemformule-

ring: Er det muligt at ændre det elektriske kredsløb fra vekselspænding til jævnspænding?

Denne opgave vil forsøge at svare på problemformuleringen, ved at undersøge de komponenter,

der skal bruges for at ændre Esvagt Bergens hovedskinne til en jævnspændingsskinne. Ved hjælp

af disse nye komponenter, forventes det at ændringen af skinnen er en mulighed. Yderligere for-

ventes der, at tabet i det elektriske kredsløb, bliver mindre og at de harmoniske forstyrrelser fra

frekvensomformere også delvist forsvinder.

Der vil blive anvendt el-teori fra Elektroteknikbøgerne, Analog- og digitalteknik og tekniske rappor-

ter fra ABB og Danfoss. Dertil er der taget kontakt til Vacon og NKT cables, for at undersøge anven-

delse af frekvensomformere, afbrydere, kobberskinner og kabler ved jævnspænding. Til at under-

søge hvorledes hovedskinnen skal opbygges, bliver der anvendt maritime erfaringer, kombineret

med regler fra DNV.

Først i opgaven vil det nuværende kredsløb blive beskrevet, med henblik på hvilke ulemper, der

opstår ved at have en 690VAC skinne. Dette gøres ved at undersøge de frekvensomformere, der

sidder placeret foran thrusterne, den støj de laver og om det er muligt at undlade ensretteren i

frekvensomformerene. Derefter vil der blive beskrevet en mulig løsning, for et jævnspændings-

kredsløb ombord på Esvagt Bergen og hvilke tab, der vil være i kredsløbet, i forhold til den gamle

690VAC skinne. Derefter vil problematikken, ved at afbryde en jævnstrøm, blive beskrevet, samt

hvordan dette er muligt at løse. Til sidst vil muligheden for at bevare tilgangskablerne til thru-

sterne blive undersøgt.

Intro

Skibet indgår i en kontrakt med Statoil, som løber til år 2020, hvor skibet skal fungere som et mul-

tirole vessel ved Sleipner feltet, i den sydvestlige del af den Norske Nordsø. Skibet bliver primært

brugt som ERRV og supply skib, men har også mange andre funktioner.


10

De elektriske diagrammer ombord på skibet afbilleder ikke 100% den reelle konstruktion, der er af

skibet, på grund af problemer i konstruktionsfasen på værftet. Dette er med til at besværliggøre

udførelsen af projektet, da overblikket over systemet ikke kan dannes ud fra diagrammerne.

Ved at være ombord på Esvagt Bergen, har det været muligt at undersøge hvorledes skibets elek-

triske kredsløb er opbygget. Dette er blevet gjort ved fysiske undersøgelser, hvilket har givet en

forståelse for opbygningen af kredsløbet ombord. Dette sammenholdt med diagrammerne fra

værftet, har givet den fulde forståelse. Den fysiske tilgang var en nødvendighed, da diagrammerne

til tider ikke var fyldestgørende. Cheif Engineer Hans Jørgen Kahr har været meget behjælpelig,

med at finde sammenhængen mellem de mindre præcise diagrammer, og de fysiske komponen-

ter.

Når Esvagt Bergen bliver brugt som supply skib, er det mellem de tre platforme (Inspirer, Bravo og

Sleipner A), der ligger på feltet. At blive anvendt som supply, vil sige, at der bliver kranet contai-

nere o. lign. til og fra dækket. For at kunne gøre dette, anvendes DP-systemet, som bruger alle ski-

bets propeller (fire thrustere, en azimuth, to hovedmaskinepropeller), til at holde skibets position

under kranen. Skibet er DPS2 certificeret fra DNV, hvilket den skal blive ved med efter denne om-

bygning. Belastningen på thrusterne afhænger af søen, men oftest er de højt belastede, da søen

sjældent er stille ved feltet.

Esvagt Bergen bliver også brugt som ERRV, når den ikke bliver anvendt som supply. Dette betyder,

at den skal ligge standby i nærheden af de tre platforme. Oftest behøver skibet kun azimuth’en til

at holde sin position. Hovedmaskinerne er ikke nødvendige så længe vindhastigheden er under ca.

20 m/s.

Læsevejledning

Det nuværende anlæg bliver beskrevet først, for at få en forståelse af hvorledes Esvagt Bergens

elektriske kredsløb er opbygget og behovet for at for at ændre hovedskinnen. Derefter vil fre-

kvensomformerens opbygning blive beskrevet, for at belyse hvilke harmoniske forstyrrelser den

laver, samt hvor stort tabet er i de enkelte filtre, der sidder for at fjerne disse forstyrrelser.

Når disse ting er blevet beskrevet, vil der komme et eksempel på hvorledes en mulig opbygning af

kredsløbet kunne se ud, hvor kravene fra DNV, angående DPS2, er overholdt.

Belastningerne vil findes på den nye jævnspændingsskinne, samt den gamle 690VAC skinne. Dette

gøres for at finde tabene i disse skinner, samt størrelsen til en eventuelt afbryder.


11

Der vil så blive undersøgt hvilken type afbrydere, der skal sidde i jævnspændingsskinnen, hvor pro-

blematikken med at bryde jævnspænding kontra vekselspænding bliver beskrevet. Yderligere un-

dersøges det hvilken størrelse ensretter, der skal sidde fra 1000VDC skinnen til den nye 690VAC

skinne.

Muligheden for at genanvende de gamle kabler, der er trukket til thrusterne, vil blive undersøgt

ift. om de er store nok, til at føre den jævnspændingsstrøm der vil løbe. Til sidst vil der være en

konklusion og perspektivering.

Kildehenvisning vil foregå på den måde, at der står et nr., der beskriver hvilken kilde, der er brugt.

Dette vil være indrammet i en firkantet parentes. Et eksempel kunne være. [4 s.10] ved s.10 henvi-

ses der til side 10 i kilden. De kilder, der er henvist til, som er udleveret fra skibet eller fra produ-

center, er vedlagt på USB.

Beskrivelse af det nuværende anlæg

Ombord på Esvagt Bergen er det elektriske kredsløb opbygget, ved at have en 690V hovedskinne,

der er delt op i tre, hvor det er muligt, via afbrydere, at lave det til en samlet skinne. Grunden til,

at hovedskinnen er opbygget i tre sektioner er, for at have en driftssikker forsyning, hvis der skulle

opstå eventuelle nedbrud eller lignende. Opdelingen er gjort for at overholde kravene fra DNV, an-

gående DPS2 certificering. Kravene er lavet for at sikre sig, at der er redundans, når skibet sejler i

DP-mode.

På selve hovedskinnen er de store hovedforbrugere koblet på, herunder thrusterne. Thrusterne er

opdelt således, at på Busbar 1 er der koblet henholdsvis en Bow thruster og en Stern thruster på,

ligeledes er der koblet en af hver på Busbar 2. Dette er gjort i tilfælde af, at der skulle være en fejl

på den ene Busbar, hvormed man stadig har muligheden for at anvende de to andre thrustere. På

Busbar 3 er den eneste forbruger azimuth’en. Denne er lavet i tilfælde af eventuelle fejl på de to

andre Busbar, og er således en del af ”Take me home” systemet ombord.

Samme princip er anvendt til 440V og 230V skinnerne, hvor der er dubleret transformere fra Bus-

bar 1 og Busbar 2. På figur 1 ses power management single line fra skibet, som viser hvorledes sy-

stemet er opbygget. Som det kan ses er der også andre forbrugere, end thrusterne, på Busbar 1 og

2 (consumers i hver side af figur 1). Blandt disse forbrugere er de største hydraulik power pack og


12

Dæks kranen. Grunden til, at de enkelte forbrugere ikke er vist på skinnen, men under en samlet

betegnelse som forbrugere, er at de ikke har samme størrelse som thrusterne.

Nødtavlen er koblet til 230V og 440V skinnerne, da de vigtige forbrugere, der skal forsynes fra tav-

len, er placeret i disse kredsløb. Der er ingen forbrugere på hovedskinnen, der skal kobles på nødt-

avlen, så denne opgave berører ikke nødtavlen. Grunden til, at nødtavlen kort er beskrevet i denne

sammenhæng er, at det er en vigtig del af skibet, som altid skal fungere.

Figur 1 [11]

Når Esvagt Bergen bliver anvendt i DP-mode, er der nogle krav, der skal overholdes. Dette ses på

hovedskinnen, hvor de to afbrydere, der adskiller skinnen, skal være åbne. Grunden til, at disse

skal være åbne er, at hvis der sker en evt. fejl på en af skinnerne, og den kobler ud, så har man sta-

dig manøvrebilitet på de to thrustere, der er koblet til den anden Busbar. [2 s.10-11]

De fem thrustere er de store forbrugere ombord på skibet, så derfor er disse blevet undersøgt.

Herunder er der vist et billede af hovedstrømsskemaet, over forbindelsen til thrusterne. Figur 2

viser diagrammet til Azimuth’en. Diagrammet til de andre thrustere er ens med denne, og man

kan derfor tage udgangspunkt i denne tegning. Tegningen viser, hvorledes kredsløbet ser ud. Der

er sikringer foran LCL-filteret, og efter filteret sidder henholdsvis ensretter og vekselretter, hvoref-

ter til sidst motoren er placeret.


13

Figur 2 [5]

Frekvensomformer

For at undersøge det elektriske kredsløb til thrusterne, blev el-diagram fra Scandinavian electric

system benyttet, til at skabe en forståelse af hvordan frekvensomformerne, til thrusterne, er op-

bygget. Tegningerne viser i hovedtræk, hvordan selve frekvensomformerne, til thrusterne, er op-

bygget, men for at have forståelse for disse tegninger, bliver frekvensomformerprincipperne først

beskrevet. En frekvensomformer består af fire hovedkomponenter, som er vist på figur 3: ensret-

ter, mellemkredsløb, vekselretter og styringskredsløb. Opbygningen af de forskellige hovedkompo-

nenter, bliver kort beskrevet herunder, hvorefter de bliver kædet sammen med de frekvensomfor-

mere, der er ombord på Esvagt Bergen. [4 s.52]

Figur 3 [4 s.52]

Ensretteren

Den første del af en frekvensomformer er ensretteren. Denne består af enten dioder, tyristorer,

eller en kombination af disse. Derfor kan ensretteren opdeles i to forskellige hovedgrupper, som


14

kaldes Styret eller Ustyret ensretter. Den styrede ensretter består af tyristorer/transistor hvor det

er muligt at kontrollere, hvornår disse skal åbne og i nogle tilfælde lukke. Det er ikke muligt for en

tyristor selv at lukke, men det kan en transistor. [7 s. 101] Den Ustyrede ensretter består af dioder,

som kun åbner når sinuskurven er positiv, hvorved der vil blive skabt en pulserende jævnspæn-

ding. [7 s.107] Ensretterens primære opgave er at forsyne mellemkredsløbet med en jævnspæn-

ding. Alt efter hvorledes den er opbygget, vil der være fordele og ulemper.

Ustyret

Den ustyrede ensretter består som sagt af dioder, og kan kobles efter mange forskellige metoder.

De to primære metoder er henholdsvis 6 og 12 puls, men i visse tilfælde kan det blive til endnu

flere pulse. Forskellen på disse to metoder er, at ved at bruge en 12 puls frem for en 6 puls, bliver

den pulserende jævnspænding mere ”jævn”. De harmoniske forstyrrelser, som dioderne laver ved

at åbne og lukke, bliver en anelse anderledes. Ved 6 puls ensretteren vil de største forstyrrelser

være af den femte og syvende orden. Ved 12 puls vil det i stedet være ellevte og trettende ordens

forstyrrelser. [9 s.22] Forstyrrelserne ved en 12 puls vil være nemmere at fjerne ved filtre, da si-

nuskurven på forstyrrelserne ikke vil være så høje. På figur 4 herunder er der vist henholdsvis 6, 12

og 24 puls ensrettere, med deres tilhørende optagne sinuskurve.

Figur 4 [9 s.21]

Styret

Den styrede ensretter består at enten tyristorer eller transistorer, hvor det mest gængse er blevet

transistorer med tiden. Den type ensrettere, der anvender transistorer, kaldes en ensretter med

AFE. AFE ensretterne er ofte udstyret med et LCL lavpas filter, som er med til at fjerne de harmoni-

ske forstyrrelser, som transistorerne laver. Ensretteren ombord på Esvagt Bergen består af en 12-

puls AFE, med dertilhørende LCL filter. På figuren herunder er der vist hvordan en 6-puls AFE ens-

retter ser ud med LCL filter. [6]


15

Figur 5 [8 s.118]

Ensretteren består af IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) transistorer, som har en høj skifte-

frekvens, hvilket gør at de harmoniske strømme, af den lavere orden, ikke opstår. Skiftefrekvensen

på denne type ensretter er typisk imellem 2-3,5 kHz. [8 s.4] Ensretteren ombord på Esvagt Bergen,

har en skiftefrekvens på 3,6 kHz, jævnfør Vacon. Transistoren bliver styret fra en PLC control unit,

som vil blive beskrevet senere på s.17.

Ved at ensretteren er opbygget på denne måde, optager den en renere sinuskurve fra skibets el-

net. Der vil være begrænsede harmoniske forstyrrelser af den lavere orden, når denne type ens-

retter anvendes. Der vil i stedet være harmoniske forstyrrelser af en højere orden end halvtred-

sende, på grund af den høje skiftefrekvens i transistoren. [8 s.118] For at fjerne de harmoniske

strømme over den halvtredsende orden, sidder der placeret et LCL-lavpas filter foran ensretteren.

For at opretholde de krav, der er stillet fra DNV omkring støj i skibe, er det nødvendigt at installere

denne type filter. Derved er det muligt at sikre, at den elektromagnetisk støj ikke overskrider 5%.

[3 s.17]. På figur 6 herunder ses forskellen på den optagne sinuskurve fra en 6 puls til IGBT transi-

stor.

Figur 6 [9 s.23]

Grunden til at kravet fra klassifikationsselskabet er så højt, skyldes de ulemper, der er forbundet

med harmoniske strømme ombord. De største ulemper er beskrevet herunder. [3 s.17-18]


16

Øget nedbrydning af isolationsmateriel

Øget effekttab i udstyr, der er tilsluttet netværket

Reduceret levetid i udstyr, der er tilsluttet netværket

Overbelastning af elektronisk udstyr, der er lavet til ren sinuskurve

Forvrængede og fejlagtige målesignaler fra følere osv.

Fejludkoblinger i beskyttelsesudstyr

Disse ting bliver hurtigt et problem ombord på skibet, da mange af systemerne er styret med en

frekvensomformer eller lignende. Dette bevirker, at der kan forekomme meget støj ombord, hvis

man ikke sørger for at begrænse det. Der er på Esvagt Bergen anvendt LCL filtre og IGBT transisto-

rer i ensretteren, for at sikre at den elektromagnetiske støj ikke overskrider kravende fra DNV.

Mellemkredsløbet

Mellemkredsløbet kan opbygges efter tre forskellige principper, alt efter hvilken ensretter og vek-

selretter frekvensomformeren består af. De tre forskellige principper bliver henholdsvis kaldt I-

omformere, U-omformere og Mellemkredsløb med variabel jævnspænding. [4 s.59]

I-omformere består af en stor spole, der sidder placeret efter ensretteren. Den anvendes kun med

styrede ensrettere, hvor spolen omdanner den pulserende variabel spænding, fra ensretteren til

en variabel jævnstrøm. I-omformeren vises herunder, på figur 7.

Figur 7 [4 s.59]

U-omformere består af både en spole og kondensator, som fungerer både til styrede og ustyrede

ensrettere. Forskellen består i, at ved en styret ensretter er det muligt at have en variabel jævn-

spænding, hvor den ustyrede altid vil have den samme jævnspænding. U-omformeren vises herun-

der, på figur 8.

Figur 8 [4 s.59]


17

Mellemkredsløbet med variabel jævnspænding anvendes ikke med styrede transistorer. Kredslø-

bet består af en chopper. Chopperen består af en transistor og en sikkerhedsdiode. Chopperen

kan afbryde og slutte den ensrettede spænding, således at der er en variabel jævnspænding,

selvom ensretteren ikke er styret. Chopperen styres ved at sammenligne signalet efter chopperen,

med indgangssignalet. På figur 9 herunder ses et mellemkredsløb med variabel spænding.

Figur 9 [4 s.60]

Ombord på Esvagt Bergen er mellemkredsløbet opbygget, således at der kun sidder en kondensa-

tor. Kondensatoren sidder for at optage eventuelle spændingsspidser, der vil kunne opstå under

drift. Jævnspændingen er leveret af en AFE, således at jævnspændingen er stabil og konstant. Der-

for er det ikke behov for at have monteret med en spole. [6]

Vekselretteren

Vekselretteren er den sidste del af frekvensomformeren. Afhængigt af hvordan ensretteren og

mellemkredsløbet er opbygget, skal den fungere på forskellige måder. Vekselretterens opgave er

at levere den rette frekvens og spænding til motoren. Vekselretteren tilpasser udgangsspændin-

gen til belastningsforholdene, for derved at opretholde motorens magnetisering.

Vekselretterens hovedkomponenter består altid af styrede halvledere. Før i tiden blev der oftest

anvendt tyristorer, hvor det nu er almindeligt at anvende transistorer. Grunden til, at IGBT transi-

storen bliver anvendt er, at de har en højere skiftefrekvens, som cirka er på 20 kHz, hvor tyristoren

ligger på 2 kHz. Tyristorerne er ofte blevet anvendt i ældre frekvensomformere, men for at undgå

de harmoniske strømme af lavere orden, som thyristerne laver, bliver der anvendt IGBT transistor i

stedet for. Ombord på Esvagt Bergen består vekselretteren af IGBT transistorer, som også sidder i

ensretteren. Skiftefrekvensen på transistorerne er anderledes i forhold til ensretteren, og ligger

mellem 1,5 til 6 kHz i vekselretteren. [6] IGBT transistoren genererer harmoniske strømme af en

højre orden. Dette er ikke problematisk da disse strømme er forholdsvis simple at bortfiltrere ved


18

hjælp af filtre. Derfor er der også placeret et Du/Dt filter på afgangssiden af vekselretteren, til at

fjerne de harmoniske forstyrrelser, der vil opstå. Ved at anvende IGBT transistorer bliver sinuskur-

ven til motoren mere jævn, i forhold til hvis det havde været med tyristorer. De harmoniske for-

styrrelser vil igen medføre de ulemper, som er beskrevet tidligere i teksten s.16. Figur 10 herunder

viser hvordan sinuskurven ser ud, ved en skiftefrekvens på 1,5 kHz til en transistor med en skifte-

frekvens på 12 kHz. [6][4 s.62-65]

Figur 10 [4 s.66]

Styrekredsløbet

For at styre IGBT transistorerne og skabe den trefasede spænding, med den tilhørende frekvens,

anvender styrekredsløbet PWM (Puls-Bredde-Modulation). Princippet i at anvende PWM, virker på

den måde, at man har en mikroprocessor, der styrer hvornår transistorerne skal åbne og lukke.

Når der bliver anvendt PMW, er det muligt at styre spændingen på langs af tidsaksen, som vist

herunder, på figur 11. [4 s.70]

Figur 11 [4 s.65]


19

For at mikroprocessoren skal kunne styre IGBT transistorerne, bruges en sinusformet kurve som

reference. Resultatet af at anvende referencen er vist på figur 12 herunder. IGBT transistorerne

ombord på Esvagt Bergen, har en skiftefrekvens på mellem 1,5-6 kHz. Dette gør, at søjlerne er

skubbet mere sammen, jævnfør figuren, og man opnår dermed en mere jævn sinuskurve. [6]

Figur 12 [4 s.71]

Filter

På Esvagt Bergen er der et LCL filter og Du/Dt filter. Disse skal undersøges, for at finde tabet i dem.

LCL filteret, der er placeret foran ensretteren, fungerer som et lavpas filter. LCL filteret skal fjerne

de høj frekvente harmoniske forstyrrelser, som AFE ensretteren laver. AFE laver ikke lav frekvente

forstyrrelser, på grund af den høje skiftefrekvens. Dermed er der et behov for et lavpas filter. LCL

filteret gør, at de harmoniske forstyrrelser kommer under de 5%, som kravet er fra DNV [3 s.17].

LCL filteret består af to sæt spoler og et sæt kondensatorer. Effekttabet i disse er oplyst af Vacon

til 1,2 kW. [6]

Efter vekselretteren sidder der et Du/Dt filter, til at fjerne eventuelle peak spændinger, der vil

kunne opstå fra vekselretteren. Filteret består af en spole, der gennemløbes af fuldlaststrømmen,

og derfor vil der være et tab i denne. [6] Tabet i dette filter er på 1,2 kW jævnfør Vacon. [15 s.2-3]

Ændring af det elektriske kredsløb ombord

For at lave om på det elektriske kredsløb ombord på skibet, skal der tages højde for indretningen

af kredsløbet. Skibet skal stadig kunne fungere i DP-mode, på trods af uagtede fejl på en af hoved-

skinnerne eller thrusterne. Esvagt Bergen er certificeret DPS2, hvilket den stadig skal være efter en

eventuel ombygning. Ligeledes skal Take me home systemet også fungere efter en ombygning.

Dette stiller krav til det elektriske kredsløb, der skal være opbygget således, at der er redundans i

systemet. [2 s.8] Kravet går hovedsageligt ud på, at skibet skal fungere i DP-mode, selvom der er

en fejl på en skinne og denne er nød til at blive afbrudt.


20

Der er blevet udarbejdet et forslag til en mulig løsning, hvor der er taget højde for at overholde

kravene fra DNV om DPS2. Løsningen er vist på figur 13 nedenfor. Inden i den stiplede kasse vises

den gamle 690VAC skinne, hvor thrusterne er blevet fjernet. Den gamle 690VAC skinne skal bibe-

holdes, da der stadig er enkelte store forbrugere på denne. Dette gøres ved at installere to veksel-

rettere, der skal kobles på den nye jævnspændingsskinne. Nødvendigheden af at installere to vek-

selrettere, er til stede, for at sikre sig at have en forsyning til skinnen, hvis den ene skulle gå i styk-

ker.

Opgaven omhandler ikke forsyningen af jævnspændingsskinnen, men der skal minimum være tre

forskellige forsyningskilder, der virker uafhængigt af hinanden, for at overholde kravet fra DNV.

Derudover er det muligt at dele DC-skinnen i tre, via de to afbrydere kaldet ABB1 og ABB2. Grun-

den hertil er igen, at hvis der skulle ske en fejl på den ene skinne, så kan driften fortsætte på de

andre. Dette er blevet lavet, for at overholde kravene fra DNV til DPS2 systemet.

Hvilken type afbryder, der skal monteres, bliver beskrevet længere fremme i teksten på s.30. Azi-

muth’en beholder sin egen skinne, for at Esvagt Bergen kan bibeholde sit ”Take me home” system.

Ellers havde det kun været nødvendig at dele skinnen i to, for at leve op til kravene.

Som det kan ses på figur 13, er der placeret vekselrettere foran alle fem thrustere. Vekselretterne

er de samme, som der var placeret foran de enkelte thrustere før ombygningen. Yderligere er der

placeret to vekselrettere, til den gamle 690VAC skinne, som vises på figur 14 nedenfor. Thrusterne

er blevet fjernet fra skinnen i det nye system.

Som nævnt i indledningen, er der blevet lavet en ny beskyttelsesfilosofi fra ABB, hvor det ikke er

nødvendigt at have en afbryder foran hver afgrening til thrusterne. Systemet går ud på, at hvis der

sker er en fejl på en af thrusterne, sidder beskyttelsesudstyret i selve vekselretteren. Vekselrette-

ren kan stoppe transistorerne hurtigere end en normal afbryder, ved hjælp fra styrekredsløbet.

Styrekredsløbet kan nå at udkoble vekselretterne på mellem 10-20 ms, hvor der før kunne gå helt

op til 1 s. Systemet er blevet gennemgået af DNV og er blevet godkendt. Dette gør, at systemet er i

stand til at reagere hurtigere end kravene, specificeret fra DPS2 certificeringen. Hvis en enkelt

thruster får en fejl, fungerer de fire andre stadig. [1]

Der skal stadig være afbrydere monteret, til at koble selve jævnspændingsskinnen ud, hvis der

skulle opstå en fejl på en af dem. Afbryderne ABB1 og ABB2 skal være åbne når skibet sejler i DP-


21

mode. For at kunne dimensionere afbryderne, er det nødvendigt at have udregnet kortslutnings-

strømmen. Dette er ikke muligt i denne opgave, da opgaven ikke omfatter generator/forsyning af

jævnspændingsskinnen.

Figur 13 Figur 14

Derfor vil et eventuelt indkøb til det nye system bestå af en ny 690VAC skinne, to jævnspændings-

afbrydere, to vekselrettere og kabler fra hovedskinnen til de enkelte thrustere. Det vil blive under-

søgt længere fremme i teksten, om nogle af de gamle afbrydere, kabler og hovedskinner kan gen-

anvendes fra det gamle system.

Ved at thrusterne er koblet på jævnspændingsskinnen, betyder det, at ensrettere og lavpas filtere

kan fjernes. Der vil være et nyt tab i Du/Dt filterne, der sidder placeret efter de nye vekselrettere.

Regnestykket herunder viser, hvor stort et reduceret tab, der vil være ved at fjerne ensretterne.

kWPPP

kWP

kWPP

DtDuLCL

DtDu

lclfilterLCL

8,42,16

2,1

62,1*5*5

/

/

Grunden til, at PDu/Dt ikke er ganget med to er, fordi det kun er en af gangen, der vil blive belastet.

Ud fra dette regnestykke kan det ses, at tabet bliver reduceret med 4,8 kW. Ved at fjerne ensret-

terne, vil der ikke være så mange harmoniske forstyrrelser, ombord på skibet.

Et nyt indkøb på to vekselrettere er nødvendigt, for at have en forsyningskilde til 690VAC skinnen.

De to vekselrettere skal dimensioneres efter, at de hver især skal kunne holde til at blive belastet

med fuldlaststrømmen fra 690VAC skinnen. Man vil kun anvende den ene af vekselretterne, og


22

den anden vil således være monteret som backup, i tilfælde af fejl. For at finde fuldlaststrømmen,

er overvågningspanelet taget i brug. Alle belastninger på 690VAC skinnen er vist på dette panel, og

derfor bliver denne anvendt til at finde belastningsstrømmen. På figur 15 herunder er der vist,

hvilke forbrugere, der er på skinnen, samt hvor store de er. Dertil skal thrusterne fjernes, da de

ikke længere er en del af 690VAC skinnen.

Figur 15 [11]

Den nye belastning af skinnen kan derefter udregnes. Denne er noget mindre end den gamle be-

lastning, da de store forbrugere på skinnerne er thrusterne. Den gamle Busbar 3, hvor azimuth’en

var koblet på, skal der ikke tages højde for efter ombygningen, da der ikke længere er nogen for-

brugere på denne. Slutresultatet af belastningen på de to skinner, hvor thrusterne er blevet truk-

ket fra, bliver således:

Busbar 1: 1000KVA/463KW

Busbar 2: 1000KVA/402KW

Grunden til, at der er oplyst KVA og KW er den manglende dokumentation ombord på skibet.

Mange af forbrugerne sidder placeret, hvor det ikke er muligt at komme til at aflæse mærkepla-

den, uden at skulle demontere dele af anden installation, ombord på skibet. Derfor er informatio-

nerne blevet aflæst på de forbrugere det har været muligt, som vist på figur 16. De steder hvor det

ikke har været muligt at aflæse, er der fundet tilsvarende motorer, af samme størrelse. Data fra

disse er blevet anvendt til at finde belastningsstrømmen. Derudover var det heller ikke mulig, at


23

aflæse data fra transformerne, til henholdsvis 440VAC og 230V skinnerne. Deres mærkeplade er

skrevet med tusch, hvilket med tiden er blevet udvisket. Samtidigt med, at der ikke er blevet leve-

ret en teknisk dokumentation fra værftet af transformerne, er der blevet anvendt El-teori til at be-

regne fuldlaststrømmen. [12 s.51]

Busbar 1

Fuldlaststrømmen til henholdsvis 440VAC trafo og 230VAC trafo:

AU

SI N

V669

3*690

10*800

3*

3

1

1/1 440

AU

SI N

V167

3*690

10*200

3*

3

1

1/1 230

Strømforbruget fra hydraulic power pack er fundet, ved hjælp af datapladen. Ved at finde datapla-

den, er der fundet en fejl i dokumentation på kontrolpanelet. Der står, at motorerne optager 155

kW, hvilket ikke er rigtig. Det er i stedet blevet aflæst på mærkepladen til 171 kW. Fejlen består i,

at der er blevet aflæst ved 50 Hz frem for 60 Hz. Mærkepladen ses herunder, på figur 16, hvor

fuldlaststrømmen også er blevet aflæst til 167 A.

Figur 16 [5]

Derudover er der nogle mindre motorer, hvor det ikke har været muligt at aflæse fuldlaststrøm-

men. For at finde fuldlaststrømmen på motorerne, er der blevet fundet nogle tilsvarende hvor

cosφ er oplyst. Fuldlaststrømmen er derefter blevet udregnet efter følgende formel:


24

3*cos*1/1

U

PI

Samlet belastning på Busbar 1 bliver således:

Busbar 1 Effekt Strøm (A)

Transformer 690V/440V 800kVa 669


Hydraulic Power Pack nr.1 171kW 167

Hydraulic Power Pack nr.2 171kW 167

Hydraulic Power Pack Servo

pump 8kW 7,9

Coolng water BT1 3kW 2,9

Charger Pump 56kW 55,7

Tank Washing System 86kW 85,6

1322,1

Busbar 2

Der er lidt andre belastninger på denne Busbar, men princippet i at udregne fuldlaststrømmen fra

de forskellige forbrugere er den samme. Dækskranens fuldlaststrøm er fundet ved hjælp af tegnin-

ger over denne, som er vist på bilag 1. Tegningen viser, at der skal tages højde for de to varmele-

gemer, der er monteret. Disse to bevirker, at den samlede cosφ fra kranen er højere end hvis var-

melegemerne ikke havde været der. Den samlede belastning vil derfor se således ud:


25

Busbar 2 Effekt Strøm (A)

Transformer 690V/440V 800kVA 669


Hydraulic Power Pack nr. 2 171kW 167

Deck Crane 169kW 179

Windlass Winch 28kW 27,8

Cooling Water BT2 3kW 2,9

Draining Stern Ramp 22kW 21,9

General service pump 25kW 24,9

1259,5

Vekselretter til 690VAC

Efter fuldlaststrømmen fra begge Busbar er blevet udregnet, er det nu muligt at finde en vekselret-

ter, der har den passende størrelse. Der skal tages højde for redundansen, hvilket vil sige, at hver

af de to vekselrettere, skal kunne trække den samlede fuldlaststrøm, fra begge Busbar.

Der skal dog tages højde for en samtidighedsfaktor, da sandsynligheden for, at alle forbrugere

trækker en fuldlaststrøm, er meget lille. Ved at analysere driftsanalysen, som er vist på bilag 2, er

der udregnet en strøm på 777,75 A, ved den størst mulige belastning. Denne strøm er udregnet

længere fremme i teksten, på s.27. Belastningsstrømmen er for lille til at dimensionere vekselret-

terne efter, da der skal være en margen og plads til eventuelle andre driftstilstande, hvor forbru-

get kan være større. Vurderingen af en dimensioneringsstrøm er blevet mindre end de 2581,6 A,

da alle fire transformere ikke er belastet på samme tid. Dækskranen kører ikke samtidig med hy-

draulic power pack, og derfor er der udregnet en dimensioneringsstrøm på ca. 1300 A.

Ud fra disse betragtninger, er det muligt at finde størrelsen på vekselretterne. Efter kontakt med

Vacon er de specifikke vekselrettere fundet, en NXP1300_6 er blevet valgt, da denne kan trække

en belastningsstrøm på 1300 A. [17 s.7]

Reduceret tab i 690VAC skinne

For at undersøge det reducerede tab i 690VAC skinnen, efter at thrusterne er blevet fjernet, er det

nødvendigt at kortlægge tabet i selve skinnen, under den gamle driftssituation. Ved at analysere


26

diagrammet over de forskellige lastsituationer på bilag 2, bliver der taget udgangspunkt i driftssi-

tuationen DP M.WIND >12 m/s. Grunden til, at denne driftssituation er valgt, er, at det er der hvor

den største belastning er på skinnen:

Busbar 1 = 2121,11 kW

Busbar 2 = 2184,35 kW

Busbar 3 = 881,17 kW

Ud fra disse tal kan det umildbart være svært at se hvor stor en strøm, der løber i skinnen, men

der er blevet udregnet en fuldlaststrøm ud fra formlen 3*** CosIUP , hvor Cos er sat til

0,84. For at fastsætte Cos er der vurderet hvilke forbrugere, der er på skinnen. Da det primært er

motorer, der er koblet på skinnen, er Cos blevet sat lavt. Når fuldlaststrømmen bliver fundet, skal

strømmene fra de enkelte forbrugere lægges vektorielt sammen, hvilket gør at Cos bliver lavere,

end hvis det havde været blandede forbruger. Dette resulterer i en strøm på:

AIIII

AI

AI

AI

BusBusBus

Bus

Bus

Bus

5,516675,87787,21758,2112

75,8773*84,0*690

10*17,881

87,21753*84,0*690

10*35,2184

8,21123*84,0*690

10*11,2121

321

3

3

3

2

3

1

Ved at have udregnet denne belastningsstrøm, er det muligt at finde tabet i selve 690VAC skinnen.

Ved fysiske undersøgelser, er skinnen blevet undersøgt og den består af 3x(2X(100X10)). For at

finde kobbermodstanden i skinnen, er Mærkestrømværdier for E-Cu skinner (DIN 43 671) blevet

anvendt. Ud fra målinger ombord på skibet, er længden af 690VAC skinnen blevet målet til 21 m.

Der skal tages højde for, at skinnen er udført af 2x(100X10). Dette resulterer i, at den resistive

modstand i skinnen bliver halveret. Modstanden i den ene fase er blevet udregnet til:


27

mlR

R X 252,021*2

024,0*

2

10100

Dertil skal der også tages højde for temperaturen. Skinnetemperaturen er blevet målt med infra-

rødmåler, ombord på Esvagt Bergen, til ca. 52 Grader:

mtaRR 265,0))5265(*004,01(*252,0)*1(*52

Grunden til, at den induktive modstand ikke bliver regnet med i dette, er at den er så lille i forhold

til den resistive modstand, og den vil derfor have en minimal indflydelse. Tabet bliver derefter reg-

net ud:

kWRIP 2,217,21220)10*265,0*5,5166(*3)*(*3 322

Dette er tabet i 690VAC skinnen, når de fem thrustere er koblet ind og skibet sejler i DP M.WIND

>12m/s. Ved at udregne en ny belastningsstrøm uden thrusterne, kan tabet i den nye 690 VAC

skinne findes. Dette gøres ved at fratrække den strøm, de fem thrustere belastede den gamle

skinne med. Grunden til, at det bliver IBus3*5, er, at den eneste belastning, der er på Bus 3, er azi-

muth’en, og at de resterende fire thrustere trækker den samme strøm.

AIII busNy 748,777)5*75,877(5,5166)5*( 3

Herefter kan et nyt tab i skinnen udregnes:

kWRIPny 48,09,480)10*265,0*748,777(*3)*(*3 322

Der kan konkluderes, at tabet i skinnen er blevet betydeligt reduceret, men at der vil være et tab i

jævnspændingsskinnen i stedet. Hvis skinnen skal bibeholdes som 690 VAC skinne, er den vold-

somt overdimensioneret. Forskellen på strømmene i de to situationer er 5166 A-777 A. Dette bety-

der at man eventuelt, kunne anvende den gamle 690 VAC skinne som en ny DC-skinne. En ny 690


28

VAC skinne skal derfor dimensioneres, efter at kunne trække en fuldlaststrøm, der svarer til stør-

relsen af vekselretteren.

Fuldlaststrømmen på DC-skinnen skal derfor udregnes. For at kunne omregne strømmen til en

jævnspændingsstrøm, er det nødvendigt at finde de forskellige effekter, fra de forskellige forbru-

gere. For at finde det maksimale effektforbrug på 690 VAC skinnen, er følgende formel blevet

brugt:

kWCosIUP tternyvekselre 1,13053*84,0*1300*6903***

Effekten fra thrusterne er allerede kendt fra tidligere i teksten, til 880 kW, og derfor kan strømmen

i den nye DC hovedskinne udregnes som følgende:

AIII

AU

PI

AU

PI

Thrustertternyvekselresamlet

Thruster

tternyvekselre

1,570544001,1305

44001000

10*5*880

1,13051000

10*1,1305

3

3

For at finde ud af hvor mange af skinnerne, der skal bruges som en ny hovedskinne, er strømvær-

dien for 100X10 skinnen fundet. Strømværdien er aflæst til 1600 A, ved en jævnspænding, der ikke

overskrider 16 Hz. [15 s.1] Strømværdien på skinnen er opgivet ved en temperatur på 65 Grader,

hvilket ikke er tilfældet ombord på Esvagt Bergen. Der er ca. 52 grader på skinnerne, og derfor skal

strømværdien korrigeres for temperaturen, som resulterer i følgende:

Ak

II

t

DimX jævn

5,225371,0

160010100

Derefter kan antallet af skinner, til den nye jævnspænding, findes således:

53,25,2253

1,5705

10100

JævnX

samlet

I

IAntal


29

Regnestykket viser, at der som minimum skal anvendes en 2X(3X(100X10)) hovedskinne. Dette be-

tyder, at man kan genanvende den gamle hovedskinne, til en ny DC skinne. Den gamle skinne be-

står af 3X(2X(100X10)), som så skal monteres anderledes for at blive til 2X(3X(100X10)).

Resultatet af dette betyder, at der skal købes nogle flere kobberskinner, til den nye 690VAC

skinne. For at regne ud hvor mange nye skinner der er behov for, skal dimensioneringsstrømmen

findes. Dette gøres ved at korrigere strømmen, som vekselretteren kan trække for temperaturen,

hvorefter, der kan findes en passende ny skinne:

AkII tervekselrettrvekselrete korigeret92371,0*1300*

Ud fra denne strøm er der fundet en 60X10 skinne. Denne skinne har en strømværdi på 985 A.[18

s.1] For at sammenligne tabet i den gamle skinne med det nye tab, skal tabet i de to nye skinner

udregnes. Den resistive modstand for begge skinner er udregnet herunder:

mlrR

mlrR

mmtarr

mmtarr

XX

XX

jævnX

X

jævn

464,021*0022,0*

817,021*0389,0*

/022,0))5265(*004,01(*021,0)*1(*

/0389,0))5265(*004,01(*037,0)*1(*

5252

5252

52

52

1010010100

10601060

6510100

651060

Det er nu muligt at regne det nye tab ud for 60X10 skinnen:

WRIP XX 5,131)10*0389,0*1300(*2)*(*2 32

1060

2

1060 52

Da hovedskinnen består af tre parallelle skinner, skal modstanden i denne lægges reciprok sam-

men:

mRRRR XXXDCX 155,0)464,0464,0464,0()( 111111

10100

1

10100

1

1010010100 525252


30

Det er nu muligt at regne tabet ud i den nye hovedskinne:

WRIP DCXDC 8,10066)10*155,0*1,5705(*2)*(*2 32

10100

2

Den gamle 690 VAC skinne kan benyttes som en ny 1000 VDC hovedskinne, men der skal samtidigt

investeres i en ny skinne til 690 VAC. Størrelsen på denne skal være 60X10, og den skal være lige

så lang som den gamle skinne, på 21 m. Tabet ved de to forskellige systemer, kan ses herunder.

Nyt system:

Skinne Tab i kW

60X10 21m 690VAC skinne 0,131

100X10 21m 1000VDC

skinne 10,07

Sum 10,201

Gammelt system:

Skinne Tab i kW

100X10 21m 690VAC skinne 21,2

Sum 21,2

Opsummering

Ændringen af hovedskinnen er muligt. Der skal dog investeres i en ny 60X10 skinne, samt to nye

vekselrettere. Ved at fjerne thrusterne fra 690 VAC skinnen, er det nu muligt at fjerne ensretterne

og lavpass filteret. Ved at fjerne filterne og ensretterne bliver tabet i kredsløbet reduceret yderli-

gere. Dette skal sammenholdes med det reducerede tab i skinnerne. Der vil dog opstå et tab, ved

de to nye vekselrettere i Du/Dt filteret, der skal modregnes. Når alt dette sættes sammen, bliver

det reducerede tab ikke stort. Beregningerne er lavet ud fra en driftssituation hvor systemet er

fuldt belastet, hvilket vil sige, at i den daglige drift, vil det reducerede tab ikke være så stort.

Afbrydere

Ved at lave en ny DC hovedskinne er det nødvendigt at undersøge, om de gamle afbrydere, der var

monteret i 690 VAC skinnen kan genanvendes. 690 VAC skinnen skal stadigvæk kunne deles i to, så


31

der skal investeres i en ny afbryder til denne skinne, hvis de to andre afbrydere skal buges i hoved-

skinnen.

For at have den komplette forståelse af problematikken, omkring at anvende en AC afbryder som

DC afbryder, bliver de to forskellige situationer beskrevet herunder. Der bliver gået i dybden med

lysbuen, da den væsentlige forskel ligger deri.

Når en afbryder sluttes gennem sit kontaktsæt, stiger strømmen ikke momentant. Strømmen kon-

taktsættet gennemløbes af, har et indsvingningsforløb afhængig af kredsløbet. Når kredsløbet der-

efter skal afbrydes igen, vil der opstå en lysbue, hvor kontaktsættene brydes. Lysbuens størrelse vil

afhænge af strømmens størrelse, som gennemløber kontaktsættet, og hvilken effektfaktor strøm-

men har.

Jo højere temperaturen bliver på lysbuen, desto mindre bliver resistansen i denne. Resistansen er

også afhængig af lysbuens længde. Da spændingen over lysbuen er et produkt af strømmen og

modstanden i lysbuen, vil spændingens størrelse være afhængig af lysbuens længde. Modstanden

vil blive højere, jo længere lysbuen bliver, og en højere spænding vil være krævet for at opretholde

lysbuen. [16 s.119]

Ved vekselstrøm kan lysbuen slukkes, ved strømmens nulgennemgang, hvilket er 120 gange i se-

kundet ved 60 Hz. Herunder, på figur 17, er der vist en sinuskurve ved 50 Hz, hvor strømmens nul

gennemgang er vist. [13 s.12]

Figur 17 [13 s.12]

Når spændingen derefter stiger igen, i modsat retning, med en for stor ladning, medfører dette en

risiko for at generere en ny lysbue. Dette kan undgås ved at have en så stor afstand mellem kon-

takterne, at spændingen, der skal starte lysbuen igen, er større end den spænding, der kan fore-

komme. Størrelsen af spændingen, der skal til for at tænde lysbuen igen, skal udregnes i henhold

til modstanden i lysbuen, som er beskrevet i teksten over figur 17. For at hæve den resistive mod-


32

stand, er det en mulighed at montere horn på kontaktfladerne og derved hæve modstanden i lys-

buen, til et niveau hvor det ikke er muligt for spændingen at opretholde en lysbue. Opbygnings-

princippet af afbrydere med horn, er vist på figur 18, herunder. For at gøre slukningen af lysbuen

endnu mere effektiv, er afbryderne lavet med slukkekamre, der optager strømmen i lysbuen. [16

s.120]

Figur 18 [16 s.120]

Ved jævnstrømsafbrydere er problematikken med lysbuen større. Grunden til dette er, at strøm-

men ikke har nogen nulgennemgang, som tydeligt ses på figur 19, herunder. Ved at der ikke er no-

gen nulgennemgang, bevirker dette at lysbuen vil have svære ved at slukke. Lysbuen vil blive læn-

gere og eksistere i længere tid, da spændingen ikke har nogen nulgennemgang. Lysbuen vil først

slukke når den er blevet så lang, at modstanden er blevet så stor, at spændingen ikke længere er

stor nok til, at lysbuen kan eksistere. Dette gør at den almindelige afbryder skal anvendes anderle-

des, hvis den skal kunne holde til at bryde en jævnstrøm, frem for en vekselstrøm. [13 s.12]

Figur 19 [13 s.12]

Der er blevet lavet kortslutningsforsøg med et jævnstrømskredsløb, hvor et oscilloskop har været

monteret. Forsøget er lavet for at observere hvordan strømmen gennem afbryderen reagerer,

samt lysbuens spænding i forhold til hinanden.


33

Figur 20 [13 s.13]

På figur 20, herover, ses resultatet af disse undersøgelser. ts er tidspunktet hvor afbryderen be-

gynder at bryde strømmen Icn. Strømmen bliver ved med at stige indtil spændingen over lysbuen

er etableret, derefter begynder den at falde til den når punktet ta. Grunden til, at spændingen sti-

ger, er at når jævnstrømskredsen bliver afbrudt, vil induktans modstanden fra kredsen forsøge at

opretholde spændingen. Induktansen gør, at der vil opstå en peak spænding, der er større end den

nominelle spænding Va. Tiden, der går fra at afbryderen bryder, til at lysbuen slukker, er afhængig

af hvor stor en induktansmodstand der er, i forhold til den resistive modstand i kredsløbet. Den

induktive modstand vil forsøge at opretholde spændingen, hvorved peak spændingen opstår. Hvis

den resistive modstand er meget større end den induktive, vil peak spændingen blive mindre, så

lysbuen hurtigere kan slukke. [13 s.13]

Forsøget underbygger teorien, og viser nødvendigheden af så stor en afstand som muligt mellem

kontaktfladerne, da lysbuen dermed vil slukke hurtigere. Ved hjælp af nye forsøg med den bereg-

nede spænding, er det muligt at fastslå afstanden, der er nødvendig, for at sikre en afbrydelse, der

er acceptabel.

En løsning på at anvende AC afbrydere som DC afbrydere, er ved at lave afstanden fra kontaktfla-

derne, i bryderen, større. Det kan gøres ved at anvende en 3-polet AC afbryder, hvor de tre poler

bliver monteret i serie. Dette bevirker, at der kommer en større samlet afstand mellem kontaktfla-

derne, og lysbuen kræver en større spænding, for ikke at slukke. Hvis jævnspændingen er tilpas

lav, kan vekselstrømsafbryderne stadig anvendes, uden at det er nødvendig at koble dem anderle-

des, men strømmen de kan bryde bliver væsentlig lavere. [13 s.25]

Størrelsen af jævnspændingen afgør derfor, hvor stor afstanden mellem kontaktfladerne skal

være. Samtidig har strømmen, der løber gennem kontaktsættet, når den er sluttet, også indfly-

delse. Der er lavet undersøgelser om hvorledes afbryderene skal kobles, og hvilken jævnstrøm de


34

højest kan bryde. Herunder er der vist tre eksempler med en T4N-320A maksimal afbryder fra

ABB, ift. hvordan den skal kobles og hvor stor en jævnspænding, samt strøm, den kan holde til.

Spænding ≤ 250V DC

Strøm: 36A


Strøm: 25A


Strøm: 16A

De tre eksempler viser tydeligt, at jo højere jævnspændingen er, jo mindre bliver strømmen, afbry-

deren kan bryde. Når den samlede afstanden mellem kontaktfladerne bliver større, som vist i det

sidste eksempel, er afstanden stadig ikke stor nok i forhold til spændingen. Dette resulterer i den

lave strøm, den maksimalt kan bryde. Størrelsen af jævnspændingen afgør primært hvor stor en

strøm, afbryderen kan bryde. I tilfælde hvor jævnspændingen bliver ≤ 1000 VDC, skal der anven-

des 4-polet afbrydere, for at få afstanden mellem kontaktfladerne endnu større. ABB har lanceret

en 4-polet Emax maksimalafbryder, der kan anvendes til en jævnspænding på 1000 VDC. [13 s.29]

Derfor kan det konstateres, at der skal indkøbes nye afbrydere til DC-skinnen, da de nuværende

maksimalafbrydere ikke er store nok, til at kunne anvendes som afbrydere af DC-skinnen. De nu-

værende afbrydere er 3-polet, så den samlede afstand mellem kontaktfladerne kan ikke blive lang

nok, til at slukke lysbuen, når strømmen skal afbrydes.

De to nye afbrydere, der skal indkøbes, skal dimensioneres efter hvor stor en strøm, der vil løbe i

DC skinnen. Strømmen er udregnet i teksten, hvor der undersøges om de gamle hovedskinner kan

genanvendes på s.28. Afbryderne skal findes ved hjælp af ”ABB circuit-breakers for direct current”.

Afbryderen udvælges efter belastningsstrømmen, hvorefter der tages højde for kortslutningsni-

veauet ved skinnen. Afbryderen skal kunne holde til kortslutningsstrømmen, men da opgaven er

blevet begrænset, og ikke indeholder informationer om generatorer og kablerne til DC skinnen,


35

kan kortslutningsstrømmen ikke findes. Derfor kan en specifik afbryder ikke findes, med nuvæ-

rende mængde informationer. [13]

Installationskabler

De kabler, der blev anvendt fra hovedskinnen og ud til thrusterne i 690VAC systemet, skal under-

søges for om de kan genanvendes. På grund af længden og størrelsen af kablerne, vil det være en

stor udgift at skulle installere nye kabler, ud til hver thruster. Ledertværsnittet på kablerne kan ses

herunder, på figur 21. Kablerne er dimensioneret efter at skulle have en strømværdi på 1200 A.

Figur 21 [5]

Det vil sige, at der er 12 stk. 1X120mm2 ud til hver thruster, hvor hver leder kan belastes med en

strøm på ca.300 A, når der er taget højde for sideløb, oplægning og temperatur. Den nye strøm

kablerne skal kunne trække, er udregnet på s.26, til 878 A, hvilket ikke kommer i nærheden af den

strøm kablerne kan trække. Der udregnes hvor mange kabler, der skal anvendes, ved at lave reg-

nestykket:

9,2300

878Antal

Dette betyder, at der er behov for 2X(3X1X120), hvilket vil sige 6 kabler af 1X120 mm2. De oversky-

dende kabler kan derfor fjernes og eventuelt sælges, for at minimere udgifterne, ved at ændre

kredsløbet.


36

Kablerne er blevet anvendt til en vekselspænding på 690 V, hvilket vil sige, at de er blevet testet

med en minimum driftsspænding på 1000 V. Denne betragtning er blevet lavet efter telefonisk

kontakt med NKT cables. [14]

Diskussion

Ved at ændre det elektriske hovedkredsløb, ombord på Esvagt Bergen, vil det være muligt at æn-

dre forsyningen, af hovedskinnen, til en jævnspænding. Ved at gøre dette, er det ikke nødvendigt

for generatorerne at holde en frekvens på 60 Hz. Ved at generatorerne ikke skal holde frekvensen

på 60 Hz, betyder det, at motorerne, der trækker generatorerne, kan få en bedre brændstofsøko-

nomi. Dieselgeneratorerne, der er placeret ombord på skibet, er optimeret efter at skulle køre

med omdrejninger, der passer til de 60 Hz, og derfor vil besparelserne ikke blive store. Når frem-

driften er med azimuth alene, er det kun dieselgeneratorerne, der kører, mens hovedmotorerne

er slukket. Når skibet sejler i DP-mode er akselgeneratorerne koblet ind, mens hovedmotorerne

skal køres op i omdrejninger, så generatorerne kan synkroniseres, ind på nettet ved de 60Hz. Ho-

vedmotorerne kunne godt køre med færre omdrejninger, for stadig at have nok fremdrift på pro-

pellerne til at holde sin position i DP-mode, og det er nok her de store besparelser skal hentes.

Driftsmønsteret, der er blevet anvendt til at udregne tabet i skinnerne, er lavet fra værftet. Det er

muligt, at der har været nogle ombygninger på skibet, der gør at belastningerne ikke er helt de

samme på nuværende tidspunkt. Efter samtale med skibets besætning, har det vist sig, at der ikke

er blevet lavet større ændringer, og derfor er der taget udgangspunkt i driftsmønsteret fra værf-

tet.

Data omkring de nye vekselrettere til 690 VAC skinnen, samt Du/Dt filteret, er fra Vacon. Ved at

anvende data fra et andet firma, kunne resultatet godt være anderledes. Da det er tekniske speci-

fikationer, der er blevet brugt i opgaven, vurderes forskellen til ikke at være særlig stor.

Der skal laves et driftsmønster over en længere periode, for at kortlægge hvor ofte Esvagt Bergen

anvender akselgeneratorerne, for at kunne lave en ordentlig investeringskalkule. Ved at skulle lave

det elektriske kredsløb om, er det nødvendigt for skibet at komme i dok. Ved at gøre dette, opfyl-

der skibet ikke kontrakten med Statoil, hvilket vil have store økonomiske omkostninger. Skibet har

kontrakt til år 2020, så en eventuelt ombygning skulle formentlig vente til efter kontraktens udløb.


37

Skibet skal i dok i sommeren 2016, for gennemgang af klassifikationsselskabet. Tidsrammen gør, at

en eventuelt ombygning ikke kan nå at blive planlagt i detaljer inden.

Kildekritik 1. Onboard DC Grid. ”The newest design for marine power and propulsion” ABB

Denne artikel er skrevet af fire teknikere fra ABB, derfor skal der ved anvendelse af denne tages

højde for at ABB er en virksomhed, der sælger produkter inden for den maritime sektor. Det i de-

res interesse at ”sælge” systemer igennem artiklen, hvor interesserede vil anvende deres tekno-

logi.

Artiklen er skrevet af fagpersoner hvilket gør at der er belæg for at den tekniske løsning er gen-

nemarbejdet og valid. ABB bliver vurderet som en stor virksomhed der er nød til at teste om løs-

ningerne virker, virksomheden vil ikke skrive en artikel som der ikke er belæg for.

Artiklen er placeret på forside af ABB’s marine elektriske løsninger, derfor anses artiklen ikke som

forældet. Artiklen beskriver et nyt system som andre producenter ikke arbejder med endnu, hvil-

ket taler for at den ikke er forældet. Der er dog ingen dato skrevet i artiklen, hvilket kan sætte

spørgsmålstegn ved hvornår den er skrevet.

2. DNV Rules for classification of ships “Dynamic Positioning System”

Den Norske Veritas er et klassifikationsselskab som Esvagt Bergen er certificeret ved. Selskabet be-

står af fagpersonel inden for den maritime sektor, virksomheden fastsætter krav og regler der skal

overholdes for at blive klasset. Kilden er en standart over hvilke regler der skal overholdes for at

kunne blive DP certificeret. Standarten er den nuværende gældende fra DNV og den er blevet la-

vet i juli 2014, der har været rettelser i november 2014.

3. DNV Rules for classification of ships “Electrical Installations”

Den Norske Veritas er et klassifikationsselskab som Esvagt Bergen er certificeret ved. Selskabet be-

står af fagpersonel inden for den maritime sektor, virksomheden fastsætter krav og regler der skal

overholdes for at blive klasset. Kilden er en standart over hvilke regler der skal overholdes for de

elektriske installationer for at blive certificeret. Standarten er den nuværende gældende fra DNV

og den er blevet lavet i juli 2013, der har været rettelser i januar 2014.


38

4. Værd at vide om frekvensomformer

Denne kilde er blevet lavet af Danfoss, og er fra 1998 hvilket gør at den muligvis er forældet, men

da den beskriver grundprincipperne omkring frekvensomformere og deres opbygningen kan den

godt anvendes i sammenhæng med denne opgave. Da materialet er lavet til Dansfoss egen medar-

bejder, vurderes der at den skrevne information er valid, da de ellers ville uddanne deres medar-

bejder på et forkert grundlag.

5. Tegninger fra skibet

Tegningerne fra Esvagt Bergen der er vedlagt som bilag, er blevet anvendt som dokumentation fra

værftet af. Tegningerne der er blevet taget med, er blevet undersøgt fysisk hvor det har været mu-

ligt, for at sikre sig at de stemmer overens med hvad der er lavet på selve skibet. Last konditio-

nerne er blevet lavet inden skibet blev overdraget i 2009 til rederiet. Det vil sige at der kan være

små ændringer i forhold til den nuværende situation ombord på skibet, men ikke så store ændrin-

ger af det vil have indflydelse på udregningerne som bilaget er blevet brugt til.

6. Mail korrespondance fra Vacon

Mail korrespondancen fra Vacon har været med deres administrerende direktør i den danske afde-

ling, han er ikke blevet vurderet som en fag person. Derfor har korrespondancen yderligere været

ved fabrikanten af frekvensomformerne omkring tekniske informationer, hvilket gør at informatio-

nerne er troværdige. Yderligere har kontakten kun bestået af informationer omkring tekniske spe-

cifikationer på det nuværende anlæg.

7. Analog og Digital teknik af Kurt Bodi

Bogen er 6 Udgave fra april 1995 denne bog bliver anvendt på maskinmesterskolen, derfor kan der

konstateres at denne ikke er forældet og at informationerne skrevet i bogen er valide.

8. Meeting Harmonic Limits on Marine vessel

Artiklen er lavet af I.C. Evans som er præsident for ”Harmonic Solutions CO.” i marts 2007 som vur-

deres til at være fagmand inden for dette område. Artiklen vurderes gældende til formålet i denne


39

opgave, da den anvendes til beskrivelse af frekvensomformerne ombord som er fra samme tidspe-

riode.

9. Guide harmonic detection and filtering

Denne rapport er udarbjedet af Schneider Electric hvor harmoniske forstyrrelser er beskrevet ud af

målinger, Schneider Electric er en virksomhed i en størrelsesorden der gør at de ikke kan tillade at

publicere en rapport der ikke er valid. Rapporten er ikke forældet i forhold til hvad den er blevet

brugt til i denne opgave da det er tekniske specifikationer der er blevet anvendt.

10. ABB technical guide nr. 6

Dette er en rapport der er blevet udarbejdet af ABB og er lavet i 2013. Artiklen er skrevet af fagpersoner

hvilket gør at der er belæg for at den tekniske løsning er gennemarbejdet og valid. ABB bliver vur-

deret som en stor virksomhed der er nød til at teste om løsningerne virker, virksomheden vil ikke

skrive en artikel som der ikke er belæg for.

11. Billeder af belastninger ombord på skibet

I opgaven er der billeder som er taget ombord på Esvagt Bergen, billederne er taget april 2015. Bil-

lederne viser overvågningspanelet i maskinrummet, hvor de forskellige belastninger er vist på de

enkelte forbrugere. Ved fysiske undersøgelser af hydraulic power pack viste det sig at den forkerte

effekt var vist på overvågningspanelet, afvigelsen var ikke stor, men det gør at validiteten af disse

billeder falder. Fysiske undersøgelser er blevet lavet hvor det har været muligt, for at undersøge

de forskellige forbrugeres effektforbrug i forhold til hvad der er oplyst på overvågningspanelet. Ef-

ter undersøgelserne er blevet lavet har det vist sig at variationen af effekterne opvejer hinanden,

så billederne der er blevet brugt i opgaven kan godt bruges.

12. Elektroteknik 3

Bogen er af 4 Udgave og er fra 2006 hvilket gør at denne bog er gældende. Samtidigt bliver bogen

anvendt på maskinmesterskolen, derfor kan der konstateres at informationerne skrevet i bogen er

valide.


40

13. ABB circuit breakers for direct current applications

Dette er en rapport der er blevet udarbejdet af ABB. Artiklen er skrevet af fagpersoner hvilket gør at

der er belæg for at den tekniske løsning er gennemarbejdet og valid. ABB bliver vurderet som en

stor virksomhed der er nød til at teste om løsningerne virker, virksomheden vil ikke skrive en rap-

port som der ikke er belæg for.

Rapporten er også en teknisk maunal til ABB’s forbruger til dimensionering af afbrydere, informati-

onerne kan derfor betegnes som valide da det ellers kan have alvorlige konsekvenser for ABB.

14. NKT cables mail korrespondance

Gennem mail korrespondance med NKT cables lavspændingsafdeling, er der blevet oprette telefo-

nisk kontakt. Ved denne kontakt har NKT sagt at de ikke ville bekræfte at man kunne genanvende

de gamle kabler da der manglede tekniske informationer omkring kablet. Virksomheden ville ikke

stå inde for disse kabler, uden at kende specifikationerne. Men han beskrev at hvis kablerne havde

været testet til at måtte føre en vekselspænding på 690VAC var den sandsynligt også godkendt til

1000VDC.

15. Vacon-NX-Filters-User-Manual-DPD01571A-UK

Vacon NX Filter manual der beskriver hvorledes deres filterer er opbygget, igen er det tekniske in-

formationer fra producenten hvilket gør informationerne valide og ikke forældede.

16. Elektroteknik 8

Bogen er af 4 Udgave og er fra 2006 hvilket gør at denne bog er gældende. Samtidigt bliver bogen

anvendt på maskinmesterskolen, derfor kan der konstateres at informationerne skrevet i bogen er

valide.

17. Vacon NXP liquid cooled powerdrives for extreme conditions

Vacon frekvensomformer dokument beskriver hvilke frekvensomformer der er tilgængelige, igen

er det tekniske informationer fra producenten hvilket gør informationerne valide og ikke foræl-

dede.


41

18. Mærkestrømværdier for E-Cu skinner (DIN 43 671)

Dette dokument er skrevet i henhold til DIN normen der er en international standart der sikre sig

at der er fælles retningslinjer i opbygningen af kobber skinner, samt hvilke strøm værdier de kan

belastes med. Denne kilde er valid af samme grund.


42

Konklusion

Der kan konkluderes, at det er muligt at ændre hovedskinnen, i det elektriske kredsløb, ombord på

Esvagt Bergen. Der vil være nogle komplikationer ved dette, men det vil være teknisk muligt.

Der er krav fra Esvagt Bergen om, at den stadig skal være DPS2 certificeret, og at den skal beholde

sit ”Take me home” system. Hvilket har gjort, at det nye elektriske kredsløb, er opbygget med re-

dundans, og derfor overholder kravene fra DNV, til at blive certificeret.

Hvis ændringen bliver lavet på det elektriske kredsløb, vil der være besparelser i brændstoføkono-

mien, ved drift i DP-mode. Der vil ikke være nogen reduktion i brændstofforbruget, hvor driften er

med azimuth alene, da akselgeneratorerne ikke er i drift.

Ved at ændre hovedskinnen til en jævnspændingsskinne, er det muligt at fjerne ensretterne, der

sidder i frekvensomformerne, foran thrusterne. Ved at fjerne ensretterne er det ikke nødvendigt

at have lavpass filtre, foran frekvensomformerne, hvilket vil reducere tabet i det elektriske kreds-

løb. Den harmoniske støj, der var i det elektriske kredsløb, før ensretterne blev fjernet, er blevet

reduceret, ved at fjerne ensretterne.

Der er blevet lavet beregninger, ift. Hvorvidt man kan genanvende den gamle 690 VAC skinne, som

en ny 1000 VDC skinne. Dette kan godt lade sig gøre, med nogle få ændringer, af hvorledes skin-

nerne er monteret. Dertil er der blevet udregnet hvor stort et tab, der vil være i de nye skinner, ift.

det gamle, som viser sig ikke at være store. Dette gør, at investeringen af et nyt system, skal tilba-

gebetales, ved en bedre brændstoføkonomi, og ikke ved det reducerede tab i det elektriske kreds-

løb.

For at ændringen er mulig skal der investeres i en ny 690 VAC skinne, da der er andre forbrugere

ombord på skibet, der ikke er styret af en frekvensomformer. Den nye 690 VAC skinne er blevet

dimensioneret til at skulle være en 3X(60X10), for at kunne forsyne disse forbrugere. En forsyning

af denne skinne, bliver fra den nye 1000VDC skinne via en vekselretter. Der skal være placeret to

vekselrettere, i tilfælde af fejl på den ene.

Der kan konkluderes, at der skal investeres i nye afbrydere til DC-skinnen, da de gamle afbrydere,

der sidder placeret i 690 VAC skinnen, ikke kan genanvendes. Grunden til, at afbryderne ikke kan

bruges er, at de ikke kan bryde lysbuen, der vil opstå, uden at materiellet tager skade. Yderligere

bliver thrusterne beskyttet i form af, at vekselretteren kan afbryde kredsen, hurtigere end de

gamle afbrydere.


43

Kablerne, der bliver brugt som forsyning til thrusterne, i det gamle system, kan som udgangspunkt

genanvendes. Dette er dog med forbehold, da de tekniske specifikationer på kablet ikke er tilgæn-

gelige. NKT cables kan ikke give garanti for, at kablerne kan bruges uden disse specifikationer. Ved

tekniske specifikationer forstås der mærkespænding, kortslutningsforsøg og omgivelses tempera-

tur. Kablerne er blevet undersøgt og beregningerne viser, at de godt kan føre den nye strøm, der

vil være ved den nye jævnspænding.

Litteratur

1. Onboard DC Grid. ”The newest design for marine power and propulsion” af ABB

2. DNV Rules for classification of ships “Dynamic Positioning System” af DNV 2014

3. DNV Rules for classification of ships “Electrical Installations” Af DNV 2013

4. ”Værd at vide om frekvensomformer” Danfoss 1998

5. Tegninger fra skibet 2015

6. Mail korrespondance fra Vacon 2015

7. Analog og Digital teknik af Kurt Bodi 6. Udgave 1995

8. Meeting Harmonic Limits on Marine vessel af I.C. Evans 2007

9. Guide harmonic detection and filtering af Schneider Electric

10. ABB technical guide nr. 6 af ABB 2013

11. Billeder af belastninger ombord på skibet

12. Elektroteknik 3 4 Udgave 2006

13. ABB circuit breakers for direct current applications af ABB

14. NKT cables mail korrespondance

15. Vacon-NX-Filters-User-Manual-DPD01571A-UK af Vacon 2014

16. Elektroteknik 8 4 Udgave 2006

17. Vacon NXP liquid cooled powerdrives for extreme conditions

18. Mærkestrømværdier for E-Cu skinner (DIN 43 671)


44

Nomenklatur

Azimuth Er en thruster der sidder placeret under skibet som

kan rotere 360 Grader. Den bruges som fremdriv-

ning på skibet når vinden er under ca. 20m/s, dette

er kun for at holde skibets position.

DC hovedskinne Er 1000VDC hovedskinnen ombord, hvor de store

forbruger er koblet på. Denne er magen til den

gamle 690VAC skinne hvor det er jævnspænding i

stedet for.

Busbar Busbar er en del af hovedskinnen, denne beteg-

nelse bliver brugt ombord på skibet for at adskille

skinnen i tre.

DPS2 DPS2 står for Dynamic Position System 2 dette er

en certificering af DNV. Dette betyder at skibet er

godkendt til drift med dette system. 2 tallet bety-

der hvilken grad det er certificeret der er klasse 1

og 3 også.

ERRV Emergency Response and Rescue Vessel

Thrusterne Denne betegnelse er over de to bow thruster, to

stern thruster og Azimuth

DP-mode Dynamic Position mode

AFE ensretter Active Front End ensretter

DP M.WIND>12 Dynamic position mode hvor vinden er over 12 m/s

DNV Den Norske Veritas

Take me Home system Dette er et system der er opbygget på Esvagt Ber-

gen, systemet er opbygget således at hvis begge

hovedmotor bryder sammen og der ingen frem-

drift er på dem, så kan azimuth’en fungere som

eneste fremdrivning på skibet. Dette er lavet sådan

at de to hjælpemotor kan kobles direkte til azi-

muth’en, gennem en lille del af hovedskinnen som

ikke er koblet til andre forbrugere.


45

Bilag 1


46

Bilag 2

Documents

Optimering af El-nettet på Esvagt Bergen - moodle.fms.dkmoodle.fms.dk/pluginfile.php/48154/mod_glossary/attachment/58... · Vacon-NX-Filters-User-Manual-DPD01571A-UK ..... 40 16