CN117440896A - 具有双接入口的高压岸电连接系统 - Google Patents

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CN117440896A CN202280040440.2A CN202280040440A CN117440896A CN 117440896 A CN117440896 A CN 117440896A CN 202280040440 A CN202280040440 A CN 202280040440A CN 117440896 A CN117440896 A CN 117440896A
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Abstract

本发明涉及一种用于将港口内的船(1004)与岸侧电源连接的高压岸电连接(HVSC)系统(1)。系统(1)包括：第一接入口(5004)和第二接入口(5004')，该第一接入口包括至少一个第一连接元件(3)，该第二接入口包括至少一个第二连接元件(3')，第二接入口(5004')与第一接入口(5004)电连接。至少一个第一连接元件(3)和至少一个第二连接元件(3')可连接到用于供应岸上电力的供电元件(4)。系统(1)进一步包括安全电路元件，该安全电路元件与第一接入口(5004)和第二接入口(5004')电连接。系统(1)进一步包括至少一个保护元件(7)，该至少一个保护元件可连接到至少一个第一连接元件(3)或至少一个第二连接元件(3')中的未与供电元件(4)连接的连接元件(3，3')。至少一个保护元件(7)包括安全回路，该安全回路可与安全电路元件电连接。

Description

具有双接入口的高压岸电连接系统
技术领域
本发明涉及一种用于将港口内的船与岸侧电源连接的高压岸电连接(HVSC)系统、以及一种包括这种HVSC系统的船。
背景技术
岸上电力，也被称为比如替代船舶电力(AMP)或船舶接用岸电等多种名称，使得船坞或干船坞处的船只能够在关闭其辅助发动机的情况下使用岸侧电力为船载电气系统(比如照明、通风、通信、货船泵和其他主要设备)供电。这些船可以与岸上电源连接，所以可以在消除由辅助发动机产生的柴油排放的情况下不间断地进行船舶作业，这样由于减少了周围环境污染和燃料消耗而有利于环境。电力来自当地电网、通过港口的变电站接入船上的岸电系统中的特定电源连接器。
岸与船之间的电连接被称为高压岸电连接(HVSC)。为了与岸上电源相配，船只通常在船的左舷侧和右舷侧均配备有接入口。这种布置通常被称为双高压岸电连接解决方案。在船只两侧都布置接入口的目的是使船无论哪一侧朝向泊位都能够停泊在泊位上。接入口可以包括至少一个连接元件，该至少一个连接元件可以呈插座的形式，供附接至岸侧电力电缆的插头连接到该插座中(岸对船)。替代性地，接入口可以呈电缆盘的形式，该电缆盘将配备有插头的电缆下放到码头边，电缆在此处连接到母插座(船对岸)。连接元件的数量取决于船的类型以及电力消耗。因此，根据IEC 80005-1标准，当船是滚装(Ro-Ro)船时，通常每一侧布置一个连接元件，而集装箱船的每一侧具有两个连接元件，并且游轮的每一侧具有多个连接元件。
直观地理解，船只的面向泊位的一侧的接入口通过电缆与岸上电源连接而从岸到船供电或从船到岸供电。采用这种布置，为包括未与岸上电源连接的接入口在内的整个电路供电。由于接入口容易触及，因此带电的未插电接入口会构成潜在的电气危害。
在典型的双岸电连接解决方案中，船上的两个接入口彼此电气分离，以便防止未与岸上电源连接的接入口侧的部分带电。
一种这样的解决方案是提供可以通过断路器电气隔离的两个接入口。断路器是互锁的，因此它们永远不会同时接通。另一种选择是使用通过置于岸电连接配电板外部的手动切换器使两个接入口电气隔离。这种解决方案比使用断路器更有利，并且减少了船上牵引的电缆的数量。然而，上述两种解决方案都存在包括需要频繁维修的昂贵部件的缺点。
鉴于上述情况，期望提供一种双高压岸电连接系统，其消除现有解决方案的缺点，简单且具有成本效益，并且提供了与岸上电源的安全连接。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供了一种用于将港口内的船与岸侧电源连接的具有双接入口的高压岸电连接(HVSC)系统。在本发明的背景下，术语“高压”包括至少1kV的电压。应该提到的是，船只可以是本领域已知的任何类型，比如集装箱船、游轮、渡轮、滚装(RoRo)船、客运滚装(RoPax)船、油轮、机库船等。本发明的系统包括第一接入口，该第一接入口优选地布置在船的左舷侧。替代性地，第一接入口可以布置在船的船首侧或者船的船尾侧。第一接入口包括至少一个第一连接元件。连接元件的数量取决于船的类型和所需电压，并且遵从国际标准(ISO/IEC/IEEC 80005-1)。
本发明的HVSC系统进一步包括第二接入口，该第二接入口优选地布置在船的与布置有第一接入口的一侧相反的一侧。因此，当第一接入口布置在左舷侧时，第二接入口优选地布置在船的右舷侧。如上所述，这种构造允许无论交通工具的哪一侧朝向泊位，船只都会与岸上电源连接。第二接入口包括至少一个第二连接元件。通常，第二连接元件的数量与第一连接元件的数量相等。第二接入口与第一接入口电连接。换言之，当第一接入口和第二接入口之一与岸上电源连接时，第一接入口和第二接入口中的未与岸上电源连接的另一个会带电。
应当注意，本发明无需布置电气断路器以断开未与岸上电源连接的接入口，从而使得HVSC系统具有成本效益且简单。
该至少一个第一连接元件和该至少一个第二连接元件可连接到用于供应岸上电力的供电元件。供电元件与岸上电网连接。供电元件可以端接岸电电缆(岸对船连接)或者可以被布置为HVSC插座(船对岸连接)。
本发明的HVSC系统可以包括HVSC切换器，该切换器被布置成与第一接入口和第二接入口电连接。
本发明的HVSC系统可以进一步包括HVSC断路器，该断路器被布置成与HVSC配电板电连接。HVSC断路器可以是船舶主配电板的一部分。从HVSC系统向船舶主配电板供应电力。
根据本发明的HVSC系统进一步包括安全电路元件，该安全电路元件电连接到第一接入口和第二接入口。术语“电连接”在本文中理解为涵盖无线连接和有线连接两者。这种安全电路元件可以根据IEC-80005-1标准布置，并且可以构成从岸到船的故障安全电气硬连线回路。假如发生任何故障(比如等电位联结丧失、电缆张力高或剩余的电缆长度不足、“安全电路先导回路”失效、手动启动急停系统、通电时断开插头、打开接入口盒等)，该回路打开，并且在岸上和船上都启动急停。
与岸上电源连接的接入口在下文中将被称为“插电接入口”，而未与岸上电源连接的接入口在下文中将被称为“未插电接入口”。如上所述，带电的未插电接入口因此构成必须要消除的潜在电气危害。
为此，根据本发明的HVSC系统包括至少一个保护元件，该至少一个保护元件可连接到至少一个第一连接元件或至少一个第二连接元件中的未与供电元件连接的连接元件。术语“可连接”在本发明的背景下被理解为电连接。应当注意，可能存在于保护元件中的电源触点不与安全电路元件电连接，而是被隔离。
本发明的至少一个保护元件被布置成阻止触及至少一个第一连接元件或至少一个第二连接元件中的未与供电元件连接的连接元件。换言之，该至少一个保护元件被布置成阻止触及未插电接入口。术语“阻止触及”是指人、动物或机器无法直接地(例如通过触碰)或间接地(例如通过工具)与连接元件建立物理接触。
为了更进一步提高HVSC系统的安全性，该至少一个保护元件包括安全回路，该安全回路可与安全电路元件电连接。安全电路元件与安全回路之间的连接可以是有线的或无线的。这种安全回路可以是保护元件内部的导线回路。通过桥接该保护元件中的安全回路，确保了HVSC系统会在保护元件被移除而使未插电接入口的任何带电部分都可触及之前跳闸。
可以设想，保护元件的数量与连接元件的数量相等。替代性地，保护元件的数量可以大于连接元件的数量。
船可以包括根据IEC 80005-1的法定标准安全电路，安全电路元件被布置成使安全电路互锁。
该至少一个第一连接元件和该至少一个第二连接元件可以是任何合适的类型。该至少一个第一连接元件和该至少一个第二连接元件可以相同或不同。进一步地，当存在多个第一连接元件时，多个第一连接元件内的第一连接元件可以相同或不同。类似地，当存在多个第二连接元件时，多个第二连接元件内的第二连接元件可以相同或不同。该至少一个第一连接元件和/或该至少一个第二连接元件可以是母头连接元件。可设想的是，母头连接元件是插座。根据这种实施例，该至少一个保护元件是公头保护元件，比如隔离插头。当通过将第一接入口和第二接入口之一与岸上电源连接来使HVSC系统通电时，带电的未插电接入口的母头连接元件与公头保护元件连接。
替代性地，该至少一个第一连接元件和/或该至少一个第二连接元件可以是公头连接元件。可设想的是，公头连接元件是插头。根据这种实施例，该至少一个保护元件是母头保护元件，比如隔离插座。当通过将第一接入口和第二接入口之一与岸上电源连接来使HVSC系统通电时，带电的未插电接入口的公头连接元件与母头保护元件连接。
为了消除不正确连接或错误连接的风险，连接元件和相对应的保护元件可以包括类似的识别特征。例如，连接元件和相对应的保护元件可以具有相同的颜色。
该至少一个保护元件可以包括电气隔离(绝缘)材料，从而保护人或动物在意外接触保护元件时免于触电。特别地，保护元件可以是公头保护元件(比如隔离插头)，在通常连接有电力电缆的绝缘套筒中填充有成型复合料。隔离插头的端部由聚甲醛塑料棒封闭。隔离插头的IP等级可以与附接有电缆的标准插头相同。特别地，该至少一个保护元件是根据IEC 80005-1标准、进一步参考IEC 62613-2标准的插头。采用这种构型，向未插电接入口和插电接入口提供了相同的进入防护。
如上所述，本发明的保护元件用于封装/隔离接入口以防触及，并且接通安全电路元件以便可以从岸侧向船只供电。进一步地，保护元件防止灰尘和湿气进入连接元件。另外，保护元件是必要的，以便符合电气间隙和爬电距离的规定。术语“间隙”理解为两个导体之间在空中的最短距离，术语“爬电”理解为沿绝缘材料的表面距另一个导体的距离。电压越高，距离越大。
常规公头保护元件上的绝缘套筒自身的长度可能足以满足上述距离。然而，通过向保护元件填充成型复合料并且将保护元件封装在机柜中，消除了与带电接入口意外接触的风险。
根据本发明，HVSC系统可以包括布置在连接元件附近的至少一个保险元件。这种保险元件可以被布置成与连接元件相距从0cm到30cm的距离。认为这样的距离可以足以防止人或动物触电。特别地，保险元件可以是闩锁。换言之，与保护元件连接的带电的未插电接入口可以被封装在包括闩锁的隔室中，其中，闩锁阻止触及带电的未插电接入口，从而消除电气危害。保险元件可以被布置成使得当用户在HVSC系统通电时试图与保险元件交互时，该安全元件向用户提供听觉上和/或视觉上可感知的信号。进一步地，保险元件可以与安全电路元件电连接，以便当保险元件移位时使HVSC系统关闭。
这种实施例的优点在于提高了安全性，因为通过保护元件和保险元件两者来阻止触及带电的未插电接入口。
根据本发明，第一接入口和第二接入口可以并联电连接布置，使得两个接入口处的电压相等。
替代性地或另外，保险元件可以是传感器，被布置成在人、动物或机器存在或与保护元件接触时生成信号、并且在检测到这种信号时启动断电。保险元件也可以是手柄，被布置成当保护元件与连接元件连接时将保护元件锁定在合适的位置。保险元件可以附带有随同断电程序的启动而被启动的警报元件。这种警报元件可以是灯、警报器、文本消息及其组合，通知用户断电程序已经启动。
如上所述，安全元件可以是安全电路元件的一部分。进一步地，在安全电路元件断路之后，岸侧和船侧的安全系统都会相应地得到通知。
如上所述，供电元件可以附接至岸电电缆。这种构型被称为岸对船连接。替代性地，供电元件可以被布置为HVSC插座(船对岸连接)。供电元件与岸上电网连接。
当使用船对岸连接时，第一接入口和第二接入口中的至少一者可以是至少一个包括船电电缆的电缆盘的形式。船电电缆可与比如HVSC插座等供电元件电连接。船电电缆的另一端可与连接元件连接。
有时可能需要用移动连接解决方案来替代船只两侧的电缆盘。在这种情况下，第一电缆盘和第二电缆盘可以置于货柜中。包括被布置成附接至供电元件的船电电缆的第一电缆盘被布置成使得船电电缆可以沿两个相反的方向延伸。第二电缆盘包括连接电力电缆，该连接电力电缆的一端与第一电缆盘连接，另一端可与连接元件连接。这种船对岸的连接解决方案提供极大的灵活性，因为可以根据船的哪一侧朝向泊位而轻松地使货柜在例如船的左舷侧与右舷侧之间移动。
应理解，本发明的HVSC系统应符合现有的规范和标准。进一步地，HVSC系统应位于正常操作情况下不会因港口内的活动或船只活动而受损的区域。HVSC系统应与在正常操作情况下由停泊的船只的运动产生的力、力矩和挠度相配。
应隐含地理解，上述的HVSC系统可以包括附加部件，比如接地元件、电路断路器、降压(或隔离)变压器以及相关仪器。
本发明还涉及一种包括如上所述的HVSC系统的船。根据本发明的船可以进一步包括船舶主配电板，该船舶主配电板与第一接入口和第二接入口电连接，并且被布置成分配岸上电力。船舶主配电板被布置成将来自电源的电力分配至船载耗电器。HVSC断路器则可以布置在船舶主配电板上。HVSC配电板的一侧可以布置在第一接入口与第二接入口之间，而另一侧可以布置于船舶主配电板。来自HVSC的电力通过HVSC断路器被馈送至船舶主配电板，然后进行分配。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的实施方案，其中：
图1至图3是根据现有技术的HVSC系统的示意图；
图4是根据本发明的HVSC系统的示意图；
图5示出了用于集装箱船的具有隔离插头作为保护元件的安全电路元件的原理；
图6a和图6b描绘了用于集装箱船的具有安全电路元件连接的标准隔离插头；
图7展示了用于RoRo船的具有隔离插头作为保护元件的安全电路元件的原理。
具体实施方式
图1至图3描绘了根据现有技术的HVSC系统。在图1中，船100停泊在泊位200上，使得第一接入口500面向泊位200。泊位200配备有岸电电源300和电缆管理系统400。如在图1中可以看到的，第一接入口500与岸电电源300连接，因此经由HVSC配电板600和船舶配电板700向船载耗电器提供电力。如从图1中明显看出的，船100没有第二接入口，因此不存在意外触电的风险。图1描绘的实施例的缺点在于船只停泊的可能性相当受限，因为船只的包括第一接入口500的一侧必须面向泊位。
图2示出了根据现有技术的另一个实施例。船1001包括第一接入口5001以及布置在船1001的与第一接入口5001相反的一侧的第二接入口5001'。HVSC配电板包括切换器8001，用于选择要连接到船舶配电板7001的接入口。如上所述，切换器8001是昂贵的部件，因此增加了系统的总成本。
图3描绘了根据现有技术的又一个实施例。HVSC配电板6003包括两个切换器，可以操作这两个切换器使得第二接入口5003'与第一接入口5003电气分离。与上述类似，该实施例的缺点在于需要多个切换器。
图4展示了根据本发明的HVSC系统。船1004停泊在泊位2004上，使得第一接入口5004与岸电电源3004连接。电缆管理系统可以布置在岸侧或船侧。第一接入口5004与第二接入口5004'电连接。值得注意的是，HVSC配电板6004包括仅一个HVSC机电切换器8004，因此优点在于使系统简单且具有成本效益。为了能够从岸电电源3004向船1004供电，将第二接入口5004'的连接元件与保护元件7连接。如上所述，当保护元件7与第二接入口5004'的连接元件连接时，保护元件7中存在的安全回路与HVSC系统的安全电路元件电连接，因此接通安全电路元件。一旦安全电路元件接通，就可以向船1004输送岸电电源的电力。
图5展示了用于集装箱船中的HVSC系统的安全电路元件20。第一连接元件103(是母头元件)与供电元件104(也是母头元件)连接。第一连接元件103和供电元件104通过两端具有公触点的电缆而互连。安全电路元件20与第一接入口5004和第二接入口5004'电连接。这种安全电路元件20可以根据IEC-80005-1标准布置，并且可以构成从岸到船的故障安全电气硬连线回路。假如发生任何故障(比如等电位联结丧失、电缆张力高或剩余的电缆长度不足、“安全电路先导回路”失效、手动启动急停系统、通电时断开插头、打开接入口盒等)，该回路打开，并且在岸上和船上都启动急停。
安全电路元件20包含岸侧安全回路110，该岸侧安全回路包括多个安全措施触点112，例如紧急断路器、门传感器等。进一步地，安全电路元件20进一步包含船侧安全回路111，该船侧安全回路包括多个安全措施触点。
为了更进一步提高HVSC系统的安全性，保护元件107包括与上述的安全电路元件20电连接的安全回路。如在图5中可以看到的，保护元件107的公触点107'连接到母头连接元件103'。这种安全回路是保护元件内部的导线回路，在该实施例中，该导线回路在每个隔离插头的相应引脚P1与P2之间延伸。通过桥接保护元件中的安全回路，确保了HVSC系统20会在保护元件107被移除而使未插电接入口的任何带电部分都可触及之前跳闸。
图6a和图6b描绘了根据本发明的保护元件30的可能实施例。保护元件30呈两个隔离插头的形式。图6a描绘的隔离插头是通过对根据IEC 62613-2“HVSC插头&插座”制成的原装插头进行改制而制成的。
图6b所示的安全电路元件引脚P1和P2通过电缆从一个插头桥接到另一个插头。引脚L1、L2、L3、E和P3未使用。
插头31、32的通常连接有电力电缆的绝缘套筒(P1、P2和P3)中填充有成型复合料。隔离插头的端部由聚甲醛塑料棒封闭，具有用于安全电路元件电缆的电缆密封头。隔离插头31、32的IP等级与附接有电缆的标准插头相同。
最后，图7展示了与图5所描绘的构造类似的实施例。然而，在图7中，第一接入口和第二接入口各自包括一个母头连接元件103、103'。安全电路元件引脚P1和P2以及保护元件的P3和P4分别彼此桥接。保护元件107的引脚P1-P4连接到第二连接元件103'。图7的右侧部分描绘了保护元件内部的引脚。引脚L1-L3是电源引脚，引脚E接地，引脚P5-P7在本发明的HVSC系统中未使用。第一连接元件103与公头供电元件104连接。应注意的是，图5和图7未描绘供电元件的供电线路，但是描绘了安全电路。
尽管已经参考各种实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到在不脱离本发明的范围的情况下可以进行改变。旨在是将详细描述视为说明性的并且所附权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于将港口内的船(1004)与岸侧电源连接的高压岸电连接(HVSC)系统(1)，所述系统(1)包括：
第一接入口(5004)，该第一接入口包括至少一个第一连接元件(3)；
第二接入口(5004')，该第二接入口包括至少一个第二连接元件(3')，所述第二接入口(5004')与所述第一接入口(5004)电连接；
所述至少一个第一连接元件(3)和所述至少一个第二连接元件(3')可连接到用于供应岸上电力的供电元件(4)；
安全电路元件，该安全电路元件与所述第一接入口(5004)和所述第二接入口(5004')电连接；
其中，所述系统(1)进一步包括至少一个保护元件(7)，该至少一个保护元件可连接到所述至少一个第一连接元件(3)或所述至少一个第二连接元件(3')中的未与所述供电元件(4)连接的连接元件(3，3')；
所述至少一个保护元件(7)包括安全回路，该安全回路可电连接到所述安全电路元件。
2.根据权利要求1所述的HVSC系统(1)，其中，所述船(1004)包括安全电路，所述安全电路元件被布置成使所述安全电路互锁。
3.根据权利要求1或2所述的HVSC系统(1)，其中，所述第一接入口(5004)布置在所述船的左舷侧，并且所述第二接入口(5004')布置在所述船(1004)的右舷侧。
4.根据前述权利要求中任一项所述的HVSC系统(1)，其中，所述至少一个第一连接元件(3)和所述至少一个第二连接元件(3')中的至少一者是母头连接元件。
5.根据权利要求4所述的HVSC系统(1)，其中，所述至少一个保护元件(7)是公头保护元件。
6.根据权利要求1至3所述的HVSC系统(1)，其中，所述至少一个第一连接元件(3)和所述至少一个第二连接元件(3')中的至少一者是公头连接元件。
7.根据权利要求6所述的HVSC系统(1)，其中，所述至少一个保护元件(7)是母头保护元件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的HVSC系统(1)，其中，所述至少一个保护元件(7)包括电气隔离材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的HVSC系统，其中，所述HVSC系统进一步包括仅一个HVSC机电切换器(5)，该机电切换器被布置成与所述第一接入口(2)和所述第二接入口(2')电连接，用于从该第一接入口(2)或该第二接入口(2')向该船的电气负载分配电力。
10.根据权利要求9所述的HVSC系统，其中，所述HVSC系统进一步包括HVSC断路器，该断路器被布置成与所述HVSC切换器(5)电连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的HVSC系统(1)，其中，所述至少一个保护元件(7)是根据IEC 80005-1标准的插头。
12.根据前述权利要求中任一项所述的HVSC系统(1)，其中，所述第一接入口(5004)和所述第二接入口(5004')以并联电连接布置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的HVSC系统(1)，其中，所述供电元件(4)附接至岸电电缆。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的HVSC系统(101)，其中，所述第一接入口(5004)和所述第二接入口(5004')中的至少一者包括至少一个电缆盘，该至少一个电缆盘包括船电电缆，并且其中，所述船电电缆可电连接到所述供电元件(4)。
15.一种包括根据权利要求1至14中任一项所述的HVSC系统(1)的船(1004)。
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