DE102005004628A1 - Mittelspannungslandanschluss für Schiffe - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum elektrischen Anschluss eines mehrphasigen Schiffsverteilungsnetzes (14) an ein mehrphasiges Landversorgungsnetz (2) mit einer Anschlusseinheit zum Anschluss des Landversorgungsnetzes (2) bereitgestellt, welche über einen Eingangstransformator (4) mit einer Kurzkupplung (5) verbunden ist, die über wenigstens einen Gleichspannungskreis (19, 20) miteinander verbundene Stromrichter (6, 7) aufweist, wobei der Kurzkupplung (5) ein Ausgangstransformator (8) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung im Bereich zwischen 5 und 50 KV liegt und der über eine einzige mehrphasige Verbindungsleitung (9) mit dem Schiffsverteilungsnetz (14) verbindbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Anschluss eines mehrphasigen Schiffsverteilungsnetzes an ein mehrphasiges Landversorgungsnetz.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum elektrischen Anschluss eines mehrphasigen Schiffsverteilungsnetzes an ein Landversorgungsnetz.
  • Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus dem landläufigen Stand der Technik bereits bekannt. So ist beispielsweise bekannt geworden, die Wechselspannung eines Landversorgungsnetzes über einen zweckmäßigen dreiphasigen Transformator von etwa 34 KV auf 6,6 KV umzuspannen. Dabei ist dem Transformator eine Schaltanlage nachgeschaltet, deren Kabelabgang mit einem zweiten Transformator verbindbar ist, der die 6,6 KV Mittelspannung in den Niederspannungsbereich transformiert. Niederspannungsseitig ist der zweite Transformator mit einem Niederspannungssteckschrank verbunden, von dem aus die elektrische Leistung über eine Vielzahl von Schiffsverbindungskabeln auf das Schiff übertragen wird.
  • Der vorbekannten Vorrichtung haftet der Nachteil an, dass diese den Anschluss von nur solchen Schiffsverteilungsnetzen erlaubt, die eine mit dem Landversorgungsnetz übereinstimmende Frequenz, Phasenlage oder Sternpunktbehandlung aufweisen. In der Praxis ist eine solche Übereinstimmung jedoch nur selten gegeben. Ferner ist die Energieübertragung auf das Schiff über mehrere Kabelverbindungen gleichzeitig aufwändig, da zum Anschluss des Schiffverteilungsnetzes mehrere Steck verbindungen zusammengefügt werden müssen. Dies ist zeitaufwändig und insbesondere bei schlechten Wetterverhältnissen bedingungsunfreundlich.
  • Der Anschluss eines Schiffverteilungsnetzes an ein Energieversorgungsnetz an Land hat in der letzten Zeit erheblich an Bedeutung gewonnen. So wurde bislang das Schiffsverteilungsnetz von einem im Hafen liegenden Schiff durch Betreiben von Hilfsmotoren des Schiffes gespeist. Die Hilfsmotoren sind mit Generatoren gekoppelt, wodurch die erforderliche elektrische Energie erzeugt wird. Durch die Abgase und den Lärm der Hilfsmotoren kommt es jedoch zu einer massiven Belastung der Umwelt. Dies wird insbesondere in dicht bevölkerten Hafenstädten als störend empfunden. Darüber hinaus weisen die üblicherweise als Dieselmotoren ausgebildeten Hilfsmotoren einen hohen Kraftstoffverbrauch auf, so dass diese Art der Energieerzeugung auch kostenintensiv ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen eine kostengünstige und flexible Stromversorgung von Schiffen ermöglicht ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer ersten Variante mit einer Vorrichtung zum elektrischen Anschluss eines mehrphasigen Schiffsverteilungsnetzes an ein mehrphasiges Landversorgungsnetz mit einer Anschlusseinheit zum Anschluss an das Landversorgungsnetz, welche über einen Eingangstransformator mit einer Kurzkupplung verbunden ist, die über wenigstens einen Gleichspannungskreis miteinander verbundene Stromrichter aufweist, wobei der Kurzkupplung ein Ausgangstransformator nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung im Bereich zwischen 5 und 50 KV liegt und der über eine einzige mehrphasige Verbindungsleitung mit dem Schiffsverteilungsnetz verbindbar ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer zweiten Variante mit einem Verfahren zum elektrischen Anschluss eines Schiffsverteilungsnetzes an ein Landversorgungsnetz, bei dem eine mehrphasige Schiffsverbindungsleitung mit einer mehrphasigen Verbindungsleitung über Verbindungsmittel verbunden wird, wobei die Verbindungsleitung über einen Ausgangstransformator mit einer Kurzkupplung verbunden ist, die über einen Eingangstransformator an das Landversorgungsnetz angeschlossen ist, und bei dem eine Steuereinheit anschließend die Verbindungsmittel auf die Funktionstüchtigkeit der Verbindung überprüft und bei Vorliegen der Funktionstüchtigkeit auf eine Regeleinheit der Kurzkupplung zugreift, um die Energieversorgung des Schiffsverteilungsnetzes durch das Landversorgungsnetz in Gang zu setzen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Mittelspannungsverbindung zwischen dem Energieversorgungsnetz eines Schiffes und einem Versorgungsnetz an Land her. Bei Strömen, die denjenigen einer Kabelverbindung gemäß dem Stand der Technik vergleichbar sind, wird daher erfindungsgemäß eine höhere elektrische Leistung über die Verbindungsleitung übertragen. Auf diese Weise sind lediglich eine Verbindungsleitung und ein Verbindungsmittel zum Anschluss des Schiffes erforderlich. Zur flexiblen Anbindung aller Arten von Schiffsverteilungsnetzen dient die Kurzkupplung, die aus zwei räumlich nahe zueinander oder mit anderen Worten aus zwei Rücken an Rücken angeordneten Stromrichtern besteht, die über Gleichstromkabel miteinander verbunden sind. Die Kurzkupplung ist ebenfalls für die Mittelspannung ausgelegt und weist eine Regeleinheit auf, mit deren Hilfe die Steuerung der jeweiligen Stromumrichtung ermöglicht ist. Insbesondere ist es mit Hilfe der Regelungseinheit möglich, nahezu beliebige Frequenzen am wechselspannungsseitigen Ausgang des Umrichters zu erzeugen. Der Ausgangstransformator übernimmt das Umspannen des Ausgangs der Kurzkupplung auf das gewünschte Mittelspannungspotenzial. Dies liegt grundsätzlich zwischen 5 und 50 KV und insbesondere zwischen 6 und 12 KV.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Verbindungsleitung ein Kabel, wobei das Kabel über eine Kabeltrommel mit Zugkraftregelung geführt ist. Das Kabel stellt eine flexible Verbindungsleitung dar. Durch die Kabeltrommel mit Zugkraftregelung wird beispielsweise der Tiedenhub des Schiffes ausgeglichen, so dass unerwünschte mechanische Spannungen in der Verbindungsleitung zwischen Schiff und Land erfindungsgemäß vermieden sind. Kabeltrommeln mit Zugkraftregelung sind dem Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle darauf nicht eingegangen zu werden braucht.
  • Vorteilhafterweise weist die Verbindungsleitung wenigstens einen Lichtwellenleiter auf, der mit der Kurzkupplung verbunden ist. Durch eine bekannte Kopplung jedes Lichtwellenleiters der Verbindungsleitung mit einem Lichtwellenleiter, der zu einer Steuerungseinheit führt, die beispielsweise auf dem Schiff angeordnet ist, ist eine Kommunikationsleitung zwischen Kurzkupplung und Steuereinheit geschaffen, die mit einer einzigen Steckverbindung herstellbar ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sechs Lichtwellenleiter in der Verbindungsleitung vorgesehen, die über eine zweckmäßige Steckverbindung mit sechs Lichtwellenleitern einer Schiffsverbindungsleitung oder einer Schiffstrosse auf bekannte Weise koppelbar sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung weist die Verbindungsleitung ein erstes Steckteil auf, das formkomplementär zu einem zweiten Steckteil ausgebildet ist, welches über eine mehrphasige Schiffsverbindungsleitung mit dem Schiffsverteilungsnetz verbunden ist. Die auf diese Weise ausgebildete Steckverbindung ermöglicht ein schnelles Anschließen des Schiffsverteilungsnetzes an das Landversorgungsnetz. Insbesondere wenn Verbindungsleitung und Schiffsverbindungsleitung jeweils zuordenbare Lichtwellenleiter aufweisen, kommt es neben dem elektrischen Anschluss durch die Steckverbindung auch zu der Ausbildung von Kommunikationsleitungen zum Einstellen der Regelung der Kurzkupplung.
  • Vorteilhafterweise weist die Schiffsverbindungsleitung Sicherungen zum Schutz des Schiffsverteilungsnetzes vor Kurzschlussströmen auf. Die Sicherungen sind abweichend hiervon auch zum Schutz vor Überspannung geeignet.
  • Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Eingangstransformator und dem Landversorgungsnetz eine Schaltanlage angeordnet. Die Schaltanlage weist zweckmäßigerweise ein handelsübliches Schutzgerät sowie einen Leistungsschalter auf, der zum Schalten von Kurzschlussströmen im Mittelspannungsbereich zwischen 1 KV und 72 KV eingerichtet ist.
  • Zweckmäßigerweise weisen die Stromrichter eine Brückenschaltung von selbstgeführten Leistungshalbleiterventilen auf. Solche Brückenschaltungen von Stromrichtern sind dem Fachmann bestens bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht eingegangen zu werden braucht. Selbstgeführte Stromrichter sind beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation im Kilohertzbereich schaltbar. Bei den Leistungshalbleiterventilen handelt es sich beispielsweise um so genannte IGBTs oder GTOs, die dem Fachmann ebenfalls bekannt sind.
  • Zweckmäßigerweise weist die Verbindungsleitung zwei Leiterphasen zum Potenzialausgleich zwischen Schiffsverteilungsnetz und Landversorgungsnetz auf.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist die Steuereinheit auf einem das Schiffsverteilungsnetz tragenden Schiff angeordnet und greift über wenigsten einen Lichtwellenleiter der Schiffsverbindungsleitung, der über die Verbindungsmittel mit einem zugeordneten an der Kurzkupplung angeschlossenen Lichtwellenleiter der Verbindungsleitung gekoppelt ist, auf die Regeleinheit zu. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist es möglich, die Kurzkupplung vom Schiff aus auf dessen Bedürfnisse einzustellen. Ein aufwändiges Übermitteln von Regeldaten unterbleibt erfindungsgemäß. Der Zugriff der Steuereinheit erfolgt dabei über die einzige Steckverbindung, so dass Datenaustauschleitungen und Energieversorgung kurzzeitig herstellbar sind.
  • Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung übergibt die Steuereinheit der Regeleinheit Stellparameter zum Einstellen der Kurzkupplung. Die Stellparameter erlauben eine Regelung der Umrichter der Kurzkupplung, so dass diese die passende Frequenz oder andere elektrische Größen bereitstellt, die zur Versorgung des Schiffsverteilungsnetzes zweckmäßig sind.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 2 ein Beispiel einer Kurzkupplung zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß 1 zeigen.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Landversorgungsnetz 2 über figürlich nicht dargestellte handelsübliche Anschlussmittel mit der Vorrichtung 1 verbunden. Bei dem Landversorgungsnetz 2 handelt es sich um ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, das über eine Mittelspannungsschaltanlage 3 mit einem Eingangstransformator 4 verbunden ist. Das Landversorgungsnetz 2 weist hier eine Nennspannung von 36 KV auf. Der Transformator 4 besteht aus einer dreiphasigen Primärspule sowie aus einer dreiphasigen Sekundärspule, die mit einer Kurzkupplung 5 verbunden ist. Die Kurzkupplung 5 weist zwei in 1 nur schematisch dargestellte Umrichter 6 und 7 auf, die über figürlich nicht gezeigte Gleichspannungsleitungen miteinander verbunden sind. Der Ausgang der Kurzkupplung 5 ist mit einem Ausgangstransformator 8 verbunden, an dessen Ausgang eine Spannung in der Höhe von 6,6 KV erzeugt ist. Die Phasen der Sekundärspule des Transformators 8 sind in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden. Die drei stromführenden Phasen der Sekundärspule des Transformators 8 werden in einer kabelartig und damit flexibel ausgestalteten Verbindungsleitung 9 über eine Kabeltrommel 10 mit Zugkraftregelung geführt, die zum Ausgleich des Tiedenhubs des Schiffes vorgesehen ist. Zur Verbindung der Verbindungsleitung 9 mit einer Schiffsverbindungsleitung oder Schiffstrosse 11 dienen Verbindungsmittel 12, die aus einem ersten Steckerteil 12a und einem zweiten Steckerteil 12b bestehen, die formkomplementär zueinander ausgebildet sind. So ist das erste Steckteil beispielsweise ein Stecker 12a, der in eine Steckbuchse 12b als zweites Steckteil einsteckbar ist, so dass ein lösbarer Klemmsitz bereitgestellt ist, wobei Übliche Rastmittel bereitgestellt sein können.
  • Die Schiffsverbindungsleitung 11 ist mit Sicherungen 13 versehen, die eine Beschädigung eines Schiffsverteilungsnetzes 14 im Kurzschlussfall verhindern. Bei dem Schiffsverteilungsnetz 14 handelt es sich ebenfalls um ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, das neben den Sicherungen 13 noch eine nur schematisch angedeutete Schalteinheit 15 umfasst. Das Schiffsverteilungsnetz 14 und die Schaltanlage 15 sind auf einem schematisch angedeuteten Schiff 16 angeordnet, das in einem Hafen anliegt. Das Schiff 16 weist ferner eine Steuereinheit 17 auf, die über sechs Lichtwellenleiter 18a und 18b mit der Kurzkupplung verbunden ist. Die sechs Lichtwellenleiter 18a und 18b sind zusammen mit den drei elektrischen leitenden Phasenleitern und zwei Potenzialausgleichsleitern zu der Schiffsverbindungsleitung 11 gebündelt. Hierzu weist der Schiffsverbindungsleiter 11 beispielsweise eine zweckmäßige Außenisolierung aus Kunststoff, Kautschuk oder dergleichen auf. Die Schiffsverbindungsleitung ist daher als ein Kabel ausgebildet. Entsprechendes gilt für die Dreiphasenleiter und zwei Potenzialausgleichsleiter sowie für die sechs Lichtwellenleiter 18b der Verbindungsleitung 9. Sowohl die Kopplung der Lichtwellenleiter 18a und 18b als auch die elektrische Verbindung der Phasenleiter erfolgt über eine einzige Steckverbindung 12a und 12b beziehungsweise über die Verbindungsmittel 12.
  • 2 zeigt die Kurzkupplung 5, den Eingangstransformator 4 sowie den Ausgangstransformator 8 in einer vergrößerten Darstellung. Die Phasen der Sekundärwicklung der Transformatoren 4 beziehungsweise 8 sind jeweils mit einer Phase des dreiphasigen Stromrichters verbunden, der mit sechs „Insulated Gate Bipolar Transistors" oder kurz IGBTs mit gegenparallelen Dioden zu einer Sechspulsbrücke verschaltet ist. Die aus IGBTs bestehenden Stromrichter werden auch als Pulsstromrichter bezeichnet, deren selbstgeführte Halbleiterventile sowohl ein- als auch ausgeschaltet werden können. Die Steuerung erfolgt üblicherweise eine Pulsweitenmodulation mit Taktfrequenzen in der Höhe von einigen Kilohertz. Zwischen den Umrichtern 6 und 7 sind Gleichspannungsleitungen 19 und 20 vorgesehen, wobei die Umrichter im Falle von Kurzkupplungen in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander in einer so genannten Back-to-back Konfiguration angeordnet sind.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (1) zum elektrischen Anschluss eines mehrphasigen Schiffsverteilungsnetzes (14) an ein mehrphasiges Landversorgungsnetz (2) mit einer Anschlusseinheit zum Anschluss des Landversorgungsnetzes (2), welche über einen Eingangstransformator (4) mit einer Kurzkupplung (5) verbunden ist, die über wenigstens einen Gleichspannungskreis (19, 20) miteinander verbundene Stromrichter (6, 7) aufweist, wobei der Kurzkupplung (5) ein Ausgangstransformator (8) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannung im Bereich zwischen 5 und 50 KV liegt und der über eine einzige mehrphasige Verbindungsleitung (9) mit dem Schiffsverteilungsnetz (14) verbindbar ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung ein Kabel (9) ist, wobei das Kabel (9) über eine Kabeltrommel (10) mit Zugkraftregelung geführt ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (9) wenigstens einen Lichtwellenleiter (18b) aufweist, der mit der Kurzkupplung (5) verbunden ist.
  4. Vorrichtung (1) gemäß der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (9) ein erstes Steckteil (12a) aufweist, das formkomplementär zu einem zweiten Steckteil (12b) ausgebildet ist, welches über eine mehrphasige Schiffsverbindungsleitung (11) mit dem Schiffsverteilungsnetz (14) verbunden ist.
  5. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiffsverbindungsleitung (11) Sicherungen (13) zum Schutz des Schiffsverteilungsnetzes (14) vor Kurzschlussströmen aufweist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingangstransformator (4) und dem Landversorgungsnetz (2) eine Schaltanlage (3) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichter (6, 7) eine Brückenschaltung von selbstgeführten Leistungshalbleiterventilen aufweisen.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (9) zwei Leiterphasen zum Potenzialausgleich zwischen Schiffsverteilungsnetz (14) und Landversorgungsnetz (2) aufweist.
  9. Verfahren zum elektrischen Anschluss eines mehrphasigen Schiffsverteilungsnetzes (14) an ein Landversorgungsnetz (2), bei dem eine mehrphasige Schiffsverbindungsleitung (11) mit einer mehrphasigen Verbindungsleitung (9) über Verbindungsmittel (12) verbunden wird, wobei die Verbindungsleitung (9) über einen Ausgangstransformatorv (8) mit einer Kurzkupplung (5) verbunden ist, die über einen Eingangstransformator (4) an das Landversorgungsnetz (2) angeschlossen ist, und bei dem eine Steuereinheit (17) anschließend die Verbindungsmittel (12) auf die Funktionstüchtigkeit der Verbindung überprüft und bei Vorliegen der Funktionstüchtigkeit auf eine Regeleinheit der Kurzkupplung (5) zugreift, um die Energieversorgung des Schiffsverteilungsnetzes (14) durch das Landversorgungsnetz (2) in Gang zu setzen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) auf einem das Schiffverteilungsnetz (14) tragenden Schiff angeordnet ist und über wenigstens einen Lichtwellenleiter (18b) der Schiffsverbindungsleitung (11), der über die Verbindungsmittel (12) mit einem zugeordneten an der Kurzkupplung (5) angeschlossenen Lichtwellenleiter (18a) der Verbindungsleitung (9) gekoppelt ist, auf die Regeleinheit zugreift.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) der Regeleinheit Stellparameter zum Einstellen der Kurzkupplung (5) übergibt.
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