Das elektrische System eines Schiffes arbeitet unter Bedingungen, die in landgestützten Anlagen nur selten vorkommen. Die Stromerzeugungskapazität ist begrenzt, die Lasten ändern sich ständig, und jeder Start eines größeren Motors kann die Stabilität des gesamten Bordnetzes beeinträchtigen.
Nichts belastet ein elektrisches System auf See stärker als ein Antriebs- oder Strahlrudermotor.
Ob zum Antrieb von Tunnelstrahlrudern, Azimutantrieben oder dynamischen Positionierungssystemen (DP): Diese großen Motoren erfordern extrem hohe Anlaufströme. Ohne eine geeignete Steuerung kann bereits ein einziger Motorstart zu starken Spannungseinbrüchen führen, empfindliche Bordsysteme stören und den Antriebsstrang unnötig mechanisch belasten.
Aus diesem Grund sind Sanftanlasser zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Schiffsantriebssysteme geworden.
Im Gegensatz zu industriellen Anlagen an Land, die in der Regel an große öffentliche Stromnetze angeschlossen sind, werden Schiffe mit einer begrenzten Bordstromversorgung betrieben, die von einer begrenzten Anzahl von Dieselgeneratoren erzeugt wird. Jeder Start eines großen Motors beansprucht direkt diese verfügbare Kapazität.
Wenn ein großer Triebmotor direkt am Netz (DOL) startet, kann er das 6- bis 8-fache seines Volllaststroms aufnehmen. Bei einem 6,6-kV-Triebmotor mit 2 MW bedeutet dies eine plötzliche und erhebliche Belastung für das Bordnetz des Schiffes.
Dieser Spannungseinbruch bleibt nicht auf den Motor selbst beschränkt. Er breitet sich fast sofort im gesamten Bordnetz des Schiffes aus.
Abbildung 1: Vergleich zwischen dem Direktstart und dem durch einen Sanftanlasser gesteuerten Motorstart in einem Schiffselektriknetz.
Empfindliche Navigations- und Kommunikationssysteme können Fehler protokollieren oder sich zurücksetzen. Frequenzumrichter können bei Unterspannung auslösen. Beleuchtungssysteme können flackern oder dunkler werden. Auf Offshore-Schiffen, Kreuzfahrtschiffen, Marineschiffen und Schiffen der DP-Klasse kann bereits eine kurze Stromstörung kritische Betriebsabläufe beeinträchtigen.
Diese Phänomene erfordern vom Elektrokonstrukteur eine Erhöhung der Leistungskapazität des Stromerzeugungssystems.
Genau aus diesem Grund legen große Klassifikationsgesellschaften wie DNV, ABS, Bureau Veritas und Lloyd’s Register strenge Grenzwerte für zulässige Spannungseinbrüche beim Motoranlauf fest.
Sanftanlasser sind eine der effektivsten technischen Lösungen zur Aufrechterhaltung der elektrischen Stabilität beim Anlaufen großer Schiffsmotoren.
Marine-Sanftanlasser regeln die beim Anlaufen an den Motor angelegte Spannung mithilfe einer thyristorbasierten Leistungssteuerungstechnologie.
Anstatt sofort die volle Netzspannung anzulegen, erhöht der Sanftanlasser die Spannung am Motor schrittweise über eine konfigurierbare Beschleunigungsphase. Diese kontrollierte Spannungsanstiegskurve reduziert den Einschaltstrom des Motors drastisch und minimiert Spannungsstörungen im elektrischen Netz des Schiffes.
In den meisten maritimen Anwendungen lässt sich der Anlaufstrom in der Regel auf etwa das 2,5-
bis 3,5-Fache des Volllaststroms begrenzt werden, im Vergleich zum 6- bis 8-Fachen des Volllaststroms, der üblicherweise beim Direktstart auftritt.
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Anlaufverfahren |
Typischer Anlaufstrom |
Auswirkungen von Spannungseinbrüchen |
Mechanische Belastung |
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Direktstart (DOL) |
6 bis 8 × Volllaststrom |
Hoch |
Hoch |
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Sanftanlasser |
2,5 bis 3,5 × Volllaststrom |
Reduziert |
Reduziert |
Das Ergebnis ist ein deutlich stabileres Bordnetz.
Die Generatoren des Schiffes haben Zeit, zu reagieren und sich zu stabilisieren. Spannungseinbrüche werden erheblich reduziert, und andere Bordsysteme arbeiten während des Motorstarts normal weiter.
Für Niederspannungssysteme in der Schifffahrt wie Pumpen, Kompressoren, Kühlsysteme, Ballastsysteme und kleinere Triebwerke bietet der RVS-DN eine zuverlässige Steuerung des Motorstarts und -stopps in anspruchsvollen Umgebungen an Bord.
Für größere Antriebsmotoren und Mittelspannungs-Hütstrahlruderanwendungen bietet der HRVS-DN eine fortschrittliche Anlaufsteuerung, die speziell für leistungsstarke Schiffsanwendungen entwickelt wurde.
Beide Plattformen verfügen über generatorfreundliche Anlauffunktionen, die dazu beitragen, die Belastung des Stromerzeugungssystems des Schiffes während der Motorbeschleunigung zu verringern.
Die Vorteile eines Sanftanlaufgeräts für die Schifffahrt gehen weit über die elektrische Stabilität hinaus.
Beim Direktstart wird das volle Anlaufdrehmoment fast augenblicklich aufgebracht. Dieser plötzliche Drehmomentstoß belastet den gesamten mechanischen Antriebsstrang erheblich, einschließlich Kupplungen, Getriebe, Wellen, Lager und Propellersysteme.
Im Laufe der Zeit beschleunigen wiederholte Stoßbelastungen den mechanischen Verschleiß und tragen zu folgenden Problemen bei:
• Ermüdung der Kupplungen
• Verschleiß der Getriebe
• Spannungskonzentration an den Wellen
• Lagerschäden
• Verlängerte Wartungsintervalle
Ein Sanftanlasser verhindert diese plötzliche mechanische Belastung, indem er das Motordrehmoment während der Beschleunigungsrampe schrittweise erhöht.
Abbildung 2: Das sequenzielle Anfahren der Triebwerke reduziert kumulative Spannungseinbrüche während des dynamischen Positionierbetriebs.
Bei großen Schiffsantrieben werden Beschleunigungsrampen häufig auf 10 bis 30 Sekunden ausgelegt, wodurch der Antriebsstrang schrittweise und sanft belastet wird.
Das Ergebnis sind geringere mechanische Belastungen, eine längere Lebensdauer der Ausrüstung und ein geringerer Wartungsaufwand im gesamten Antriebssystem.
Schiffssysteme stehen beim Anhalten vor einer weiteren Herausforderung: dem Hydraulikschock.
Wenn große Pumpen oder Strahlrudersysteme abrupt zum Stillstand kommen, kann die plötzliche Änderung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit im gesamten Rohrleitungssystem Wasserschlag-Druckwellen erzeugen. Auf Schiffen mit langen Rohrleitungen können diese Druckspitzen Ventile, Verbindungsstellen und Rohrleitungen stark belasten.
Die Soft-Stop-Funktion eines Sanftanlaufgeräts reduziert das Motordrehmoment während des Abschaltvorgangs schrittweise, sodass der Flüssigkeitsstrom sanft abgebremst wird.
Dieser kontrollierte Stoppvorgang trägt dazu bei, Folgendes zu minimieren:
• Wasserschlag
• Hydraulischer Stoß
• Rohrbelastung
• Verschleiß an Ventilen
• Mechanischer Rückprall im Antriebsstrang
Bei Ballastsystemen, Kühlwassersystemen, Brandbekämpfungssystemen und Antriebsanwendungen kann ein kontrollierter Stopp die Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessern.
Viele Offshore-Schiffe, Kreuzfahrtschiffe und Schwerlastschiffe betreiben während Manövern oder bei der dynamischen Positionierung mehrere Triebwerke gleichzeitig.
Die Steuerung des Anlaufs mehrerer großer Motoren bei begrenzter Generatorleistung erfordert eine sorgfältige Koordination.
Die Lösungen von Solcon-IGEL für das Anlaufen mehrerer Motoren ermöglichen ein sequenzielles Anlaufen mit optimierten Zeitabständen zwischen den einzelnen Starts, sodass die Generatorspannung Zeit hat, sich zu erholen, bevor das nächste Triebwerk in Betrieb genommen wird.
Das synchrone Mehrfach-Start-/Stopp-System unterstützt bis zu neun Motoren über eine einzige Steuerung und trägt so dazu bei, den Platzbedarf der Schaltanlagen in beengten Maschinenräumen zu reduzieren, während gleichzeitig eine präzise Steuerung der Motorstartprofile gewährleistet bleibt.
Bei maritimen Anwendungen geht es beim Motorschutz nicht nur um die Langlebigkeit der Ausrüstung. Es geht auch um Betriebskontinuität, Sicherheit und die Einhaltung der Anforderungen der Klassifikationsgesellschaften.
Abbildung 3: Integrierte Motorschutzarchitektur für den Schiffsbetrieb unter Verwendung von Sanftanlaufgeräten und speziellen Schutzrelais.
Die Solcon-IGEL-Sanftanlaufgeräte für den Schiffsbau verfügen über umfassende Schutzfunktionen, die speziell für anspruchsvolle maritime Umgebungen entwickelt wurden, darunter:
• Thermischer Überlastschutz
• Schutz vor Phasenausfall und Phasenungleichgewicht
• Blockier- und Rotorblockiererkennung
• Unter-/Überspannungsschutz
• Unter-/Überfrequenzschutz
• Erkennung von SCR-Kurzschlüssen
• Motortemperaturüberwachung mittels Thermistor (PTC/RTD)
• Fehleraufzeichnung mit Echtzeit-Ereignisprotokollierung
Motorisolationsschutz (MIP6)
Für Anwendungen, die eine zusätzliche unabhängige Schutzebene erfordern, lässt sich der MPS3000 / MIP6 direkt in den Sanftanlasser integrieren, um erweiterte Motorschutzfunktionen und die Einhaltung von Normen zu gewährleisten.
Solcon-IGEL-Softstarter für die Schifffahrt sind mit Zulassungen der wichtigsten internationalen Klassifikationsgesellschaften erhältlich, darunter:
• DNV
• ABS
• Bureau Veritas
• Lloyd’s Register
• Korean Register
• ClassNK
Die Produkte sind zudem mit CE-, UL- und ATEX-Zulassungen für Offshore- und explosionsgefährdete Bereiche erhältlich.
Für Werften, Berater, Systemintegratoren und Schiffsingenieure stehen anwendungsspezifische Konformitätsunterlagen und technischer Support zur Verfügung.
Schiffsantriebssysteme arbeiten in einigen der anspruchsvollsten elektrischen Umgebungen der Welt. Bei einem zuverlässigen Motorstart geht es nicht nur um den Schutz des Motors selbst, sondern auch um die Aufrechterhaltung der Stabilität auf dem gesamten Schiff.
Solcon-IGEL-Sanftanlasser werden weltweit auf Offshore-Schiffen, Kreuzfahrtschiffen, Schwerlastfrachtern, in Marineanwendungen und auf spezialisierten maritimen Plattformen eingesetzt, wo elektrische Zuverlässigkeit und die Kontinuität des Antriebs entscheidend sind.
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