Digital interlock system for a marine electrical power grid based on embedded programmable protection devices

Electrical installations for marine applications are especially critical. Equipment is stressed by environmental conditions (vibrations, salt, humidity) while at the same time stricter reliability requirements have to be met. The space available for apparatus is limited, and the access to devices is more difficult. Because of all these reasons, marine applications often make use of cutting-edge, high performance technologies years in advance with respect to their land-based equivalents. Microgrid operation, multiple-generator systems, redundant protections, meshed distribution networks, are all examples of technologies which were commonly used onboard ships when they finally found their way to land-based applications. In this research work, carried out in the ABB Open Lab facility located in Bergamo (Italy), the electric power system of a ship currently under design in a European shipyard is addressed. The objective was the development of a digital interlock system based on embedded programmable protection devices, able to force a correct and safe operation of the aforementioned electrical grid. To overcome this technical challenges, in this work new cutting-edge technologies have been adopted, including both the design of the system and the tests. Indeed for the development of the logic, the new Custom Logic tool has been used, which has several advantages with respect to the traditional methods. Furthermore, for the testing phase a new Hardware in the Loop approach has been used, which also provides a large number of advantages. This new approach for testing marine systems has been validated by the relevant shipping register, with the presence of an inspector from Lloyd’s Register during the test sessions, which resulted in a certification for the same logic developed with the more traditional method of Programmable Statuses.

Le installazioni elettriche per le applicazioni marine sono particolarmente critiche. Le apparecchiature sono fortemente sollecitate dalle condizioni ambientali (vibrazioni, salsedine, umidità) e allo stesso tempo devono soddisfare requisiti di affidabilità più severi. Inoltre lo spazio disponibile per le apparecchiature è limitato e l’accesso ai dispositivi è più difficile. Per tutti questi motivi, le applicazioni marine spesso utilizzano tecnologie all'avanguardia e ad alte prestazioni, con anni di anticipo rispetto agli equivalenti terrestri. Il funzionamento delle microgrid, i sistemi a generatori multipli, le protezioni ridondanti, le reti di distribuzione a maglie, sono tutti esempi di tecnologie che dapprima si sono comunemente utilizzate a bordo delle navi e che successivamente si sono diffuse nelle applicazioni terrestri. In questo lavoro di ricerca, effettuato presso l’ABB Open Lab di Bergamo (Italia), viene studiato il sistema di alimentazione elettrica di una nave, attualmente in fase di progettazione in un cantiere navale europeo. L'obiettivo è stato lo sviluppo di un sistema di interblocco digitale integrato, basato su dispositivi di protezione programmabili, in grado di forzare un funzionamento corretto e sicuro della suddetta rete elettrica. Per superare queste sfide tecniche, in questa ricerca sono state utilizzate nuove tecnologie all'avanguardia, sia per la progettazione del sistema che per i test. Infatti, per lo sviluppo della logica è stato utilizzato il nuovo strumento Custom Logic che presenta numerosi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali. Inoltre, per la fase di test è stato utilizzato un nuovo approccio Hardware in the Loop, il quale anch'esso offre un gran numero di vantaggi rispetto ai metodi tradizionali. Questo nuovo approccio per il collaudo dei sistemi navali è stato convalidato dal registro navale competente, con la presenza di un ispettore del Lloyd's Register durante le sessioni di test, che ha portato a una certificazione per la stessa logica sviluppata con il metodo più tradizionale degli Stati Programmabili.