Pojistková ochrana a ochrana před zvířaty u transformátorů na podstavci: Kontrolní seznam pro distribuční soustavy za účelem snížení výpadků

Skupina pracovníků ve střední části Oklahomy otevřela v listopadu minulého roku jednotku na podstavci, která dvakrát za týden vyklopila svůj napájecí vedení. Transformátor byl v pořádku. Veverka propojila vysokonapěťové vývody, došlo k obloukovému výboji a zanechala uhlíkovou stopu, která se opakovaně přepínala při každém opětovném zapnutí. Dva výpadky, jedno zvíře, žádné poruchy vinutí a přesto zpráva o spolehlivosti stále uvádí tuto jednotku jako zdroj problému.

Tyto jednotky vyrábíme, takže tento zájem si dejte za věc podezřelou. Avšak vzorec je těžko popíratelný: většina volání kvůli jednotkám na podstavci, o které jsme požádáni, nezačíná uvnitř nádrže. Nachází se na hranici – v pojistce chránící transformátor a v oddělení, které má zabránit proniknutí divokých zvířat dovnitř.

 

 

 

Dva režimy poruch, které způsobují většinu volání kvůli jednotkám na podstavci

Pojistkování transformátorů umístěných na zemi je první. Hlavní pojistka je jediné zařízení, které stojí mezi sekundární poruchou a transformátorem, jehož výměna trvá měsíce. Je-li dimenzována příliš malá, vyhodí při každém opětovném zapnutí napájecího vedení po bouři kvůli náhlému zatížení za studena. Je-li dimenzována příliš velká, leží nad křivkou průchodu poruchového proudu, což znamená, že transformátor absorbuje poruchy, které měla pojistka odstranit.

Druhou hrozbou jsou divoká zvířata. Vstupními body jsou například pouzdra izolátorů, bariérové desky a mezera mezi střechou skříně a kabelovým prostorem. Jezevec projde otvorem o průměru 75 mm, aniž by zpomalil. Had nepotřebuje žádný otvor, pokud má skříň podzemní kabelový příkop.

Žádná z těchto poruch se neobjeví při běžné revizi elektrického návrhu, protože obě leží mezi specifikací transformátoru a nastaveními ochrany u dodavatele energie. Jako výrobce transformátorů umístěných na zemi , otázky, které nás dosahují v posledních dvou týdnech před expedicí, se téměř vždy týkají právě těchto dvou bodů.

 

Přečtěte si křivku příčného poruchového proudu, než se podíváte na tabulku pojistek

Každé rozhodnutí o velikosti pojistky vychází z křivky, nikoli z tabulky. Norma IEEE C57.109 stanovuje, jak dlouho může olejem chlazený transformátor vydržet daný násobek jmenovitého proudu, než začne docházet k hromadění poškození; rozsah a stav normy jsou uvedeny na stránce IEEE C57.109-2018 . Tato příručka uvádí koordinační křivky pro čtyři kategorie transformátorů, přičemž křivky zohledňují jak tepelné zatížení, tak mechanické namáhání vinutí způsobené poruchou.

Následuje konkrétní číselný příklad. Uvažujme transformátor o výkonu 1 000 kVA s primárním napětím 12,47 kV (trojúhelník), sekundárním napětím 480 V a impedancí 5,75 %. Primární jmenovitý proud činí 46 A. Sekundární jmenovitý proud činí 1 203 A a zkratový proud při zkratu na sekundárních svorkách dosahuje přibližně 20,9 kA, než je započtena impedance kabelu. Pojistka musí tento zkrat odpojit dříve, než primární proud působící na transformátor překročí křivku podle normy C57.109, a zároveň musí odolat magnetizačnímu nárazovému proudu při dalším zapnutí.

Tyto dva požadavky směřují proti sobě. Toto napětí je celá podstata úkolu a právě proto plán pojistek převzatý z předchozího projektu představuje riziko, nikoli zkratku.

 

Tři čísla stojící za výběrem nožové pojistky

Většina severoamerických uzemněných transformátorů používá v prostoru vysokého napětí nožovou pojistku NEMA typu B a jmenovité proudy, které mají většinou distribuční společnosti na skladě, se pohybují od 8 A do 200 A. Kterou z nich zvolit, rozhodují tři čísla.

Jmenovitý provozní proud. Z jmenovitého výkonu v kVA a primárního napětí, nikoli z výkresu nahrazovaného zařízení. Uvedených 46 A je typické pro 1 000 kVA v síti 12,47 kV.

Náběh chladné zátěže. Po výpadku se najedou současně všechny termostaty, kompresory a pohony. Nárazový proud spolu s chladnou zátěží může během několika desetin sekundy dosáhnout násobku jmenovitého proudu, a proto pojistka nastavená na 1,2násobek jmenovitého proudu způsobuje rušivé vypínání zejména ráno po chladném výpadku.

Koordinace s vyšší úrovní. Rychlá charakteristika opakovaného jističe musí vystoupit před pojistkou u dočasných poruch, zatímco pojistka musí vystoupit před pomalou charakteristikou opakovaného jističe u trvalých poruch. Pokud se obě charakteristiky protínají v jednom bodě na časově proudovém grafu, provozovatel elektrické sítě získá nejhorší možný výsledek: vyhoření pojistky při poruše, kterou by opakovaný jistič mohl odstranit.

V praxi se většina provozních norem pro pojistky typu bayonet pohybuje mezi 1,5 a 2,5násobkem primárního jmenovitého proudu (FLA); následně se výsledek ověřuje proti křivce průchodové poruchy. Tento rozsah je výchozím bodem. Jednotka napájející velký motorový zátěžový úsek a jednotka napájející obchodní pasáž si nezaslouží stejnou odpověď, a pojistkování transformátorů umístěných na zemi plán by měl uvádět, jaký předpoklad byl použit.

Ještě jedna detailní záležitost, která nestojí nic: požádejte o křivku pojistky ve stejném dokumentu jako křivku poškození transformátoru. Pokud jsou tyto dvě křivky tištěny společně, je nedostatečná koordinace viditelná během pěti sekund. Pokud jsou v samostatných dokumentech, stane se to patrné až ve třetím roce.

 

Ochrana divoké zvěře je položka specifikace, nikoli příslušenství

Ochrana transformátoru před volnou přírodou se obvykle považuje za samostatnou položku, kterou dodavatel sítě přidá až po umístění transformátoru na podstavec. Patří však do specifikace, protože nejlevnějším místem, kde lze problém vyřešit, je výrobní linka.

IEEE 1656 stanovuje, jak se zařízení pro ochranu divoké zvěře mají testovat z hlediska elektrických, mechanických a trvanlivostních vlastností na distribučních sítích s napětím do 38 kV, a Záznam IEEE 1656-2010 je referencí, kterou je třeba uvést, pokud dodavatel tvrdí, že kryt vydrží deset let venku. Testovací postup odpovídá na tuto otázku. Technický list ne.

Opatření, která skutečně snižují počet výpadků:

Izolované pouzdra a kryty svíček. U jednotek 15 kV a 25 kV kryty, které zůstávají pevně nasazené i při tažení kabelu, nikoli typy nasouvací, které odletí už při první bouři.

Bariérové desky mezi oddíly. Plná výška, montovaná před uzavřením nádrže. Živočich lezoucí dovnitř by neměl být schopen dosáhnout živé části.

Větrací otvory se síťovým krytím. Nerezová síť u každého žaluziového okna a u základny, dimenzovaná tak, aby nepropustila sondu o průměru 12 mm, nikoli podle toho, co má výrobce právě na skladě.

Uzavřené rozhraní kabelového příkopu. Snímatelný síťový kryt na vstupu do příkopu rozhoduje mezi uzavřeným prostorem a cestou pro hady.

Žádná z těchto úprav nezvyšuje výrazně náklady v návrhové fázi. Všechny z nich však vyžadují přítomnost montážního týmu, změnu objednávky a odstávku pro dodatečnou instalaci.

 

Co se mění ve výrobně

Společnost Ryan Electric vyrábí distribuční transformátory od roku 2007 na ploše o rozloze 120 000 m² s více než 180 sadami výrobního a zkušebního zařízení a s 37 patenty. Od roku 2023 působí jako oficiální společná podniková spolupráce Eatonu, což je osvědčení, na které se severoameričtí dodavatelé energie nejčastěji ptají jako první. Jednotky jsou certifikovány podle standardu UL, lze je vyrobit také podle požadavků CSA C22.2 pro kanadské projekty a dodávají se s údaji ze standardních zkoušek dle IEEE C57.12.90 v rámci balíčku pro tovární přijetí.

U objednávek pro podzemní montáž (pad-mount) integrujeme balíček proti divokým zvířatům do základního návrhu místo toho, aby byl nabízen jako volitelná položka: kovové součásti skříně z nerezové oceli třídy 316, izolační vývody s epoxidovým povlakem, bariérové desky namontované ještě před uzavřením nádrže a mřížky větracích otvorů ověřené proti vniknutí předmětu o průměru 12 mm. Jako výrobce transformátorů umístěných na zemi společnost splňující požadavky UL a CSA raději diskutujeme o detailu mřížky již ve fázi výkresů než abychom později při uvedení do provozu vysvětlovali, jak se do zařízení dostal had.

Pojistková ochrana je tím místem, kde výrobce transformátorů umístěných na zemi měl by položit nejvíce otázek. Chceme studii ochrany od dodavatele služeb nebo alespoň křivky opakovaného vypínače a dostupný zkratový proud na rozváděči. Jedna objednávka opustila naši továrnu s 200 A zástrčkou na jednotce 500 kVA, protože plán pojistek pocházel z většího projektu; chyba byla odhalena během uvedení do provozu a dvoutýdenní zpoždění stálo více než přeprava transformátoru.

 

Krátká kontrolní listina před schválením výkresu

Šest položek a většina problémů s ochranou rozváděčů je vyřešena ještě před opuštěním jednotky továrnou.

1. Primární proud plného zatížení vypočtený z jmenovitého výkonu (kVA) na typovém štítku a jmenovitého napětí soustavy.

2. Velikost pojistky mezi 1,5 a 2,5 násobkem proudu plného zatížení (FLA), poté ověřená proti křivce IEEE C57.109 při dostupném zkratovém proudu.

3. Profil náhlého zapnutí chladné zátěže potvrzený daty výzkumu zátěže dodavatele služeb, zejména na vedeních se zátěží elektrického vytápění nebo zavlažování.

4. Rychlé a pomalé křivky opakovaného vypínače zakresleny na stejném časově-proudovém diagramu jako pojistka.

5. Balíček ochrany volné přírody je specifikován zkušebním standardem, nikoli popisem. Požádejte o testovací sekvenci IEEE 1656 nebo její ekvivalent.

6. Podrobnosti o bariéře a cloně jsou uvedeny na schváleném výkresu, včetně rozhraní kabelového příkopu.

 

 

 

Náklady na chybné řešení

Špatně koordinovaná pojistka nevyzazuje dramaticky. Jen se přeruší, pracovník ji nahradí a záznam v protokolu uvádí dočasný výpadek. Proveďte to třikrát na stejném napájecím vedení během jedné sezóny a dodavatel energie utratí více za práci a přepínání, než by stálo provedení koordinační studie. ochrana transformátoru před volnou přírodou balíček sleduje stejnou aritmetiku: clona stojí desítky dolarů, ale had na sekundárních svorkách způsobí ztrátu provozu po dobu jednoho týdne plus výměnu jednotky odebrané z plánované výrobní kapacity.

To je důvod, proč je vhodné obě tyto podrobnosti vyřešit již ve fázi výkresu. výrobce transformátorů umístěných na zemi změna desky bariéry před uzavřením nádrže stojí téměř nic. Po umístění jednotky na podstavec se stejná změna změní na úpravu v terénu spojenou s výpadkem napájení.

Pokud specifikujete podstavcové distribuční jednotky pro dodací okno roku 2027, podrobnosti týkající se elektrické ochrany a ochrany před zvířaty stojí za to nyní definitivně uzavřít. Výrobní dodací lhůty jsou natolik dlouhé, že změna výkresu po schválení stojí více, než před pěti lety.

 

Další krok

Pošlete nám jednokreslicové schéma, křivky opakovače a dostupný zkratový proud na podstavci. Naše inženýrská skupina vám obvykle do tří pracovních dnů předloží tabulku pojistek a sadu pro ochranu před zvířaty přizpůsobenou vašim standardům.

O autorovi

Tento článek připravila prodejní inženýrská skupina společnosti Ryan Electric, výrobce transformátorů vyrábějící podstavcové, suchého typu a olejově ponořené jednotky pro dodavatele energie a EPC dodavatele v Severní Americe, na Středním východě, v Jihovýchodní Asii a v Africe. Skupina podporuje projekty od specifikace až po tovární přejímací zkoušky. Technické dotazy k tomuto článku mohou být směrovány na prodejní inženýrskou skupinu prostřednictvím ryantransformers.com.