Φουσκωτήρες και προστασία από άγρια ζώα για μετασχηματιστές επί της βάσεως: Ένας έλεγχος για τις εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας προκειμένου να μειωθούν οι διακοπές

Μια ομάδα στην κεντρική Οκλαχόμα άνοιξε πέρυσι τον Νοέμβριο ένα μετασχηματιστή επί της βάσεως που είχε προκαλέσει δύο φορές διακοπή της τροφοδοσίας σε μία εβδομάδα. Ο μετασχηματιστής ήταν λειτουργικός. Ένα σκίουρος είχε δημιουργήσει βραχυκύκλωμα μεταξύ των υψηλής τάσης μονωτήρων, προκαλώντας ηλεκτρική εκκένωση και αφήνοντας μια άνθρακα διαδρομή που επαναλάμβανε την εκκένωση κατά κάθε επανασύνδεση. Δύο διακοπές, ένα ζώο, μηδενικά ελαττώματα στα τυλίγματα και μια έκθεση αξιοπιστίας που εξακολουθούσε να καταγράφει τη μονάδα ως την αιτία του προβλήματος.

Κατασκευάζουμε αυτές τις μονάδες, επομένως αντιμετωπίστε την προκατάληψη με επιφύλαξη. Ωστόσο, το μοτίβο είναι δύσκολο να αμφισβητηθεί: οι περισσότερες κλήσεις για προβλήματα σε προσαρμοστικούς μετασχηματιστές (pad-mount) για τις οποίες μας ρωτούν δεν αρχίζουν εντός της δεξαμενής. Βρίσκονται στο όριο, στην ασφάλεια που προστατεύει τον μετασχηματιστή και στον χώρο που προορίζεται να εμποδίζει τα άγρια ζώα να εισέλθουν σε αυτόν.

 

 

 

Δύο λειτουργικές αποτυχίες που εξηγούν την πλειονότητα των κλήσεων για προβλήματα σε προσαρμοστικούς μετασχηματιστές (pad-mount)

Ασφαλειοθήκη μετασχηματιστή επί της βάσης είναι η πρώτη. Η πρωτεύουσα ασφάλεια είναι το μοναδικό στοιχείο που βρίσκεται μεταξύ ενός δευτερεύοντος βραχυκυκλώματος και ενός μετασχηματιστή που πρέπει να αντικατασταθεί με χρόνο προμήθειας που μετριέται σε μήνες. Αν είναι υπερβολικά μικρή, ανοίγει κατά την εκκίνηση ψυχρού φορτίου κάθε φορά που ένας διανομέας επανασυνδέεται μετά από καταιγίδα. Αν είναι υπερβολικά μεγάλη, βρίσκεται πάνω από την καμπύλη διέλευσης βραχυκυκλώματος, γεγονός που σημαίνει ότι ο μετασχηματιστής απορροφά βραχυκυκλώματα τα οποία η ασφάλεια θα έπρεπε να διακόψει.

Το δεύτερο είναι τα άγρια ζώα. Τα κουτιά διέλευσης, οι πλακέτες φραγμού και το κενό μεταξύ της οροφής του περιβλήματος και του χώρου καλωδίων αποτελούν όλα σημεία εισόδου. Ένας πρωκτοκόμπος διασχίζει μια οπή διαμέτρου 75 mm χωρίς να επιβραδύνεται. Ένα φίδι δεν χρειάζεται καθόλου οποιαδήποτε οπή, εάν η κασέτα διαθέτει αυλάκι καλωδίων κάτω από το επίπεδο του εδάφους.

Καμία από τις δύο αστοχίες δεν εμφανίζεται σε μια συνηθισμένη επισκόπηση ηλεκτρικού σχεδιασμού, επειδή και οι δύο βρίσκονται μεταξύ της προδιαγραφής του μετασχηματιστή και των ρυθμίσεων προστασίας της εταιρείας ηλεκτροδότησης. Ως κατασκευαστής επίγειων μετασχηματιστών έτσι, τα ερωτήματα που μας φτάνουν τις τελευταίες δύο εβδομάδες πριν από την αποστολή αφορούν σχεδόν πάντα αυτά τα δύο.

 

Διαβάστε την καμπύλη διέλευσης βραχυκυκλώματος πριν διαβάσετε τον πίνακα ασφαλειών

Κάθε απόφαση για το μέγεθος της ασφάλειας ξεκινά από μια καμπύλη, όχι από έναν πίνακα. Το πρότυπο IEEE C57.109 ορίζει πόσο χρόνο μπορεί ένας υγρός μετασχηματιστής να διαρρέεται από ένα δεδομένο πολλαπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος πριν αρχίσει να συσσωρεύεται ζημιά· το πεδίο εφαρμογής και η κατάσταση αναφέρονται στη Σελίδα IEEE C57.109-2018 ο οδηγός παρουσιάζει καμπύλες συντονισμού για τέσσερις κατηγορίες μετασχηματιστών, και οι καμπύλες λαμβάνουν υπόψη τόσο το θερμικό φορτίο όσο και τη μηχανική τάση που επιβάλλει ένα βραχυκύκλωμα στα τυλίγματα.

Εδώ είναι ο αριθμός που το καθιστά συγκεκριμένο. Πάρτε μια μονάδα 1.000 kVA με πρωτεύον δέλτα 12,47 kV, δευτερεύον 480 V και αντίσταση 5,75%. Το ονομαστικό ρεύμα στο πρωτεύον είναι 46 A. Το ονομαστικό ρεύμα στο δευτερεύον είναι 1.203 A, και ένα σφιχτό βραχυκύκλωμα στους δευτερεύοντες ακροδέκτες προκαλεί περίπου 20,9 kA πριν ληφθεί υπόψη η αντίσταση του καλωδίου. Η ασφάλεια πρέπει να διακόψει αυτό το βραχυκύκλωμα προτού το ρεύμα στο πρωτεύον, όπως το αντιλαμβάνεται ο μετασχηματιστής, υπερβεί την καμπύλη C57.109, και πρέπει επίσης να αντέξει τη μαγνητική επαγώμενη ριπή της επόμενης ενεργοποίησης.

Αυτές οι δύο απαιτήσεις δρουν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτή η ένταση αποτελεί ολόκληρο το καθήκον, και γι’ αυτό ένα πρόγραμμα επιλογής ασφαλειών που αντιγράφηκε από προηγούμενο έργο αποτελεί κίνδυνο, όχι συντόμευση.

 

Οι Τρεις Αριθμοί Πίσω από την Επιλογή Ασφάλειας Bayonet

Οι περισσότεροι αμερικανικοί υπόγειοι μετασχηματιστές χρησιμοποιούν ασφάλεια τύπου NEMA Β με καρφίτσωμα στο υψηλής τάσης διαμέρισμα, και οι εντάσεις που διατηρούν οι περισσότερες εταιρείες ηλεκτροδότησης κυμαίνονται από 8 Α έως 200 Α. Τρεις αριθμοί καθορίζουν ποια ασφάλεια θα εγκατασταθεί.

Ρεύμα ονομαστικής λειτουργίας. Από την ονομαστική ισχύ σε kVA και την πρωτεύουσα τάση, όχι από το σχέδιο της μονάδας που αντικαθιστά. Τα 46 Α παραπάνω είναι τυπικά για 1.000 kVA σε σύστημα 12,47 kV.

Εκκίνηση ψυχρού φορτίου. Μετά από διακοπή, κάθε θερμοστάτης, συμπιεστής και κινητήρας επανεκκινεί ταυτόχρονα. Το ρεύμα εκκίνησης σε συνδυασμό με το ψυχρό φορτίο μπορεί να προκαλέσει ρεύμα πολλαπλάσιο του ρεύματος ονομαστικής λειτουργίας για μερικά δέκατα του δευτερολέπτου, γι’ αυτό και μια ασφάλεια ρυθμισμένη σε 1,2 φορές το ρεύμα ονομαστικής λειτουργίας μπορεί να προκαλέσει ενοχλητικές διακοπές, ιδίως το πρωί σε ψυχρό καιρό.

Συντονισμός με το ανώτερο επίπεδο. Η γρήγορη χαρακτηριστική καμπύλη του ανακλείστη πρέπει να ενεργοποιηθεί πριν από την ασφάλεια για προσωρινά σφάλματα, ενώ η ασφάλεια πρέπει να ενεργοποιηθεί πριν από την αργή χαρακτηριστική καμπύλη του ανακλείστη για μόνιμα σφάλματα. Όπου οι δύο καμπύλες τέμνονται στο διάγραμμα χρόνου-ρεύματος, η εταιρεία ηλεκτροδότησης αντιμετωπίζει το χειρότερο δυνατό αποτέλεσμα: καμένη ασφάλεια για σφάλμα που ο ανακλείστης θα μπορούσε να εξαλείψει.

Στην πράξη, οι περισσότερες κανονιστικές προδιαγραφές υποδεικνύουν τιμές φυσικής ρεύματος βραχυκυκλώματος (FLA) μεταξύ 1,5 και 2,5 φορές της πρωτεύουσας FLA για την ασφάλεια τύπου μπαγιονέτ, και στη συνέχεια επαληθεύεται το αποτέλεσμα με την καμπύλη βραχυκυκλώματος διέλευσης. Αυτό το εύρος αποτελεί ένα σημείο εκκίνησης. Μια μονάδα που τροφοδοτεί μεγάλο κινητήρα και μια μονάδα που τροφοδοτεί κέντρο εμπορικής λεωφόρου δεν πρέπει να λάβουν την ίδια απάντηση, και το ασφαλειοθήκη μετασχηματιστή επί της βάσης πρόγραμμα πρέπει να δείχνει ποια υπόθεση χρησιμοποιήθηκε.

Ένα ακόμη λεπτομερές που δεν κοστίζει τίποτα: ζητήστε την καμπύλη της ασφάλειας στο ίδιο έγγραφο με την καμπύλη ζημιάς του μετασχηματιστή. Όταν αυτές οι δύο καμπύλες εκτυπώνονται μαζί, μια ανεπάρκεια συντονισμού γίνεται ορατή σε πέντε δευτερόλεπτα. Όταν βρίσκονται σε ξεχωριστά έγγραφα, γίνεται ορατή στο τρίτο έτος.

 

Η προστασία από άγρια ζώα είναι αντικείμενο προδιαγραφής, όχι πρόσθετο εξάρτημα

Προστασία του μετασχηματιστή από άγρια ζώα συνήθως αντιμετωπίζεται ως ξεχωριστό αντικείμενο που μια εταιρεία διανομής προσθέτει μετά την τοποθέτηση του μετασχηματιστή στη βάση. Πρέπει να περιλαμβάνεται στις προδιαγραφές, επειδή η φθηνότερη θέση για την επίλυσή του είναι η γραμμή παραγωγής του εργοστασίου.

Το πρότυπο IEEE 1656 καθορίζει τον τρόπο δοκιμής των συσκευών προστασίας της άγριας ζωής όσον αφορά την ηλεκτρική, μηχανική και αντοχή τους σε δίκτυα διανομής μέχρι 38 kV, και το IEEE 1656-2010 είναι η αναφορά που πρέπει να αναφέρεται όταν ένας προμηθευτής ισχυρίζεται ότι μια κάλυψη θα επιβιώσει για δέκα χρόνια στο εξωτερικό. Η ακολουθία δοκιμών απαντά σε αυτό το ερώτημα. Ένα φύλλο προδιαγραφών δεν απαντά.

Οι μέτρα που πραγματικά μειώνουν τον αριθμό των διακοπών:

Μονωμένες θήκες και καλύμματα για τους ακροδέκτες. Σε μονάδες 15 kV και 25 kV, καλύμματα που παραμένουν στη θέση τους κατά την τράβηγμα καλωδίου, όχι του τύπου που εφαρμόζονται με ολίσθηση και απομακρύνονται με την πρώτη ανεμοστρόβιλο.

Διαχωριστικές πλάκες μεταξύ θαλάμων. Πλήρους ύψους, τοποθετούμενες πριν από το κλείσιμο του δοχείου. Ένα ζώο που ανεβαίνει και εισέρχεται στο εσωτερικό δεν πρέπει να μπορεί να φτάσει σε ενεργό μέρος.

Εξαεριστικές οπές με προστατευτικό πλέγμα. Ανοξείδωτο πλέγμα σε κάθε λουκέτο και στη βάση, διαστασιολογημένο για πρόβα με διάμετρο 12 mm, όχι για ό,τι τυχαίνει να έχει ο κατασκευαστής στο απόθεμά του.

Σφραγισμένη διεπαφή αυλάκιου καλωδίων. Ένα αφαιρούμενο πλέγμα στην είσοδο του αυλακιού είναι η διαφορά μεταξύ ενός περιβλήματος και μιας αυτοκινητόδρομου για φίδια.

Κανένα από αυτά δεν προσθέτει σημαντικό κόστος στο στάδιο του σχεδιασμού. Όλα απαιτούν όμως μια ομάδα εργασίας, μια εντολή αλλαγής και μια διακοπή λειτουργίας για επαναπροσαρμογή.

 

Τι Αλλάζει στο Εργοστάσιο

Η Ryan Electric κατασκευάζει μετασχηματιστές διανομής από το 2007 σε έναν χώρο 120.000 m² με περισσότερα από 180 σύνολα εξοπλισμού παραγωγής και δοκιμών και 37 διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Από το 2023, η εταιρεία λειτουργεί ως επίσημος εταίρος κοινής επιχείρησης της Eaton, πράγμα που αποτελεί το πιστοποιητικό που οι βορειοαμερικανικές εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας συνήθως ζητούν πρώτο. Οι μονάδες είναι UL εγκεκριμένες, μπορούν να κατασκευαστούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις CSA C22.2 για καναδικά έργα και παραδίδονται με δεδομένα τυπικών δοκιμών σύμφωνα με το πρότυπο IEEE C57.12.90 στο πακέτο αποδοχής εργοστασίου.

Για παραγγελίες πάδ-μάουντ, ενσωματώνουμε το πακέτο προστασίας άγριας ζωής στο βασικό σχέδιο αντί να το προσφέρουμε ως προαιρετικό στοιχείο: καρβιδικά εξαρτήματα από ανοξείδωτο χάλυβα 316 στο περίβλημα, μονωτικά μπουσόν επικαλυμμένα με εποξειδική ρητίνη, σανίδες φραγμού που τοποθετούνται πριν από το κλείσιμο του δοχείου και εξαεριστικά με διάτρητες πλέγματα επαληθευμένα ότι αντέχουν εισαγωγή αντικειμένου διαμέτρου 12 mm. Ως κατασκευαστής επίγειων μετασχηματιστών εργαζόμενοι σύμφωνα με τις απαιτήσεις UL και CSA, προτιμούμε να συζητήσουμε λεπτομέρειες σχεδίασης πλέγματος στο στάδιο των σχεδίων παρά να εξηγήσουμε την είσοδο φιδιού κατά την παραλαβή.

Η προστασία με ασφάλειες είναι το σημείο όπου ένας κατασκευαστής επίγειων μετασχηματιστών πρέπει να θέσει τα περισσότερα ερωτήματα. Θέλουμε τη μελέτη προστασίας της εταιρείας διανομής ή, τουλάχιστον, τις καμπύλες του ανακλείστη και το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος στο πάδ. Μία παραγγελία εγκατέλειψε το εργοστάσιό μας με ασφάλεια μπαγιονέτας 200 A σε μονάδα 500 kVA, επειδή το πρόγραμμα ασφαλειών προερχόταν από μεγαλύτερο έργο· ανιχνεύθηκε κατά την παραλαβή, και η διάρκεια καθυστέρησης δύο εβδομάδων κόστισε περισσότερο από το έξοδο μεταφοράς του μετασχηματιστή.

 

Σύντομος Έλεγχος Πριν Από την Έγκριση του Σχεδίου

Έξι γραμμές, και οι περισσότερες προβληματικές καταστάσεις προστασίας πάδ-μάουντ εξαφανίζονται πριν από την έξοδο της μονάδας από το εργοστάσιο.

1. Η πρωτεύουσα ρεύμα πλήρους φορτίου υπολογίζεται από την ονομαστική ισχύ σε kVA και την ονομαστική τάση του συστήματος.

2. Το μέγεθος της ασφάλειας είναι μεταξύ 1,5 και 2,5 φορές το ρεύμα πλήρους φορτίου (FLA), και στη συνέχεια ελέγχεται έναντι της καμπύλης IEEE C57.109 για το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος.

3. Το προφίλ ανάκαμψης φορτίου μετά από διακοπή επιβεβαιώνεται με τα δεδομένα έρευνας φορτίου της εταιρείας διανομής, ιδιαίτερα σε γραμμές με ηλεκτρική θέρμανση ή φορτίο άρδευσης.

4. Οι γρήγορες και αργές καμπύλες του αυτόματου διακόπτη (recloser) προβάλλονται στο ίδιο φύλλο χρόνου-ρεύματος με την ασφάλεια.

5. Το πακέτο προστασίας από άγρια ζώα καθορίζεται με βάση το πρότυπο δοκιμής, όχι με περιγραφή. Ζητήστε την ακολουθία δοκιμής IEEE 1656 ή μια ισοδύναμη.

6. Λεπτομέρειες για τα φράγματα και τα πλέγματα περιλαμβάνονται στο σχέδιο έγκρισης, συμπεριλαμβανομένης της διεπαφής με την τάφρο καλωδίων.

 

 

 

Το κόστος λανθασμένης επιλογής

Μια ασφάλεια με εσφαλμένη συντονισμένη λειτουργία δεν αποτυγχάνει εντυπωσιακά. Απλώς διακόπτει το ρεύμα, μια ομάδα εργαζομένων την αντικαθιστά και το αρχείο καταγράφει μια παροδική διακοπή. Επαναλάβετε αυτό τρεις φορές στην ίδια γραμμή μέσα σε μία εποχή και η εταιρεία διανομής θα έχει δαπανήσει περισσότερα για εργατικά και διασυνδέσεις απ’ ό,τι θα κόστιζε η μελέτη συντονισμού. Η προστασία του μετασχηματιστή από άγρια ζώα το πακέτο ακολουθεί την ίδια αριθμητική: μια οθόνη κοστίζει δεκάδες δολάρια, ενώ μια φίδι-σύνδεση στους δευτερεύοντες ακροδέκτες κοστίζει μια εβδομάδα χαμένης λειτουργίας συν μια μονάδα αντικατάστασης που αφαιρείται από μια δεσμευμένη παραγωγική θέση.

Αυτό είναι το επιχείρημα υπέρ της επίλυσης και των δύο λεπτομερειών στο στάδιο του σχεδιασμού. Ένα κατασκευαστής επίγειων μετασχηματιστών μπορεί να αλλάξει μια πλακέτα διαχωρισμού πριν κλείσει η δεξαμενή σχεδόν χωρίς κόστος. Μετά που η μονάδα βρίσκεται στη βάση, η ίδια αλλαγή μετατρέπεται σε πεδιακή τροποποίηση με συνδεδεμένη διακοπή λειτουργίας.

Εάν καθορίζετε μονάδες διανομής επί της βάσης για παράδοση το 2027, οι λεπτομέρειες προστασίας και προστασίας της άγριας ζωής αξίζει να κλείσουν τώρα. Οι χρόνοι προετοιμασίας στο εργοστάσιο είναι αρκετά μεγάλοι, ώστε μια αλλαγή στα σχέδια μετά την έκδοσή τους να κοστίζει όσο δεν κόστιζε πριν από πέντε χρόνια.

 

Επόμενο βήμα

Στείλτε μας το μονογραμμικό διάγραμμα, τις καμπύλες του ανακλείστη και το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος στη βάση. Η μηχανική ομάδα μας θα επιστρέψει ένα πρόγραμμα ασφαλειών και ένα πακέτο προστασίας της άγριας ζωής που ταιριάζει στο πρότυπό σας, συνήθως εντός τριών εργάσιμων ημερών.

Για τον συγγραφέα

Αυτό το άρθρο ετοιμάστηκε από την ομάδα μηχανικής πωλήσεων της Ryan Electric, ενός κατασκευαστή μετασχηματιστών που παράγει μετασχηματιστές επί πλατφόρμας, ξηρού τύπου και βυθισμένους σε λάδι για εταιρείες κοινής ωφέλειας και EPC εργολάβους στη Βόρεια Αμερική, τη Μέση Ανατολή, τη Νοτιοανατολική Ασία και την Αφρική. Η ομάδα υποστηρίζει έργα από την προδιαγραφή μέχρι τις δοκιμές αποδοχής εργοστασίου. Τεχνικά ερωτήματα σχετικά με αυτό το άρθρο μπορούν να απευθύνονται στην ομάδα μηχανικής πωλήσεων μέσω της διεύθυνσης ryantransformers.com.