فیوزینگ ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه و محافظت از حیات وحش: فهرست بازرسی برای شرکت‌های برق به منظور کاهش قطعی‌ها

گروهی در اُکلاهما مرکزی در نوامبر گذشته واحدی نصب‌شده روی پایه را باز کرد که دو بار در یک هفته جریان فیدر آن قطع شده بود. ترانسفورماتور سالم بود. یک سنجاب بین ترمینال‌های ولتاژ بالا پل زده، منجر به جرقه‌زنی شده و ردّی از کربن باقی گذاشته بود که در هر بار عود جریان دوباره جرقه زد. دو قطعی، یک حیوان، صفر خرابی در سیم‌پیچ‌ها و گزارشی از قابلیت اطمینان که همچنان این واحد را به عنوان عامل مشکل ثبت کرده بود.

ما این واحدها را می‌سازیم، بنابراین سوگیری ما را با احتیاط بررسی کنید. اما الگوی مشاهده‌شده انکارناپذیر است: بیشتر تماس‌های اضطراری مربوط به واحدهای نصب‌شده روی پایه که به ما گزارش می‌شوند، از داخل مخزن آغاز نمی‌شوند. بلکه در مرز آن رخ می‌دهند؛ یعنی در فیوزی که ترانسفورماتور را محافظت می‌کند و در اتاقکی که باید از ورود حیات وحش به آن جلوگیری کند.

 

 

 

دو حالت خرابی که عامل اکثر تماس‌های اضطراری مربوط به واحدهای نصب‌شده روی پایه هستند

فیوزگذارى ترانسفورماتورهاى نصب‌شده روی پایه اولین مورد است. فیوز اصلی تنها وسیله‌ای است که بین یک خطاى ثانویه و ترانسفورماتورى که باید با زمان تحویلی به اندازهٔ چند ماه جایگزین شود، قرار دارد. اگر اندازهٔ آن خیلی کوچک باشد، هر بار که پس از طوفان یک فیدر دوباره بسته شود، در هنگام روشن‌شدن بار سرد باز می‌شود. اگر اندازهٔ آن خیلی بزرگ باشد، بالاتر از منحنی خطای عبوری قرار می‌گیرد؛ یعنی ترانسفورماتور خطاهایى را جذب می‌کند که فیوز باید آنها را قطع می‌کرد.

دومین مورد حیوانات وحشی است. چاهک‌های عایق، تخته‌های مانع و شکاف بین سقف پوشش و بخش کابل، همگی نقاط ورود هستند. یک راکون بدون کند شدن از بازشویى به عرض ۷۵ میلی‌متر عبور می‌کند. اگر کابینت شیار کابلی زیر سطح زمین داشته باشد، یک مار حتى به بازشویى نیاز ندارد.

هیچ‌یک از این دو خرابی در بررسى طراحى الکتریکى معمولی مشاهده نمی‌شوند، زیرا هر دو در فاصلهٔ بین مشخصات ترانسفورماتور و تنظیمات حفاظتی شرکت توزیع برق قرار دارند. به عنوان یک تولیدکننده‌ی ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه , سؤالاتى که در دو هفتهٔ آخر قبل از ارسال به ما می‌رسند، تقریباً همیشه دربارهٔ این دو مورد است.

 

منحنی خطای عبوری را پیش از مطالعهٔ جدول فیوز بخوانید

هر تصمیم‌گیری دربارهٔ اندازهٔ فیوز از یک منحنی آغاز می‌شود، نه از یک جدول. استاندارد آی‌ای‌ای‌ای سی۵۷٫۱۰۹ تعریف می‌کند که یک ترانسفورماتور غوطه‌ور در مایع چقدر زمان می‌تواند جریانی معادل مضربی از جریان نامی را تحمل کند تا آسیب تجمعی ایجاد نشود؛ دامنهٔ کاربرد و وضعیت این استاندارد در صفحهٔ آی‌ای‌ای‌ای سی۵۷٫۱۰۹-۲۰۱۸ ارائه شده است. این راهنما منحنی‌های هماهنگی را برای چهار دسته از ترانسفورماتورها ارائه می‌کند و این منحنی‌ها هم بار حرارتی و هم تنش مکانیکی ناشی از خطا بر روی پیچش‌ها را در نظر می‌گیرند.

در اینجا عددی ارائه می‌شود که مطلب را مشخص می‌کند. فرض کنید یک ترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت‌آمپری با ولتاژ اولیهٔ مثلثی ۱۲٫۴۷ کیلوولت، ولتاژ ثانویهٔ ۴۸۰ ولت و امپدانس ۵٫۷۵٪ داریم. جریان نامی اولیه ۴۶ آمپر و جریان نامی ثانویه ۱۲۰۳ آمپر است و جریان اتصال کوتاه مستقیم در ترمینال‌های ثانویه (پیش از در نظر گرفتن امپدانس کابل) تقریباً ۲۰٫۹ کیلوآمپر می‌باشد. فیوز باید این اتصال کوتاه را پیش از اینکه جریان اولیهٔ مشاهده‌شده توسط ترانسفورماتور از منحنی سی۵۷٫۱۰۹ عبور کند، قطع کند و همچنین باید در برابر جریان راه‌اندازی مغناطیسی ناشی از روشن‌کردن بعدی ترانسفورماتور مقاومت کند.

این دو الزام در جهات مخالفی کشیده می‌شوند. این تنش، تمام وظیفه را تشکیل می‌دهد و دلیل آن است که زمان‌بندی فیوزی که از یک پروژهٔ قبلی کپی شده، به جای یک مسیر کوتاه، یک خطر محسوب می‌شود.

 

سه عدد پشت انتخاب فیوز بایونت

بیشتر ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه در آمریکای شمالی از فیوز بایونت نوع B استاندارد NEMA در بخش ولتاژ بالا استفاده می‌کنند و مقادیر نامی موجود در انبار اکثر شرکت‌های توزیع برق از ۸ آمپر تا ۲۰۰ آمپر متغیر است. سه عدد تعیین می‌کنند که کدام یک انتخاب شود.

جریان بار کامل. بر اساس kVA نامی و ولتاژ اولیه، نه بر اساس نقشهٔ واحدی که جایگزین می‌شود. جریان ۴۶ آمپری فوق، برای ترانسفورماتور ۱۰۰۰ kVA در سیستم ۱۲٫۴۷ kV معمول است.

روشن‌شدن بار سرد. پس از قطع برق، همهٔ ترموستات‌ها، کمپرسورها و درایوها همزمان روشن می‌شوند. جریان راه‌اندازی و بار سرد ممکن است در اعشاری از ثانیه، چند برابر جریان نامی را بکشند؛ به همین دلیل، فیوزی که در ۱٫۲ برابر جریان نامی تنظیم شده، صبح‌های سرد به یک منبع تکراری قطع‌شدن اضافی تبدیل می‌شود.

هماهنگی با المان‌های بالادستی. منحنی سریع بازکننده باید برای خطاهاى موقت پیش از فیوز عمل کند و فیوز باید برای خطاهاى دائمى پیش از منحنی کند بازکننده عمل کند. در جایى که این دو منحنی در نمودار زمان-جریان در یک نقطه همپوشانى داشته باشند، شرکت توزیع برق بدترین نتیجه ممکن را تجربه مى‌کند: سوختن فیوز در حین خطایى که بازکننده قادر به رفع آن بوده است.

در عمل، اکثر استانداردهاى شرکت‌هاى توزیع برق براى فیوز نوع بایونت، مقدارى بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ برابر جریان نامى اولیه را تعیین مى‌کنند و سپس نتیجه را در برابر منحنی جریان عبورى از خطایى آزمایش مى‌کنند. این محدوده یک نقطه شروع است. واحدى که بار موتورى بزرگ را تغذیه مى‌کند و واحدى که یک مرکز تجارى طولانى را تغذیه مى‌کند، نباید پاسخ یکسانى داشته باشند و فیوزگذارى ترانسفورماتورهاى نصب‌شده روی پایه برنامه باید نشان دهد که کدام فرضیه مورد استفاده قرار گرفته است.

یک جزئیات دیگر که هیچ هزینه‌ای ندارد: درخواست منحنی فیوز را روی همان صفحه‌ای که منحنی آسیب ترانسفورماتور آورده شده است، مطرح کنید. وقتى این دو خط در کنار هم چاپ مى‌شوند، عدم هماهنگى در پنج ثانیه قابل مشاهده است. اما وقتى این دو در اسناد جداگانه قرار دارند، آن را در سال سوم متوجه مى‌شوید.

 

حفاظت از حیات وحش یک مورد مشخص‌شده است، نه یک لوازم جانبی

حفاظت ترانسفورماتور در برابر حیات وحش معمولاً به‌عنوان یک آیتم جداگانه در نظر گرفته می‌شود که شرکت توزیع برق پس از نصب ترانسفورماتور روی پد به آن اضافه می‌کند. اما این مورد باید در مشخصات فنی قرار گیرد، زیرا ارزان‌ترین جایی که می‌توان این مسئله را حل کرد، خط تولید کارخانه است.

استاندارد IEEE 1656 نحوهٔ آزمون دستگاه‌های محافظ حیات وحش را از نظر عملکرد الکتریکی، مکانیکی و دوام در سیستم‌های توزیع با ولتاژ تا ۳۸ کیلوولت تعیین می‌کند و مستند IEEE 1656-2010 منبع مرجعی است که هنگامی که تأمین‌کننده ادعا می‌کند پوششی می‌تواند ده سال در فضای باز باقی بماند، به آن استناد می‌شود. دنبالهٔ آزمون‌ها پاسخ این سؤال را می‌دهد؛ اما یک برگهٔ مشخصات فنی چنین کاری نمی‌کند.

اقداماتی که واقعاً تعداد قطعی‌ها را تغییر می‌دهند:

چاهک‌ها و پوشش‌های عایق‌دار ترمینال‌ها. در واحدهای ۱۵ کیلوولتی و ۲۵ کیلوولتی، پوشش‌هایی که در طول کشیدن کابل ثابت می‌مانند، نه نوع لغزنده‌ای که با اولین طوفان باد از جای خود جابه‌جا می‌شوند.

تابلوهای مانع بین بخش‌ها. بلندی کامل، نصب‌شده قبل از بسته‌شدن مخزن. حیوانی که بالا می‌رود و وارد آن می‌شود، باز هم نباید بتواند به قسمت زنده‌ای دست یابد.

سوراخ‌های تهویه‌ای با صفحه‌بندی. توری ضدزنگ در هر شیار و در پایه، با اندازه‌ای که برای عبور ده‌میلی‌متری یک پروب تنظیم شده است، نه بر اساس آنچه سازنده در انبار خود دارد.

اتصال شیار کابل‌ها با درزگیری کامل. صفحه‌بندی قابل‌برداشتن در ورودی شیار، تفاوت میان یک محفظه و یک بزرگراه برای مارهاست.

هیچ‌کدام از این موارد در مرحله طراحی هزینه معناداری اضافه نمی‌کنند. اما همه آن‌ها برای اجرای عقب‌نشینی (Retrofit) نیازمند تیم اجرا، دستور تغییر سوئیچینگ و قطع برق هستند.

 

تغییرات در کارخانه چه هستند؟

رایان الکتریک از سال ۲۰۰۷ ترانسفورماتورهای توزیع را در مساحتی به وسعت ۱۲۰٬۰۰۰ مترمربع ساخته است که مجهز به بیش از ۱۸۰ دستگاه تجهیزات تولیدی و آزمایشی و دارای ۳۷ اختراع ثبت‌شده است. از سال ۲۰۲۳ این شرکت به‌عنوان شریک رسمی مشترک با اتون فعالیت می‌کند که این مورد معمولاً اولین مدرکی است که شرکت‌های برق آمریکای شمالی درخواست می‌کنند. واحدها دارای گواهی UL هستند، می‌توانند مطابق با الزامات CSA C22.2 برای پروژه‌های کانادا ساخته شوند و با داده‌های آزمایش معمولی مطابق با استاندارد IEEE C57.12.90 در بسته پذیرش کارخانه ارسال می‌شوند.

برای سفارشات ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پد، بسته حفاظت از حیات وحش را در طراحی پایه گنجانده‌ایم نه اینکه آن را به‌صورت گزینه جداگانه پیشنهاد دهیم: فولاد ضدزنگ ۳۱۶ در قطعات بدنه، بوشینگ‌های پوشش‌دهی‌شده با اپوکسی، تخته‌های مانع که پیش از بسته‌شدن مخزن نصب می‌شوند و دریچه‌های مشبک که با استاندارد عبور از میله‌ای به قطر ۱۲ میلی‌متر تأیید شده‌اند. به‌عنوان تولیدکننده‌ی ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه شرکتی که مطابق با الزامات UL و CSA فعالیت می‌کند، ترجیح می‌دهیم جزئیات مشبک را در مرحله طراحی نقشه مورد بحث قرار دهیم تا اینکه در زمان راه‌اندازی توضیح دهیم چگونه ماری وارد دستگاه شده است.

فیوزگذاری جایی است که یک تولیدکننده‌ی ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه باید بیشترین تعداد سؤال را مطرح کند. ما مطالعهٔ حفاظتی شرکت توزیع برق را می‌خواهیم، یا حداقل منحنی‌های قطع‌کنندهٔ خودکار و جریان اتصال کوتاه در دسترس در محل پاد-ماونت. یک سفارش از کارخانهٔ ما با فیوز بایونت ۲۰۰ آمپر روی واحدی به ظرفیت ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر خارج شد، زیرا برنامهٔ فیوز از یک پروژهٔ بزرگ‌تر گرفته شده بود؛ این اشتباه در مرحلهٔ راه‌اندازی کشف شد و تأخیر دو هفته‌ای هزینه‌ای بیشتر از حمل‌ونقل ترانسفورماتور داشت.

 

فهرست کوتاهی پیش از تأیید نقشه

شش خط، و اکثر مشکلات حفاظتی پاد-ماونت پیش از خروج واحد از کارخانه برطرف می‌شوند.

۱. جریان نامی اولیه از طریق ظرفیت اسمی (kVA) روی پلاک و ولتاژ اسمی سیستم محاسبه شده است.

۲. اندازهٔ فیوز بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ برابر جریان نامی است و سپس در مقابل منحنی IEEE C57.109 در جریان اتصال کوتاه موجود بررسی می‌شود.

۳. الگوی راه‌اندازی بار سرد با داده‌های تحقیقات بار شرکت توزیع برق تأیید شده است، به‌ویژه در فیدرها با بار گرمایش الکتریکی یا آبیاری.

۴. منحنی‌های سریع و کند قطع‌کنندهٔ خودکار روی همان صفحهٔ زمان-جریانی که فیوز روی آن رسم شده است، ترسیم شده‌اند.

۵. بستهٔ حفاظت از حیات وحش بر اساس استاندارد آزمون، نه توصیف، مشخص می‌شود. درخواست توالی آزمون IEEE 1656 یا معادل آن را بدهید.

۶. جزئیات سد و صفحه‌ی محافظ در نقشهٔ تأیید شده نمایش داده شده‌اند، از جمله رابط شیار کابل.

 

 

 

هزینه اشتباه عمل کردن

فیوزی که هماهنگی نداشته باشد به‌صورت طوفانی خراب نمی‌شود. بلکه قطع می‌شود، یک تیم آن را عوض می‌کند و سیستم ثبت رویداد یک قطعی گذرا را ثبت می‌کند. اگر این اتفاق سه بار در یک فصل روی یک فیدر خاص رخ دهد، هزینهٔ نیروی کار و عملیات جابه‌جایی برای شرکت توزیع برق از هزینهٔ مطالعهٔ هماهنگی بیشتر خواهد بود. این حفاظت ترانسفورماتور در برابر حیات وحش بستهٔ مذکور نیز از همین محاسبه پیروی می‌کند: قیمت یک صفحهٔ محافظ ده‌ها دلار است، اما وجود یک مار روی ترمینال‌های ثانویه موجب از دست‌رفتن یک هفته خدمات و نیاز به تعویض ترانسفورماتور — که واحد جدید آن باید از ظرفیت تولیدی اختصاص‌یافته برداشته شود — می‌شود.

این دلیل این است که هر دو جزئیات باید در مرحلهٔ ترسیم نقشه نهایی شوند. یک تولیدکننده‌ی ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه می‌تواند تختهٔ سد را قبل از بسته‌شدن مخزن تقریباً بدون هیچ هزینه‌ای تغییر دهد. اما پس از نصب دستگاه روی پایه، همان تغییر به یک اصلاح در محل تبدیل می‌شود که با قطعی برق همراه است.

اگر برای تحویل در سال 2027، واحدهای توزیع نصب‌شده روی پایه را مشخص می‌کنید، جزئیات حفاظت و حیات وحش اکنون ارزش نهایی کردن را دارند. زمان‌های تولید کارخانه به اندازه‌ای طولانی است که تغییر نقشه پس از انتشار هزینه‌ای را به همراه دارد که پنج سال پیش نداشت.

 

مرحلهٔ بعدی

طرح تک‌خطی، منحنی‌های ری‌کلوزر و جریان اتصال کوتاه در دسترس در پایه را برای ما ارسال کنید. گروه مهندسی ما برنامه فیوز و بسته حفاظت حیات وحش متناسب با استاندارد شما را معمولاً ظرف سه روز کاری ارائه خواهد داد.

درباره نویسنده

این مقاله توسط گروه مهندسی فروش رایان الکتریک، یک تولیدکننده ترانسفورماتور که واحدهای نصب‌شده روی پایه، خشک و غوطه‌وری روغنی را برای شرکت‌های برق و پیمانکاران EPC در آمریکای شمالی، خاورمیانه، جنوب شرق آسیا و آفریقا تولید می‌کند، تهیه شده است. این گروه پروژه‌ها را از مرحله مشخصات تا تست پذیرش کارخانه پشتیبانی می‌کند. سؤالات فنی مربوط به این مقاله می‌تواند از طریق ryantransformers.com به تیم مهندسی فروش ارسال شود.