Ferroresonanssi paikallisesti asennettavissa muuntajissa: Mitä paikallisesti asennettavien muuntajien valmistaja haluaa määrittäjien tietävän

 

Kun maanpäällisten muuntajien valmistajia , kohtaamme aina saman vian samassa järjestyksessä. Pohjalevyn muuntaja vaihdetaan huollon vuoksi. Kaapelinkohtaisen nousupylvään ylijännitepuolustuslaite epäonnistuu. Työryhmä vaihtaa ylijännitepuolustuslaitteen, ottaa muuntajan käyttöön ja korvaus epäonnistuu uudelleen muutaman kuukauden sisällä – joskus jo muutaman viikon sisällä. Muuntaja itsessään on puhtaana kaikissa tavallisissa tarkastuksissa. Nimikilvessä ei ole mitään virheellistä. Ylijännitepuolustuslaitetta tuhoaa ferroresonanssi, eikä virhe ole lähes koskaan ylijännitepuolustuslaitteen puolella.

Mitä ferroresonanssi todella on

 

Muuntimen ytimen ei ole lineaarinen kela. Alapuolella kytkentärajaa sen magneettisen reaktanssin arvo on korkea. Kun ydin lähestyy kytkentärajaa, sen reaktanssi romahtaa. Jos kytket komponentin, jolla on tällainen käyttäytyminen, piiriin, jossa on myös kapasitanssia – esimerkiksi maakaapelien vaipankapasitanssia, katkaisijan tasauskapasitanssia, eristepassin tai kondensaattoripankin kapasitanssia – kytkentähäiriö voi saada piirin värähtelemään siten, että kumpikaan komponenteista ei yksinään pystyisi tuottamaan tällaista värähtelyä.

Tämä on koko määritelmä, ja se selittää myös, miksi ferroresonanssi muuntimissa ei ole siistiä resonanssia, joka lasketaan kaavasta XL = XC. Lineaarisella kelalla on yksi resonanssitaajuus ja yksi vakiotila. Saturaatioon kykenevällä ytimellä niitä on useita, ja piiri voi hypähtää niiden välillä. IEEE Technology Navigator — Ferroresonanssi (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) kuvaa neljää pääasiallista värähtelytilaa: perustaajuuden ferroresonanssia syöttötaajuudella; alataajuuden ferroresonanssia syöttötaajuuden murto-osalla, yleisimmin kolmasosalla; kvasi-jaksollista ferroresonanssia epäsäännöllisillä aaltomuodoilla; ja kaaosta edustavaa ferroresonanssia, jossa ei ole lainkaan toistuvaa kaavaa. Näissä tiloissa kestävät ylijännitteet voivat nousta viiteen–kuuteen kertaa nimellisjännitteeksi, mikä on huomattavasti enemmän kuin jakeluverkon käämien eristyskoordinaatio olettaa kestävän tehotaajuusjännitteen suhteen.

Kaksi identtisillä nimikilvillä varustettua laitetta voi käyttäytyä täysin eri tavoin. Piirin asettuva tila riippuu induktanssista, kapasitanssista, jännitteen suuruudesta ja alkuehdoista – mikä käytännössä tarkoittaa, että se riippuu tarkasta hetkestä, jolloin kytkin sulkeutuu. Siksi analyysi, joka perustuu nimellisarvoihin, ei havaitse ilmiötä, eikä sama kytkentätoiminto välttämättä aiheuta ongelmia satakertaa peräkkäin, vaan saattaa epäonnistua sataennenkerran.

Jos tällä hetkellä työskentelet paikallisesti asennetun määrittelyn parissa, insinöörityömme tarkistaa ensisijaisen piirin kanssasi ennen kuin nimellisarvo vahvistetaan. Lähetä meille yksiviivainen kaavio, ja käymme läpi neljä ehtoa yhdessä.

Neljä ehtoa, jotka täytyy saada linjaan

 

Ferroresonanssi on vaativaa. Siihen tarvitaan neljä ehtoa samanaikaisesti: kuormaamaton toissijainen piiri, korkea ensisijainen kapasitanssi, epäsymmetrinen yksivaiheinen kytkentä ja ytimen, joka saavuttaa kyllästymisen kohtalaisella ylijännitteellä – mikä selittää täysin, miksi se ei koskaan ilmesty kuormavirtatutkimukseen eikä sitä ole niin vaikeaa saada aikaan testauskammiossa.

Kunnossa	Miksi tästä on merkitystä	Missä se esiintyy käytännössä
Kuormaamaton tai kevyesti kuormitettu toissijainen piiri	Kuorman resistanssi vaimentaa värähtelyä; tyhjä toissijainen piiri ei lainkaan vaimenna sitä	Uusi aluejakoprosessi ennen asumista, kausittainen tehdaskäynnistys, yksikkö varattuna varaosana
Korkea ensisijainen kapasitanssi	Kaapelin eristeen kapasitanssi pituusyksikköä kohden on huomattavasti suurempi kuin ilmajohdon	Pitkä maakaapelisyöttö, nousukaapeli, kaapeliverkkokaappi, kaapelisyöttöinen teollisuuspalvelu
Epäsymmetrinen kytkentä	Jättää yhden tai kaksi vaihetta eristetyiksi, mutta ne ovat edelleen kapasitiivisesti kytkettyinä lähteeseen	Yksivaiheiset katkaisut, yksi palanut sulake, yksipoluiset uudelleenkytkijät, kytkinten kytkeminen ja irrottaminen
Ytimen magneettinen tyytymys tapahtuu jo kohtalaisen ylijännitteen aikana	Magneettisen induktanssin romahtaminen mahdollistaa piirin hyppäämisen toiselta toimintapisteeltä toiselle	Nykyajan pienihäviöiset ytimet ja suunnittelut, jotka toimivat korkeammalla magneettivuotiukkudella

 

Poista mikä tahansa neljästä ja ilmiö ei yleensä ala. Tämä on hyödyllinen osa, koska se tarkoittaa, että ilmiön estämiseksi on neljä erillistä suunnittelukohtaa – ja halvin niistä on lähes aina kytkentäjärjestely. Se on myös se kohta, jossa keskustelu tulisi siirtyä tarjouksesta valintaan, ja se on ensimmäinen asia, jonka maanpäällisten muuntajien valmistajia tulisi nostaa esille sinulle.

Mitä se tekee yksikölle ennen kuin kukaan huomaa

 

Kuljettajaryhmän havaitsema vika on yleensä ylijännitesuojain , ei säiliön sisällä. Metallioksidipuru on vastus, joka muuttuu johtavaksi vain sen nimellisjännitteen ylittäessä. Jatkuva ferroresonanssioverijännite pitää sen johtavassa tilassa ja muuttaa värähtelyn lämmöksi keramiikkalohkossa, jonka koko on mitattu mikrosekunnin kestäville impulssille määritellyllä käyttösyklillä. Eatonin viitetiedot pad-mounted-muuntajien ylijännitesuojasta esittävät rajan selvästi: purut vähentävät ylijännitteitä, mutta eivät poista niitä, ja mitä korkeampi purun käyttösykli, sitä enemmän johtavaa materiaalia siinä on ja sitä pidempään se kestää ylijännitettä ennen vikaantumistaan. Keveän käyttösyklin jakeluun tarkoitettu puru, joka on täysin riittävä salamalle, ei ole mitoitettu minuuttien mittaiselle tehotaajuusenergialle. Eatonin viitetiedot TC202005EN — Pad-mounted-muuntajien ylijännitesuojaus (https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/cooper-power-series-transformers/overvoltage-protection-for-pad-mounted-transformers-information-tc202005en.pdf)

Arresterin takana vahingot ovat hiljaisempia ja vaikeampia havaita tavallisessa testissä. Eristyssarjan pinnat näyttävät jälkiä siitä, missä kaariutuminen tapahtui. Käämityksen eristys läpäisee kohdassa, jossa värähtely saavuttaa huippunsa, ja läpäisy on usein niin pieni, että käämityssuhdetesti vielä menee läpi. Ydin kuumenee, koska magneettivuon poikkeama on paljon suurempi kuin suunnittelussa ja lämpö on se tekijä, joka lyhentää eristyksen elinikää. Arresterin vikaantuminen on yleensä ensimmäinen uhri, ei ainoa.

On myös olemassa oire, joka ei liity lainkaan sähköön. Ferroresonanssissa oleva laite tuottaa usein matalataajuista huminaa tai räkäytystä, joka kuulostaa erilaiselta kuin normaali magnetostrisiohumina — epätasaiselta, epäsäännöliseltä ja riittävän kovalta, jotta työryhmät huomaavat sen ennen kuin mikään rele toimii. Tulkkaa se signaaliksi, ei häirinnäksi.

 

Yksivaiheinen kytkentä on käynnistysmekanismi, jota voit hallita

 

Neljästä ehdosta asymmetrinen kytkentä on se, jonka suunnittelija voi poistaa yhdellä erilliskohdalla. Yksivaiheinen kytkentä kolmivaiheisessa muuntajaryhmässä — olipa kyseessä sitten sulakkeet, yksi palanut sulake tai yksipolkinen uudelleenkytkentäjärjestelmä — jättää ryhmän osittain energisoituna ja kapasitiivisesti kytkettyyn lähteeseen, mikä on klassinen käynnistysmekanismi kaapeloiduissa jakeluverkoissa.

IEEE Std C57.105-2019, ohje muuntajayhdistelmien soveltamiseen kolmivaiheisissa sähköjärjestelmissä, käsittelee näitä yhdistelmä- ja kytkentävuorovaikutuksia suunnittelunäkökohdasta eikä tapaturmana: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) . Standardi on olemassa juuri siksi, että muuntajayhdistelmän ja sen ympäröivän piirin välinen vuorovaikutus määrittää, toimiiko järjestelmä oikein vai epätoiminnallisesti.

Käytännössä toimiva ratkaisu ei ole silmäänpistävä. Kytkentä kaikki kolme vaihetta yhtä aikaa ryhmäkytkimellä sen sijaan, että käytettäisiin yksittäisiä vaihekytkimiä, missä vain kytkentäkonfiguraatio sen sallii. Jos yksittäisiä vaihekytkimiä ei voida välttää, pidä pieni pysyvä resistiivinen kuorma toissijaisella käämillä kytkentähetken aikana, jotta värähtelyllä olisi johonkin hajoamisensa. Seuraava suojataso on joko vaimennusresistanssi tai ferroresonanssin estopiiri käämin yli. ylijännitesuojain valittu väliaikaisen ylijännitteen varalta eikä pelkästään salaman varalta on viimeinen.

Tähän ei tarvita eksotista laitteistoa. Kytkentäjärjestelmän ja suojausvaristorin käyttötaajuuden tulee päätetä samanaikaisesti muuntajan tehon määrittelyn kanssa, eikä vasta sen jälkeen, kun kaapeli on jo asennettu.

Viisi asiaa, jotka tulee sisällyttää tarjouspyyntöön

 

Käämien kytkentä ja maadoitus. Ilmoita, hyväksytäänkö maadoitettu tähtikytkentä ensisijaiselle käämille. Maadoittamaton kolmiokytkentä ensisijaiselle käämille pitkän kaapelilinjan päässä on korkeimman riskin järjestelmä, ja vastaus muuttaa koko ylijännitekuvaa.

Ensisijaisen kytkinlaitteen tyyppi. Ryhmäkytkentäinen kolmivaiheinen kuormakytkin, kolmivaiheinen uudelleenkytkentä tai yksivaiheiset katkaisimet. Jos yksivaiheisia laitteita ei voida välttää, mainitse se, koska se vaikuttaa ylijännitesuojain valinnan.

Vilkkumiseston luokkaan, käyttösyklään, maksimijännitteeseen (MCOV) ja tilapäiseen ylijännitteeseen kestävyyteen. "Vilkkumisestot sisältyvät" ei ole spesifikaatio. Pyydä vilkkumisestoa, joka on mitoitettu tilapäistä ylijännitettä vastaan, ei pelkästään salamointia vastaan.

Kaapelisuunnittelu. Johdinpoikkipinta-ala, pituus ja eristystyyppi jokaiselle ensisijaiselle osalle. Vaipankapasitanssi muodostaa resonanssipiirin toisen puolen, ja sitä ei näy nimikilvissä annetussa suunnittelussa.

Toissijainen vaimennus. Sekä siitä, jätetäänkö pieni pysyvä kuorma tai vaimennusvastus toissijaiselle puolelle kytkentätilanteessa, että kuinka monta prosenttia sen teho on nimellistehosta.

Mitä paikallisesti asennettavan muuntajan valmistaja kysyy ennen tilaustasi

 

Jokaisessa projektissa, jossa on pitkiä pääkaapelien kulkuja, ensimmäinen asiakirja, jonka pyydämme, ei ole nimikilvistä koostuva luettelo. Se on yksiviivainen kaavio kaapelipituuksineen ja kytkentäjärjestelyineen, koska juuri nämä kaksi asiaa määrittävät, onko ylijänniteriski merkityksetön vai todellinen. A maanpäällisten muuntajien valmistajia henkilö, joka lainaa vain muuntajaluettelosta, lainaa yksikköä, ei ratkaisua.

Jokainen yksikkö käy läpi tavanomaisen testisarjan, ja tyhjäkäyntihäviö ja magneettointensiteetti mitataan prosessin aikana. Nämä kaksi lukuarvoa ovat syötteet, jotka muuttavat ferroresonanssikysymyksen arviosta laskelmaksi, ja toimitamme ne sinun konsulttiinsa pyynnöstä ennen toimitusta.

Ryan Electric on valmistanut jakelu- ja voimamuuntajia vuodesta 2007 lähtien 120 000 neliömetrin valmistustilasta, jossa on yli 180 tuotanto- ja testauslaitetta sekä 37 patenttia. Vuodesta 2023 lähtien yritys on toiminut Eatonin virallisena yhteisyrityskumppanina, mikä on yksi syy siihen, miksi käsittelemme varoituskytkintä- ja kytkentäkoordinaatiota muuntajan laajuuden osana eikä jonkun muun ongelmana.

Pohjoisamerikkalaisissa aluejaossa toistuva ilmiö on pieni kolmivaiheinen laite — 75 kVA–500 kVA — pitkän maakäyttöisen sivuhaaran päässä, joka syötetään yksivaiheisilla katkaisuilla ja joka palvelee kuormaa, jota ei vielä ole olemassa seuraavana vuonna. Kaikki luettelossa mainitut olosuhteet ovat samanaikaisesti paikalla, ja kohteella ei ole kuormaa kuukausia. Kun suunnittelija siirtyy ryhmätoimintoisella kytkimellä varustettuun ratkaisuun ja jättää pienemmän resistiivisen kuorman toissijaiselle puolelle käyttöönoton aikana, varoituskytkintävialit loppuvat.

Jos määrittelette paikallisesti asennettavia laitteita kaapelisyötöisessä järjestelmässä, lähetä meille yksiviivainen kaavio ja kaapelisuunnittelu ennen tilauksen tekemistä. Tarkistamme kytkentäjärjestelyn, varoituslaitteen määrittelyn ja toissijaisen vaimennuksen vastaavan teidän todellista piiriä ja kerromme, mikä neljästä ehdosta teillä on – ja mikä niistä on jo suunniteltu pois. Tämä on keskustelu, jonka maanpäällisten muuntajien valmistajia pitäisi käydä teidän kanssanne ennen tilauksen tekemistä, ei sen jälkeen, kun ensimmäinen varoituslaite on epäonnistunut.

Kirjoittajasta

Tämän artikkelin on laatinut Ryan Electricin muuntajainsinöörimiehistö. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) suunnittelee ja valmistaa valurautaisia ja VPI-kuivamuuntajia, öljykiertoisia muuntajia sekä paikallisesti asennettavia laitteita 120 000 neliömetrin valmistuspaikassaan, palvelleen tietokeskuksia, teollisuutta, sähköverkkoja ja infrastruktuuriprojekteja Pohjois-Amerikassa, Kaakkois-Aasiassa, Lähi-idässä ja Afrikassa.