सुरंग वेंटिलेशन के लिए ट्रांसफॉर्मर: सड़क सुरंगों और भूमिगत परिवहन के लिए इकाइयों का निर्दिष्टीकरण

सड़क सुरंग में उपकरण की विफलता लगभग कभी भी प्रकाश परिपथ से शुरू नहीं होती है। यह प्रशंसकों से शुरू होती है। एक कमीशनिंग इंजीनियर ने हमें स्पष्ट शब्दों में क्रम बताया: पहला जेट प्रशंसक बैंक साफ़ शुरू होता है, दूसरा बैंक ठीक होता है, तीसरा बैंक चालू होता है और ४८० वी बस झुक जाती है, ड्राइव अंडरवोल्टेज पर ट्रिप कर जाती है, और धुएँ के परीक्षण की शुरुआत भी नहीं हो पाने से पहले ही वेंटिलेशन दोष में चला जाता है। सुरंग वेंटिलेशन के लिए ट्रांसफॉर्मर लोड सूची से आकारित किया गया था। किसी ने भी प्रारंभ का मॉडल नहीं बनाया था।

यही सुरंग विद्युत की अजीब बात है। अधिकांश समय लोड मामूली होता है — कुछ सौ किलोवाट प्रकाश, कुछ प्रशंसक, कुछ पंप। कुछ सेकंड के लिए, दिन में कई बार, यह बिल्कुल भी मामूली नहीं होता है। और वही इकाई जो मोटर प्रारंभ के माध्यम से गुज़रती है, उसे वेंटिलेशन ड्राइव पर भी रहना होता है और कुछ मीटर दूर आग लगने के दौरान भी काम करते रहना होता है। वीएफडी समहार्मोनिक्स वेंटिलेशन ड्राइव पर

 

वास्तव में सुरंग उप-केंद्र को क्या लोड करता है

एक सुरंग एक छोटा औद्योगिक संयंत्र है जो एक किलोमीटर कंक्रीट के अनुदिश फैला हुआ है। वेंटिलेशन विद्युत भार का प्रमुख घटक है, लेकिन यह एकमात्र घटक नहीं है, और विभिन्न भार एक-दूसरे से पूर्णतः भिन्न व्यवहार करते हैं। उन्हें अलग किए बिना एकमात्र kVA मान को अंतिम रूप देना वह स्थान है जहाँ अधिकांश विनिर्देश त्रुटियाँ उत्पन्न होती हैं।

भार	सामान्य सीमा	कार्य	इसका आकार निर्धारण पर प्रभाव
जेट फैन (अक्षीय, ड्राइव-फेड)	२२–२५० किलोवाट	चरणबद्ध प्रारंभ/समाप्ति, प्रति वर्ष सैकड़ों चक्र	लॉक्ड-रोटर धारा तथा निम्न वोल्टेज बस पर वोल्टेज डिप
सुरंग वेंटिलेशन फैन	२००–१,००० किलोवाट	निरंतर, धुएँ निकास के लिए उलटने योग्य	सबसे बड़ा एकल मोटर; आमतौर पर आकार निर्धारण का न्यूनतम स्तर निर्धारित करता है
धुँआ अवरोधक एक्चुएटर और नियंत्रण	10 किलोवाट से कम	केवल आपातकालीन, स्थिति को बनाए रखना आवश्यक है	छोटा भार, लेकिन यह एक ही पैनल और यूपीएस सर्किट को साझा करता है
एलईडी सुरंग और आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था	30-350 किलोवाट	निरंतर, 100% ड्यूटी	हार्मोनिक-समृद्ध; तटस्थ धारा में वृद्धि करता है
जल निकासी संप पंप	15-110 किलोवाट	अनियमित, आर्द्र वातावरण	जल-स्तंभ के विरुद्ध प्रारंभ; नमी प्रवेश का जोखिम
उप-केंद्र का वेंटिलेशन और डीह्यूमिडिफायर्स	10–60 किलोवाट	निरंतर	परिवेश तापमान को बढ़ाता है जिसमें ट्रांसफॉर्मर स्वयं स्थित होता है
SCADA, CCTV, सूचना पट्टिकाएँ	20 किलोवाट से कम	निरंतर	आग की घटना के दौरान संचालन जारी रखने की आवश्यकता

डिज़ाइन दिशानिर्देश पहले से ही इन्हें अलग-अलग विषय-क्षेत्र मानते हैं। इन्हें FHWA रोड टनल डिज़ाइन दिशानिर्देश (https://www.fhwa.dot.gov/publications/focus/05nov/03.cfm) वेंटिलेशन, प्रकाश व्यवस्था, अग्नि सुरक्षा और भूकंप प्रतिरोधी डिज़ाइन के लिए अलग-अलग खंडों को समर्पित किया जाता है — लेकिन सभी का परिणाम एक ही लोड अनुसूची पर आता है, और आमतौर पर एक ही ट्रांसफॉर्मर को उस परिणाम को संभालना पड़ता है।

 

मोटर स्टार्टिंग ही फ्लोर निर्धारित करती है, चलते समय का लोड नहीं

चलते समय का लोड गणना करने में आसान होता है। पंखों, प्रकाश व्यवस्था और पंपों के लोड को जोड़ें, एक विविधता कारक लागू करें, और ९०० kVA सुरंग के मुकाबले १,५०० kVA इकाई उदार लगती है। फिर स्टार्ट की ओर देखें।

एक मानक NEMA डिज़ाइन B प्रेरण मोटर सीधे-ऑन-लाइन स्टार्ट के दौरान लगभग छह गुना पूर्ण-लोड धारा खींचती है। ४८० V पर एक २५० kW जेट फैन मोटर लें: पूर्ण-लोड धारा लगभग ३०० A के आसपास होती है, अतः लॉक्ड-रोटर धारा लगभग १,८०० A होती है, और यह धारा उस समय तक बनी रहती है जब तक कि पंखा अपनी अंतिम गति तक नहीं पहुँच जाता — जो कि दो से चार सेकंड का समय है। आधे सेकंड बाद दूसरे बैंक को शुरू करने पर ट्रांसफॉर्मर को एक ऐसा लोड संभालना पड़ता है जिसे वह सामान्य संचालन के दौरान कभी नहीं देखेगा। यही वह संख्या है जो नामपट्टिका का निर्धारण करती है।

दो मापदंड यह निर्धारित करते हैं कि प्रारंभ स्वीकार्य है या नहीं: ट्रांसफॉर्मर की प्रतिशत प्रतिबाधा और फीडर की प्रतिबाधा। एक 5.75% प्रतिबाधा वाली इकाई दोष धारा को सुविधापूर्ण रूप से सीमित करती है, लेकिन मोटर टर्मिनलों पर गहरी वोल्टेज डिप उत्पन्न करती है। एक 4% इकाई डिप को कम कर देती है और संभावित लघु-परिपथ धारा को बढ़ा देती है, जिसे एलवी ब्रेकर की रेटिंग और बस ब्रेसिंग को संभालना पड़ता है। एक 700 मीटर फीडर पर, जो किसी मध्य-सुरंग फैन रूम तक जाता है, केबल की प्रतिबाधा ट्रांसफॉर्मर की तुलना में अधिक वोल्टेज ड्रॉप के लिए योगदान दे सकती है।

व्यावहारिक अनुभव: हम सुरंग के उद्धरण को कारखाने से निकलने से पहले प्रारंभ गणना चलाते हैं, और जब कोई ग्राहक केवल लोड सूची भेजता है, तो हम एक प्रश्न वापस भेजते हैं — सबसे बड़ी मोटर कौन सी है, उसका प्रारंभ कैसे किया जाता है, और उस तक केबल की लंबाई कितनी है? इस एकल उत्तर ने किसी भी अन्य अनुभाग की तुलना में अधिक सुरंग परियोजनाओं में निर्दिष्ट रेटिंग को बदल दिया है।

 

वीएफडी हार्मोनिक्स सुरंग वेंटिलेशन के लिए ट्रांसफॉर्मर के कार्य को बदल देते हैं

लगभग हर नया जेट फैन एक परिवर्तनशील आवृत्ति ड्राइव द्वारा संचालित होता है, क्योंकि गैर-पीक घंटों के दौरान ३०% गति पर चलने वाला फैन अपनी ऊर्जा लागत मात्र से ही अपने ड्राइव की लागत को पूरा कर लेता है। यह ड्राइव ट्रांसफॉर्मर के द्वितीयक टर्मिनलों पर उसके द्वारा देखे जाने वाले भार को भी बदल देता है।

एक छह-पल्स ड्राइव एक गैर-ज्या-आकार की धारा खींचती है, जिसका कुल हार्मोनिक विकृति (थडी) आमतौर पर इनपुट पर २५% से ४५% के बीच होती है। आईईईई ५१९ मानक ६९ केवी से कम बस के लिए वोल्टेज विकृति को ५% पर सीमित करता है, और उपलब्ध लघु-परिपथ धारा के घटने के साथ-साथ धारा विकृति की सीमा को और कड़ा कर देता है। सुरंगें इस वक्र के असुविधाजनक छोर पर स्थित होती हैं: लंबे फीडर, तुलनात्मक रूप से कमजोर स्रोत, और एक ही द्वितीयक बस से कई ड्राइव का पोषण।

इसका परिणाम यह है कि सुरंग वेंटिलेशन ड्राइव को संचालित करने वाले ट्रांसफॉर्मर को केवल किलोवोल्ट-एम्पियर (केवीए) के आधार पर निर्दिष्ट नहीं किया जा सकता। हार्मोनिक धारा भंवर धारा और बिखरी हुई हानियाँ जोड़ती है, जो वाइंडिंग के गर्म-बिंदु तापमान को उससे अधिक बढ़ा देती हैं जो समान प्रत्यक्ष शक्ति पर ज्या-आकार के भार द्वारा उत्पन्न होता। यही कारण है कि एक मोल्डेड रेझिन ट्रांसफॉर्मर एक सुरंग परियोजना के लिए अक्सर K-फैक्टर रेटिंग, एक बड़े आकार के न्यूट्रल, या ट्रिपलेन हार्मोनिक्स को रोकने वाली डेल्टा वाइंडिंग के साथ-साथ एक वाइंडिंग तापमान श्रेणी के साथ ऑर्डर दिया जाता है जो डिज़ाइन लोड से ऊपर की अतिरिक्त क्षमता छोड़ती है।

हमारा अनुमानित नियम ड्राइव-फेड सुरंग बोर्ड्स के लिए है, जहाँ वीएफडी समहार्मोनिक्स प्रभुत्व रखते हैं: जुड़ी हुई ड्राइव क्षमता लें, हार्मोनिक हानि के लिए एक सुरक्षा मार्जिन जोड़ें, और वाइंडिंग तापमान-उत्थान श्रेणी को केवल आवश्यकता से एक चरण ऊपर निर्दिष्ट करें। अतिरिक्त लागत कोटेशन में शामिल होती है। गलती करने की लागत सातवें वर्ष में आती है।

 

 

अग्नि सुरक्षा तकनीक का निर्णय करती है, मूल्य नहीं।

पूछें कि लगभग हर सुरंग के अंदर सबस्टेशन शुष्क-प्रकार के उपकरण चलाते क्यों हैं, और उत्तर दक्षता नहीं है। यह अग्नि सुरक्षा है। NFPA 502 (https://www.nfpa.org/codes-and-standards/nfpa-502-standard-development/502) सड़क सुरंगों, पुलों और अन्य सीमित पहुँच की राजमार्गों के लिए अग्नि सुरक्षा और अग्नि जीवन सुरक्षा आवश्यकताओं को निर्धारित करता है, और यह वेंटिलेशन को एक महत्वपूर्ण जीवन सुरक्षा कार्य के रूप में मानता है जो आग लगने के दौरान भी चलता रहना चाहिए।

वह आवश्यकता सीधे ट्रांसफॉर्मर तक प्रभावित करती है। सुरंग के अंदर स्थापित तेल-भरा यूनिट एक ज्वलनशील द्रव, बंडिंग, एक वॉल्ट और अतिरिक्त अग्नि अलगाव को भी साथ लाता है, इसलिए अधिकांश डिज़ाइनर इस विवाद से बचने के लिए एक मोल्डेड रेझिन ट्रांसफॉर्मर बोर के अंदर या संलग्न कमरे में। उत्पाद मानक इस तरह की यूनिट द्वारा पूर्ण किए जाने वाले आवश्यकताओं के बारे में स्पष्ट रूप से निर्देश देते हैं: IEEE C57.12.01 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.12.01/6775/) शुष्क-प्रकार के वितरण और शक्ति ट्रांसफॉर्मर के सामान्य आवश्यकताओं को शामिल करता है, और आईईसी ६००७६-११ ३६ केवी तक के शुष्क-प्रकार के शक्ति ट्रांसफॉर्मर को शामिल करता है।

एक विवरण को अन्य किसी की तुलना में अधिक बार भूल जाया जाता है: ट्रांसफॉर्मर की गुणवत्ता फीडर के समान ही होती है। जहाँ आपातकालीन वेंटिलेशन सर्किट को आग की घटना के दौरान सर्किट अखंडता बनाए रखने की आवश्यकता होती है, वहाँ केबल और जॉइंटिंग को भी उन्हीं स्थितियों का सामना करना पड़ता है। एक स्व-निर्वाही कास्ट रेजिन यूनिट, जिसे मानक केबल के साथ तार किया गया हो, एक सामान्य और महंगी असंगति है।

 

सुरंग का वातावरण उपकरणों पर चुपचाप प्रभाव डालता है

सुरंग की हवा आर्द्र, धूलभरी और हल्की रूप से क्षरणकारी होती है। वेंटिलेशन शाफ्ट के अंदर 85% से अधिक आर्द्रता सामान्य है, ब्रेक और टायर की धूल प्रत्येक क्षैतिज सतह पर जम जाती है, और तटीय सुरंग में क्लोराइड्स भी मिश्रण में जुड़ जाते हैं। ग्रीष्मकाल में शाफ्ट का वातावरण 40 से 45°C के बीच रह सकता है, जो ट्रांसफॉर्मर के वास्तविक स्थान पर मापा जाता है, न कि पोर्टल पर।

राल-एनकैप्सुलेटेड वाइंडिंग्स, एक लिपटी हुई शुष्क-प्रकार की वाइंडिंग की तुलना में इसे बेहतर ढंग से संभालती हैं, क्योंकि एक मोल्डेड रेझिन ट्रांसफॉर्मर ढलाई वाइंडिंग को नमी प्रवेश के खिलाफ सील कर देती है। विनिर्देशन को फिर भी वातावरण के अनुसार होना चाहिए: घनघनाव रोधी स्पेस हीटर, आईपी-रेटेड टर्मिनल बॉक्स, और शाफ्ट से ली गई डिज़ाइन एम्बिएंट तापमान, क्षेत्रीय मौसम औसत से नहीं।

ऊँचाई भी महत्वपूर्ण होती है। १,५०० मीटर की ऊँचाई पर एक ट्रांसफॉर्मर को संवहनी शीतलन के लिए उपलब्ध वायु घनत्व में लगभग ९% की कमी हो जाती है, इसलिए एक ऐसी इकाई जो समुद्र तल पर अपने तापमान-वृद्धि परीक्षण में सफल होती है, वह स्वतः ही पहाड़ी संरेखण पर स्वीकार्य नहीं होती है। कृपया आपने अपनी साइट के वातावरण और ऊँचाई के अनुसार लागू होने वाले डीरेटिंग के बारे में आपूर्तिकर्ता से पूछें, और एक सामान्य वक्र के बजाय गणना दिखाने के लिए कहें — यही वही जाँच है जो हम प्रत्येक सुरंग वेंटिलेशन के लिए ट्रांसफॉर्मर हम कोट करते हैं।

 

हम उद्धरण देने से पहले क्या पूछते हैं

एक सुरंग ट्रांसफॉर्मर ऑर्डर की रेटिंग, कीमत और डिलीवरी तिथि का निर्धारण पाँच मदों द्वारा किया जाता है। यदि ये मद अनुरोध में स्पष्ट हों, तो उद्धरण आमतौर पर पहली बार में ही सही आ जाता है:

• लोड अनुसूची, जिसमें सबसे बड़े मोटर को हाइलाइट किया गया हो। हमें उसकी प्रारंभिक विधि और उपग्रह स्टेशन से केबल की लंबाई बताएँ। बाकी सब कुछ उसी एक प्रविष्टि से निकलता है।
• ड्राइव का प्रकार और संख्या। छह-पल्स, बारह-पल्स या सक्रिय फ्रंट एंड, और एलवी बस पर उपलब्ध लघु-परिपथ धारा — यह हार्मोनिक मार्जिन को निर्धारित करता है।
• निरंतर रबर की गैस्केट स्ट्रिपिंग आंतरिक दरवाज़े की परिधि को बिना किसी अंतराल के सुगहन रूप से ढकती है, जिससे चरम साइट परिस्थितियों के तहत सूक्ष्म धूल के कणों, नमी के प्रवेश और वातावरणीय संघनन के खिलाफ एक सुरक्षित, वायुरोधी पर्यावरणीय शील्ड की स्थापना होती है। डिज़ाइन एम्बिएंट, ऊंचाई, आर्द्रता और सीज़मिक श्रेणी जो एलाइनमेंट पर लागू होती है।
• अग्नि रणनीति। सुरंग एन्वेलप के अंदर, समर्पित सबस्टेशन में या दूरस्थ स्थान पर उपकरण — यह उत्तर ड्राई-टाइप बनाम लिक्विड-फिल्ड का निर्धारण करता है।
• प्रमाणन और दक्षता लक्ष्य। UL, CSA या IEC परीक्षण रिपोर्ट्स, और गंतव्य देश द्वारा आवश्यक दक्षता स्तर।

रायन इलेक्ट्रिक उत्तर अमेरिका, मध्य पूर्व और दक्षिणपूर्व एशिया में बुनियादी ढांचे और औद्योगिक परियोजनाओं के लिए शुष्क-प्रकार और तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर बनाता है। हमारा जियांगसू कारखाना १२०,००० वर्ग मीटर के क्षेत्रफल में फैला है और इसमें १८० से अधिक उत्पादन और परीक्षण उपकरणों के सेट हैं; इसके प्रमाणन पोर्टफोलियो में यूएल, सीएसए, आईईईई, डेक्रा और सीएनएएस शामिल हैं। २०२३ से, हम ईटन के संयुक्त उद्यम साझेदार के रूप में कार्य कर रहे हैं, जिसके कारण हमारे परीक्षण और गुणवत्ता दस्तावेज़ीकरण को आंतरिक घोषणा के बजाय बाहरी ऑडिट प्रक्रिया के अधीन किया गया है। एक सुरंग ऑर्डर को डेटा केंद्र ऑर्डर के समान ही माना जाता है: नियमित परीक्षण डेटा, तापमान वृद्धि रिकॉर्ड और प्रमाणन फ़ाइलें इकाई के साथ भेजी जाती हैं।

 

लोड शेड्यूल भेजें, केवल केवीए नहीं

वह संख्या जो एक का निर्णय लेती है सुरंग वेंटिलेशन के लिए ट्रांसफॉर्मर यह लोड सूची पर पहली संख्या होने के लिए दुर्लभ है। हमारे इंजीनियरों को लोड अनुसूची, सबसे बड़ा मोटर, ड्राइव प्रकार और साइट की स्थितियाँ भेजें, और आपको एक रेटिंग, एक हार्मोनिक मार्जिन तथा एक डे-रेटिंग गणना प्राप्त होगी जिसे आप डिज़ाइन समीक्षा में बचाव के साथ प्रस्तुत कर सकते हैं, न कि कोई नामपट्टिका जो अनुमान के आधार पर चुनी गई हो।

लेखक के बारे में: यह लेख रायन इलेक्ट्रिक की इंजीनियरिंग टीम द्वारा लिखा गया है, जो जियांगसू, चीन में एक ट्रांसफॉर्मर निर्माता है और २०२३ से ईटन का संयुक्त उद्यम साझेदार है, जो उत्तर अमेरिका, मध्य पूर्व और दक्षिणपूर्व एशिया में सुरंग, मेट्रो, डेटा केंद्र और उपयोगिता परियोजनाओं के लिए यूएल, सीएसए और आईईसी प्रमाणित शुष्क-प्रकार और तेल-आधारित ट्रांसफॉर्मर आपूर्ति करता है।