Élelmiszer-feldolgozó üzem transzformátorának kiválasztása: VFD-terhelések, mosóterületek és hűtési üzemmód méretezése

Egy közép-amerikai fagyasztott élelmiszer-gyár két elhasználódott 750 kVA-os egységet cserélt le egyetlen, 1500 kVA-os, száraz típusú transzformátorra, amelyet közvetlenül a futó terheléslistából méreteztek. Tizenegy hónap múlva a tekercsek hőmérséklet-figyelő reléje akkor kezdett kioldani, amikor éjszaka CIP-mosást végeztek, miközben a mérőn a névleges áram csupán 60%-a jelent meg. Az egység nem volt túlterhelve. Nedves és poros volt, és egy olyan helyiségben állt, ahol augusztusban a hőmérséklet elérte a 43 °C-ot.

Ez az egyetlen visszahívás magyarázza, miért egy élelmiszer-feldolgozó üzem transzformátora nem lehet úgy megadni, mint egy irodaház transzformátorát. Az élelmiszer-gyártásban szinte minden terhelés nedves, ciklikus, harmonikus-terhelésű – vagy mindhárom egyszerre –, és a megadott paramétereknek mindhárom esetet ki kell bírniuk.

 

Miért sértik meg az élelmiszerüzemek a szokásos méretezési szabályokat

A legtöbb ipari terhelés előrejelezhetően viselkedik. Egy hűtőberendezés közel állandó teljesítményszázalékban üzemel, egy irodaház 17 órakor éri el csúcsát, és éjjel-nappal alacsony terhelésen áll, miközben a transzformátor hőmérsékleti időállandója csendesen kiegyenlíti a különbséget. Az élelmiszer-termelés nem követi ezt a mintát. A hűtőkompresszorok terhelt állapotban indulnak. A keverők és töltők egy műszak alatt ezerszer is irányt váltanak. Emellett a transzformátor általában ugyanabban a helyiségben található, amelyet a tisztasági személyzet a műszak végén leöblít.

Három feltételezés bukik meg leggyakrabban ezen típusú projektnél. Először is a környezeti hőmérsékletet 30 °C-ként adják meg, miközben a gépterem vagy a mosófülke nyáron valójában 40–45 °C-ot ér el, ami csendesen lecsökkenti az egység terhelési tartalékát. Másodszor, egy ciklikus hűtési terhelést folyamatosként kezelnek, mert a teljes kVA-érték papíron elfogadhatónak tűnik. Harmadszor, a torzítást figyelmen kívül hagyják, mert a csatlakoztatott kVA érték „tiszta” volt; senki sem számolja össze, hogy hatfélhullámú vezérelt hajtások valójában mennyit vonnak el.

Íme a gyakorlati következmény: ha ez a három feltételezés egyszerre téves, akkor egy terhelésáramlás-vizsgálat szerint hőmérsékletileg megfelelő transzformátor a második nyáron karbantartási problémát okoz, és a gyár a gyártót vádolja egy olyan specifikáció miatt, amelyet senki sem tesztelt szigorúan.

 

A három terhelés, amely meghatározza egy élelmiszer-feldolgozó üzem transzformátorának specifikációját

Hűtés és fagyasztás. Csavar- és ingókompresszorok, ammónia- vagy kaskád CO2-rendszerek, valamint az általuk szolgáltatott alacsony hőmérsékletű helyiségek. A beindítás a legnehezebb rész: egy közvetlen indítású kompresszor a teljes terhelési áram kb. hat-nyolcszorosát vonja meg az első másodperc tört részében, és egy terhelt állapotban indított kompresszor a klasszikus oka a gyártóüzemekben fellépő zavaró relékioldásoknak – különösen akkor, ha a fagyasztási kapacitást az eredeti szolgáltatás kiépítése után bővítették.

VFD-vezérelt folyamatvonalak. Szállítószalagok, keverők, töltők, kupakolók és csomagolóberendezések ma már majdnem kizárólag meghajtóval működnek. A mechanikai előny valós, de egy hatfélhullámú meghajtó bemenete nem szinuszos áramot vesz fel, és ez az áram növeli a VFD-harmonikusok és az ezzel járó plusz tekercs- és szórt veszteségeket. Egy meghajtóterhelésű vonalon a áramtorzulás 25–40% között mozog általában enyhítés nélkül, ami éppen az a tartomány, ahol egy szabványos, általános célú egység melegedése meghaladja a névleges értéket.

Mosóüzem, CIP és páratartalom. A tisztítás-helyben (CIP) kémiai eljárás lúgos, savas és nedves, és gőzként jut be az elektromos helyiségbe, nemcsak permetként. A tekercsek kondenzációja az a hibamód, amelyet senki sem fényképez: az izolációs ellenállás csökken, a kivezetéseknél kezdődik a felületi átütés, és egy olyan berendezés, amely két évvel korábban sikeresen átment a gyári teszten, most megbukik egy rutin terepi vizsgálaton.

 

Száraz típusú vagy folyadékkal teljesen körülövevő? A döntési táblázat, amelyet mi használunk

Élelmiszer-termelő épületen belül az alapértelmezett válasz egy száraz típusú transzformátor , mert nincs gyúlékony folyadék, nincs biztonsági kamra-követelmény, és nincs olajtartály-berendezés, amelyet a termelőhely padlójának körül kellene tervezni. A öntött műgyanta és a VPI egységek továbbá sokkal jobban elviselik a gyártóüzem poros környezetét és hőmérséklet-ingadozását, mint egy szellőztetett száraz típusú egység.

A folyadékkal teljesen körülövevő típus továbbra is előnyös nagy terhelés és kültéri elhelyezés esetén: például egy fő bejáratnál lévő transzformátor, egy megawatt-os hűtőrendszerrel felszerelt fagyasztóüzem, vagy egy a telephely energiaellátási szolgáltatásával közösen üzemeltetett alállomás. Az alábbi táblázat a rövidített változata annak, ahogyan ügyfeleinket segítjük a döntés meghozatalában.

Döntési pont	Száraz típusú (öntött műgyanta / VPI)	Folyadékba merített
Elhelyezés	Beltéri elektromos helyiségek, félemeleti terek és CIP-területek	Kültéri beton alap vagy kerített udvar
Tűzvédelem és biztosítás	Nem gyúlékony folyadék; előnyös a táplálékgyártó épületek belső területein	A NEC 450 előírása szerint vályú vagy elválasztás szükséges
Burkolat	NEMA 12, illetve lemosható területeken NEMA 4X rozsdamentes (IP54+)	Hegesztett tartály, C5-M bevonat, zárható vagy konzervátoros
Páratartalom-viszony	Páratartalom-ellenes fűtőberendezés szükséges a lemosóhelyiségekben	Zárható tartály plusz légtisztító vagy konzervátor kezeli a ciklikus terhelést
Tipikus gyárméret	300 kVA-tól 3000 kVA-ig	1000 kVA-tól 10 000 kVA-ig
Karbantartási Rendszer	Vákuumos por eltávolítás, nyomaték-ellenőrzések, infravörös vizsgálatok	Oldott gázok és nedvesség vizsgálata az IEEE C57.104 szabvány szerint

Egy finomság, amely gyakran megfogja a vásárlókat: egy kültéri olajos berendezés ritkán a megoldás egy mosási művelet mellett elhelyezendő terhelésre csupán azért, mert alacsonyabb az ára kVA-ként. Amikor figyelembe vesszük a NEC 450. cikkében előírt földbe süllyesztett helyiség (vault), elválasztás, tűzvédelem és olajtartály követelményeit, a telepítési költség általában már nem marad olyan kedvező, mint amit az ajánlat sugallt.

 

A ténylegesen alkalmazott méretezési számok

Egy élelmiszer-feldolgozó üzem transzformátora a terheléslista felállításával kezdődik, de a terhelési ciklus meghatározásával fejeződik be. Élelmiszeripari projekt esetén a kapcsolt terhelést az NEC 220. cikke szerint számítjuk ki, a legnagyobb motort az NEC 430. cikke szerint 125%-kal növeljük, majd kifejezetten tartalékot biztosítunk két olyan berendezésre, amelyet minden gyár öt éven belül telepít: egy további fagyasztó vonalra és egy további meghajtással működtetett csomagoló gépre.

Egy tipikus közepes méretű száraz típusú műszaki leírás a megrendelési könyvből így hangzik: 1000 kVA, 480 V delta primer és 480Y/277 V szekunder feszültség, 5,75 % impedancia, 220 °C-os szigetelési rendszer, valamint egy hőmérséklet-emelkedési osztály, amelyet a helyiség adottságai alapján választanak, nem pedig megszokásból. Egy 150 °C-os hőmérséklet-emelkedésű készülék az általánosan használt alapmodell; egy 80 °C-os hőmérséklet-emelkedésű készülék jelentősen meghosszabbítja a szigetelés élettartamát 40 °C feletti környezeti hőmérséklet mellett, és érdemes a plusz rézfelhasználásért, ha a transzformátor egy sütővonal mellett helyezkedik el.

Amikor VFD-harmonikusok uralja a gyárat, inkább lekicsinyítjük a teljesítményt, mintsem találgatunk. Az IEEE C57.110 szabvány meghatározza, hogyan kell megbecsülni a készülék képességét nem szinuszos terhelési áram esetén, míg az UL 1561 szabvány a K-tényezős értékeléseket (K-4, K-9, K-13, K-20) adja meg, amelyek lehetővé teszik a vásárló számára, hogy pontosan megadja a harmonikus áramok hordozására való alkalmasságot anélkül, hogy túllépné a megengedett hőmérséklet-emelkedést. Kis méretű meghajtók kevés számú egysége esetén általában elegendő a K-4-es típus egy dokumentált lekicsinyítési számítással. Ha egy csarnok tele van csomagolóvonalakkal, akkor a K-13-as a tisztességes kiindulási pont, míg a K-20-as akkor jelenik meg, ha a meghajtók nagyméretűek, és a kompenzációs költségvetést a projekt késői szakaszában csökkentették. Minél több VFD-harmonikusok egy buszon van, annál kevésbé a mindennapi célra tervezett egység a megfelelő választás.

A motorindítás saját ellenőrzést igényel. A buszfeszültség-csökkenést a legnagyobb kompresszor esetében akkor is 10 %-on belül tartjuk, ahol a közüzemi vagy gyártási folyamat ezt megengedi; ha a számítások nem záródnak, ezt korán jelezzük, mert a választási lehetőségek – nagyobb egység, lágyindító vagy frekvenciaváltó – mind olcsóbbak a transzformátor megrendelése előtt, mint a betonalap elkészülte után.

 

Házak, nedvesség és tanúsítási dokumentumok

A ház az, ahol a mosható üzemek nyernek vagy veszítenek. Egy száraz helyiséghez por- és cseppvízálló NEMA típus 12-es kivitel szükséges; olyan helyiséghez, amelyet a takarítószemélyzet közvetlenül vízzel öntöz, rozsdamentes acélból készült NEMA típus 4X-es kivitel szükséges. A NEMA házak kiadványlistája az a hivatkozás, amelyet a legtöbb észak-amerikai villamos szerelő már magánál hordoz, és érdemes elolvasni a meghatározásokat, ahelyett, hogy elfogadnánk egy beszállítói katalógus „mosható minősítésű” jelölését.

A berendezés belsejében az olcsó biztosíték termostatikusan szabályozott, kondenzáció elleni fűtőelemeket és cseppfogó pajzsot tartalmaz, amelyeket már a tervezés kezdetétől megadtak. A fűtőelemek utólagos beépítése egy tömített, öntöttgyanta kivitelű egységbe nagyon nehéz, sőt gyakorlatilag lehetetlen feladat, és az opció rendeléskor történő megvásárlásának költsége elhanyagolható a beüzemelés napján bekövetkező sikertelen szigetelési ellenállás-teszt költségeihez képest.

A tanúsítás a másik olyan tényező, amelyet a vásárlók alábecsülnek. Az Egyesült Államokban a száraz típusú berendezéseket az UL 1561 szabvány szerint sorolják fel; Kanadában a vonatkozó építési szabvány a CSA C22.2 No. 47. Az energiahatékonyság is fontos: az Egyesült Államok Energiatárcája által előírt elosztótranszformátorokra vonatkozó hatékonysági szabványok – amelyeket a DOE elosztótranszformátor-program oldalán összefoglaltak – betartási határideje 2029. április 23., ami közelebb van, mint amit a legtöbb ötéves tőkeberendezési terv feltételez. 3-A Sanitary Standards (3-A Szanitári Szabványok) érdemes átnézni az útmutatást, mielőtt elfogadnánk egy csavarozott panelt nyitott rögzítőelemekkel egy töltő mellett.

 

Hogyan kezeli a Ryan Electric az élelmiszeripari rendeléseket

Öntött műgyanta- és VPI-száraz típusú transzformátorokat, valamint olajtöltéses egységeket gyártunk egy 120 000 m²-es gyárban Csangszu tartományban, amelyben több mint 180 darab gyártóberendezés és 37 szabadalom védett tervezés áll rendelkezésre. Az élelmiszer- és italipari munkák, amelyekkel találkozunk, ritkán egyetlen exotikus minősítésről szólnak. Inkább arról van szó, hogy a nem feltűnő részletek is pontosan megfeleljenek: a burkolat, amely ellenáll a vízsugárnak, a hajtásoknak ellenálló K-tényező, az anti-kondenzációs fűtőelemek, amelyeket senki sem kért, és a hőmérséklet-emelkedési osztály, amely illeszkedik a tényleges helyiséghez.

Mivel 2023 óta az Eaton közös vállalati partnere vagyunk, a dokumentációs oldalt is lefedjük – UL-, CSA-, IEEE- és DEKRA-fájlok, névplakett-jelölések és gyári vizsgálati jelentések, amelyeket az üzem biztosítási mérnöke vagy egy harmadik fél által kijelölt ellenőr ténylegesen ellenőrizhet.

Egy olyan szokást ajánlunk minden ügyfelünknek: írja be a mosási környezetet és a hűtés indítási terhelését magába a specifikációba, ne egy e-mail-szálba. A szállítók a specifikációban szereplőkre adják árajánlatot, és egy olyan specifikáció, amely csupán „1000 kVA, 480 V”-ot tartalmaz, pontosan erre az értékre kap árajánlatot. élelmiszer-feldolgozó üzem transzformátora küldje el nekünk terhelési listáját és a helyiség körülményeit

 

Ha fagyasztósort ad hozzá, egy telített egységet cserél le, vagy új gyár esetén készít specifikációt, küldje el nekünk a terhelési listát, a helyiség környezeti feltételeit és egy fényképet arról a helyről, ahol az egység el lesz helyezve. Ez gyakran elegendő ahhoz, hogy mérnökeink megmondják, hogy a térbe 150 °C-os vagy 80 °C-os emelkedésű egység illik-e, melyik burkolatot kényszeríti rá a tisztasági személyzet, és milyen K-tényezőt igényelnek a meghajtók – még az árajánlat elkészítése előtt. Érjen el minket a

Címeken, és mi specifikációt, nem katalógusoldalt küldünk vissza. ryantransformers.com címeken, és mi specifikációt, nem katalógusoldalt küldünk vissza.

A szerzőről: Ezt a cikket a Ryan Electric mérnöki csapata írta, amely az Eaton közös vállalati partnere és a Jiangsu tartományban, Kínában működő, UL/CSA tanúsítvánnyal rendelkező transzformátorgyártó; száraz típusú és olajjal hűtött transzformátorokat szállít élelmiszer- és italipari feldolgozóknak, adatközpontoknak, közműveknek és ipari üzemeknek Észak-Amerikában, Délkelet-Ázsiában, a Közel-Keleten és Afrikában.