מדריך לבחירת טרנספורמטור למפעל צמנט: קביעת גודל עבור הפעלת מטחנות, הרמוניות ואבק

תחנת טחינה באפריקה המערבית ביקשה מאיתנו לספק הצעת מחיר מחודשת ליחידה של 8 MVA ברבעון האחרון. המקורית טרנספורמטור למפעל צמנט הוזמנה על סמך עומס הפעלה של המטחנה, ובחודשים אחד עשר שחלפו היא גרמה להפחתת מתח האוטובוס בכל הפעלת מטחנת חומר גולמי, עד כדי כך שהמתנע של המטחנה סירב להישאר פעיל. אף אחד לא מדד את ה- kVA הנדרש להפעלה. כולם הניחו שהטרנספורמטור הוא הבעיה — או גרוע יותר, הניחו שלא.

צמנט הוא אחד מעטים התעשיות שבהן העומס החשמלי נשלט על ידי מספר קטן של מנועים גדולים מאוד שמופעלים תחת עומס, פועלים חודשים רצופים ולא מפסיקים באמת לנוח. טרנספורמטור טרנספורמטור למפעל צמנט בתפקיד זה מבצע שתי משימות במקביל: הוא נושא עומס קבוע לאורך כל היממה, והוא סופג את זרם ההפעלה הראשוני של מכונות שערך הספק הנראה שלהן בעת ההפעלה גדול פי כמה מדרגת הקיבולת שלו. אם טועים באחד משני החלקים של משוואה זו, הכשל מתגלה בשלב ההטמעה, ולא במהלך הבדיקה במפעל.

 

 

 

איך פרופיל העומס של מפעל צמנט משפיע על مواصفות סטנדרטיות

מפעל צמנט מודרני צורך כ-110–120 קוט"ש של אנרגיה חשמלית לטון צמנט, ומנועים חשמליים מהווים את הרוב המכריע של הצריכה הזו — הערכות התעשייה מציינות שחלק המנועים בצריכת החשמל במפעל הוא 65–75 אחוז. החלק הכבד ביותר של העומס נמצא בתהליך עיבוד הגרגרים: מחרטה לקלקר, מחרטה לצמנט ובלines החדשות יותר — מסור גלגלים, שכל אחת מהן נוהלת על ידי מנוע ראשי בטווח של 3–6 מגה-ואט.

צד הביקוש מסכים. מחקר של משרד האנרגיה של ארצות הברית על צריכת החשמל במפעלי צמנט מזדהה עם מטחנות הגריסה הגדולות כמטענים החשמליים הבודדים הגדולים ביותר באתר, ומסביר שמכונות אלו פועלות בדרך כלל ללא הפסקה במשך חודשים בין עצירות. שני המספרים הללו חשובים לדרישות: מפעל ללא מחזור עומס יומי נושא עומס של 0.8–0.9 מהעומס הנקוב שלו בתקופות ארוכות, מה שמהווה אתגר תרמי שונה מזה של מפעל תעשייתי שמקבל שיאים פעמיים ביום. ההקשר ברמת התחום ניטרף בעמוד התחום של הצמנט באיגוד האנרגיה הבינלאומי, עמוד התחום של הצמנט באיגוד האנרגיה הבינלאומי , והנתונים הבסיסיים על המפעלים נלקחים מהמחקר של מעבדת ברקלי לאנרגיה (LBNL)/משרד האנרגיה (DOE) על תעשיית הצמנט, המחקר של מעבדת ברקלי לאנרגיה (LBNL)/משרד האנרגיה (DOE) על תעשיית הצמנט .

שלושה גדלים טכניים נקבעים לעיתים קרובות בצורה חסרת דיוק במיזמי צמנט יותר מאשר כל גודל אחר: התנעה של מנועי המטחנות (kVA), התוכן ההרמוני ממונעי המטחנות, והתנאים האמיתיים בסביבה ובאבק באתר. שאר הדרכה זו עוסקת בכל אחד מהם לפי הסדר שבו הם גורמים לבעיות בדרך כלל.

 

הגדרת המידות סביב התנעת מנועי המטחנות, ולא סביב הקילוואט בזמן הפעלה

הבקשה הרגילה למתן הצעת מחיר מגיעה עם עומס מחובר בקילוואט וביקוש ל"טרנספורמטור המתאים". זהו מידע לא מספיק כדי לקבוע את גודל ה טרנספורמטור למפעל צמנט . התנעה בקילו וולט-אמפר היא שקובעת את ירידת המתח, והתנעה בקילו וולט-אמפר נקבעת על ידי זרם הנעילה, ולא על ידי הספק בתפעול.

קחו מנוע מיל רגיל של 4 מגה וואט, 6.6 קילו וולט, עם זרם נעילה שש פעמים זרם הטעינה המלאה, יעילות של 0.94 וגורם הספק של 0.90. הספק הנומינלי של המנוע בקילו וולט-אמפר הוא כ-4.7 מגה וולט-אמפר, ולכן הספק בעת התנעה יהיה כ-28 מגה וולט-אמפר — בערך שש פעמים מהספק הנומינלי המופיע על תווית המנוע. ירידת המתח באוטובוס שאחריה ניתנת להערכה באמצעות הנוסחה: (הספק התנעה בקילו וולט-אמפר × אחוז התנגדות הטרנספורמטור) ÷ הספק הנומינלי של הטרנספורמטור. התעלמות מתנגדות האספקה, שהיא תקפה רק כאשר יש אספקה חזקה מהרשת, נותנת את החישוב הבא:

הספק הנומינלי של הטרנספורמטור	אימפדנס	ירידת מתח משוערת באוטובוס בעת התנעה של מיל ב-28 מגה וולט-אמפר	קריאה פרקטית
6 מגה וולט-אמפר	7.5%	35%	מגבה התנעה של המיל לא יחזיק; הגנה על המנוע תופעל
10 מגה וולט-אמפר	7.5%	21%	סף קריטי — דרוש התנעה במתח מופחת או התנעה רכה
16 מ"ו א'	8.0%	14%	ניתן לפעול על מקור יציב; יש לבדוק את רמת הפגיעות במקור המזין
20 מ"ו א'	8.0%	11%	הפעלה נוחה, אך יש לאשר את עמידות התחנה בפני קצר

 

בחירת גודל הטרנספורמטור באתר ייצור צמנט מתחילה מהרשימה של המנועים ולא מסך העומס המחובר הכולל. הדרכים הללו מניחות שהמלחצה היא המנוע הגדול היחיד שפועל, ושמקור האספקה חזק מספיק כדי להתעלם ממנו. במציאות, אספקת חשמל חלשה מהחברה המספקת מגבילה את ירידת המתח ללא קשר לגודל הטרנספורמטור, ולכן הפתרון הוא בדרך כלל מתחלף רך, ממריץ תדר משתנה (VFD) או ניתוח הפעלת מנועים – ולא טרנספורמטור גדול יותר טרנספורמר שמן .ירידת מתח בהפעלת מנוע, זרם נעילה ועכבה נבדקים בפירוט רב יותר בהדרכה שלנו להפעלת מנועים.

 

הרמוניות: למה ספציפיקציה "ידידותית לממריצים" בדרך כלל נעצרת באמצע הדרך

לרוב קווי הצלחן שבُנו או שודרגו בעשור האחרון מפעילים את המטחנות והמאווררים שלהם באמצעות מנועי תדר משתנה, ומנוע תדר משתנה שש-פאזי מושך גל זרם עשיר בהרמוניות חמישית ושביעית לפני כל סינון. זרמים אלו עושים שני דברים: הם מעוותים את אוטובוס המפעל, ויוצרים אובדן נוסף של זרמי ערבול בתוך ליפופי הטרנספורמטור, אשר מתגלים כתחליבי חום מקומיים ולא כעליה בטמפרטורת השמן שמדidor השמן יראה לכם. התוצאה עבור טרנספורמטור למפעל צמנט היא שתחליב החום בליפוף, לא טמפרטורת השמן העליונה, הופכת לתנאי המגביל.

תקן IEEE 519 קובע את הגבולות להרמוניות הזרם הנמדדות בנקודת ההתחברות המשותפת, וליחסים נפוצים של הספק קצר באוטובוס המפעל, גבול עיוות הביקוש הכולל נופל בספרות היחידות — ולכן ההתאמה הנמדדת, ולא דירוג K מודע, היא מה שהסקת החיבור של חברת החשמל תבקש. הרמוניות של מנועי תדר משתנה הן לכן קלט לדרישות טכניות, לא בעיה שנוצרת לאחר מכן.

מַחְשְׁבִים מִסְגָּן K נִמְצָאִים לְמַעֲנֶה הַטֵּעָנוּת הַזֹּאת בִּפְרָט, וְהֵם הַתְּשׁוּבָה הַסְטַנְדַרְטִית בְּמָקוֹמוֹת שֶׁבָּהֶם הרמוניות של מנועי תדר משתנה מְקַיְּמִים כְּמוֹתָם בְּמִסְפָּר רַב. מִסְפַּר ה-K הוּא הַסְכֵּם, עַל־פִּי סִדְרַת הַהֲרְמוֹנִיּוֹת, שֶׁל רִיבּוּעַ הַזְּרֵם הַהֲרְמוֹנִי בְּיַחַס לְיַחַד, כְּפוּל בְּרִיבּוּעַ סִדְרָתוֹ: הֲרְמוֹנִיָּה חֲמִישִׁית בְּאֹרֶךְ 25% תְּרוֹמֵם 0.25² × 5² = 6.25 יַחַד אֲשֶׁר לְאִבּוּדֵי הַסְּבִיבָה. מַחְשְׁבִים מִסְגָּן K-4, K-9 ו-K-13 נִבְנִים כָּךְ שֶׁאִבּוּדֵי הַלִּפּוּף וְהַלֵּב נִשְׁמָרִים תַּחַת הַשִּׁעוּר הַמְעֻצָּב בְּאוֹתוֹ טוּחַ, וְהַסִּימָן מְסוּדָּר בְּתַקָּן UL לְמַחְשְׁבִים מִסְגָּן יְבֵשִׁים.

לְמַחְשְׁבִים מִסְגָּן גְּדוֹלִים טרנספורמר שמן מִסְפַּר ה-K לְבַדּוֹ אֵינוֹ הַתְּשׁוּבָה הַמְלֵאָה. הַשְּׁאֵלָה הַחַמָּמִית נִפְתֶּרֶת עַל־יְדֵי פְּחִיתוּת הַכֹּחַ הַמְרֻשָּׁאָה לְפִי טוּחַ הַהֲרְמוֹנִיּוֹת הַמַּמָּשִׁי, כְּמוֹ שֶׁמְּתֹאר IEEE C57.110, וְעַל־יְדֵי בִּקּוּשׁ מִן הַמַּפְקִיעַ לְהַצִּיג חֶשְׁבּוֹנוֹת אִבּוּדֵי הַהֲרְמוֹנִיּוֹת, וְלֹא סִימָן עַל הַפְּלָטָה. בְּמָקוֹמוֹת שֶׁהַטוּחַ הוּא קָשֶׁה, הַהֶנְדָּסָה הַזּוֹלֶלֶת יוֹתֵר הִיא לְרֹאשׁ הַמִּסְפָּר: תַּצְבִּיט שְׁנֵים־עֶשְׂרֵה פּוּלְסִים, קְצוֹץ קָדִימִי אֲקְטִיבִי, אוֹ בַּנְקִית סִלּוּן מְנֻדָּה עַל קוֹן הַנְּהִיגָה.

 

אבק, חום וקירור: תנאי האתר שקובעים את המעטפת

העלייה בטמפרטורת הטרנספורמטור מוגדרת ביחס לטמפרטורת הסביבה המקסימלית של 40° צלזיוס, בהתאם לתקן ה-IEC 60076 הנפוץ. במפעלי צמנט באזור המפרץ, בסאהל ובחלקים של דרום אסיה, הטמפרטורה בצל היא בדרך כלל 45–50° צלזיוס, בעוד החום הקרינתי מהקליניות והמגדלים הקדומים מוסיף עומס מקומי. מעל טמפרטורת הסביבה المرجعית יש להפחית את הספק או להזמין את היחידה עם שיפוע תכנון נמוך יותר — הספק זהה פשוט יפעל בטמפרטורה גבוהה יותר ויעבור התערכות מהירה יותר.

אבק הוא החלק השני של הבעיה, והוא בעיית קירור עוד לפני שהוא בעיית ניקיון. אבק צמנט ואבק חומר גולמי הוא עדין, בסיסי ובעלת מוליכות קלילה לאחר ספיגת לחות, ולכן הוא יוצר חיבורים לא רצויים לאורך מסילות השמיטה סביב הבושינג ומסגרות הטרמינלים. כמו כן, הוא מתפזר לתוך החריצים בדפנות המיכל המשופעות ובשיני הקירור, שם נוצר חלק גדול מה... טרנספורמר שמן מאבד את רוב החום שלו. יחידה עם קירור מאולץ שמסננים שלה סתומים מאבדת לחלוטין את דרגת הקירור המאולצת שלה ומחזירה את עצמה לדרגת הקירור העצמי שלה ברגע המדויק שבו התחנה פועלת בקיבולת מקסימלית.

מה שזה מתורגם אליו בשלב ההגדרות הטכניות: רוחב גדול יותר בין השיניים או בין מיכלי הקירור באזורים שבהם יש אבק רב, תיבות סיום עם דרגת הגנה IP54 או גבוהה יותר, חתמים וחגורות מעוצבות לספיגת אבק אלקלי, וכן מדד לחץ דיפרנציאלי נשלט על כל קבוצת קירור מאולצת כדי שצו המשמעת יוכל לראות את עומס המסננים לפני שיתרבה על ירידת היכולת. כאשר משתמשים במש(transformer) יבש בתוך מבנה של צוות בקרה (MCC), בחירת התיבה נעשית לפי אותה הלוגיקה — מסנן, חתימה, ותכנון של תדירות הניקוי. מש(transformers) שמוגדרים לאתרים חמים ואפריים עוקבים אחר קבוצת חוקים דומה.

 

אישורים וראיות בדיקה שאותן יש לדרוש בשלב הבדיקה הסופית במפעל (FAT)

לפרויקטים של צמנט בצפון אמריקה, השאלה של האישור נפתרת לפני השאלה של הביצוע, מכיוון שהבודק מגיע עם רשימה. יחידות ממולאות נוזל ויחידות יבשות חייבות להכיל את הסימן המאושר המתאים לקטגוריה שלהן; אתרים בקנדה צריכים סימני CSA או שקול מוצהר, ושוקי IEC מוגנים על ידי התקן IEC 60076, כאשר IEC 60076-11 חל על יחידות יבשות. הדרישות הכלליות ושיטות הבדיקה ליחידות שמתפזרות בנוזל מפורטות ב-IEEE C57.12.00 וב-IEEE C57.12.90.

מעבר לנקודת הסימון, בדיקת קבלת המפעל היא הרגע שבו פרויקט צמנט מנצח או מפסיד את לוח הזמנים להפעלתו. יחס, קוטביות, התנגדות כריכה, אובדן ללא עומס, אובדן תחת עומס, אימפדנס, פוטנציאל מיושם ומניע, וכן עליה בטמפרטורה ומעצורים כבדיקות סוג, מהווים את הבסיס. שתי תוספות ששוות את היום הנוסף בביה"ס לבדיקות: דוח מדוד של עליה בטמפרטורה המקושר לסביבה באתר במקום הצהרה כללית של 40°מ, וניתוח טווח תדרים (SFRA) שנעשה לפני המשלוח, כדי שאפשר יהיה לזהות נזק במהלך ההובלה על ידי השוואה באתר ולא להתווכח סביבו.

 

איך אנו בונים ובוחנים יחידות לצורכי צמנט

ריינן אלקטריק ייצרה טרנספורמטורים להפצה ולכוח מאז 2007 מבסיס ייצור ששטחו 120,000 מ"ר, עם יותר מ-180 מערכות ציוד לייצור ולביצוע בדיקות ועם 37 פטנטים, וכיום מחזיקה בשותפות עסקית משותפת עם אייטון מאז 2023. היחידות לצורכי צמנט נוצרות על אותן קווי ייצור כמו אלו המיועדות לשימוש ברשתות חשמל ולמרכזי נתונים, גם ב- טרנספורמר שמן ובבנייה מסוג יבש.

 

 

בפרויקטים של צמента אנו מודדים את אובדן הטעינה והאובדן ללא טעינה על כל יחידה, במקום לספק ערכים מעצבים, ואנו מתייחסים לאובדן הרמוני כחישוב ייחודי לכל פרויקט, שמתבסס על לוח הזמנים של המניעים של הלקוח. המסמך הראשון שבמהנדסי היישום שלנו מבקשים אינו תיאור הטרנספורמטור, אלא רשימת המניעים — כמה מניעים, באיזו מספר פולסים, והאם יש במעגל מדרון גלגל — מכיוון שהדף הזה קובע את מקדם K, את מחלקת האימפדנס ואת מערכת הקירור, לפי הסדר.

המנהג האחר שמציל שבועות של הפעלה הוא אריזה. מפעל צמנט נמצא בדרך כלל בפנים הארץ, מה שאומר תחבורה דרך הכביש או הרכבת לאחר הנמל, ולכן היחידות מוגנות מפני זעזועים בדרכים, השמן נשלח בתופי אטומים בדירוגים גדולים יותר, ותמונה SFRA נוסעת יחד עם דוח הבדיקה כדי שצוות האתר יוכל להשוות אליה בסיס.

 

הזמנת מוצרים סביב חלון עצירת הכבשן

מפעל צמנט לא עוצר בגלל טרנספורמטור. הוא עוצר בגלל עצירה, ותאריך העצירה נקבע על ידי מסע הכבשן, ולכן שעון הרכישה חייב לרוץ לאחור מהתאריך הזה ולא קדימה מתאריך ההזמנה. מימוד המשנה וכך גם תכנון זמני ההובלה.

שלחו לנו את תרשים הקו היחיד, רשימת המניעים, תנאי הסביבה באתר ותאריך העצירה, ואנו נחזיר לכם דירוג, מחלקת אימפדנס, סידור הקירור ותאריך. יצאו בקשר עם צוות הנדסת היישומים שלנו בכתובת [email protected] או בטלפון +86-15371760308, ואנו נבצע חישובים של פרמטרי ההפעלה וההרמוניות לפי רשימת המנועים שלכם.

על הסופר: מדריך זה נערך על ידי צוות הנדסת היישומים של חברת Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. (Ryan Transformers), אשר מעצבת ומייצרת טרנספורמטורים שמתנפחים בשמן וטרנספורמטורים יבשים ללקוחות תעשייתיים, שירותים ציבוריים ומراكז נתונים מאז 2007. שאלות ספציפיות לפרויקט בנוגע להפעלת מפעל, הפחתת עוצמה עקב הרמוניות או הפחתת עוצמה עקב תנאי סביבה באתר נענות ישירות על ידי צוות ההנדסה באימייל [email protected].