הסבר על טרנספורמרים ניידים לתחנות משנה: דירוגים, מגבלות תחבורה והתגובה לסערות

הסבר על טרנספורמרים ניידים לתחנות משנה: דירוגים, מגבלות תחבורה והתגובה לסערות

 

סחף סופתי דרך חצר של 138 קילו-וולט. טרנספורמטור העברה שמחירו הוצע למשך ארבעה עשר חודשים. עיר שפועלת על-ידי מנועי דיזל. כששלושה אירועים אלו מתרחשים באותה שבוע, מתכנני חברות החשמל מפסיקים לקנות טרנספורמטור גדול יותר ותוהים שאלה קשה יותר: מה אפשר להכניס ולזרוק? המשימה הזו שייכת ל- מהפך תחנת משנה ניידת , והגבלות שקובעות האם הוא יעבוד קשורות במעט מאוד למספר שעל הלוחית.

רוב הגבלות אלו נמצאות במקום שבו מהנדסי חשמל בדרך כלל לא מחפשים: הכביש.

 

 

 

מהו בעצם טרנספורמטור תחנת משנה ניידת

 

הרצאה טכנית של איגוד IEEE לכוח ואנרגיה מתארת את הציוד כפי שצוותי השטח עושים זאת – תחנת משנה על גלגלים. מושב אחד נושא את הטרנספורמטור יחד עם ציוד הקירור שלו, הגנת מעגלים במתח גבוה ובמתח נמוך, מדידות, ריווי, מקורות זרם חילופין וזרם ישר משניים, הגנת סופות, וכל זה מחובר, נבדק ומוכן לחבר.

קיימות שתי תצורות, וקונים מתבלבלים בהן באופן קבוע. חבילה מלאה שומרת על המפסקים של מתח גבוה באותה רמפה. טרנספורמטור נייד בודד נושא רק את הטרנספורמטור, בעוד ציוד המתח הגבוה נמצא ברמפה שנייה – הדרך שבה רוב הפרויקטים בוחרים כאשר דירוג ה-MVA חייב להישאר גבוה, אך המרחב על הכביש אינו יכול לקלוט את הציוד הנוסף. האופציה השנייה קונה קיבולת, ומשלמת על כך באמצעות גרירה נוספת והתקנה ארוכה יותר. מהפך תחנת משנה ניידת לכל תצורה, חמישה רכיבים זהים מופיעים: חלק מתח הגובה, הטרנספורמטור ומערכת הקירור שלו, חלק מתח הנמוך, Schrank הבקרה וההגנה עם אספקת עזר, ורמפה מעוצבת סביב ארבעת הרכיבים הראשונים.

הדרישה הטכנית שמגבילה יחידה ניידת היא המשקל, לא ה-MVA.

 

הדרישה הטכנית שמגבילה יחידה ניידת היא המשקל, לא ה-MVA.

 

הנה החלק שרוב הקונים מפספסים. תחנות משנה ניידות נמדדות בדרך כלל ב-60 MVA או פחות – לא בגלל מגבלות הבדלה, אלא בגלל מגבלות הדרכים. חומר ה-IEEE PES מציין במפורש את הסיבה: שילובים של MVA ומתח מוגבלים על ידי משקל ומידות ההובלה.

בארצות הברית, החוק הפדרלי מגביל את המשקל המרבי על ציר בודד ל-20,000 רטל, על שני צירים סמוכים (tandem axle) ל-34,000 רטל, ועל משקל הרכב הכולל ל-80,000 רטל ברשת הכבישים הבינארציונלית (Interstate System), ונוסחת הגשרים (Bridge Formula) יכולה להפחית את המספרים האלה עוד יותר בהתאם למרחק בין הצירים. הכללים פורסמו ב- עמוד המושקלים של נוסחת הגשרים של FHWA . כעת הניחו טרנספורמטור כוח של 138 kV על מחליקת הובלה ונסו להישאר בתוך המגבלות האלה. הטרנספורמטור הוא הפריט הגדול ביותר, הכבד ביותר והיקר ביותר ביחידה, ולכן טרנספורמטור המורכב על מחליקת הובלה מסוג זה מתחיל מתוכנית משקל ולא מתכנון הליפופים.

גם הגובה והרוחב מהווים בעיה. יחידה ניידת סטנדרטית נבנית ברוחב של כ-8 רגל ו-6 אינץ' וגובה של כ-13 רגל ו-6 אינץ'. חציית המספרים האלה מעבירה את היחידה לתחום של רישיונות מיוחדים למשאיות ענקיות ומעוברות במשקל - סקרים של מסלולים, סיוע של משאיות מלוות וחלונות זמן מוגבלים לנסיעה. זהו בדיוק הסוג של ניירת שחברת החשמל מנסה להימנע ממנו במהלך שיקום חירום של האספקת חשמל .

 

פרמטר	מהפך תחנת משנה קונבנציונלי	מהפך תחנת משנה ניידת
טווח דירוג	833 קילו-וואט-אמפר חד-פאזי ומעלה	בדרך כלל עד 60 מגה-וואט-אמפר, מוגבל על ידי היכולת להוביל
אילוץ קובע	בידוד, עומס תרמי ותנאי קצר-מעגל	מטען על הציר, משקל כולל של כלי הרכב, גבולות הדרכים
אחוז התנגדות	ערכים סטנדרטיים של אנס"י/איי-אף-איי	בדרך כלל כפול מהערכים הסטנדרטיים
קירור	או-אן-אן או או-אן-אי-اف, סטטי	או-די-אי-اف, משאבות ומאווררים מחוברים ליחידה
העלאה בטמפרטורת הכבישות	55 מעלות צלזיוס או 65 מעלות צלזיוס, טיפוסי	95 מעלות צלזיוס עם בידוד היברידי נומקס כדי להפחית את המשקל
דשנים	גובה סטנדרטי, אוויר או שמן	ממוקם בתחתית; פולימר שם שמשקל חשוב
אובדן ואוזן	נבדק ונאוּטֵם	אובדים בדרך כלל לא נבדקים; צליל סטנדרטי של NEMA
החלפת מתח עליון	מבנה חצר קבוע	אותו רכב גרר, או רכב גרר שני בעומס גבוה של MVA

 

 

חמש החלטות טכניות שקובעות האם היחידה תפעל

 

הסטנדרט הנפוץ ביותר שקונים מציטטים עבור ממירים כח נוזליים, IEEE C57.12.10, מוציא במפורש ממירים ניידים מהתחום שלו, מכיוון ש עמודת הסטנדרטים של IEEE מציינת זאת. לכן, למסמך טכני עבור ממיר נייד איננה יכולה להיות ירושה של הנחות העיצוב של ממיר תחנת משנה קבועה. חמישה החלטות נושאות את רוב הסיכון.

• השיכוך. יחידות ניידות פועלות בדרך כלל ביחס התנגדות של כפליים מהתקנים הסטנדרטיים של אנסישם (ANSI) באותה דרגת הספק, מה שמשפיע על סדרת המתח וחלוקת העומס אם היחידה מחוברת במקביל למשנה קיימת.
• קירור. ODAF, עם משאבות ומפרici מופעלים כל הזמן שהמשנה פעילה. ללא פעולת המערכות הקוראות, היחידה אינה יכולה לשאת עומס בכלל. מערכות גיבוי מעוצבות כך: כאשר משאבה אחת לא פועלת, מערכת הקירור המבוססת כראוי ממשיכה לשאת בערך 70% מהעומס הנקוב באופן בלתי מוגבל בזמן.
• עליית הטמפרטורה. עלייה בטמפרטורת הליפוף של 95 מעלות צלזיוס, עם מערכת בידוד היברידית משופרת מסוג נומקס, שומרת על משקל וגודל נמוכים בלי לוותר על תוחלת חיים צפויה.
• רמת הבידוד. הקטנת ערך BIL במתח גבוה היא אחת הדרכים החשובות ביותר לחיסכון במשקל. ערך BIL במתח נמוך נשמר בדרך כלל ברמה מלאה – עד 25 קילוולט ו-150 קילוולט BIL.
• סדרת המתח. החלפת מתח בצד ה- LV באמצעות מתג טעינה, בדרך כלל בתוספת או חיסור של 10% ב-16 שלבים (בנוסף או בחיסור). מספר מתחי LV נראים גמישים על הנייר, עד שמתג הטעינה דורש מחולל סדרתי כדי לכסות את שני הכיוונים – ומחולל הסדרתי הזה מחזיר ישירות משקל וגודל למזוודה.

התבנית חוזרת על עצמה. כל בחירה שמוסיפה גמישות חשמלית עולה קילוגרמים, וקילוגרמים הם התקציב היחיד שיש לו תקרה חוקית. עיצובים שמتجנבים עובדה זו מסתיימים כפרויקטים של שתי מזוודות, בין אם הקונה תכנן לכך או לא. אותה פיזיקה מתועדת במסמך של IEEE PES הצגת תת-תחנה ניידת , אשר מביא דוגמאות ממשיות של יחידות 40 MVA ו-45 MVA והסיבובים המשקליים שעומדים מאחוריהן.

 

היכן שיחידה ניידת מוצאת את ערכה

 

תגובה לסופות ולחשיפות - שיקום חירום של האספקת חשמל בשפה של רוב מסמכי הרכישה התפעוליים – זהו השימוש שמכר את הרעיון פנימית. העבודה המתוכננת היא השכרה השקטה: יחידה שמעקפת טרנספורמטור במהלך תכנית תחזוקה שומרת על האספקה ללקוחות בזמן שהעבודה מתבצעת, ובכך מוסירה את העלות הפוליטית של כיבוי מתוכנן.

• עקיפת טרנספורמטור במהלך תכניות תחזוקה, בדיקה או ניסוי מתוכננות
• החלפה חירומית לאחר כשל בטרנספורמטור או בציוד מפסקים
• קיבולת זמנית תוך כדי תכנון ובנייה של תחנת משנה קבועה
• אספקת קיבולת מעבר בשיאים עונתיים או בעת הפעלת מפעל
• אספקה ראשונית לאזורים מבודדים ולבסיסי בנייה מרוחקים
• גיבוי באזורים שבהם סיכונים כמו רעידת אדמה, שטפונות או סכסוכיםאיים מאיימים על תשתיות קבועות
• הסרת קרח מקווי הובלה בעלי מתח גבוה באזורי קור קיצוני

הלוגיקה המסחרית אינה מסובכת. יחידה מהפך תחנת משנה ניידת שעומדת מוצבת במשך אחד עשר חודשים ומושיטה שירות מחדש בתוך חודש אחד כבר שילמה על עצמה, מאחר שהחלופה היא בניית מחדש של תחנת משנה – תהליך הנמדד בשנים.

 

הפרט השדה שרוב הקונים לומדים עליו מאוחר מדי

 

חברת תועלת באזור חוף המפרץ ביקשה מאיתנו להציע מחיר עבור יחידה של 138 קילו וולט על מזחלת אחת. הדרישות הטכניות הכילו שלושים עמודים והזכירו את הכביש המהיר פעם אחת בלבד. הדבר הראשון שצוות העיצוב שלנו עשה לא היה לבחור ליבה – אלא לחשב את עומס ההובלה. התפלגות המשקל קובעת היכן יושבת הטרנספורמציה על המזחלת, וההחלטה הזו מגבילה כל ציור שיבוא אחריה.

השיחה סידרה מחדש את הפרויקט. מספר הצירים והמרחק ביניהם הוכנסו לציור לפני הגלילים. לעיצוב המזחלת הסופי נוספו צירים מניעים, מערכת תליה באוויר, ישור הידראולי, וכן בלוקים מיוחדים כדי שהיחידה תישאר במקום שלה לאחר ניתוק הטרקטור. גם הטרקטור של הלקוח נכלל בהיקף העבודה שלנו, משום שהמזחלת והטרקטור המשאוי חייבים יחד לעמוד בתקנות הכביש המהיר של המדינות והמחוזות שבהם היחידה תפעל.

שלוש שאלות נפתחות כעת בכל הצעת מחיר ניידת שאנו כותבים. איזה מתח ראשי ו-MVA חייב האוגד לשאת? באילו מדינות ובאילו מסלולים יעבור האוגד, ומי הוא הבעלים של הטרקטור? וכמה מתחים נמוכים יש בפועל באתר – מאחר שכל מתח נוסף עלול לדרוש הוספת טרנספורמטור סדרתי לאוגד?

 

 

 

כיצד ריאן אלקטריק מתמודדת עם פרויקטים ניידים

 

ריאן אלקטריק מייצרת טרנספורמטורים מאז 2007 ופעלה כשותפה רשמית במשותף של איטון מאז 2023. המפעל משתרע על שטח של 120,000 מטרים רבועים, ובה תפעולות של יותר מ-180 קבוצות ציוד לייצור ולבדיקה, וכן 37 פטנטים. אנו מייצרים גם יחידות טבולות נוזל וגם יחידות יבשות. אותו עקרון של משקל מופיע גם בשורת היבשת הצפונית שלנו, שבה כמה מאות קילוגרמים קובעים האם העיצוב יישלח כסטנדרטי או שידרש מנוף באתר. טרנספורמן מונח על אדמת ההסמכות כוללות את UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ו-CE, וכל יחידה נשלחת עם נתוני בדיקות רגילות – יחס, התנגדות לסלילים, אימפדנס, אובדן ללא עומס, אובדן תחת עומס ובדיקות דיאלקטריות.

בעבודה ניידת, המהנדסים שלנו מתחילים מהמעטפת התחבורתית ועובדים פנימה: משקל הרכבת, רוחב בין הצירים, מגבלות על הדרכים, ולאחר מכן דירוגי החשמל. אם המסלול שלכם לא מאפשר שימוש במשאית אחת בלבד, נעדיפי להודיע לכם זאת לפני שנעניק דירוג שאותו לא תוכלו להעביר באופן חוקי. טרנספורמטור המורכב על מחליקת הובלה איננו יחידה סטנדרטית שמניחים אותה על מישור; המושבה והמהדר מתוכננים יחד, כבר מהסקיצה הראשונה. זהו אותו עקרון שאותו אנו מיישמים גם ב טרנספורמן מונח על אדמת מהדר נייד שמתוכנן בהתאם לתקן מסוים של מעטפת, מרחקי בטיחות ותאום.

 

תכנון לפני עונת הסופות הבאה

 

יחידות ניידות נזמנות על ידי חברות חשמל שכבר חוו את השבוע הרע, וזמן ההובלה הוא לרעה של כל מי שמחכה להגעת הסופה. אם אתם בוחנים אפשרות כזו, שלחו לנו את המתח הראשי והמשני, את ה-MVA שעליכם לשאת, את תצורת הצד הנמוך ואת המדינות שבהן תנוע היחידה. נחזיר לכם תקציב משקל, תכנון מושבה ומסמכים לבדיקות שניתן להעביר לתכנוני ההובלה של החברה שלכם. צוות ה מהדרי הכוח שלנו ניתן להגיע אליו דרך עמוד הקשר שלנו .

על המחבר: מאמר זה נכתב על ידי צוות ההנדסה של ריאן אלקטריק, שותף במשותף של איטון ויצרן טרנספורמטורים מאושר על ידי UL/CSA בג'יאנגסו, סין, המשרת לקוחות בתשתיות, מרכזי נתונים ותעשייה באמריקה הצפונית, במזרח התיכון, באסיה הדרומית-מזרחית ובאפריקה.