Ferorezonansas plokščiaisiais transformatoriais: ką gamintojas nori, kad projektuotojai žinotų

 

Kaip žemėje montuojamų transformatorių gamintojas , mes visada susiduriame su tuo pačiu gedimu tuo pačiu tvarka. Plokščiąją vienetą, pritvirtintą ant atramos, keičiama techninės priežiūros metu. Kabelio gale esantis pakilimo stulpo peržengimo įrenginys sugenda. Brigada keičia peržengimo įrenginį, įjungia vienetą, o pakeistas įrenginys vėl sugenda po kelių mėnesių – kartais net po kelių savaičių. Patys transformatoriai kiekvienoje įprastoje patikroje rodo tinkamus rezultatus. Jokių klaidų techninėje lentelėje nėra. Tai, kas sunaikina peržengimo įrenginį, yra fererezonansas, ir beveik visada tai nėra peržengimo įrenginio kaltė.

Kas iš tikrųjų yra fererezonansas

 

Transformatoriaus šerdies induktyvumas nėra tiesinis. Prieš pasiekiant sotį jos magnetizuojančioji reaktancija yra didelė. Kai šerdis artėja prie soties, ši reaktancija staigiai krenta. Įrašykite komponentą su tokiu elgesiu į grandinę, kurioje taip pat yra talpinis elementas – požeminio kabelio apvalkalų talpa, pertraukiklio gradavimo talpa, izoliacinio vamzdelio ar kondensatorių banko talpa – ir jungimo trikdžiai gali privesti grandinę į svyravimų būseną, kurią nei vienas iš tų elementų atskirai negalėtų sukurti.

Tai yra visiška apibrėžtis, taip pat paaiškinama, kodėl transformatorių ferrorezonansas nėra tvarkingas rezonansas, kurį apskaičiuojate pagal XL = XC. Tiesinio induktoriaus atveju yra viena rezonanso dažnio reikšmė ir viena nuolatinė būsena. Sotinamosios šerdies atveju jų yra kelios, o grandinė gali šokti tarp jų. IEEE Technologijų naršyklė – Ferrorezonansas (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) aprašo keturis pagrindinius svyravimo režimus: pagrindinės dažnio ferrorezonansą tiekimo dažniu; subharmoninį ferrorezonansą tiekimo dažnio dalimi, dažniausiai viena trečdaliu; kvaziperiodinį ferrorezonansą su neteisingais bangos formomis; ir chaotišką ferrorezonansą be jokio pakartojimosi modelio. Šiuose režimuose ilgalaikės pernaptys gali pasiekti penkis–šešis kartus nominalų linijos įtampą, kas žymiai viršija tai, ką pasiskirstymo apvijos izoliacijos koordinavimas numato ilgalaikiam galios dažnio apkrovimui.

Du vienodų techninių duomenų lentelėse nurodytų vienetų gali elgtis visiškai skirtingai. Į kurį režimą grandinė įsisteigs, priklauso nuo induktyvumo, talpos, įtampos dydžio ir pradinių sąlygų – praktikoje tai reiškia, kad priklauso nuo tikslaus momento, kada užsidaro jungiklis. Todėl tyrimas, paremtas nominaliomis vertėmis, tai praleis, o tas pats jungimo veiksmas gali šimtą kartų vykti be problemų ir nepavykti šimtuoju pirmuoju kartu.

Jei šiuo metu dirbate su padėklo tipo specifikacija, mūsų inžinerijos komanda kartu su jumis peržiūrės pirminę grandinę prieš patvirtinant nominaliąją reikšmę. Išsiųskite mums vienos linijos schemą, ir mes kartu išnagrinėsime keturias sąlygas.

Keturios sąlygos, kurios turi sutapti

 

Fererezonansas yra kaprizus. Jam reikia keturių sąlygų vienu metu – nepakrauta antrinė grandinė, didelė pirminė talpa, asimetrinis vienfazė perjungimo operacija , taip pat šerdies sotinimas esant nedideliam viršįtampiui – būtent todėl jis niekada neatsiranda apkrovos srauto tyrimuose ir todėl jo taip sunku pasiekti bandymų skyriuje.

Būklė	Kodėl tai svarbu	Kur jis praktikoje pasireiškia
Nepakrauta arba silpnai apkrauta antrinė grandinė	apkrovos varža slopina svyravimus; tuščia antrinė grandinė visiškai neslopina svyravimų	Nauja gyvenamųjų namų dalis prieš įsikūrimą, sezoninis gamyklos sustabdymas, vienetas laikomas atsarginiu
Didelė pirminė talpa	Kabelio apvalkalo talpa vienetiniam ilgiui yra žymiai didesnė nei oro linijos	Ilga požeminė šakos linija, kylamasis kabelis, tinklo rūsys, kabeliu maitinama pramoninė paslauga
Nesimetriškas jungimas	Palieka vieną ar dvi fazes izoliuotas, bet vis tiek talpiniškai sujungtas su šaltiniu	Vienfaziai atjungikliai, vienas perdegęs saugiklis, vienpoliai automatiniai atjungikliai, alkūninio tipo jungiklių valdymas
Šerdies, kuri sotėja esant nedideliam viršįtampiui	Magnetinė induktyvumas žlunga, leisdama grandinei šokti tarp veikimo taškų	Šiuolaikinės mažų nuostolių šerdys ir konstrukcijos, kurios veikia aukštesniu magnetinio srauto tankiu

 

Pašalinus bet kurį iš keturių elementų reiškinys paprastai neprasideda. Tai naudinga dalis, nes tai reiškia, kad yra keturios atskiros vietos, kur galima šį reiškinį pašalinti – o pigiausias sprendimas beveik visada yra jungimo tvarka. Tai taip pat yra momentas, kai pokalbis turėtų pereiti nuo kainos pasiūlymo prie įrangos parinkimo, ir tai pirmasis dalykas, kurį žemėje montuojamų transformatorių gamintojas turėtų pakelti su jumis.

Ką tai daro vienetui, kol kas nors pastebi

 

Klaida, kurią įgula pirmiausia pastebi, dažniausiai yra virpesio arrestuotojas , o ne viduje baklo. Metalų oksidų apsaugos įtaisas yra varža, kuri tampa laidžia tik virš nustatytos įtampos. Ilgalaikė ferrorezonansinė perįtampa priverčia jį likti laidžiame būsenoje ir virškelia svyravimus į šilumą keraminėje dėžutėje, kurios dydis buvo nustatytas mikrosekundžių trukmės impulsams su nustatyta apkrovos ciklo norma. Eaton nuorodų duomenyse „Perįtampos apsauga skirstomiesiems transformatoriams, montuojamiems ant pamato“ (TC202005EN) riba nurodyta aiškiai: apsaugos įtaisai sumažina perįtampas, bet jų nešalina; kuo didesnė apsaugos įtaiso apkrovos ciklo norma, tuo daugiau laidžios medžiagos jame yra ir tuo ilgiau jis išlaiko perįtampą prieš sugenda. Švelnios apkrovos skirstomieji apsaugos įtaisai, visiškai tinkami nuo žaibų apsaugai, netinka minučių trukmės energijos per įprastą dažnį. Eaton nuorodų duomenys TC202005EN — Perįtampos apsauga skirstomiesiems transformatoriams, montuojamiems ant pamato (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)

Už pernapytuvio įrenginio žalos būna tylesnės ir sunkiau aptinkamos rutininėse patikrose. Izoliacinėse atramose matyti palydėjimo pėdsakai, kur vyko išbėgimas. Apvijų izoliacija prasiduria tame taške, kuriame viršūnės yra didžiausios, o skylė dažnai būna tokio dydžio, kad apvijų santykio bandymas vis dar sėkmingas. Šerdies temperatūra pakyla, nes magnetinis srautas labai viršija projektuotą reikšmę, o šiluma sutrumpina izoliacijos tarnavimo laiką. Dažniausiai pirmiausia sugenda pernapytuvio įrenginys, bet ne tik jis.

Yra taip pat simptomas, kuris visiškai nesusijęs su elektra. Įrenginys, veikiantis ferrorezonanso režimu, dažnai skleidžia žemos dažnio dūzgimą arba drebėjimą, kuris skamba kitaip nei įprastas magnetošrinkties ūžimas – netolygiai, netvarkingai ir pakankamai garsiai, kad technikų brigados pastebėtų jį dar prieš tai, kai įsijungtų bet kuris relės įrenginys. Laikykite tai signalu, o ne triukšmu.

 

Vienfazė perjungimo operacija yra veiksnys, kurį galite kontroliuoti

 

Iš keturių sąlygų asimetrinė perjungimo operacija yra vienintelė, kurią techninės specifikacijos parengėjas gali pašalinti nurodydamas vieną punktą. Vienfazė perjungimo operacija trifazės transformatorių banko – nepriklausomai nuo to, ar ji vykdoma naudojant atjungimo įtaisus, ar dėl vieno perdegusio saugiklio, ar taikant vienpolių automatinio įjungimo schemą – palieka transformatorių banką dalinai įkrautą ir talpiniškai sujungtą su šaltiniu, kas yra klasikinis iniciatorius kabelinėse skirstomosios sistemos grandinėse.

IEEE Std C57.105-2019 – vadovas dėl transformatorių jungčių taikymo trifazėse elektros sistemose – šias jungčių ir perjungimo sąveikas traktuoja kaip projektavimo aspektą, o ne kaip atsitiktinumą: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) šis standartas egzistuoja būtent todėl, kad transformatoriaus jungties ir aplinkinės grandinės sąveika nulemia, ar sistema veiks tinkamai ar netinkamai.

Tai, kas veikia lauke, yra neįspūdinga. Visas tris fazes jungti kartu su bendrai valdomu įrenginiu vietoj vienfazių atjungtuvų visur, kur konfigūracija tai leidžia. Ten, kur vienfaziai įrenginiai neišvengiami, per jungimo metus ant antrinės grandinės reikia palikti mažą nuolatinę aktyviąją apkrovą, kad svyravimai turėtų į ką išsisklaidyti. Kitas apsaugos lygmuo – slopinamasis rezistorius arba ferrorezonanso slopinimo grandinė, prijungta prie apvijos, ir virpesio arrestuotojas pasirinktas laikinoms pernaptims, o ne tik žaibui, yra paskutinis.

Nieko iš šių sprendimų nereikalauja eksotinės įrangos. Reikia, kad jungimo schema ir apsauginių varžtų naudojimo režimas būtų nustatomi tuo pačiu metu kaip ir transformatoriaus galios charakteristikos, o ne po to, kai jau įdėta kabelio linija.

Penki dalykai, kuriuos reikia įtraukti į prašymą pasiūlymui (RFQ)

 

Apvijų jungimo būdas ir įžeminimas. Nurodykite, ar priimtinas įžemintos žvaigždės formos pirminės grandinės variantas. Neįžemintos delta formos pirminė grandinė ilgoje kabelio linijoje yra rizikingiausia konfigūracija, o atsakymas į šį klausimą visiškai keičia pernaptys situaciją.

Pagrindinio jungiklio tipo aprašymas. Grupėje valdomas trijų fazių apkrovos jungiklis, trijų fazių pakartotinis įjungimas arba vienos fazės atjungimo įtaisai. Jei vienos fazės įtaisai yra neišvengiami, tai būtina nurodyti, nes tai keičia virpesio arrestuotojas pasirinkimas.

Užklausos klasę, veikimo ciklą, maksimalią nuolatinę viršįtampą (MCOV) ir laikinosios viršįtampos atlaikymą. „Užklausos įtrauktos“ – tai ne techninė specifikacija. Reikalaukite užklausos, pritaikytos laikinosios viršįtampos, o ne tik žaibo išlaikymui.

Kabelių sąrašas. Kiekvieno pirminio segmento laidininko skerspjūvio plotas, ilgis ir izoliacijos tipas. Apvalkalų talpa sudaro kitą rezonansinės grandinės dalį ir ji nepastebima įprastoje techninės charakteristikos lentelėje.

Antrinė slopinimo sistema. Ar ant antrinės grandinės per jungimo veiksmus bus palikta maža nuolatinė apkrova arba slopinimo varža ir kiek procentų nuo nominaliosios galios ji sudarys.

Ką prieš užsakymą klausia žemėje montuojamo transformatoriaus gamintojas

 

Bet kuriame projekte su ilgais pagrindiniais laidais pirmasis dokumentas, kurio prašome, nėra techninės charakteristikos lentelė. Tai vienos linijos schema su laidų ilgiais ir jungiklių išdėstymu, nes šie du elementai nusprendžia, ar per įtampų rizika yra nepastebima ar tikroji. A žemėje montuojamų transformatorių gamintojas kas kviečia tik iš transformatorių sąrašo, tas kviečia vienetą, o ne sprendimą.

Kiekvienas vienetas praeina standartinę bandymų seką, o tuomet įrašomi tuščiosios eigos nuostoliai ir magnetizuojančioji srovė. Šie du skaičiai yra įvestys, kurios paverčia ferrorezonanso klausimą ne nuomone, o skaičiavimu, ir mes juos perduosime jūsų konsultaciniam inžinieriui paklausus prieš siuntimą.

Ryan Electric gamina skirstomuosius ir galios transformatorius nuo 2007 m., naudodama 120 000 m² gamybos bazę, kurioje įrengta daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei įregistruota 37 patentai. Nuo 2023 m. įmonė veikia kaip oficiali Eaton bendroji įmonė, todėl mes laikome, kad peržengimo įrenginių (arrestorių) ir jungiklių derinimas priklauso transformatorių sričiai, o ne kito asmens problemoms.

Šiaurės Amerikoje dažnai pasitaikantis reiškinys statant gyvenamąsias teritorijas – mažas trijų fazių transformatorius (75 kVA–500 kVA), įrengiamas ilgos požeminės šakos gale, maitinamas vienfaziais atjungikliais ir aprūpinantis apkrovą, kuri iš tikrųjų dar neegzistuos kitais metais. Visos sąlygos iš sąrašo susidaro vienu metu, o objektas lieka neužpildytas mėnesiais. Kai projektuotojas pereina prie grupinio valdymo jungiklio ir palieka mažą aktyviąją apkrovą antrinėje pusėje paleidimo metu, peržengimo įrenginių (arrestorių) gedimai sustoja.

Jei nurodote žemėje montuojamas vienetas kabeliu maitinamoje sistemoje, prieš užsakymo patvirtinimą mums reikia išsiųsti vienos linijos schemą ir kabelių grafiką. Mes peržiūrėsime jungiklių išdėstymą, apsaugos nuo pernapyties įrenginių specifikaciją ir antrinį slopinimą pagal jūsų faktinę grandinę ir pranešime, kuriuos iš keturių sąlygų turite – ir kurias jau esate suprojektavę iš grandinės. Tai yra pokalbis, kurį žemėje montuojamų transformatorių gamintojas turėtų vesti su jumis prieš užsakymo patvirtinimą, o ne po to, kai pirmasis apsaugos nuo pernapyties įrenginys sugenda.

Apie autorių

Šį straipsnį parengė Ryan Electric transformatorių inžinerijos komanda. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) projektuoja ir gamina liejamosios droselės medžiagos bei VPI sausosios tipo transformatorius, skystojo dielektriko transformatorius ir žemėje montuojamas vienetus savo 120 000 m² gamybos bazėje, aptarnaudama duomenų centrų, pramonės, energijos tiekimo ir infrastruktūros projektus Šiaurės Amerikoje, Pietryčių Azijoje, Vidurio Rytuose ir Afrikoje.