Transformatorius tunelių vėdinimui: kelio tunelių ir požeminių transporto sistemų vienetų nustatymas

Įrangos gedimas kelio tunelyje beveik niekada neprasideda šviesos grandinėje. Jis prasideda ventiliatoriuose. Techninis specialistas, atlikęs įrangos paleidimą, aiškiai aprašė šią seką: pirmoji skriejamųjų ventiliatorių grupė pradeda veikti tinkamai, antroji grupė taip pat veikia gerai, bet įjungus trečiąją grupę 480 V autobusas pradeda kristi, variklio valdymo įrenginys išsijungia dėl peržemos įtampos, o ventiliacija nukrenta į gedimo būseną dar prieš pradedant dūmų bandymą. transformatorius tunelių ventiliacijai buvo parinktas remiantis apkrovos sąrašu. Niekas nebuvo modeliavęs paleidimo proceso.

Tai yra nepatogus tunelių elektros tiekimo aspektas. Daugumą laiko apkrova būna nedidelė — kelios šimtų kilovatų apšvietimo, keli ventiliatoriai, keletas siurblių. Kelias sekundes keletą kartų per dieną ji visai nebūna nedidelė. O tas pats įrenginys, kuris ištveria variklio paleidimą, taip pat turi veikti ir tuo metu, kai ugnis dega tik keliolika metrų nuo jo. Variklio valdymo prietaisų harmonikos ventiliacijos varikliuose ir toliau veikti, kai ugnis dega keliolika metrų atstumu.

 

Kas iš tikrųjų apkrauna tunelio transformatorinę elektrinę

Tunelis yra maža pramoninė įmonė, ištempta kilometro ilgio betoninėje konstrukcijoje. Elektros apkrovą dominuoja ventiliacija, tačiau tai nėra vienintelė apkrova, o įvairios apkrovos elgiasi visiškai skirtingai. Vieno kVA skaičiaus patvirtinimas be jų atskyrimo yra daugumos techninių specifikacijų klaidų šaltinis.

Apkrova	Tipiškas diapazonas	Dutis	Kaip tai veikia matmenavimą
Skriejamasis ventiliatorius (ašinis, su varomuoju įrenginiu)	22–250 kW	Etapinis paleidimas/ sustabdymas, šimtai ciklų per metus	Užstrigusio rotoriaus srovė ir įtampos kritimas žemosios įtampos magistralėje
Tunelio ventiliacijos ventiliatorius	200–1000 kW	Tolyginis, atvirkštinamas dūmų ištraukimui	Didžiausias vienas variklis; dažniausiai nustato minimalų matmenų reikalavimą
Dūmų užtvarų valdymo įrenginiai ir valdymo sistemos	mažiau nei 10 kW	Tik avarinėms situacijoms, privalo išlaikyti padėtį	Maža apkrova, bet bendrauja tuo pačiu skydu ir UPS grandine
LED tunelių ir avarinė apšvietimo sistema	30–350 kW	Tolyginis, 100 % naudojimo trukmės koeficientas	Turiningas; padidina neutralinę srovę
Drenažo siurbliai	15–110 kW	Laikino veikimo, drėgnos aplinkos	Paleidimas prieš vandens stulpą; drėgmės prasiskverbimo rizika
Transformatorių pastatų vėdinimas ir drėgmės šalinimo įrenginiai	10–60 kW	Nuolatinis	Padidina aplinkos temperatūrą, kurioje yra pati transformatorius
SCADA, vaizdo stebėjimo sistemos (CCTV), ženklai	mažiau nei 20 kW	Nuolatinis	Reikalavimas tęsti važiavimą gaisro metu

Projektavimo nurodymai jau šiuos aspektus traktuoja kaip atskirus mokslus. FHWA kelio tunelių projektavimo nurodymai (https://www.fhwa.dot.gov/publications/focus/05nov/03.cfm) skiria atskiras skyrius vėdinimui, apšvietimui, gaisro prevencijai ir seisminei konstrukcijai – tačiau visi jie remiasi vienu apkrovos grafiku, o vieną transformatorių dažniausiai tenka apkrauti visu šiuo rezultatu.

 

Variklių paleidimas nustato minimalią apkrovą, o ne veikiamąją apkrovą

Veikiamoji apkrova yra paprastas skaičius. Pridėkite ventiliatorius, apšvietimą ir siurblius, taikykite įvairialyptį koeficientą, ir 1500 kVA vienetas atrodo labai didelis prieš 900 kVA tunelį. Tada pažvelkite į paleidimą.

Standartinis NEMA projektavimo B indukcijos variklis per tiesioginį paleidimą suvartoja maždaug šešis kartus didesnį srovės kiekį nei nominalioji srovė. Pavyzdžiui, 250 kW reaktyvinio ventiliatoriaus variklis 480 V įtampoje turi apytiksliai 300 A nominaliąją srovę, todėl užbloškto rotoriaus srovė siekia maždaug 1800 A ir išlaikoma du–keturis sekundžių laikotarpius, kol ventiliatorius pasiekia darbinį sukimosi dažnį. Jei po pusės sekundės paleidžiamas antras ventiliatorių blokas, transformatorius priverstas nešti apkrovą, kurios jis normalioje eksploatacijoje daugiau niekada nebebus patyręs. Būtent šis skaičius nulemia transformatoriaus techninės plokštelės duomenis.

Dvi parametrai nulemia, ar paleidimas yra leistinas: transformatoriaus procentinė varža ir maitinimo linijos varža. 5,75 % varžos transformatorius patikimai riboja trumpojo jungimo srovę, tačiau sukelia gilesnį įtampos kritimą prie variklio galų. 4 % varžos transformatorius sumažina įtampos kritimą, bet padidina galimą trumpojo jungimo srovę, kurią turi kompensuoti žemosios įtampos automatinio išjungimo įrenginio nominalioji srovė ir elektros skydo mechaninė tvirtinimo sistema. 700 m ilgio maitinimo linijoje, einančioje į tunelyje esantį ventiliatorių skyrių, laidų varža gali sukelti didesnį įtampos kritimą nei pats transformatorius.

Praktinė patirtis: mes atliekame pradžios skaičiavimą prieš tai, kai tunelio pasiūlymas palieka gamyklos teritoriją, o kai klientas išsiunčia tik krovinio sąrašą, mes jam grąžiname vieną klausimą – koks yra didžiausias variklis, kaip jis paleidžiamas ir koks yra jo kabelio ilgis? Šis vienas atsakymas pakeitė nurodytą transformatoriaus galios rodiklį daugiau tunelių projektų nei bet kuri kita eilutė grafike.

 

Kintamosios srovės valdymo įrenginių harmonikos keičia transformatoriaus apkrovą tunelio ventiliacijai

Beveik kiekvienas naujas skriejiklio ventiliatorius varomas kintamosios srovės valdymo įrenginiu, nes ventiliatorius, veikiantis 30 % našumo režimu neperpildymo valandomis, savo įrengimo išlaidas padengia tik energijos sąnaudomis. Šis įrenginys taip pat keičia tai, ką transformatorius „mato“ prie savo antrinės grandinės gnybtų.

Šešių impulsų variklio valdymo įrenginys suvartoja nesinusinę srovę, kurios bendroji harmoninė iškraipymo norma įprastai svyruoja nuo 25 % iki 45 % įėjime. Pagal IEEE 519 standartą įtampos iškraipymas magistralėje, kurios įtampa mažesnė nei 69 kV, negali viršyti 5 %, o srovės iškraipymo riba tampa griežtesnė, kai esama trumpojo jungimo srovės mažėja. Tuneliai yra nepatogioje šios kreivės pabaigoje: ilgos maitinimo linijos, santykinai silpnos energijos šaltinių galios ir keletas variklio valdymo įrenginių, maitinamų iš vienos antrinės magistralės.

Todėl transformatorius, kuris maitina tunelių ventiliacijos variklius, negali būti parinktas tik remiantis kVA reikšme. Harmoninė srovė sukelia sūkurines ir šalinės srovės nuostoles, dėl kurių apvijų karščiausio taško temperatūra pakyla aukščiau nei būtų esant sinusine apkrova su tuo pačiu matomuoju galingumu. Todėl liejimo dėžės transformatorius tunelių projektuose dažnai užsakoma transformatorius su K-faktoriaus reitingu, permatytu neutraliu laidu arba delta prijungimu, kuris „sulaiko“ trečiosios eilės harmonikas, kartu su apvijų temperatūros klasės reikšme, kuri palieka papildomą atsargą virš projektinės apkrovos.

Mūsų patirties pagrindu nustatyta taisyklė variklio valdymo įrenginiais maitinamoms tunelių skyrimo lentoms, kuriose Variklio valdymo prietaisų harmonikos vykdyti: imti sujungto variklio galios talpą, pridėti papildomą rezervą harmoniniams nuostoliams ir nurodyti apvijų temperatūros kilimo klasę vienu žingsniu aukščiau nei minimalios reikalavimai. Papildoma kaina įtraukiama į pasiūlymą. Klaidos kaina atsiranda septintaisiais metais.

 

 

Gaisrinė sauga nulemia technologiją, o ne kainą

Paklauskite, kodėl beveik kiekvienoje tunelyje esančioje transformatorinėje stotyje naudojama sausosios rūšies įranga, ir atsakymas nėra efektyvumas. Tai gaisrinė sauga. NFPA 502 (https://www.nfpa.org/codes-and-standards/nfpa-502-standard-development/502) nustato gaisrinės apsaugos ir gaisrinės gyvybės saugos reikalavimus kelio tuneliams, tiltams ir kitiems riboto prieigos greitkeliams; jame ventilacija laikoma kritine gyvybės saugos funkcija, kuri turi veikti net užsidegus gaisrui.

Šis reikalavimas tiesiogiai perduodamas transformatoriui. Skysčiu užpildytas transformatorius, įrengiamas tunelio viduje, reiškia degios skystos medžiagos, apsauginės sienelės, specialaus skydo ir papildomos gaisrinės izoliacijos būtinybę, todėl dauguma projektuotojų vengia šio sprendimo ir nurodo liejimo dėžės transformatorius viduje skylės arba šalia esančiame kambaryje. Produktų standartai aiškiai nurodo, kokiems reikalavimams toks įrenginys turi atitikti: IEEE C57.12.01 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.12.01/6775/) apima bendruosius sausųjų skirstomųjų ir galios transformatorių reikalavimus, o IEC 60076-11 apima sausųjų galios transformatorių iki 36 kV.

Vienas dalykas dažniausiai praleidžiamas: transformatorius yra tik tiek geras, kiek geras jo maitinimo laidynas. Kai avarinio vėdinimo grandinė turi išlaikyti savo vientisumą ugnies metu, laidai ir sujungimai taip pat turi išgyventi tas pačias sąlygas. Saviaiškinantis liepsnai cast resin transformatorius, prijungtas paprastais laidais, yra dažna ir brangi neatitiktis.

 

Tunelyje esanti aplinka veikia įrangą tyliu būdu

Tunelyje esantis oras yra drėgnas, dulkingas ir švelniai korozinis. Ventiliacijos šachte santykinė drėgmė dažnai viršija 85 %, stabdžių ir padangų dulkės nusėda ant kiekvienos horizontalios paviršiaus, o pakrantės tunelyje į mišinį pridedama chloridų. Šachtoje esanti aplinkos temperatūra vasarą gali siekti nuo 40 iki 45 °C, matuojama ne prie įėjimo, o tiksliai ten, kur iš tikrųjų stovi transformatorius.

Dėl to dėžėje užpiltos dėžės su apvyniotomis ritėmis veikia geriau nei sausosios tipų su apvyniotomis ritėmis, nes liejimo dėžės transformatorius liejimas hermetiškai užtveria ritę nuo drėgmės patekimo. Techninės specifikacijos vis tiek turi atitikti aplinkos sąlygas: prieškondensaciniai šildytuvai, IP reitingo terminalų dėžutė ir projektinė aplinkos temperatūra turi būti nustatyta remiantis šachtos, o ne regiono vidutinės oro temperatūros duomenimis.

Svarbus ir aukštis virš jūros lygio. 1500 m aukštyje transformatorius praranda beveik 9 % oro tankio, kuris reikalingas konvekciniam aušinimui, todėl vienetas, kuris išlaiko temperatūros kilimo bandymą jūros lygyje, automatiškai neprisitaiko kalnų trasos sąlygoms. Paprašykite tiekėjo nurodyti galiojančią našumo sumažinimą jūsų vietovės aplinkos temperatūrai ir aukščiui virš jūros lygio bei pateikti skaičiavimą, o ne bendrą kreivę – tai tas pats tikrinimas, kurį taikome kiekvienam transformatorius tunelių ventiliacijai mes kainuojame.

 

Ką prašome prieš kainuodami

Penki elementai nulemia tunelinio transformatoriaus našumą, kainą ir pristatymo terminą. Jei jie aiškiai nurodyti užklausoje, pasiūlymas dažniausiai grįžta teisingas jau pirmą kartą:

• Naštos grafikas su pažymėtu didžiausiu varikliu. Nurodykite jo paleidimo būdą ir kabelio ilgį nuo transformatorinės. Visi kiti duomenys išplaukia iš šio vieno įrašo.
• Variklio tipas ir kiekis. Šešių impulsų, dvylikos impulsų ar aktyvaus priekinio galo valdymo sistema, taip pat trumpojo jungimo srovė, kurią galima gauti žemosios įtampos magistralėje – tai nustato harmonikų atsarginę galimybę.
• Vietovės sąlygos. Projektuojamos aplinkos sąlygos, aukštis virš jūros lygio, drėgnumas ir seismologinė kategorija, taikoma trasai.
• Gaisro prevencijos strategija. Įranga tunelyje, specialioje transformatorinėje arba nuotolinėje vietoje – atsakymas nusprendžia, ar reikia sausosios ar skystosios izoliacijos transformatoriaus.
• Sertifikavimas ir naudingumo koeficiento tikslas. UL, CSA ar IEC bandymų ataskaitos ir naudingumo koeficiento lygis, kuris reikalaujamas paskirties šalyje.

Ryan Electric gamina sausosios ir alyvinių transformatorių tipų įrangą infrastruktūros ir pramonės projektams Šiaurės Amerikoje, Vidurio Rytuose ir Pietryčių Azijoje. Mūsų Jansu gamykla užima 120 000 m² ploto, joje yra daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos komplektų, o sertifikavimo portfelis apima UL, CSA, IEEE, DEKRA ir CNAS standartus. Nuo 2023 m. veikiame kaip Eaton bendradarbiavimo partneris, todėl mūsų bandymų ir kokybės dokumentacija patenka į išorinės auditorijos tikrinimo procesą, o ne į savivertinimą. Tunelio užsakymas traktuojamas taip pat kaip duomenų centro užsakymas: su vienetu siunčiami įprastiniai bandymų duomenys, temperatūros kilimo įrašai ir sertifikavimo dokumentai.

 

Siųskite apkrovos grafiką, o ne tik kVA reikšmę

Skaičius, kuris nusprendžia transformatorius tunelių ventiliacijai dažniausiai nėra pirmasis skaičius apkrovos sąraše. Išsiųskite mūsų inžinieriams apkrovos grafiką, didžiausios galios variklį, variklio valdymo tipą ir vietos sąlygas – ir gausite įvertinimą, harmonikų maržą bei apkrovos sumažinimo skaičiavimą, kurį galėsite pagrįsti projektavimo peržiūroje, o ne tik pavadinimo lentelę, pasirinktą remiantis patirtiniais taisyklėmis.

Apie autorių: Šį straipsnį parašė Ryan Electric inžinerijos komanda – transformatorių gamintoja Dziansu provincijoje, Kinijoje, nuo 2023 m. bendradarbiaujanti su Eaton kaip bendrosios veiklos partnerė ir tiekianti UL, CSA bei IEC sertifikuotus sausosios ir aliejinės transformatorius tunelių, metro, duomenų centrų bei energetikos projektams Šiaurės Amerikoje, Vidurio Rytuose ir Pietryčių Azijoje.