Ferrorezonanse padmontētajos transformatoros: ko ražotājs vēlas, lai specifikācijas izstrādātāji zinātu

 

Kā uz zemes montējama transformatora ražotājs , mēs vienmēr sastopamies ar to pašu kļūdu tajā pašā secībā. Uz montāžas plāksnes uzstādīta ierīce tiek nomainīta apkopēm. Kabelfāzes beigu pacēluma staba aizsargierīce iznāk no darba. Apkalpe nomaina aizsargierīci, ieslēdz ierīci un aizvietotā ierīce atkal iznāk no darba pēc dažiem mēnešiem — reizēm pat pēc dažām nedēļām. Paša transformatora pārbaudes visos ikdienas pārbaudēs ir pozitīvas. Neviens uzraksts uz datu plāksnītes nav nepareizs. To, kas iznīcina aizsargierīci, ir ferorezonanse, un gandrīz nekad tas nav aizsargierīces vaina.

Kas patiesībā ir ferorezonanse

 

Transformatora serdeņa induktivitāte nav lineāra. Zem piesātinājuma tās magnetizējošā reaktīvā pretestība ir augsta. Kad serdeņa piesātinājums tuvojas, šī reaktīvā pretestība krasji samazinās. Ja šādu komponentu ievieto ķēdē, kurā ir arī kapacitāte — piemēram, zemēs novietotas kabeļa apvalka kapacitāte, slēdža gradēšanas kapacitāte, izolācijas vāka vai kondensatoru baterijas kapacitāte — tad ieslēgšanas traucējumi var izraisīt svārstības, ko neviens no šiem elementiem atsevišķi nevarētu radīt.

Tas ir pilnīgs definīcijas apraksts, un tas arī skaidro, kāpēc ferrorezonanse transformatoros nav tīra rezonance, kuru aprēķina pēc vienādojuma XL = XC. Lineārā induktorā ir tikai viena rezonances frekvence un viens stacionārs stāvoklis. Savukārt piesātināmā serdenē ir vairākas rezonances frekvences, un ķēde var pārslēgties starp tām. IEEE Technology Navigator — Ferroresonance (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) apraksta četrus galvenos svārstību režīmus: pamatfrekvences ferorezonansi pie barošanas frekvences; apakšharmonisku ferorezonansi pie barošanas frekvences daļas, visbiežāk vienā trešdaļā; kvaziperiodisku ferorezonansi ar nevienmērīgiem vilnveida veidiem; un haotisku ferorezonansi bez jebkāda atkārtojuma rakstura. Ilgstošas pārsprieguma vērtības šajos režīmos var sasniegt piecas līdz sešas reizes nominālo līnijas spriegumu, kas ir ievērojami vairāk, nekā sadalīšanas tinuma izolācijas koordinācija paredz ilgstošai strāvas frekvences slodzei.

Divas vienādas marķējuma plāksnītes norādītas vienības var uzvesties pilnīgi citādi. Režīms, kurā ķēde stabilizējas, ir atkarīgs no induktivitātes, kapacitātes, sprieguma lieluma un sākotnējiem nosacījumiem — kas praksē nozīmē, ka tas ir atkarīgs no precīzā brīža, kad slēdzis aizveras. Tāpēc pētījums, kas balstīts uz nominālvērtībām, to neuztvers, un tāpēc viena un tā pati ieslēgšanas operācija var notikt bez problēmām simt reizes un neizdoties simt pirmo reizi.

Ja jūs šobrīd strādājat ar pie zemes montētu specifikāciju, mūsu inženieru komanda pirms nominālās vērtības noteikšanas kopā ar jums izskatīs galveno ķēdi. Nosūtiet mums vienas līnijas diagrammu, un mēs kopā ar jums pārbaudīsim četrus nosacījumus.

Četri nosacījumi, kas jāsakrīt

 

Ferorezonanse ir prasīga. Tai vienlaicīgi nepieciešami četri nosacījumi — neapslodēts sekundārais ķēdes posms, augsta galvenās ķēdes kapacitāte, asimetriska vienfāzu pārslēgšana , un serde, kas piesātinās pie neliela pārsprieguma — tieši tāpēc tā nekad nerādās slodzes plūsmas izpētē un tāpēc to tik grūti atkārtot testu telpā.

Stāvoklis	Kāpēc tas ir svarīgs	Vietas, kur tā parādās praksē
Neapslodēts vai viegli apslodēts sekundārais ķēdes posms	Slodzes pretestība nomāc svārstības; tukšs sekundārais ķēdes posms vispār nepiedāvā nomākšanu	Jauna apbūves daļa pirms iekārtošanas, sezonāla rūpnīcas apturēšana, vienība uzglabāta kā rezerve
Augsta galvenās ķēdes kapacitāte	Kabeļa izolācijas kapacitāte uz garuma vienību ir daudz lielāka nekā gaisa līnijai	Garš zemējumā novietots barošanas kabelis, pacēluma kabelis, tīkla kamera, kabeļa barotā rūpnieciskā piegāde
Nesimetriska ieslēgšana	Atstāj vienu vai divas fāzes izolētas, bet joprojām kapacitātiski saistītas ar avotu	Vienfāžu atslēgas, viens pārtraukts drošinātājs, vienpolu automātiskie atkārtoti ieslēgšanās ierīces, elkoņveida ekspluatācija
Serdes kodols, kas piesātinās pie mērenas pārsprieguma	Magnetizējošā induktivitāte sabrūk, ļaujot ķēdei pārslēgties starp darba punktiem	Mūsdienīgi zemu zudumu kodoli un konstrukcijas, kas darbojas augstākā magnētiskā plūsma blīvumā

 

Noņemiet jebkuru no četriem — un parādība parasti neuzsāksies. Tas ir noderīgākais aspekts, jo tas nozīmē, ka ir četri atsevišķi veidi, kā to novērst projektēšanas stadijā — un visbiežāk vislētākais risinājums ir ieslēgšanas shēma. Tas arī ir brīdis, kad saruna būtu jāpārnes no piedāvājuma uz izvēli, un tas ir pirmais jautājums, ko uz zemes montējama transformatora ražotājs vajadzētu uzdot jums.

Ko tas dara ar ierīci, pirms to kāds pamanīja

 

Pirmās kļūmes, ko apkalpe redz, parasti ir pie svītru novilcinātājs , nevis tvertnes iekšienē. Metāla oksīda atslēgierīce ir pretestība, kas kļūst vadītspējīga tikai virs tās nominālā sprieguma. Ilgstošs ferorezonans pārspriegums to piespiež palikt vadītspējīgā stāvoklī un pārvērš svārstības siltumā keramikas blokā, kura izmērs paredzēts mikrosekunžu impulsiem noteiktā darba ciklā. Eaton atsauces dati par pārspriegumu aizsardzību stacionāriem transformatoriem skaidri norāda robežu: atslēgierīces samazina pārspriegumus, bet tos neeliminē, un jo augstāks ir atslēgierīces darba cikls, jo vairāk vadītspējīgas vielas tajā ir un jo ilgāk tā iztur pārspriegumu pirms nolūž. Vieglās slodzes sadalīšanas atslēgierīce, kas ir pilnīgi piemērota zibens aizsardzībai, nav izmērota minūšu garumā ilgstošai strāvas frekvences enerģijai. Eaton atsauces dati TC202005EN — Pārspriegumu aizsardzība stacionāriem transformatoriem (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)

Aiz zemsprieguma aizsardzības ierīces bojājumi ir klusāki un grūtāk atrodamie rutīnas pārbaudē. Uz izolācijas vāka virsmas redzamas pārplūdes pēdas. Tinumu izolācija caururbjas tieši tajā vietā, kur svārstību amplitūda ir lielākā, un caururbšana bieži vien ir tik maza, ka tinumu attiecības pārbaude joprojām dod pieļaujamus rezultātus. Serdīte kļūst karsta, jo magnētiskā plūsma pārsniedz projektēto vērtību un siltums ir tas, kas saīsina izolācijas kalpošanas laiku. Zemsprieguma aizsardzības ierīces atteice parasti ir pirmais, bet ne vienīgais bojājums.

Ir arī simptoms, kas vispār nav saistīts ar elektrību. Vienība, kas darbojas ferorezonans režīmā, bieži rada zemas frekvences dūkošanu vai džinkstēšanu, kas atšķiras no normālās magnetostrīkcināšanas dūkošanas — tā ir nevienmērīga, neregulāra un pietiekami skaļa, lai to dzirdētu apkalpes pirms kāds relejs aktivizētos. Šo dūkošanu jāuztver kā brīdinājuma signālu, nevis kā traucējumu.

 

Vienfāzu pārslēgšana ir stimuli, ko jūs varat kontrolēt

 

No četrām apstākļu grupām asimetriska pārslēgšana ir vienīgā, ko specifikācijas izstrādātājs var novērst, iekļaujot vienu pozīciju specifikācijā. Vienfāzu pārslēgšana trīsfāzu transformatoru grupā — vai nu no atslēgējiem, viena sadeguša drošinātāja vai vienfāzu automātiskās atkārtotas ieslēgšanas shēmas — rada situāciju, kad transformatoru grupa ir daļēji pieslēgta pie barošanas avota un kapacitīvi saistīta ar to, kas ir klasiskais iniciators kabeļu barošanas izplatīšanas sistēmās.

IEEE Std C57.105-2019, norādījumi par transformatoru savienojumu pielietojumu trīsfāzu elektriskajās sistēmās, šos savienojumu un pārslēgšanas mijiedarbības aspektus uzskata par projektēšanas apsvērumu, nevis par negadījumu: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) . Šis standarts pastāv tieši tāpēc, ka transformatora savienojuma un tā apkārtējās ķēdes mijiedarbība nosaka, vai sistēma darbojas pareizi vai nepareizi.

Tas, kas darbojas praksē, ir neuzkrītošs. Ieslēdziet visus trīs fāžu vadienotājus vienlaicīgi, izmantojot grupas darbināmu ierīci, nevis vienfāžus atslēgšanas līdzekļus, kur vien konfigurācija to ļauj. Tur, kur vienfāžas ierīces ir neatvairāmas, uzturiet sekundārajā pusē nelielu pastāvīgu rezistīvo slodzi pārslēgšanas laikā, lai svārstības varētu izkliedēties. Nākamais aizsardzības līmenis ir dempferrezistors vai ferorezonances novēršanas shēma, kas pievienota tinumam, un svītru novilcinātājs izvēlētais pārsprieguma aizsardzības aparāts, kas paredzēts īslaicīgiem pārspriegumiem, nevis tikai zibens triecieniem, ir pēdējais.

Neviena no šīm pasākumiem nepieprasa eksotisku aprīkojumu. Nepieciešams vienlaicīgi noteikt pārslēgšanas shēmu un pārsprieguma aizsardzības aparāta ekspluatācijas režīmu kopā ar transformatora jaudas parametriem, nevis pēc tam, kad kabelis jau ir ievilkt.

Pieci punkti, ko iekļaut pieprasījumā piedāvājumu saņemšanai (RFQ)

 

Tinumu savienojums un zemēšana. Norādiet, vai piezemētais zvaigznveida primārais tinums ir pieļaujams. Nezināms delta primārais tinums garā kabeļa posmā ir augstākā riska konfigurācija, un atbilde uz šo jautājumu pilnībā maina pārsprieguma analīzi.

Galvenās pārslēgšanas ierīces tips. Grupveida trīsfāžu slodzes pārslēgšanas slēdzis, trīsfāžu atkārtota ieslēgšana vai vienfāžu izslēgšanas ierīces. Ja vienfāžu ierīces ir neizbēgamas, jānorāda, jo tās maina svītru novilcinātājs izvēli.

Uzraudzības ierīces klasi, ekspluatācijas režīmu, maksimālo nepārtrauktās sprieguma vērtību (MCOV) un īslaicīgā pārsprieguma izturību. "Uzraudzības ierīces iekļautas" nav specifikācija. Jāprasa uzraudzības ierīce, kas izvēlēta īslaicīgā pārsprieguma, nevis tikai zibens ietekmes uzraudzībai.

Kabeļu grafiks. Katram primārajam posmam – vadītāja izmērs, garums un izolācijas veids. Apvalka kapacitāte ir otra resonanses kontūra daļa, un tā nav redzama uz plāksnītes grafikā.

Sekundārā dempinga sistēma. Vai sekundārajā pusē pārslēgšanas laikā paliks pievienota mazas pastāvīgas slodzes vai dempinga pretestība un cik procentus no nominālvērtības tā veido.

Ko jautā pārvērtītāju ražotājs, kurš ražo uz zemes novietojamos transformatorus, pirms jūs pasūtat

 

Jebkurā projektā ar garām galvenajām kabeļu līnijām pirmais dokuments, ko mēs pieprasām, nav uzlīmes grafiks. Tas ir vienas līnijas diagramma ar kabeļu garumiem un slēdžu izkārtojumu, jo šie divi punkti nosaka, vai pārsprieguma risks ir neievērojams vai reāls. A uz zemes montējama transformatora ražotājs tas, kurš piedāvā cenu tikai no transformatoru saraksta, piedāvā vienību, nevis risinājumu.

Katru vienību pārbauda saskaņā ar standarta testu secību, un tukšgaitas zudumi un magnetizējošā strāva tiek reģistrēti šī procesa laikā. Šie divi skaitļi ir ievades dati, kas pārvērš ferorezonansi no viedokļa par aprēķinu, un mēs tos pirms piegādes nodosim jūsu konsultāciju inženierim pēc pieprasījuma.

Ryan Electric ražo sadalīšanas un spēka transformatorus kopš 2007. gada no 120 000 m² lielas ražošanas bāzes ar vairāk nekā 180 ražošanas un testēšanas iekārtu komplektiem un 37 patentiem. Kopš 2023. gada uzņēmums darbojas kā Eaton oficiālais kopuzņēmuma partneris, kas ir viena no iemesliem, kāpēc mēs arresteru un slēdžu koordināciju uzskatām par transformatora darbības jomu, nevis kāda cita uzdevumu.

Mūs bieži satiekama tendence Ziemeļamerikas apakšnodaļu projektos ir neliels trīsfāžu vienības — no 75 kVA līdz 500 kVA — garas zemējuma sānu līnijas beigās, ko baro caur vienfāžu izslēgšanas ierīcēm un kas nodrošina slodzi, kura pastāvēs tikai pēc gada. Visi uzskaitītie apstākļi ir klāt vienlaicīgi, un objekts ilgstoši paliek bez slodzes. Kad specifikācijas sagatavotājs pāriet uz grupveida darbināmu slēdzi un paliek neliela pretestības slodze sekundārajā pusē pie ieslēgšanas, arresteru atteices apstājas.

Ja jūs norādāt uz zemes montējamām ierīcēm kabeļu barošanas sistēmā, lūdzu, nosūtiet mums vienas līnijas diagrammu un kabeļu grafiku pirms pasūtījuma izdošanas. Mēs pārbaudīsim slēdžu izkārtojumu, aizsargiekārtu specifikāciju un sekundāro dempingu atbilstoši jūsu faktiskajai ķēdei un informēsim jūs, kuru no četrām iespējamām situācijām jūs esat radījuši — un kuru jau esat projektējuši ārā. Tas ir dialogs, ko uz zemes montējama transformatora ražotājs vajadzētu vest ar jums pirms pasūtījuma izdošanas, nevis pēc pirmās aizsargiekārtas bojājuma.

Par autoru

Šo rakstu sagatavoja Ryan Electric transformatoru inženieru komanda. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) projektē un ražo litas sveķu un VPI sausās tipa transformatorus, eļļas pildītos transformatorus un uz zemes montējamās ierīces savā 120 000 m² lielajā ražošanas bāzē, nodrošinot datu centrus, rūpniecības, komunālos un infrastruktūras projektus Ziemeļamerikā, Dienvidaustrumāzijā, Vidusrietumu reģionā un Āfrikā.