Transformatora izmēru noteikšana elektrodzinēja palaišanai: sprieguma kritums, bloķētā rotora strāva un pretestība skaidrota

Transformatora izmēru noteikšana elektrodzinēja palaišanai: sprieguma kritums, bloķētā rotora strāva un pretestība skaidrota

 

Pirms trim kvartāliem GOLFA reģionā esoša pārtikas apstrādes rūpnīca mums nosūtīja vienas līnijas shēmu, kurā trīs 200 ZS dzinēji bija pieslēgti vienam 1000 kVA transformatoram un visi tika palaidi tieši pie tīkla. Transformators atbilda darba slodzei ar rezervi. Pirmajā dienas palaišanā radās avārija: 480 V barošanas līnijas spriegums kritās tik daudz, ka līnijas kontaktori atvērās, dzinējs nekad nepanāca pilnu ātrumu un rūpnīca gaidīja elektriķi. Nekas nebija salauzts. transformatora izmēru aprēķināšana dzinēja palaišanai vienkārši nebija veikta.

Šis trūkums ir parasts un dārgs. Dzinēja datu plāksnīte norāda jaudu zirgspēkos un pilnas slodzes strāvu. Tajā nav norādīts kVA lielums, ko transformatoram jāpiegādā sekundes laikā, kamēr rotors paātrinās — un šis skaitlis, nevis darba slodze, parasti ir tas, kas nosaka, vai barošanas līnija uzturēs spriegumu.

 

 

 

Kāpēc dzinēja palaišana ir transformatora problēma

 

Darbības režīmā darbojošs motors un startēšanas režīmā darbojošs motors ir divi dažādi slodzes veidi, kuriem ir vienāds marķējums. Darbības režīmā indukcijas motors patērē strāvu, kas ir tuvu pilnas slodzes strāvai, un jaudas koeficients ir aptuveni 0,85–0,9; slodze galvenokārt ir aktīvā jauda. Nekustīgā stāvoklī rotoru impedances vērtība kritīgi samazinās, strāva palielinās līdz aptuveni seškāršai pilnas slodzes strāvai NEMA Design B motoram, un jaudas koeficients samazinās līdz aptuveni 0,15–0,3.

Startēšanas režīmā darbojošs motors patērē gandrīz tikai reaktīvo strāvu. Transformatoram un barošanas sistēmai tas izskatās kā liela induktivitāte, kas vienlaicīgi ieslēgta, un tieši reaktīvā strāva rada sprieguma kritumu transformatora impedancē.

Šeit ir tā daļa, ko lielākā daļa pircēju neievēro: šis nav motora defekts, un to nevar novērst ar labāku izolācijas klasi, ko piedāvā motora piegādātājs. Sprieguma kritums ir sistēmas īpašība. Tas ir atkarīgs no attiecības starp motora startēšanas kVA un transformatora īssavienojuma jaudu, kas nozīmē transformatora izmēru aprēķināšana dzinēja palaišanai specifikācijas lēmumu, ko pieņem transformatora puses zīmējumā.

Tas pats fizikālais notikums nosaka standartu, no kura abi puses izmanto. NEMA MG 1 katram motoram piešķir bloķētā rotora kVA kodu burtu un definē starta veiktspēju, uz kuru lietotāji var paļauties — noderīgs atsauces materiāls, kad piegādātāja jautājums pārvēršas par līguma jautājumu. NEMA Motoru un ģeneratoru standartu programma publicē šo dokumentu.

 

Starta slodzes nolasīšana no motora tipskartiņas

 

Koda burts ir ātrākais veids, kā iegūt bloķētā rotora kVA bez motora datu lapas.

Tas pārvērš jaudu vatos tieši par bloķētā rotora kVA, un tas norādīts katrā NEMA motora tipskartiņā.

 

Koda burts	Bloķētā rotora kVA uz vienu zirgspēku
E	4,5 – 4,99
F	5,0 – 5,59
G	5,6 – 6,29
H	6,3 – 7,09
J	7,1 – 7,99
K	8,0 – 8,99

 

Mērogs ir no A līdz V un paaugstinās ar katru burtu, tāpēc K koda motors prasa aptuveni par 60 % vairāk no transformatora nekā F koda motors ar to pašu jaudu. 200 ZS vienība ar F kodu prasa 1000–1118 kVA starta slodzi; tā pati 200 ZS vienība ar K kodu prasa 1600–1798 kVA. Burtu nolasi no faktiskās uzlīmes, nevis no kataloga, jo tas ir vienīgais skaitlis, kas patstāvīgi ietekmē izmēru noteikšanas secinājumu.

Vēl trīs svarīgi parametri jānorāda kopā ar to:

• Starti stundā. Katrs starts ir termisks notikums gan motorā, gan transformatora tinumā. Motoru ražotāji publicē atļauto startu skaitu stundā grafiku, un transformatoram jāiztur tāds pats ekspluatācijas režīms.
• Ielādes momenta raksturlīkne. Centrifūgāts sāk darbu gandrīz bez slodzes; slodzes konveijers, pozitīvās pārvietošanas kompresors vai augstas inercijas ventilators var palikt paātrināšanas joslā tik ilgi, ka tas ir būtiski.
• Palaišanas metode. Tiešā pieslēgšana tīklam, autotransformators, zvaigzne-delta, mīkstā palaišana un mainīgās frekvences vadība katrs rada citu strāvas profilu transformatoram.

 

Transformatora izmēru noteikšana motoru palaišanai: Aprēķins, ko katram RFQ vajadzētu iekļaut

 

Vidējais aprēķins ir pietiekami īss, lai to veiktu manuāli. Transformatora īsslēguma jauda ir tā kVA, dalīta ar relatīvo pretestību; palaišanas kVA, dalīta ar šo jaudu un izteikta procentos, dod aptuveno sprieguma kritumu:

%Sprieguma kritums ≈ (Motora palaišanas kVA × Transformatora %Z) ÷ Transformatora kVA

Aprēķins veikts ūdens sūknēšanas stacijas gadījumā ar 5,75 % pretestību, kad viens 200 ZS F koda motors tiek palaidis, kamēr citi divi darbojas:

 

Transformators	Īsslēguma jauda	Palaišanas kVA	Aprēķinātais kritums
500 kVA	8 696 kVA	1 060 kVA	12.2%
750 kVA	13 043 kVA	1 060 kVA	8.1%
1 000 kVA	17 391 kVA	1 060 kVA	6.1%

 

Izceļas trīs punkti. Pirmkārt, kritums mainās gandrīz lineāri atkarībā no transformatora kVA, tāpēc izmēra izvēle ir vienlaikus arī krituma izvēle. Otrkārt, impedance pati par sevi ir regulēšanas līdzeklis: pie 500 kVA impedances samazināšana no 5,75 % līdz 4,0 % samazina kritumu aptuveni līdz 8,5 %, neiekupot lielāku vienību. Treškārt, šis ir tikai iepriekšējs pārbaudes aprēķins, nevis aizstājējs pilnīgai analīzei. Tajā netiek ņemta vērā elektroenerģijas piegādātāja avota impendace un jau darbojošās dzinēju slodzes barošanas līnijā, un abas šīs sastāvdaļas palielina faktisko kritumu — tāpēc rezultātam jāatstāj drošības rezerve, nevis jāuzskata tas par galīgo skaitli.

Veiciet to pašu aprēķinu katram dzinējam, kas var tikt palaidis, kad rūpnīca darbojas pilnā slodzē, un pēc tam — vēlreiz sliktākajai ticamajai kombinācijai. Elektroenerģijas piegādātāji un konsultanti veiks pilnu analīzi; transformatora piegādātājs, kurš nevar atkārtot šo pārbaudi, piedāvā kVA vērtību, nevis sistēmu.

 

Cik liels sprieguma kritums ir pieļaujams un kas patiesībā izraisa izslēgšanos

 

Vairumā rūpniecisku projektu izmanto ekrāna mērķi – sprieguma kritumu 10 % vai mazāku pie dzinēja kontaktiem startēšanas laikā. Atsevišķā barošanas līnijā, kur nekāds jutīgs iekārtas elements neatrodas kopējā barošanas sistēmā, reizēm pieļaujams 15 % kritums, taču šo lēmumu rūpnīcas elektroinženierim vajadzētu pieņemt rakstiski, nevis atklāt to komisionēšanas laikā.

Ierobežojums ir stingrāks nekā dzinējam nepieciešams tāpēc, ka dzinējs reti ir pirmais, kas reaģē uz problēmu:

• Kontaktori parasti ir vērtēti, lai uzturētu savu stāvokli līdz aptuveni 85 % no sprieguma uz tinumu, tāpēc 15 % sprieguma kritums var izraisīt startera atvēršanos, kuru pats dzinējs būtu pārcietis.
• Mainīgās frekvences piedziņas un barošanas avoti sprieguma kritumu pārvar tikai tik ilgi, cik ilgi ilgst to līdzstrāvas barošanas līnijas uzglabāšanas laiks.
• Citai aprīkojuma aizsardzībai paredzētie zemsprieguma releji bieži ir iestatīti tā, lai izslēgtos jau pie vairāk nekā 20 % sprieguma krituma, kas pārvērš startēšanu par rūpnīcas mēroga izslēgšanos.
• Pakalpojumu sniedzēja mirgošanas ierobežojumi var ierobežot atkārtotas startēšanas iespēju kopīgā barošanas sistēmā, pat ja visi objektā esošie slodzes elementi sprieguma kritumu iztur.

Dzinēja aizsardzība startēšanas laikā ir pati par sevi atsevišķa tēma, un nozares atsauce ir IEEE 3004.8 – Ieteicamā prakse dzinēju aizsardzībai rūpnieciskajās un komerciālajās elektroenerģijas sistēmās , kurā apskatīta startēšana, barošanas avota pārslēgšana un zemsprieguma aizsardzība gan kontakttāpļu, gan slēdžu vadītajiem startieriem.

 

Specifikāciju lēmumi, kas faktiski novērš sprieguma kritumu

 

Kad skaitļi ir uz galda, iespējas pašas sakārtojas pēc izmaksām un blakusparādībām.

• Iegādāties vairāk kVA. Tieši proporcionāli, vienkārši, un tas arī paaugstina pieejamo īsslēguma strāvu, kas var likt pārskatīt apakšējo līmeņa iekārtu reitings.
• Norādīt zemāku impedanci. Efektīvi, bet zemāks %Z nozīmē augstāku īsslēguma strāvu un lielākas mehāniskās spēles tinumos īsslēguma gadījumā. To jānorāda kā mērķi ar norādītu pieļaujamo novirzi, nevis kā vēlēšanos.
• Lielajam dzinējam piešķirt atsevišķu transformatoru. Izolācija bieži ir lētāka nekā pārmērīgi liela koplietota ierīce, un tā novērš procesa caurulē traucējumus, ko izraisa sūkņa palaišana.
• Izvēlieties palaišanas metodi apsvērti. Autotransformatora palaidējs ar 65 % atzarojumu samazina līnijas strāvu aptuveni līdz 42 % no tiešās pieslēgšanas līnijai, jo gan momenta, gan līnijas strāva mainās proporcionāli pieliktais sprieguma kvadrātam. Zvaigzne-delta palaišana nodrošina aptuveni vienu trešdaļu no tiešās pieslēgšanas līnijai strāvas. Mīkstais palaidējs vai vadības ierīce nodrošina visgludāko palaišanas profilu, taču pievieno savus harmonisko svārstību un aizsardzības uzdevumus transformatoram.
• Pārbaudiet termisko slodzi, ne tikai sprieguma kritumu. Atkārtotas palaišanas sakarsē tinumus. Transformators, kas iztur vienas palaišanas aprēķinu, var tomēr neatbilst prasībām, kas paredz sešas palaišanas stundā pilnā apkājēs temperatūrā.
• Nesagaidiet, ka dzinēja efektivitāte palīdzēs. NEMA Premium dzinējs samazina darbības zaudējumus — tāpēc ASV Enerģētikas departaments uztur savu Motoru sistēmu resursu programmu — taču tas nenamazina bloķētā rotora kVA . Sākuma veiktspēja un darbības efektivitāte ir atsevišķas uzlīmes specifikācijas.

Piezīmējiet atšķirību no ieslēgšanas strāvas pārsprieguma. Reaktora izraisītā strāva, kas izraisa barošanas pārtraucēja aktivizēšanos, kad tiek ieslēgts neobligāts transformators, ir atsevišķs parādības veids ar savām specifikāciju sekām, ko aplūkojam mūsu rokasgrāmatā par transformatora iekšējā strāvas pieplūde . Abi parādās vienā projektā; neviens no tiem netiek atrisināts ar otru.

 

Kā Ryan Electric risina motoru slodzes projektus

 

Ryan Electric (Džjanšu Ryan Electric Co., Ltd.) ražo transformatorus kopš 2007. gada un kopš 2023. gada darbojas kā Eaton oficiālais kopuzņēmuma partneris. Rūpnieciskie projekti ar lielu motoru skaitu parasti ierodas kā enerģijas transformators vai sadalīšanas transformatora prasība ar noteiktu impedances mērķvērtību un pievienotu sākšanas slodzi, un tieši šī daļa ir tā, uz kuru mūsu inženieri veltī savu laiku piedāvājumā.

Lielākā daļa darba ir priekšgalā. Mēs pieprasām dzinēja grafiku — jaudu (zirgspēkos), koda burtu, spriegumu un startēšanas metodi — pirms sniedzam kVA vērtību, jo impedances izvēle un tinumu konstrukcija balstās uz aprēķiniem, nevis kataloga lapu. transformatora izmēru aprēķināšana dzinēja palaišanai aprēķins, nevis kataloga lapa. Tur, kur projektam nepieciešama noteikta impedances josla, neparasta tapu diapazona vai divu spriegumu sekundārā puse, šī konstrukcija tiek veikta tādā pašā pielāgotā inženierijas procesā, kā to darām rectifier un krāsns ekspluatācijai. Sertifikāciju nodrošina UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS un CE, un katrs vienības eksemplārs tiek piegādāts ar rutīnas testu datiem — attiecība, tinumu pretestība, impendance, tukšgaitas zudumi, slodzes zudumi un dielektriskie testi — lai komisijas komanda varētu pārbaudīt piegādāto impedances vērtību pret to skaitli, uz kura balstījās izpēte.

 

 

 

Ko iekļaut pirkuma pieprasījumā (RFQ)

 

Pieci punkti pārvērš nekonkrētu vaicājumu par kvotējamu transformatora specifikāciju:

• Dzinēja grafiks ar jaudu (zirgspēkos), NEMA koda burtu, spriegumu un dizaina burtu vai IEC startēšanas klasi.
• Startēšanas metode un rezultējošais līnijas strāvas profils.
• Nepieciešamais startu skaits stundā un vides projektētā temperatūra.
• Pieļaujamais sprieguma kritums un vai jau ir veikta motoru palaišanas analīze.
• Pieejamā avārijas strāva primārajā pusē, lai varētu koordinēt impedanci un pārtraukšanas raksturlielumus.

Nosūtot šos piecus punktus, transformatora piedāvājums vairs netiks salīdzināts tikai pēc cenām, bet arī pēc pieņēmumiem. Ja jums ir motorsaraksts un vienas līnijas shēma, nosūtiet tos mums caur mūsu kontaktu lapu un mūsu inženieru komanda atgriezīs ieteikumu par kVA un impedanci kopā ar sprieguma krituma aprēķinu.

Par autoru — Šo rokasgrāmatu sagatavoja vidējās sprieguma transformatoru inženieru komanda uzņēmumā Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd., kas ir sauszemes, eļļas piesūcinātu, uz pamatnes montējamu un kompaktāko apakšstaciju produktu ražotājs Nantungā, kā arī oficiāls Eaton kopuzņēmuma partneris kopš 2023. gada. Komanda atbalsta rūpnieciskos, komunālos un infrastruktūras projektus — no specifikāciju pārskatīšanas līdz rūpnīcas pieņemšanas testiem — un strādā ar transformatoru projektēšanu 10 kV līdz 110 kV klasei.