EN
Som en produsent av plattmonterte transformatorer , vi opplever samme feil i samme rekkefølge gang på gang. En padmontert enhet byttes ut for vedlikehold. Avlederstangen på enden av kablen svikter. Arbeidsmannskapet bytter ut avlederen, setter enheten i drift igjen, og erstatningen svikter på nytt innen få måneder – noen ganger allerede innen få uker. Transformatoren selv viser ingen feil ved alle rutinemessige tester. Ingen opplysninger på typeskiltet er feil. Det som ødelegger avlederen, er ferroresonans – og det er nesten aldri avlederens feil.
Hva ferroresonans faktisk er
En transformator-kjerne er ikke en lineær induktor. Under metning er dens magnetiserende reaktans høy. Når kernen nærmer seg metning, faller denne reaktansen kraftig. Plasser en komponent med slik oppførsel i en krets som også inneholder kapasitans — for eksempel skjermkapasitansen i en underjordisk kabel, gradueringskapasitansen i en bryter, kapasitansen i en gjennomføring eller et kondensatorbank — og en bryteforstyrrelse kan føre kretsen inn i en svingning som ingen av elementene alene kunne ha produsert.
Det er hele definisjonen, og det forklarer også hvorfor ferroresonans i transformatorer ikke er den ryddige resonansen du beregner fra XL = XC. Med en lineær induktor finnes det én resonansfrekvens og én stabil tilstand. Med en metningsbar kjerne finnes det flere slike frekvenser, og kretsen kan hoppe mellom dem. IEEE Technology Navigator — Ferroresonance (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) beskriver fire hovedsakelige svingemoder: ferroresonans ved grunnfrekvensen ved nettets frekvens; subharmonisk ferroresonans ved en brøkdel av nettets frekvens, vanligvis en tredjedel; kvasi-periodisk ferroresonans med uregelmessige bølgeformer; og kaotisk ferroresonans uten noen gjentakende mønster i det hele tatt. Vedvarende over-spenninger i disse modene kan nå fem til seks ganger nominell linjespenning, noe som langt overstiger det som isolasjonskoordineringen for en distribusjonsvikling antar for vedvarende spenning ved nettfrekvens.
To enheter med identiske navneskilt kan oppføre seg fullstendig annerledes. Den moden en krets stabiliserer seg i, avhenger av induktans, kapasitans, spenningsstørrelse og startbetingelser — noe som i praksis betyr at den avhenger av nøyaktig det øyeblikket bryteren lukkes. Derfor vil en analyse basert på nominelle verdier gå glipp av dette, og derfor kan samme bryteoperasjon gå feilfritt hundre ganger og likevel mislykkes ved den hundreogførste.
Hvis du for tiden arbeider med en spesifikasjon for en plattformmontert transformator, vil vårt ingeniørteam gjennomgå hovedkretsen sammen med deg før vurderingen fastsettes. Send oss diagrammet over énlinjekretsen, og vi vil gå gjennom de fire betingelsene sammen med deg.
De fire betingelsene som må samsvare
Ferroresonans er kravfull. Den krever fire betingelser samtidig – en ubelastet sekundær, høy primærkapasitans, asymmetrisk enfasebryting og en kjerne som går i metning ved en moderat overbelastning – noe som forklarer hvorfor den aldri dukker opp i en belastningsflytanalyse og hvorfor den er så vanskelig å reprodusere i et testrom.
| Tilstand | Hvorfor det er viktig | Hvor den oppstår i praksis |
| Ubeltastet eller svakt belastet sekundær | Lastmotstanden demper svingningen; en tom sekundær gir ingen demping i det hele tatt | Ny boligutbygging før innflytting, sesongmessig nedleggelse av anlegg, enhet lagret som reserve |
| Høy primærkapasitans | Kabelskjørtets kapasitans per lengdeenhet er langt høyere enn for en luftlinje | Lang underjordisk tilførselskabel, oppstigende kabel, nettverkskumme, kabelmatet industriell tilkobling |
| Asymmetrisk bryting | Gjør at én eller to faser blir isolert, men er fortsatt kapasitivt koblet til kilden | Enfaseavbrytere, én blåst sikring, enfaseautomatisk gjenopptakere, albueoperasjon |
| Kjerne som mettes ved beskjeden overbelastning | Magnetiserende induktans kollapser og lar kretsen hoppe mellom driftspunkter | Moderne kjerner med lav tap og konstruksjoner som opererer ved høyere flukstetthet |
Fjern én av de fire, og fenomenet vil vanligvis ikke starte. Det er den nyttige delen, fordi det betyr at det finnes fire separate steder der man kan utforme bort fenomenet – og billigste løsning er nesten alltid bryteanordningen. Det er også det punktet der samtalen bør gå fra et anbud til en valgprosess, og det er det første en produsent av plattmonterte transformatorer burde ta opp med deg.
Hva det gjør med enheten før noen merker det
Feilen som et mannskap oppdager først, er vanligvis ved overspenningsvern , ikke inne i tanken. En metall-oxid-avleder er en motstand som kun blir leder over sin nominelle spenning. En vedvarende ferroresonans-over-spenning holder den i ledermodus og omformer svingningen til varme inne i en keramisk blokk som er dimensjonert for mikrosekund-lange impulsbelastninger ved en definert driftssyklus. Eatons referansedata om overspenningsbeskyttelse for bakkeplasserte transformatorer uttrykker grensen tydelig: avledere reduserer overspenninger, men eliminerer dem ikke, og jo høyere driftssyklus avlederen har, jo mer ledende materiale er til stede, og jo lengre tid vil den tåle en overspenning før den svikter. En lavbelastningsdistribusjonsavleder som er fullt egnet for lyn er ikke dimensjonert for minutter med strømfrekvens-energi. Eatons referansedata TC202005EN — Overspenningsbeskyttelse for bakkeplasserte transformatorer (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)
Bak lynavlederen er skaden stille og vanskeligere å oppdage ved en vanlig test. Skuffeoverflater viser sporing der overslag fant sted. Vindingisolasjonen gjennomborres på det punktet der svingningen når sitt maksimum, og gjennomboringen er ofte så liten at en viklingsforholdstest fortsatt gir godkjent resultat. Kjernen blir varm, fordi fluksen går langt utenfor designverdien, og varme er det som forkorter levetiden til isolasjonen. Lynavlederfeil er vanligvis den første skaden, ikke den eneste.
Det finnes også et sympton som ikke er elektrisk i det hele tatt. En enhet i ferroresonans produserer ofte en lavfrekvent brumming eller risting som høres annerledes enn normal magnetostrinksjonsbrumming — uregelmessig, ujevn og så høylytt at mannskapet merker den før noen relé utløses. Behandle den som et signal, ikke som en plage.
Enfasebryting er utløseren du kan kontrollere
Av de fire forutsetningene er asymmetrisk bryting den eneste som en spesifikasjonsansvarlig kan fjerne med én enkelt spesifikasjonspost. Enfasebryting av en trefaset transformatorbank — enten fra skillebrytere, én blåst sikring eller et enkelpolet reavslutningssystem — etterlater banken delvis strømført og kapasitivt koblet til kilden, noe som er den klassiske utløseren i kabelfeedede distribusjonssystemer.
IEEE Std C57.105-2019, veiledningen for anvendelse av transformatorforbindelser i trefasede elektriske systemer, behandler disse forbindelses- og bryteinteraksjonene som en konstruksjonsvurdering snarere enn en uhell: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) . Standarden finnes nettopp fordi interaksjonen mellom en transformatorforbindelse og kretsen rundt den avgjør om et system oppfører seg korrekt eller feil.
Det som fungerer i feltet er ikke spektakulært. Slå av alle tre faser samtidig med en fellesbetjent enhet i stedet for enkeltfaseavbrytere der konfigurasjonen tillater det. Der enkeltfaseenheter er uunngåelige, beholde en liten permanent resistiv belastning på sekundærsiden under veksling, slik at svingningene har noe å dempe seg i. En dempingsmotstand eller en krets for undertrykkelse av ferroresonans over viklingen er neste nivå, og en overspenningsvern valgt for midlertidig overpenning i stedet for bare lyn er den siste.
Ingen av disse tiltakene krever eksotisk utstyr. De krever at vekslingsskjemaet og avlederens driftssyklus bestemmes samtidig som transformatorverdien, i stedet for etter at kablene allerede er lagt.
Fem ting å inkludere i anbudsførespørselen
Viklingsforbindelse og jording. Angi om en jordet Y-primær er akseptabel. En ikke-jordet delta-primær på en lang kabellengde er den risikofylteste oppstillingen som finnes, og svaret endrer hele bildet av overpenninger.
Hovedbryterens type. Tre-fase belastningsbryter med manuell betjening, tre-fase gjenkobling eller enkeltfase avskjæringsbrytere. Hvis enkeltfase brytere er uunngåelige, må dette angis, fordi det endrer overspenningsvern utvalg.
Begrensersklasse, driftssyklus, maksimal kontinuerlig driftsspenning (MCOV) og evne til å tåle midlertidig over-spenning. «Begrenser inkludert» er ikke en spesifikasjon. Etterspør en begrenser dimensjonert for midlertidig over-spenning, ikke bare lyn.
Kabelplan. Leiderstørrelse, lengde og isolasjonstype for hvert primært segment. Skjermkapasitans er den andre halvdelen av resonanskretsen, og den er usynlig på et navneskiltplan.
Sekundær demping. Om en liten permanent belastning eller en dempingsmotstand vil være koblet til sekundærsiden under skifting, og hvor mange prosent av nominell effekt den utgjør.
Hva en produsent av plattmonterte transformatorer spør om før du bestiller
På ethvert prosjekt med lange primære kabellengder er det første dokumentet vi ber om ikke navneskiltplanen. Det er énlinjediagrammet med kabellengder og bryteroppsett, fordi disse to elementene avgjør om overspenningsrisikoen er neglisjerbar eller reell. A produsent av plattmonterte transformatorer den som tilbyr utelukkende basert på transformatorlisten, tilbyr en enhet, ikke en løsning.
Alle enheter gjennomgår en standard testsekvens, og tomgangstap og magnetiseringsstrøm registreres underveis. Disse to verdiene er inndata som gjør at et ferroresonansspørsmål går fra å være en mening til å bli en beregning, og vi vil sende dem til din rådgivende ingeniør før levering, på forespørsel.
Ryan Electric har produsert distribusjons- og krafttransformatorer siden 2007, fra en produksjonsanlegg på 120 000 m² med over 180 sett med produksjons- og testutstyr samt 37 patenter. Siden 2023 har selskapet vært en offisiell fellesforetakspartner av Eaton, noe som blant annet forklarer hvorfor vi behandler overspenningsvern og bryterkoordinering som en del av transformatoromfanget i stedet for som noen andres problem.
Et mønster vi ser gjentatte ganger på nordamerikanske boligfeltprosjekter er en liten trefaseenhet — 75 kVA til 500 kVA — plassert på enden av en lang underjordisk sideledning, matet gjennom enfaseavbrytere, og som skal betjene en belastning som ikke vil eksistere før neste år. Alle forholdene på listen forekommer samtidig, og området står ubelastet i flere måneder. Når prosjektereren bytter til en gruppebetjent bryter og lar en liten resistiv belastning forbli på sekundærsiden under igangsetting, opphører feilene på overspenningsvernet.
Hvis du spesifiserer plattformmonterte enheter på et kabelført system, send oss én-linjediagrammet og kabelforsendelsesplanen før bestillingen legges inn. Vi vil vurdere bryteroppsettet, overspenningsvernspesifikasjonen og sekundær demping i forhold til din faktiske krets, og informere deg om hvilken av de fire betingelsene du har – og hvilken du allerede har utformet bort fra. Det er den samtalen en produsent av plattmonterte transformatorer burde ha med deg før bestillingen legges inn, ikke etter at det første overspenningsvernet svikter.
Om forfatteren
Denne artikkelen ble utarbeidet av Ryan Electric sitt transformatoringeniørteam. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) designer og produserer gipsstøpte og VPI tørre transformatorer, oljeisolate transformatorer og plattformmonterte enheter ved sitt produksjonsanlegg på 120 000 m², og leverer til datacentre, industrielle anlegg, kraftforsyningssystemer og infrastrukturprosjekter i Nord-Amerika, Sørøst-Asia, Midtøsten og Afrika.