Bezpieczniki i ochrona zwierząt w transformatorach umieszczanych na podstawie: lista kontrolna dla operatorów sieci energetycznych mająca na celu zmniejszenie liczby awarii

Zespół techniczny w centralnej części stanu Oklahoma otworzył w zeszłym listopadzie urządzenie umieszczone na betonowym fundamencie, które dwukrotnie odcięło zasilanie w ciągu jednego tygodnia. Transformator był sprawny. Wiewiórka połączyła izolowane elementy wysokiego napięcia, co spowodowało przepięcie i pozostawiło ślad węglowy, który powodował ponowne wyzwalanie przy każdym ponownym załączeniu. Dwa wyłączenia, jedno zwierzę, brak uszkodzeń uzwojeń oraz raport dotyczący niezawodności, który nadal wskazywał to urządzenie jako źródło problemu.

My produkujemy te urządzenia, więc należy podejrzewać istnienie przesądów. Jednak wzorzec jest trudny do zakwestionowania: większość zgłoszeń dotyczących urządzeń umieszczonych na betonowym fundamencie nie ma swojego źródła wewnątrz zbiornika. Znajduje się ono na granicy – w bezpieczniku chroniącym transformator oraz w przedziale zaprojektowanym tak, aby zapobiegać dostępowi dzikich zwierząt.

 

 

 

Dwa tryby uszkodzeń odpowiadające za większość zgłoszeń dotyczących urządzeń umieszczonych na betonowym fundamencie

Bezpieczniki transformatorów umieszczanych na zewnątrz (na podstawie) to pierwszy przypadek. Główny bezpiecznik jest jedynym urządzeniem stojącym między awarią wtórną a transformatorem, który w przypadku uszkodzenia wymaga wymiany w ciągu miesięcy. Jeśli jego wartość znamionowa jest za niska, otwiera się przy każdym włączeniu obciążenia po wyłączeniu zimnego – np. za każdym razem, gdy linia rozdzielcza ponownie się załącza po burzy. Jeśli natomiast wartość znamionowa jest za wysoka, charakterystyka bezpiecznika leży powyżej krzywej prądu zwarciowego przepływającego przez transformator, co oznacza, że transformator przejmuje awarie, które miał eliminować właśnie ten bezpiecznik.

Drugi przypadek to zwierzęta dzikie. Otworki w izolatorach, tarcze barierowe oraz szczelina pomiędzy pokrywą obudowy a komorą kablową stanowią potencjalne punkty wejścia. Szop przemieszcza się przez otwór o średnicy 75 mm, nie zwalniając tempa. Wąż w ogóle nie potrzebuje otworu, jeśli szafa ma rynnę kablową poniżej poziomu gruntu.

Żadna z tych awarii nie pojawia się podczas rutynowej przeglądarki projektu elektrycznego, ponieważ obie występują w przestrzeni między specyfikacją transformatora a ustawieniami ochrony zakładu energetycznego. Jako producent transformatorów typu pad-mounted , pytania, które docierają do nas w ostatnich dwóch tygodniach przed wysyłką, dotyczą niemal zawsze właśnie tych dwóch zagadnień.

 

Przeczytaj krzywą prądu awaryjnego przepływającego przez transformator przed zapoznaniem się z tabelą bezpieczników

Każda decyzja dotycząca rozmiaru bezpiecznika rozpoczyna się od krzywej, a nie od tabeli. Norma IEEE C57.109 określa, jak długo transformator zanurzony w cieczy może przenosić określony wielokrotnik prądu znamionowego, zanim zacznie gromadzić się uszkodzenie; zakres i stan tej normy znajdują się na stronie IEEE C57.109-2018 . Dokument zawiera krzywe koordynacji dla czterech kategorii transformatorów, przy czym krzywe te uwzględniają zarówno obciążenie cieplne, jak i naprężenia mechaniczne wywołane awarią w uzwojeniach.

Oto liczba ilustrująca to zagadnienie. Weźmy jednostkę o mocy 1 000 kVA z pierwotnym uzwojeniem trójkątnym 12,47 kV, wtórnym uzwojeniem 480 V oraz impedancją 5,75%. Prąd znamionowy strony pierwotnej wynosi 46 A. Prąd znamionowy strony wtórnej wynosi 1 203 A, a zwarcie trójfazowe w punkcie przyłączenia strony wtórnej generuje prąd ok. 20,9 kA przed uwzględnieniem impedancji kabli. Bezpiecznik musi wyłączyć to zwarcie zanim prąd po stronie pierwotnej, jaki „widzi” transformator, przekroczy krzywą C57.109, a ponadto musi wytrzymać prąd udarowy magnesowania przy kolejnym załączeniu.

Te dwa wymagania działają w przeciwnych kierunkach. To napięcie stanowi całość zadania i dlatego harmonogram bezpieczników skopiowany z poprzedniego projektu staje się ryzykiem, a nie skrótem.

 

Trzy liczby stoją za wyborem bezpiecznika typu bagnetowego.

Większość amerykańskich (północnoamerykańskich) transformatorów na słupie stosuje bezpieczniki typu bagnetowego NEMA Typ B w komorze wysokiego napięcia, a zakres prądów znamionowych dostępnych u większości operatorów sieci wynosi od 8 A do 200 A. Trzy liczby decydują, który z nich zostanie wybrany.

Prąd obciążenia pełnego. Obliczany na podstawie mocy znamionowej (kVA) i napięcia pierwotnego, a nie na podstawie rysunku jednostki, którą zastępuje. Wartość 46 A powyżej jest typowa dla transformatora 1000 kVA w sieci 12,47 kV.

Zapotrzebowanie przy zimnym starcie. Po awarii każdy termostat, sprężarka i napęd uruchamia się jednocześnie. Prąd udarowy w połączeniu z zapotrzebowaniem przy zimnym starcie może przez kilka dziesiątych sekundy osiągać wielokrotność prądu obciążenia pełnego – dlatego bezpiecznik ustawiony na 1,2 × prąd obciążenia pełnego staje się źródłem uciążliwych wyłączeń w chłodne poranki.

Koordynacja z górnym stopniem zabezpieczenia. Krzywa szybkiego działania odzyskiwacza musi zadziałać przed bezpiecznikiem w przypadku awarii tymczasowych, a bezpiecznik musi zadziałać przed krzywą wolnego działania odzyskiwacza w przypadku awarii trwałych. Gdy obie krzywe przecinają się w jednym punkcie na wykresie zależności czas–prąd, operator sieci otrzymuje najgorszy możliwy wynik: przepalenie się bezpiecznika przy awarii, którą odzyskiwacz mógłby usunąć.

W praktyce większość standardów operatorów sieci zakłada wartość prądu znamionowego bezpiecznika typu bayonet w zakresie od 1,5 do 2,5 razy prądu znamionowego pierwotnego (FLA), a następnie weryfikuje uzyskany wynik względem krzywej prądu awaryjnego przepływającego przez transformator. Ten zakres stanowi punkt wyjścia. Jednostka zasilająca duży silnik i jednostka zasilająca centrum handlowe nie mogą mieć tej samej odpowiedzi, a bezpieczniki transformatorów umieszczanych na zewnątrz (na podstawie) harmonogram powinien wskazywać, które założenie zostało przyjęte.

Jeszcze jeden szczegół, który nic nie kosztuje: poproś o krzywą bezpiecznika na tym samym arkuszu co krzywą uszkodzenia transformatora. Gdy obie te linie są wydrukowane razem, brak koordynacji jest widoczny w pięć sekund. Gdy znajdują się w osobnych dokumentach, staje się widoczny w trzecim roku.

 

Ochrona zwierząt dzikich to element specyfikacji, a nie akcesorium

Ochrona transformatora przed zwierzętami dzikimi zwykle traktowana jest jako osobny pozycja w zamówieniu, którą dostawca energii dodaje po umieszczeniu transformatora na fundamencie. Powinna ona znaleźć się w specyfikacji od samego początku, ponieważ najtańszym miejscem rozwiązania tego problemu jest linia produkcyjna.

Norma IEEE 1656 określa sposób testowania urządzeń ochronnych dla zwierząt dzikich pod kątem wydajności elektrycznej, mechanicznej oraz odporności na zużycie w systemach dystrybucji o napięciu do 38 kV, a także Rekord normy IEEE 1656-2010 jest odniesieniem, które należy cytować, gdy dostawca twierdzi, że pokrywa wytrzyma dziesięć lat na zewnątrz. Sekwencja testów odpowiada na to pytanie. Arkusz danych – nie.

Działające środki zmniejszające liczbę przerw w zasilaniu:

Zisolowane studzienki i pokrywy złączy. Dla jednostek o napięciu 15 kV i 25 kV – pokrywy, które pozostają na swoim miejscu nawet podczas ciągnięcia kabla, a nie typu nakładanego, który odpada przy pierwszym szkwałie wiatru.

Płyty barierowe między kompartmentami. Pełnej wysokości, montowany przed zamknięciem zbiornika. Zwierzę wspinające się, które dostanie się do wnętrza, nadal nie powinno dotrzeć do części pod napięciem.

Wentylacyjne otwory z osłoną. Stalowa siatka nierdzewna przy każdej klapie wentylacyjnej oraz u podstawy, dobrana tak, aby nie przepuściła sondy o średnicy 12 mm, a nie po prostu tak, jaką producent ma na stanie.

Uszczelnione połączenie rowu kablowego. Demontowalna siatka na wejściu do rowu kablowego stanowi różnicę między obudową a „autostradą” dla węży.

Żadna z tych czynności nie wiąże się ze znaczącym dodatkowym kosztem na etapie projektowania. Wszystkie wymagają jednak zespołu montażowego, zmiany w zamówieniu dostawczym oraz przerwy w zasilaniu w celu późniejszej modernizacji.

 

Jakie zmiany mają miejsce w fabryce

Ryan Electric produkuje transformatory rozdzielcze od 2007 roku na terenie o powierzchni 120 000 m², wyposażonym w ponad 180 zestawów urządzeń produkcyjnych i testowych oraz posiadającym 37 patentów. Od 2023 roku firma działa jako oficjalny partner joint-venture z Eatonem – certyfikat, którego wymagają przede wszystkim amerykańskie firmy energetyczne. Urządzenia mają certyfikat UL, mogą być wykonywane zgodnie z wymaganiami CSA C22.2 dla projektów kanadyjskich oraz są dostarczane z danymi testów rutynowych zgodnymi ze standardem IEEE C57.12.90 w pakiecie akceptacji fabrycznej.

Dla zamówień transformatorów typu pad-mount pakiet ochrony przed zwierzętami jest wbudowany w podstawowy projekt, a nie oferowany jako opcja: elementy zewnętrzne wykonane ze stali nierdzewnej AISI 316, złącza pokryte warstwą epoksydową, płyty barierowe montowane przed zamknięciem zbiornika oraz żaluzje zabezpieczone siatką sprawdzoną pod kątem przepuszczalności sondy o średnicy 12 mm. Jako producent transformatorów typu pad-mounted przedsiębiorstwo działające zgodnie z wymaganiami UL i CSA wolałoby omawiać szczegół konstrukcji siatki na etapie rysunków technicznych niż wyjaśniać wejście węża podczas uruchamiania instalacji.

Zabezpieczenie zapłonowe to miejsce, w którym producent transformatorów typu pad-mounted powinien zadawać najwięcej pytań. Chcemy studium ochrony dostawcy energii lub, w minimalnym zakresie, charakterystyk wyzwalania odciążaczy oraz dostępnej prądu zwarciowego na stacji transformatorowej. Jedno zamówienie opuściło naszą fabrykę z łącznikiem typu bayonet o prądzie znamionowym 200 A na jednostce o mocy 500 kVA, ponieważ schemat bezpieczników pochodził z większego projektu; problem wykryto podczas uruchamiania, a dwutygodniowe opóźnienie kosztowało więcej niż przewóz transformatora.

 

Krótka kontrolna lista przed zatwierdzeniem rysunku

Sześć punktów i większość problemów z ochroną stacji transformatorowych znika jeszcze przed opuszczeniem jednostki fabryki.

1. Prąd znamionowy obciążenia pierwotnego obliczony na podstawie mocy znamionowej (kVA) z tabliczki znamionowej i znamionowego napięcia sieci.

2. Wielkość bezpiecznika wynosi od 1,5 do 2,5-krotności prądu znamionowego obciążenia, a następnie sprawdzana jest zgodność z krzywą IEEE C57.109 przy dostępnym prądzie zwarciowym.

3. Profil poboru mocy po wyłączeniu potwierdzony danymi badawczymi dostawcy energii dotyczącymi obciążenia, szczególnie na liniach z ogrzewaniem elektrycznym lub obciążeniem nawadniającym.

4. Szybka i wolna krzywa odciążacza naniesione na ten sam wykres czas-prąd co krzywa bezpiecznika.

5. Pakiet ochrony zwierząt dzikich określony przez standard badawczy, a nie opis. Zapytaj o sekwencję testową IEEE 1656 lub jej odpowiednik.

6. Szczegóły barier i ekranów przedstawione na rysunku zatwierdzeniowym, w tym interfejs rowu kablowego.

 

 

 

Koszt popełnienia błędu

Nieprawidłowo skoordynowany bezpiecznik nie ulega spektakularnemu uszkodzeniu. Po prostu otwiera się, załoga wymienia go, a rejestr zapisuje chwilowe przerwanie zasilania. Powtórz to trzykrotnie na tym samym obwodzie w jednym sezonie – i dostawca energii wyda więcej na pracę i przełączenia niż kosztowałoby badanie koordynacji. ochrona transformatora przed zwierzętami dzikimi pakiet podlega tej samej logice obliczeniowej: ekran kosztuje kilkadziesiąt dolarów, natomiast węże na zaciskach wtórnych powodują utratę zasilania przez tydzień oraz konieczność wymiany jednostki pobranej ze slotu produkcyjnego już przydzielonego do zamówienia.

To jest argument za rozstrzygnięciem obu tych szczegółów już na etapie rysunku. producent transformatorów typu pad-mounted można zmienić płytę barierową jeszcze przed zamknięciem zbiornika niemal za darmo. Gdy jednostka już stoi na fundamencie, ta sama zmiana staje się modyfikacją w terenie, wiązaną z przerwą w zasilaniu.

Jeśli określasz jednostki rozdzielcze montowane na podstawie na okres dostawy w 2027 roku, szczegóły dotyczące ochrony i zwierzat dzikich warto uzgodnić już teraz. Czasy realizacji w fabryce są tak długie, że zmiana rysunku po jego wydaniu kosztuje tyle, ile nie kosztowała pięć lat temu.

 

Następny krok

Prześlij nam schemat jednoliniowy, charakterystyki przerywaczy automatycznych oraz prąd zwarciowy dostępny w miejscu montażu jednostki. Nasz zespół inżynierów przygotuje harmonogram bezpieczników oraz pakiet ochrony zwierzat dzikich dopasowany do Państwa standardów – zwykle w ciągu trzech dni roboczych.

O autorze

Ten artykuł przygotował zespół inżynierów ds. sprzedaży w firmie Ryan Electric (Ryan Electric), producencie transformatorów produkującym jednostki montowane na podstawie, suchego typu oraz z zanurzeniem w oleju dla operatorów sieci energetycznych oraz kontraktorów EPC w Ameryce Północnej, na Bliskim Wschodzie, w Azji Południowo-Wschodniej i w Afryce. Zespół wspiera projekty od etapu specyfikacji aż po testy akceptacyjne w fabryce. Pytania techniczne dotyczące tego artykułu można kierować do zespołu inżynierów ds. sprzedaży poprzez stronę ryantransformers.com.