Protecția împotriva suprasarcinii și a faunei sălbatice pentru transformatoarele montate pe platformă: o listă de verificare pentru operatorii de rețea, pentru reducerea întreruperilor

O echipă din centrul statului Oklahoma a deschis, în noiembrie trecut, o unitate montată pe suport care declanșase de două ori protecția alimentării într-o singură săptămână. Transformatorul era în stare bună. Un veveriță realizase un scurtcircuit între bornele de înaltă tensiune, provocând o descărcare electrică și lăsând o urmă de carbon care se reactiva la fiecare reînchidere automată. Două declanșări, un singur animal, zero defecțiuni ale înfășurărilor și un raport de fiabilitate care continua să indice unitatea ca fiind sursa problemei.

Noi construim aceste unități, așadar abordați această tendință cu rezervă. Totuși, modelul este greu de contestat: majoritatea apelurilor legate de unitățile montate pe suport, despre care ne cer informații, nu încep în interiorul carcasei. Ele apar la limita dintre componente, în siguranța care protejează transformatorul și în compartimentul conceput pentru a ține animalele sălbatice departe de acesta.

 

 

 

Două moduri de defect care explică majoritatea apelurilor legate de unitățile montate pe suport

Siguranțarea transformatoarelor montate pe suport este primul. Siguranța principală este singurul dispozitiv situat între o defectare secundară și un transformator care trebuie înlocuit, iar timpul de livrare se măsoară în luni. Dacă este dimensionată prea mică, se deschide la fiecare pornire a sarcinii reci, de fiecare dată când o linie se reînchide după o furtună. Dacă este dimensionată prea mare, rămâne deasupra curbei de defectare prin transformator, ceea ce înseamnă că transformatorul absoarbe defectările pe care siguranța trebuia să le elimine.

Al doilea este fauna sălbață. Găurile din izolatori, plăcile de separare și spațiul dintre acoperișul carcasei și compartimentul cablurilor sunt toate puncte de intrare. Un racoon traversează o deschidere de 75 mm fără să încetinească. O șarpe nu are nevoie deloc de o deschidere, dacă cabinetul are un canal pentru cabluri sub nivelul solului.

Niciuna dintre aceste defectări nu apare într-o revizuire rutinieră a proiectării electrice, deoarece ambele se situează între specificația transformatorului și setările de protecție ale operatorului de rețea. Ca producător de transformatoare montate pe soclu , întrebările care ajung la noi în ultimele două săptămâni înainte de expediere se referă aproape întotdeauna la aceste două aspecte.

 

Citiți curba de defect prin transformator înainte de a citi tabelul siguranțelor

Fiecare decizie privind dimensiunea siguranței pornește de la o curbă, nu de la un tabel. IEEE C57.109 definește durata pe care o poate suporta un transformator imers în lichid la un multiplu dat al curentului nominal înainte ca deteriorarea să înceapă să se acumuleze; domeniul de aplicare și starea actuală sunt prezentate pe Pagina IEEE C57.109-2018 . Ghidul prezintă curbe de coordonare pentru patru categorii de transformatoare, iar aceste curbe țin cont atât de solicitarea termică, cât și de efortul mecanic pe care un defect îl exercită asupra înfășurărilor.

Iată cifra care face acest lucru concret. Luați un transformator de 1.000 kVA cu înfășurare primară în conexiune triunghi la 12,47 kV, înfășurare secundară la 480 V și impedanță de 5,75%. Curentul nominal primar este de 46 A. Curentul nominal secundar este de 1.203 A, iar un defect în scurtcircuit la bornele secundare generează aproximativ 20,9 kA înainte de a lua în considerare impedanța cablurilor. Siguranța trebuie să elimine acest defect înainte ca curentul primar perceput de transformator să depășească curba C57.109, iar siguranța trebuie, de asemenea, să reziste la curentul de pornire (magnetizare) la următoarea punere sub tensiune.

Aceste două cerințe acționează în direcții opuse. Această tensiune reprezintă întreaga sarcină și este motivul pentru care un program de siguranțe preluat dintr-un proiect anterior constituie un risc, nu un atalaj rapid.

 

Cele trei numere care stau la baza alegerii unei siguranțe cu dop

Majoritatea transformatorilor montați pe suport din America de Nord folosesc o siguranță cu dop de tip NEMA B în compartimentul de înaltă tensiune, iar valorile nominale disponibile în stocul majorității operatorilor variază între 8 A și 200 A. Trei numere decid care valoare se alege.

Curentul la sarcină nominală. Calculat pe baza puterii aparente nominale (kVA) și a tensiunii primare, nu pe baza desenului unității înlocuite. Valoarea de 46 A menționată mai sus este tipică pentru 1.000 kVA într-o rețea de 12,47 kV.

Pornirea sarcinii reci. După o întrerupere, fiecare termostat, compresor și variator pornește simultan. Curenții de pornire combinați cu sarcina rece pot genera valori de câteva ori mai mari decât curentul la sarcină nominală, pentru fracțiuni de secundă; de aceea, o siguranță reglată la 1,2 × curentul la sarcină nominală devine o sursă de declanșări nedorite într-o dimineață rece.

Coordonarea cu elementele situate în amonte. Curba rapidă a reînchide­torului trebuie să acționeze înaintea siguranței pentru defectele temporare, iar siguranța trebuie să acționeze înaintea curbei lente a reînchide­torului pentru cele permanente. În cazul în care cele două curbe se intersectează într-un punct pe graficul timp–curent, operatorul obține cel mai nefavorabil rezultat posibil: o siguranță arsă la un defect pe care reînchide­torul l-ar fi putut elimina.

În practică, majoritatea standardelor utilizate de operatori stabilesc valoarea siguranței cu bayonet la 1,5–2,5 ori curentul nominal primar (FLA), apoi verifică rezultatul față de curba de defect prin transformator. Acest interval reprezintă un punct de plecare. O unitate care alimentează o sarcină mare cu motor și o unitate care alimentează un centru comercial nu necesită aceeași soluție, iar siguranțarea transformatoarelor montate pe suport programul ar trebui să indice presupunerea utilizată.

Un ultim detaliu fără cost: cereți curba siguranței pe același fișier ca și curba de deteriorare a transformatorului. Când aceste două curbe sunt imprimate împreună, o lipsă de coordonare este vizibilă în cinci secunde. Când se află în documente separate, aceasta devine vizibilă abia în al treilea an.

 

Protecția faunei este un element specificat, nu un accesoriu

Protecția transformatorului împotriva faunei este de obicei tratată ca un articol separat pe care o companie de distribuție îl adaugă după ce transformatorul este instalat pe suport. Acest element ar trebui să apară în specificații, deoarece cel mai ieftin loc în care se poate rezolva problema este linia de producție.

IEEE 1656 stabilește modul în care dispozitivele de protecție a faunei trebuie testate din punct de vedere electric, mecanic și al durabilității pe sisteme de distribuție cu tensiune până la 38 kV, iar Înregistrarea IEEE 1656-2010 este referința care trebuie citată atunci când un furnizor susține că o carcasă va rezista zece ani în exterior. Secvența de teste răspunde acestei întrebări. O fișă tehnică nu o face.

Măsurile care reduc efectiv numărul de întreruperi de alimentare:

Carcase și capace izolate pentru borne. La unitățile de 15 kV și 25 kV, capace care rămân fixate în timpul tragerii cablului, nu cele de tip „glisant”, care se desprind la prima furtună.

Plăci-barieră între compartimente. Înălțime completă, montat înainte de închiderea rezervorului. Un animal care se urcă și pătrunde în interior nu ar trebui să ajungă nici măcar la o parte sub tensiune.

Deschideri de ventilație ecranate. Plasă din oțel inoxidabil la fiecare jaluzea și la bază, dimensionată pentru a bloca o sondă de 12 mm, nu doar pentru a folosi ceea ce are fabricantul disponibil în stoc.

Interfață etanșată între canalele pentru cabluri. Un ecran detașabil la intrarea în canal face diferența dintre o carcasă și o autostradă pentru șerpi.

Niciunul dintre aceste elemente nu adaugă costuri semnificative în faza de proiectare. Toate ele necesită însă implicarea unei echipe, emiterea unei comenzi de comutare și o întrerupere a alimentării pentru montarea ulterioară.

 

Ce se modifică în fabrică

Ryan Electric produce transformatori de distribuție începând din 2007, pe un teren de 120.000 m², dotat cu peste 180 de seturi de echipamente de producție și testare, precum și cu 37 de brevete. Din 2023, compania operează ca partener oficial în cadrul unei întreprinderi comune cu Eaton, o calificare pe care utilitățile nord-americane o solicită, de obicei, în primul rând. Unitățile sunt certificate UL, pot fi realizate conform cerințelor CSA C22.2 pentru proiecte din Canada și sunt livrate cu datele testelor de rutină conform IEEE C57.12.90, incluse în pachetul de acceptare la fabrică.

Pentru comenzile de transformatori montați pe platformă, integrăm pachetul anti-sălbatice în concepția de bază, nu ca o opțiune suplimentară: elemente de fixare din oțel inoxidabil 316 pe carcasă, izolatoare acoperite cu epoxid, plăci de barieră montate înainte de închiderea rezervorului și jaluzele ecranate, verificate cu ajutorul unei sonde de 12 mm. Ca producător de transformatoare montate pe soclu operatori conform cerințelor UL și CSA, preferăm să discutăm un detaliu privind ecranarea în faza de desen tehnic, decât să explicăm prezența unei șerpi în momentul punerii în funcțiune.

Protecția prin siguranțe este punctul în care o producător de transformatoare montate pe soclu ar trebui să pună cele mai multe întrebări. Dorim studiul de protecție al operatorului de rețea sau, cel puțin, caracteristicile temporale ale întrerupătorului automat și curentul de scurtcircuit disponibil la postul de transformare. O comandă a părăsit uzina noastră cu un întrerupător automat de 200 A pe o unitate de 500 kVA, deoarece programul de siguranțe provenea dintr-un proiect mai mare; problema a fost descoperită în timpul punerii în funcțiune, iar întârzierea de două săptămâni a costat mai mult decât transportul transformatorului.

 

Un scurt checklist înainte de a aproba desenul

Șase linii, iar majoritatea problemelor de protecție pentru unitățile montate pe posturi dispar înainte ca unitatea să părăsească uzina.

1. Curentul nominal primar calculat din puterea nominală în kVA și tensiunea nominală a sistemului.

2. Dimensiunea siguranței între 1,5 și 2,5 ori curentul nominal, apoi verificată în raport cu curba IEEE C57.109 la curentul de scurtcircuit disponibil.

3. Profilul de pornire la rece confirmat cu datele de cercetare privind sarcina furnizate de operatorul de rețea, în special pe alimentatoarele cu încălzire electrică sau sarcină de irigații.

4. Curbele rapide și lente ale întrerupătorului automat trasate pe aceeași foaie de caracteristici timp-curent ca și siguranța.

5. Pachetul pentru protecția faunei specificat conform standardului de testare, nu conform descrierii. Solicitați secvența de testare IEEE 1656 sau una echivalentă.

6. Detaliile privind bariera și ecranul sunt indicate pe desenul de omologare, inclusiv interfața cu canalisul pentru cabluri.

 

 

 

Costul unei alegeri greșite

Un siguranță necoordonată nu cedează spectaculos. Se întrerupe, o echipă o înlocuiește și înregistrarea în jurnal indică o întrerupere tranzitorie. Repetați acest lucru de trei ori pe aceeași ramură într-o singură anotimp și compania de distribuție a cheltuit mai mult pe muncă și comutare decât ar fi costat studiul de coordonare. protecția transformatorului împotriva faunei pachetul urmează aceeași logică aritmetică: un ecran costă zeci de dolari, iar prezența unei șerpi pe bornele secundare generează o săptămână de serviciu pierdut plus înlocuirea unității, care trebuie extrasă dintr-un slot de producție deja alocat.

Acesta este argumentul pentru stabilirea ambelor detalii în stadiul desenului. O producător de transformatoare montate pe soclu schimbare a plăcii de barieră poate fi efectuată înainte de închiderea rezervorului, aproape fără cost. După ce unitatea este montată pe fundație, aceeași modificare devine o intervenție în teren, asociată cu o întrerupere a serviciului.

Dacă specificați unități de distribuție montate pe platformă pentru o fereastră de livrare în 2027, detaliile de protecție și pentru fauna sălbatică merită finalizate acum. Timpul de așteptare la fabrică este suficient de lung încât o schimbare a desenului după eliberare costă ceea ce nu a costat acum cinci ani.

 

Pasul următor

Trimiteți-ne diagrama cu o singură linie, curbele reînchizătorului și curentul de defect disponibil la platformă. Grupul nostru de inginerie va returna un program de siguranțe și un pachet pentru fauna sălbatică adaptat standardului dvs., de obicei în trei zile lucrătoare.

Despre autor

Acest articol a fost pregătit de grupul de inginerie de vânzări de la Ryan Electric, un producător de transformatoare care produce unități montate pe platformă, uscate și în ulei pentru utilități și contractori EPC în America de Nord, Orientul Mijlociu, Asia de Sud-Est și Africa. Grupul sprijină proiecte de la specificație până la testarea de acceptare la fabrică. Întrebările tehnice privind acest articol pot fi adresate echipei de inginerie de vânzări prin ryantransformers.com.