Плавкие предохранители и защита от дикой природы для трансформаторов, устанавливаемых на фундаменте: контрольный перечень для коммунальных служб с целью сокращения отключений

Бригада в центральной Оклахоме открыла наземный блок в прошлом ноябре; за одну неделю он дважды отключился по линии питания. Трансформатор находился в исправном состоянии. Белка замкнула высоковольтные вводы, произошёл пробой, и остался углеродный след, вызвавший повторный пробой при каждом автоматическом повторном включении. Два отключения, одно животное, нулевых повреждений обмоток — и при этом отчёт о надёжности всё ещё указывает на этот блок как на источник проблемы.

Мы производим такие блоки, поэтому следует с подозрением относиться к этой предвзятости. Однако выявленную закономерность трудно оспорить: большинство вызовов по наземным блокам, о которых нас просят расследовать, не начинаются внутри бака. Они возникают на границе — в предохранителе, защищающем трансформатор, и в отсеке, призванном препятствовать проникновению диких животных.

 

 

 

Два режима отказа, объясняющих большинство вызовов по наземным блокам

Плавкое предохранительное устройство для трансформатора, установленного на основании является первым. Основной предохранитель — это единственное устройство, стоящее между вторичным повреждением и трансформатором, который придётся заменять с периодом поставки, измеряемым месяцами. Если его номинал слишком мал, он срабатывает при включении холостой нагрузки каждый раз, когда фидер повторно включается после шторма. Если номинал слишком велик, характеристика предохранителя располагается выше кривой сквозного повреждения, а значит, трансформатор принимает на себя повреждения, которые должен был устранить предохранитель.

Второе — это дикие животные. Вводы для проходных изоляторов, барьерные щиты и зазор между крышей корпуса и кабельным отсеком — всё это точки проникновения. Енот проходит через отверстие диаметром 75 мм, не снижая скорости. Змея же вообще не нуждается в отверстии, если в шкафу имеется кабельный канал ниже уровня грунта.

Ни один из этих видов отказов не выявляется при стандартном электротехническом проектировании, поскольку оба находятся в «пространстве» между техническими характеристиками трансформатора и настройками защиты энергоснабжающей организации. Как производитель трансформаторов в герметичном корпусе , вопросы, поступающие к нам за последние две недели до отгрузки, почти всегда касаются именно этих двух пунктов.

 

Прочтите кривую сквозного тока перед тем, как обращаться к таблице предохранителей

Каждое решение о выборе номинала предохранителя основывается на кривой, а не на таблице. Стандарт IEEE C57.109 определяет, как долго трансформатор с масляным охлаждением может выдерживать заданный кратный ток нагрузки до начала накопления повреждений; область применения и статус указаны на Странице стандарта IEEE C57.109-2018 . В руководстве представлены кривые координации для четырёх категорий трансформаторов; эти кривые учитывают как тепловую нагрузку, так и механическое напряжение, вызываемое коротким замыканием в обмотках.

Вот конкретный пример. Возьмём трансформатор мощностью 1000 кВА с первичной обмоткой, соединённой «треугольником», напряжением 12,47 кВ, вторичным напряжением 480 В и импедансом 5,75 %. Номинальный первичный ток составляет 46 А. Номинальный вторичный ток — 1203 А, а ток трёхфазного короткого замыкания на вторичных зажимах приблизительно равен 20,9 кА до учёта импеданса кабеля. Предохранитель должен отключить это короткое замыкание до того, как первичный ток, протекающий через трансформатор, пересечёт соответствующую кривую по стандарту C57.109, а также должен выдержать бросок намагничивающего тока при следующем включении.

Эти два требования действуют в противоположных направлениях. Именно это напряжение и составляет всю суть задачи, а также объясняет, почему расписание плавких предохранителей, скопированное с предыдущего проекта, представляет собой рискованное решение, а не ускорение процесса.

 

Три цифры, лежащие в основе выбора штыревого предохранителя

Большинство североамериканских наземных трансформаторных подстанций используют штыревой предохранитель типа B по стандарту NEMA в высоковольтном отсеке, а номиналы, имеющиеся в наличии у большинства энергоснабжающих организаций, находятся в диапазоне от 8 А до 200 А. Выбор конкретного номинала определяется тремя параметрами.

Ток полной нагрузки. Рассчитывается по номинальной мощности в кВА и первичному напряжению, а не по чертежу заменяемого устройства. Указанный выше ток 46 А типичен для трансформатора мощностью 1000 кВА в системе с первичным напряжением 12,47 кВ.

Пусковой ток после отключения питания. После отключения питания термостаты, компрессоры и приводы одновременно запускаются заново. Пусковые токи в сочетании с токами холодного пуска могут в течение нескольких десятых долей секунды превышать ток полной нагрузки в несколько раз — именно поэтому предохранитель, рассчитанный на ток, равный 1,2 от тока полной нагрузки, создаёт ложные срабатывания при запуске в прохладное утро.

Согласование с вышестоящими защитами. Быстрая характеристика автоматического выключателя-повторного включения должна сработать до плавкой вставки при временных повреждениях, а плавкая вставка — до медленной характеристики автоматического выключателя-повторного включения при постоянных повреждениях. Если на графике зависимости времени от тока эти две кривые пересекаются в одной точке, эксплуатирующая организация получает наихудший возможный результат: перегорание плавкой вставки при повреждении, которое автоматический выключатель-повторное включение мог бы устранить.

На практике большинство стандартов эксплуатирующих организаций предусматривают номинал плавкой вставки с байонетным креплением в диапазоне от 1,5 до 2,5 раз превышающем первичный ток полной нагрузки (FLA), после чего проверяют полученный результат по кривой сквозного повреждения. Этот диапазон служит отправной точкой. Устройство, питающее крупный двигатель, и устройство, питающее торговый центр, не могут иметь одинаковое решение, и плавкое предохранительное устройство для трансформатора, установленного на основании график должен указывать, какое допущение было использовано.

Ещё одна деталь, не требующая затрат: запросите кривую плавкой вставки на том же листе, что и кривую повреждения трансформатора. Когда эти две линии напечатаны вместе, нарушение согласования видно за пять секунд. Когда они находятся в отдельных документах, оно становится заметным только на третий год.

 

Защита дикой природы — это элемент технического задания, а не аксессуар

Защита трансформатора от дикой природы обычно рассматривается как отдельная позиция, которую энергоснабжающая организация добавляет после установки трансформатора на фундамент. Однако она должна входить в техническое задание, поскольку наиболее экономичное место для её реализации — заводской цех.

Стандарт IEEE 1656 определяет методы испытаний устройств защиты дикой природы по электрическим, механическим и эксплуатационным характеристикам на распределительных сетях с номинальным напряжением до 38 кВ, а также Документ IEEE 1656-2010 является эталонным источником, на который следует ссылаться, когда поставщик утверждает, что крышка выдержит десятилетнюю эксплуатацию на открытом воздухе. Последовательность испытаний даёт ответ на этот вопрос. Спецификация — нет.

Меры, которые действительно снижают количество отключений:

Изолированные колодцы и крышки для вводов. Для блоков на 15 кВ и 25 кВ — крышки, надёжно фиксирующиеся даже при протяжке кабеля, а не съёмные типы, которые срывает первый сильный ветер.

Перегородочные доски между отсеками. Полная высота, установка до закрытия бака. Даже если вовнутрь проникнет животное-лазун, оно не сможет добраться до токоведущих частей.

Вентиляционные отверстия с защитной решёткой. Нержавеющая сетка на каждой жалюзи и у основания, размер ячейки — 12 мм (а не произвольный, какой есть у изготовителя на складе).

Герметичный стык кабельного лотка. Съёмная решётка на входе в лоток — это разница между герметичным корпусом и «шоссе» для змей.

Никакие из этих мер не увеличивают затраты на этапе проектирования. Но их доустановка требует выезда бригады, оформления заказа на переключения и планового отключения.

 

Что меняется на заводе

Компания Ryan Electric производит распределительные трансформаторы с 2007 года на площадке площадью 120 000 м², оснащённой более чем 180 комплектами производственного и испытательного оборудования и обладающей 37 патентами. С 2023 года компания действует в качестве официального партнёра по совместному предприятию с Eaton — этот статус является первым, о чём обычно спрашивают североамериканские энергоснабжающие организации. Устройства сертифицированы по стандарту UL, могут изготавливаться в соответствии с требованиями CSA C22.2 для канадских проектов и поставляются с данными рутинных испытаний по стандарту IEEE C57.12.90 в составе пакета заводского приёма.

Для заказов на наземные трансформаторы (pad-mount) комплект защиты от диких животных интегрируется в базовую конструкцию, а не предлагаются как опция: крепёжные элементы из нержавеющей стали марки 316 на корпусе, вводы с эпоксидным покрытием, барьерные доски, устанавливаемые до закрытия бака, и жалюзи с защитой от проникновения предмета диаметром 12 мм. производитель трансформаторов в герметичном корпусе работая в соответствии с требованиями UL и CSA, мы предпочитаем обсудить детали защиты сетки ещё на стадии чертежей, а не объяснять проникновение змеи во время ввода в эксплуатацию.

Выбор предохранителей — это тот этап, где производитель трансформаторов в герметичном корпусе должен задавать наибольшее количество вопросов. Нам нужен отчёт о защите от коммунальной компании или, как минимум, кривые работы разъединителя и доступный ток короткого замыкания на опоре. Один заказ покинул наш завод с байонетным предохранителем на 200 А на блоке мощностью 500 кВА, поскольку расписание предохранителей было взято из более крупного проекта; это обнаружили во время ввода в эксплуатацию, и двухнедельная задержка обошлась дороже стоимости доставки трансформатора.

 

Краткий контрольный перечень перед утверждением чертежа

Шесть пунктов — и большинство проблем с защитой наземных блоков исчезают ещё до того, как устройство покидает завод.

1. Расчёт первичного тока полной нагрузки по номинальной мощности (кВА) на шильдике и номинальному напряжению сети.

2. Размер предохранителя — от 1,5 до 2,5 от тока полной нагрузки, затем проверка по кривой IEEE C57.109 при доступном токе короткого замыкания.

3. Профиль включения холостой нагрузки подтверждён данными исследований нагрузки коммунальной компании, особенно на фидерах с электрическим отоплением или ирригационной нагрузкой.

4. Быстрые и медленные кривые разъединителя нанесены на один и тот же график зависимости времени от тока совместно с кривой предохранителя.

5. Комплект оборудования для защиты от дикой природы определяется стандартом испытаний, а не описанием. Запросите последовательность испытаний по стандарту IEEE 1656 или эквивалентный документ.

6. Подробности барьера и экрана указаны на чертеже утверждения, включая стык кабельного лотка.

 

 

 

Стоимость ошибки

Неправильно согласованный предохранитель не выходит из строя катастрофически. Он просто размыкается, бригада заменяет его, а журнал фиксирует кратковременное отключение. Повторите это три раза на одном фидере в течение одного сезона — и энергоснабжающая организация потратит на рабочую силу и переключения больше, чем стоила бы проверка согласования. защита трансформатора от дикой природы комплект оборудования следует той же логике: стоимость экрана составляет десятки долларов, тогда как змея, попавшая на вторичные клеммы, приводит к неделе потери обслуживания плюс замена блока, изъятого из зарезервированного производственного цикла.

Вот почему оба этих вопроса целесообразно решить уже на стадии чертежа. производитель трансформаторов в герметичном корпусе можно заменить барьерную доску до закрытия бака практически бесплатно. После установки устройства на фундамент та же замена превращается в полевую модификацию с обязательным отключением.

Если вы указываете распределительные устройства наземного исполнения для поставки в 2027 году, вопросы защиты и обеспечения безопасности дикой природы стоит решить уже сейчас. Сроки изготовления на заводе достаточно велики, поэтому изменение чертежа после выпуска обходится дороже, чем пять лет назад.

 

Следующий шаг

Направьте нам однолинейную схему, кривые автоматических выключателей-повторителей и доступный ток короткого замыкания на месте установки. Наша инженерная группа подготовит график предохранителей и комплект мер по защите дикой природы, соответствующий вашим стандартам, обычно в течение трёх рабочих дней.

О авторе

Эта статья подготовлена группой инженеров по продажам компании Ryan Electric (Ryan Electric), производителя трансформаторов, выпускающего распределительные устройства наземного исполнения, сухие и масляные трансформаторы для энергоснабжающих организаций и подрядных компаний EPC в Северной Америке, на Ближнем Востоке, в Юго-Восточной Азии и в Африке. Группа поддерживает проекты на всех этапах — от технических требований до заводских приемо-сдаточных испытаний. Технические вопросы по данной статье можно направить команде инженеров по продажам через сайт ryantransformers.com.