Transformer para sa Ventilasyon ng Tunnel: Pagtukoy ng mga Yunit para sa mga Tunnel ng Daan at Underground Transit

Ang pagkabigo ng kagamitan sa isang road tunnel ay halos hindi kailanman nagsisimula sa lighting circuit. Nagsisimula ito sa mga fan. Isang commissioning engineer ang naglarawan sa amin ng pagkakasunod-sunod nito sa simpleng salita: ang unang bank ng jet fan ay nagsisimula nang malinis, ang ikalawang bank ay maayos pa, ngunit kapag pumasok ang ikatlong bank, bumaba ang 480 V bus, na-trigger ang drive dahil sa undervoltage, at bumaba ang ventilation papasok sa fault bago pa man magsimula ang smoke test. Ang transformer para sa ventilasyon sa tunnel ay hinati batay sa listahan ng load. Walang sinuman ang gumawa ng modelo para sa pag-start.

Iyan ang kakaiba sa kuryenteng tunnel. Karamihan ng oras, ang karga ay katamtaman lamang — ilang daang kilowatt ng ilaw, ilang bentilador, at ilang bomba. Ngunit sa loob ng ilang segundo, ilang beses sa isang araw, hindi na ito katamtaman. At ang parehong yunit na kumakarga habang nagsisimula ang motor ay kailangan ding tumagal habang may apoy na sumusunog sa ilang metro lamang ang layo. Mga harmonic ng VFD sa mga bentilador ng hangin at patuloy na gumagana habang umaapoy ang isang lugar sa loob ng ilang metro lamang ang distansya.

 

Ano ang Tunay na Nagpapabigat sa Substation ng Tunnel

Ang isang tunnel ay isang maliit na planta ng industriya na hinahabla sa loob ng isang kilometrong beton. Ang bentilasyon ang pangunahing karga sa kuryente, ngunit hindi ito ang tanging karga, at ang iba’t ibang karga ay may ganap na magkakaibang pag-uugali. Ang pagpapasa ng isang solong numero sa kVA nang walang paghihiwalay sa mga karga ang pinakakaraniwang sanhi ng mga pagkakamali sa pagtukoy.

Karga	Karaniwang Saklaw	Tungkulin	Kung paano ito nakaaapekto sa pagpili ng sukat
Jet fan (axial, drive-fed)	22–250 kW	Hakbang-hakbang na pagsisimula/pagpapahinto, daan-daang siklo bawat taon	Kasalukuyang nakakabit sa rotor at pagbaba ng boltahe sa LV bus
Bentilador ng hangin sa tunnel	200–1,000 kW	Pangpatuloy, maaaring i-reverse para sa pag-alis ng usok	Pinakamalaking solong motor; karaniwang nagtatakda ng pinakamababang sukat
Mga aktuwador at kontrol ng damper para sa usok	mababa sa 10 kW	Para lamang sa emergency, kailangang panatilihin ang posisyon	Maliit na karga, ngunit nagbabahagi ng parehong panel at UPS circuit
LED na ilaw para sa tunel at emergency	30–350 kW	Pangpatuloy, 100% na tungkulin	Mayaman sa harmoniko; nagpapataas ng neutral na kasalukuyan
Mga bomba para sa drainage sump	15–110 kW	Paminsan-minsan, basang kapaligiran	Nagsisimula laban sa isang haligi ng tubig; panganib ng pagpasok ng kahalumigmigan
Ventilasyon at dehumidifier ng substation	10–60 kW	Patuloy	Nagpapataas ng temperatura ng kapaligiran kung saan nakatayo ang transformer
SCADA, CCTV, signage	mababa sa 20 kW	Patuloy	Kinakailangan ng pagbiyahe habang nangyayari ang sunog

Ang mga gabay sa disenyo ay tinuturing na magkahiwalay na disiplina. Ang Mga Gabay sa Disenyo ng Tunnel sa Daan ng FHWA (https://www.fhwa.dot.gov/publications/focus/05nov/03.cfm) ay may hiwalay na mga seksyon para sa bentilasyon, ilaw, mga panukala laban sa sunog at disenyo laban sa lindol — ngunit lahat ng ito ay nakabase sa isang schedule ng karga, at karaniwan ay isang transformer lamang ang kailangang magdala ng resulta.

 

Ang Pagsisimula ng Motor ang Nagtatakda ng Pinakamababang Karga, Hindi ang Kargang Habang Tumatakbo

Ang kargang habang tumatakbo ay madaling bilangin. Idagdag ang mga bentilador, ang ilaw at ang mga bomba, ilapat ang isang diversity factor, at tila sapat ang yunit na 1,500 kVA laban sa tunnel na 900 kVA. Pagkatapos, tingnan ang pagsisimula.

Ang isang karaniwang NEMA Design B induction motor ay kumukuha ng humigit-kumulang anim na beses ang full-load current sa panahon ng direct-on-line start. Isipin ang isang 250 kW jet fan motor na may 480 V: ang full-load current ay nasa paligid ng 300 A, kaya ang locked-rotor current ay humigit-kumulang 1,800 A, at nananatili ito sa loob ng dalawa hanggang apat na segundo na kailangan ng fan para umabot sa bilis na kinakailangan. Kung i-start ang pangalawang bank ng motor kalahating segundo mamaya, ang transformer ay dadalhin ang isang load na hindi na maulan sa normal na operasyon. Iyon ang numerong nagpapasya sa nameplate.

Dalawang parameter ang nangangasiwa kung ang pag-start ay katanggap-tanggap: ang percent impedance ng transformer at ang feeder impedance. Ang isang yunit na may 5.75% impedance ay limitado nang komportable ang fault current ngunit nagdudulot ng mas malalim na voltage dip sa mga terminal ng motor. Ang isang yunit na may 4% impedance ay pinalalapad ang voltage dip at pinapataas ang prospective short-circuit current, na kailangan naman ng LV breaker rating at bus bracing upang matagalan. Sa isang 700 m na feeder na papunta sa isang mid-tunnel fan room, ang cable impedance ay maaaring mag-ambag ng higit na voltage drop kaysa sa transformer mismo.

Praktikal na karanasan: ginagawa namin ang pagsusuri ng pagsisimula bago lumabas ang isang quote para sa tunnel mula sa pabrika, at kapag ang isang customer ay nagpapadala lamang ng listahan ng karga, isang tanong ang aming isinusumite — ano ang pinakamalaking motor, paano ito isinasara, at gaano kalayo ang kable papunta dito? Ang solong sagot na iyon ang nagbago sa nakatakda na rating sa higit pang mga proyekto ng tunnel kaysa sa anumang iba pang linya sa schedule.

 

Ang mga Harmonic ng VFD ay Nagbabago sa Gawain ng Transformer para sa Ventilation ng Tunnel

Halos bawat bagong jet fan ay pinapatakbo ng variable frequency drive, dahil ang isang fan na tumatakbo sa 30% na bilis sa panahon ng off-peak ay nagbabayad na ng kanyang drive sa gastos lamang sa enerhiya. Ang drive ay nagbabago rin ng kung ano ang nakikita ng transformer sa kanyang secondary terminals.

Ang isang six-pulse drive ay kumukuha ng isang hindi sinusoidal na kasalukuyang daloy na may kabuuang harmonic distortion na karaniwang nasa pagitan ng 25% at 45% sa input. Ang IEEE 519 ay nagtatakda ng hangganan sa voltage distortion sa 5% sa isang bus na nasa ilalim ng 69 kV, at pinapahigpit ang hangganan sa current distortion habang bumababa ang magagamit na short-circuit current. Ang mga tunnel ay nasa mahirap na dulo ng kurba na ito: mahabang feeder, relatibong mahinang mga source, at ilang drive na pinapakain mula sa iisang secondary bus.

Ang resulta ay ang transformer na nagpapakain sa mga drive para sa ventilasyon ng tunnel ay hindi maaaring tukuyin gamit lamang ang kVA. Ang harmonic current ay nagdaragdag ng eddy-current at stray losses na nagpapataas sa temperature ng winding hot-spot nang lampas sa produksyon ng isang sinusoidal load sa parehong apparent power. Kaya naman ang isang transformer na gawa sa resin sa isang proyektong tunnel ay kadalasang inuutos na may K-factor rating, isang oversized neutral, o isang delta winding na nakakapigil sa triplen harmonics, kasama ang isang winding temperature class na nagbibigay ng sapat na headroom sa itaas ng design load.

Ang aming patakaran sa daliri para sa mga drive-fed na tunnel board kung saan Mga harmonic ng VFD dominate: kunin ang kakayahan ng konektadong drive, idagdag ang margin para sa harmonic loss, at tukuyin ang klase ng temperature-rise ng winding isang hakbang na mas mataas kaysa sa pangunahing kinakailangan. Ang dagdag na gastos ay nasa quote. Ang gastos kapag mali ang pagpapasya ay darating sa ika-pitong taon.

 

 

Ang Kaligtasan sa Sunog ang Nagdedesisyon ng Teknolohiya, Hindi ang Presyo

Itanong kung bakit halos lahat ng substation sa loob ng tunnel ay gumagamit ng dry-type equipment at ang sagot ay hindi kahusayan. Ito ay kaligtasan sa sunog. NFPA 502 (https://www.nfpa.org/codes-and-standards/nfpa-502-standard-development/502ay nagtatakda ng mga kinakailangan sa proteksyon laban sa sunog at kaligtasan sa buhay sa panahon ng sunog para sa mga tunnel sa kalsada, tulay, at iba pang limited access highways, at ito ay itinuturing ang ventilation bilang mahalagang function sa kaligtasan sa buhay na dapat patuloy na gumana habang may sunog.

Ang kinakailangang iyon ay direktang nakaaapekto sa transformer. Ang isang oil-filled unit na inilalagay sa loob ng tunnel envelope ay dinala ang isang flammable liquid, bunding, isang vault, at karagdagang fire separation, kaya ang karamihan sa mga designer ay iwasan ang usapan at tumukoy sa transformer na gawa sa resin sa loob ng bore o sa isang kapitbahay na silid. Ang mga pamantayan sa produkto ay malinaw tungkol sa kung ano ang dapat tuparin ng ganitong yunit: IEEE C57.12.01 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.12.01/6775/) ay sumasaklaw sa pangkalahatang mga kinakailangan para sa dry-type distribution at power transformers, at ang IEC 60076-11 ay sumasaklaw sa dry-type power transformers hanggang 36 kV.

Isang detalye ang madalas kaligtaan kaysa sa anumang iba: ang transformer ay galing lamang sa kahusayan ng feeder. Kung ang emergency ventilation circuit ay kinakailangan upang panatilihin ang integridad ng circuit habang may sunog, ang kable at ang pag-uugnay ay dapat din tumagal sa parehong kondisyon. Ang isang self-extinguishing cast resin unit na nakakabit gamit ang karaniwang kable ay isang karaniwan ngunit mahal na hindi pagkakasundo.

 

Ang Kapaligiran ng Tunnel ay Gumagana sa Mga Kagamitan nang Mahina

Ang hangin sa tunel ay basa, puno ng alikabok, at bahagyang nakakakoros. Ang relatibong kahalumigan na higit sa 85% ay karaniwan sa loob ng isang ventilasyon na shaft; ang alikabok mula sa preno at gulong ay tumatae sa bawat patag na ibabaw; at ang isang tunel malapit sa dagat ay nagdaragdag pa ng chloride sa halo. Ang temperatura ng kapaligiran sa loob ng shaft ay maaaring umabot sa 40 hanggang 45°C sa panahon ng tag-init, na sinusukat sa lugar kung saan talaga nakatayo ang transformer, hindi sa entrada nito.

Ang mga winding na nakabalot ng resin ay mas epektibo kaysa sa dry-type winding na may balot, dahil sa transformer na gawa sa resin ang pagkast ng resin ay sumasara sa winding laban sa pagsusulot ng kahalumigan. Ang teknikal na tatakda pa rin ay dapat sumunod sa kapaligiran: mga heater na pambawas ng kondensasyon, isang terminal box na may IP rating, at isang disenyo ng kapaligirang temperatura na kinuha mula sa shaft, hindi mula sa pangkalahatang temperatura ng rehiyon.

Mahalaga rin ang altitud. Sa 1,500 m, nawawala ang halos 9% ng densidad ng hangin na kailangan para sa konvektibong pagpapalamig ng isang transformer; kaya naman, ang isang yunit na pumasa sa temperature-rise test nito sa lebel ng dagat ay hindi agad tinatanggap sa isang montain alignment. Humingi sa tagapag-suplay ng derating na nalalapat sa ambient temperature at altitud ng inyong lokasyon, at ipakita ang kalkulasyon nito—hindi lamang ang pangkalahatang kurba—sapagkat ito ang parehong pagsusuri na ginagawa namin sa bawat transformer para sa ventilasyon sa tunnel nagkukwenta kami.

 

Ano ang Hinihingi Namin Bago Magbigay ng Quote

Lima ang mga bagay na nagdedesisyon ng rating, presyo, at petsa ng paghahatid para sa isang tunnel transformer order. Kung malinaw ang mga ito sa inyong katanungan, karaniwang tama agad ang quote sa unang pagkakataon:

• Load schedule, na may binibigyang-diin ang pinakamalaking motor. Ibigay sa amin ang paraan ng pagsisimula nito at ang haba ng kable mula sa substation. Ang lahat ng iba pa ay sumusunod sa iisang entry na ito.
• Uri at bilang ng drive. Six-pulse, twelve-pulse, o active front end, kasama ang available short-circuit current sa LV bus—ito ang nagtatakda ng harmonic margin.
• Mga kondisyon ng lugar. Disenyo ng kapaligiran, altitud, kahalumigan, at kategorya ng lindol na may kinalaman sa alignment.
• Estratehiya laban sa sunog. Kagamitan sa loob ng tunnel envelope, sa isang nakalaang substation, o malayo — ang sagot ay nagtutukoy kung dry-type o liquid-filled.
• Sertipikasyon at layunin sa kahusayan. UL, CSA o IEC test reports, at ang antas ng kahusayan na kinakailangan ng bansang destinasyon.

Ang Ryan Electric ay gumagawa ng dry-type at oil-immersed na transformer para sa mga proyektong pang-infrastruktura at pang-industriya sa buong Hilagang Amerika, Gitnang Silangan, at Timog-Silangang Asya. Ang aming pabrika sa Jiangsu ay may lawak na 120,000 m² na may higit sa 180 set ng kagamitan sa produksyon at pagsusuri, at ang aming mga sertipikasyon ay kinabibilangan ng UL, CSA, IEEE, DEKRA, at CNAS. Mula noong 2023, kami ay nagsisilbing joint venture partner ng Eaton, kaya ang aming dokumentasyon sa pagsusuri at kalidad ay sumasailalim sa panlabas na audit proseso imbes na sa self-declaration. Ang isang tunnel order ay tinuturing na katumbas ng data centre order: ang mga datos ng routine test, mga tala ng temperature-rise, at mga file ng sertipikasyon ay ipinapadala kasama ang unit.

 

Ipadala ang Load Schedule, Hindi Lang ang kVA

Ang bilang na nagpapasya sa transformer para sa ventilasyon sa tunnel ay bihira ang maging unang numero sa listahan ng karga. Magpadala sa aming mga inhinyero ng iskedyul ng karga, ang pinakamalaking motor, ang uri ng drive at ang mga kondisyon sa lugar, at makakatanggap ka ng isang rating, isang harmonic margin at isang derating calculation na maaari mong ipagtanggol sa design review imbes na isang nameplate na pinili gamit ang patakaran ng daliri.

Tungkol sa May-Akda: Isinulat ang artikulong ito ng engineering team ng Ryan Electric, isang tagagawa ng transformer sa Jiangsu, Tsina at kasosyo sa joint venture ng Eaton simula noong 2023, na nagbibigay ng UL, CSA at IEC certified na dry-type at oil-immersed transformers para sa mga proyekto sa tunnel, metro, data centre at utility sa buong North America, Middle East at Southeast Asia.