Çimento Fabrikası Trafo Seçim Kılavuzu: Değirmen Başlangıçları, Harmonikler ve Toz İçin Boyutlandırma

Batı Afrika'da bir öğütme istasyonu, geçen çeyrek içinde 8 MVA'lık bir ünite için yeniden teklif vermemizi talep etti. Orijinal çimento fabrikası transformatörü fabrikanın çalışan yüküne göre sipariş edilmişti ve on bir ay boyunca her ham öğütme ünitesi başlatıldığında bara gerilimini, öğütme ünitesi başlatıcısının kilitlenmesini engelleyecek kadar düşürmüştü. Kimse başlangıç kVA'sını ölçmemişti. Herkes transformatörün sorunlu olduğunu varsaymıştı — ya da daha kötüsü, sorun olmadığını varsaymıştı.

Çimento, elektriksel yükünün birkaç çok büyük, yükle başlatılan, aylarca çalışan ve asla gerçekten dinlenmeyen motor tarafından belirlendiği ender endüstrilerden biridir. Bir çimento fabrikası transformatörü bu görevde iki işi aynı anda yapar: sabit, 24 saat kesintisiz bir yük taşır ve başlangıç görünür gücünün kendi derecelendirmesinin birkaç katı olan makinelerin akım darbesini emer. Bu denklemin herhangi bir yarısını yanlış hesaplarsanız arıza devreye alınma aşamasında, fabrika testi sırasında değil, ortaya çıkar.

 

 

 

Bir Çimento Fabrikası Yük Profilinin Standart Bir Spesifikasyona Etkisi

Modern bir çimento tesisi, çimento başına yaklaşık 110 ila 120 kWh elektrik enerjisi tüketir; bu tüketimin büyük çoğunluğunu elektrik motorları oluşturur — sektör değerlendirmelerine göre, motor yükü tesisin elektrik tüketiminin %65 ila %75’ini oluşturur. Bu yükün en ağır kısmı kırma öğütme işlemlerindedir: ham madde değirmeni, çimento değirmeni ve daha yeni hatlarda rulo pres; her biri 3 ila 6 MW sınıfında ana motorlarla çalıştırılır.

Talep tarafı da buna katılır. Enerji Bakanlığı’nın çimento tesislerindeki elektrik tüketimi üzerine yaptığı çalışma, büyük öğütme değirmenlerini sahada tek başlarına en büyük elektrik yükleri olarak tanımlar ve bu tesislerin genellikle kapatılmadan aylarca sürekli çalıştığını belirtir. Bu iki rakam, teknik şartnamede önem taşır: günlük yük döngüsü olmayan bir tesis, uzun süreler boyunca isim plakası kapasitesinin %0,8 ila %0,9’u oranında yük faktörüne sahiptir; bu durum, günde iki kez zirve yapan bir sanayi tesisinden termal açıdan farklıdır. Sektör düzeyinde bağlam, IEA çimento sektörü sayfasında izlenir , ve temel tesis verileri şuradan gelmektedir: LBNL/DOE çimento endüstrisi çalışması .

Çimento projelerinde üç teknik özellik miktarı, diğerlerine kıyasla daha sık yetersiz belirtilir: motor başlangıç kVA’sı, öğütme ünitelerinden kaynaklanan harmonik içeriği ve sahanin gerçek ortam sıcaklığı ile toz koşulları. Bu rehberin geri kalan kısmı, sorunlara genellikle neden oldukları sıraya göre bu üç maddenin her birini ele alır.

 

Motor Başlangıçlarına Göre Boyutlandırma, Çalışma kW’lerine Göre Değil

Yaygın teklif talebi (RFQ), kW cinsinden bağlı yük ile birlikte "uygun bir transformatör" talebiyle gelir. Bu, bir çimento fabrikası transformatörü boyutlandırmak için yeterli bilgi değildir. Başlangıç kVA’sı, gerilim düşmesini belirler; başlangıç kVA’sı ise çalışma gücü değil, kilitlenmiş rotor akımı tarafından belirlenir.

Kilitli rotor akımı tam yük akımının altı katı, verim oranı 0,94 ve güç faktörü 0,90 olan 4 MW, 6,6 kV’luk bir ham madde öğütme motorunu ele alalım. Motorun nominal kVA değeri yaklaşık 4,7 MVA’dır; bu nedenle başlangıç kVA’sı yaklaşık 28 MVA civarındadır — yani motorun nominal görünür gücünün yaklaşık altı katıdır. Buna bağlı olarak meydana gelen bara düşüşü, (başlangıç kVA × transformatörün % empedansı) ÷ transformatörün nominal gücü formülüyle tahmin edilebilir. Şebeke empedansını göz ardı etmek — yalnızca sabit bir şebeke beslemesi durumunda geçerlidir — aşağıdaki gibi bir hesaplama yapmamızı sağlar:

Transformatör derecelendirmesi	İmpedans	28 MVA’lık bir öğütme motorunun başlatılması sırasında yaklaşık bara düşüşü	Pratik değerlendirme
6 MVA	7.5%	35%	Öğütme motoru başlatıcısı tutmaz; motor koruma sistemi devreye girer
10 MVA	7.5%	21%	Sınırda — gerilim düşürülmüş veya yumuşak başlatma gereklidir
16 MVA	8.0%	14%	Güvenilir bir kaynakta kullanılabilir; üst seviye kısa devre düzeyini kontrol edin
20 MVA	8.0%	11%	Rahat başlangıç, ancak kısa devre dayanımını doğrulayın

 

Bir çimento tesisinde transformatör boyutlandırması, bağlı yük toplamından ziyade motor listesinden başlar. Bu rakamlar, değirmenin tek büyük motor olduğunu ve kaynağın yeterince güçlü olduğunu varsayar; bu nedenle kaynak ihmal edilebilir. Uygulamada ise zayıf bir şebeke beslemesi, transformatör ne kadar büyük olursa olsun gerilim düşüşünü sınırlandırır ve çözüm, daha büyük bir transformatör değil, bir yumuşak başlatıcı, bir VFD veya bir motor başlangıç çalışması haline gelir. yağlı dönüşüm .Motor başlangıç gerilim düşüşü, kilitli rotor akımı ve empedans motor başlangıç kılavuzumuzda daha ayrıntılı olarak ele alınmıştır.

 

Harmonikler: Neden Sürücüye Uyumlu Spesifikasyon Genellikle Yarı Yolda Kalır

Son on yılda inşa edilen veya yenilenen çoğu çimento hattı, öğütme tezgâhlarını ve vantilatörlerini değişken frekanslı sürücülerle çalıştırır; altı darbeli bir sürücü ise herhangi bir filtrelemeden önce beşinci ve yedinci harmoniklerden zengin bir akım dalga formu çeker. Bu akımlar iki şey yapar: tesis bara hatlarını bozar ve transformatör sargılarının içinde fazladan örtük akım kayıpları oluşturur; bu kayıplar, yağ termometresinin gösterdiği sıcaklık artışından ziyade yerel sıcak noktalar olarak ortaya çıkar. Bunun bir çimento fabrikası transformatörü için sonucu, sargı sıcak noktası — üst yağ sıcaklığı değil — sınırlayıcı koşul haline gelir.

IEEE 519, ortak bağlantı noktasında ölçülen harmonik akım sınırlarını belirler; tesis bara hatlarında normalde görülen kısa devre oranları için toplam talep distorsiyonu sınırı tek haneli bir değere düşer — bu nedenle bir şebeke bağlantısı incelemesi, iddia edilen K sınıfı yerine ölçülen uyumluluğu talep eder. değişken frekanslı sürücü harmonikleri dolayısıyla bir aşağı akış sorunu değil, bir teknik şartname girdisidir.

K-faktörlü transformatörler tam olarak bu yükleme için mevcuttur ve bu tür yüklerin miktarca bulunduğu yerlerde standart çözümdür. değişken frekanslı sürücü harmonikleri k-faktörü sayısı, harmonik dereceler boyunca, birim başına harmonik akımın karesi ile derecenin karesinin çarpımlarının toplamıdır: %25 oranındaki beşinci harmonik yalnızca kendisiyle eddy kaybında 0,25² × 5² = 6,25 birim katkı sağlar. K-4, K-9 ve K-13 üniteleri, bu spektrum altında sargı ve çekirdek kayıplarının tasarım gradyanı içinde kalacak şekilde üretilir; işaretleme, UL kuru tip transformatör standardında tanımlanmıştır.

Büyük yağlı dönüşüm üniteler için yalnızca bir K-değeri yeterli değildir. Isıl sorun, IEEE C57.110’da açıklanan gerçek harmonik spektrumu için ünitenin kapasitesinin düşürülmesiyle ve üreticiden plaka üzerindeki ek takma ad yerine harmonik kayıp hesaplamalarının sunulmasını isteyerek ele alınır. Spektrum şiddetliyse, mühendislik açısından daha ucuz çözüm genellikle şebeke tarafındadır: oniki darbeli yapı, aktif ön uç veya sürücü barasına bağlanan yumuşatılmış filtre bankası.

 

Toz, Isı ve Soğutma: Kapsamı Belirleyen Sahada Koşulları

Trafo sıcaklık artışı, genel IEC 60076 temeline göre maksimum ortam sıcaklığı 40°C’ye karşı belirtilir. Körfez ülkelerinde, Sahel bölgesinde ve Güney Asya’nın bazı bölgelerindeki çimento tesisleri, gölge sıcaklığında düzenli olarak 45–50°C aralığında çalışır; fırın kabuklarından ve önısıtıcı kulelerden yayılan radyant ısı da yerel yükü artırır. Referans ortam sıcaklığının üzerinde çalışırken cihazın kapasitesi düşürülmelidir ya da daha düşük tasarım gradyanı ile sipariş edilmelidir; aksi takdirde aynı kapasiteyle çalışan ünite daha yüksek sıcaklıklarda çalışacak ve daha hızlı yaşlanacaktır.

Toz sorunun ikinci yarısıdır ve bu, temizlik sorunu olmasından çok önce bir soğutma sorunudur. Çimento ve hamur tozu ince, alkalin ve nem aldığında hafifçe iletken özellik gösterir; bu nedenle bu toz, izolatörlerin ve terminal kutularının etrafındaki kaçak yollarını köprüler. Ayrıca, burkulmuş tank duvarları ile radyatör kanatçıklarındaki boşluklara yerleşir; işte burası büyük bir yağlı dönüşüm ısılarının büyük kısmını yayar. Tıkalı filtrelerle donatılmış zorlamalı soğutmalı bir ünite, zorlamalı derecelendirmesini tamamen kaybeder ve tesisin en yoğun çalıştığı anda kendiliğinden soğutmalı derecelendirmesine geri döner.

Bu durumun teknik özellik aşamasında ifade ettiği şey şudur: tozlu alanlarda daha geniş kanat veya radyatör aralığı, IP54 veya daha iyi koruma sınıfına sahip uç muhafazalar, alkali toza dayanıklı conta ve keçeler ile zorlamalı soğutmalı bir banka için bakım ekibinin kapasite kaybından önce filtre yüklenmesini görebileceği şekilde sürekli bir diferansiyel basınç göstergesi. Kuru tip bir trafo, MCC odasında iç mekânda kullanıldığında, muhafaza seçimi aynı mantıkla yapılır — filtre, conta ve temizlik aralığı planlanır. Sıcak ve tozlu alanlar için belirlenen transformatörler benzer bir kural kümesine uyar.

 

FAT aşamasında talep edilmesi gereken sertifikasyon ve test kanıtları

Kuzey Amerika çimento projeleri için sertifikasyon sorusu, performans sorusundan önce çözülür çünkü denetçi bir listeyle gelir. Sıvı dolgulu ve kuru tip üniteler, kendi kategorilerine uygun listelemeye sahip olmak zorundadır; Kanada siteleri CSA işaretlerine veya tanınmış eşdeğer bir işarete ihtiyaç duyar ve IEC pazarları IEC 60076 standardı ile kapsanır; kuru tip üniteler için ise IEC 60076-11 geçerlidir. Sıvıya batırılmış üniteler için genel gereksinimler ve test yöntemleri IEEE C57.12.00 ve IEEE C57.12.90 standartlarında belirtilmiştir.

İşaretin ötesinde, fabrika kabul testi, bir çimento projesinin devreye alma takvimini kazanacağı ya da kaybedeceği aşamadır. Oran, kutupluluk, sargı direnci, boşta kayıp, yükte kayıp, empedans, uygulanan ve indüklenen potansiyel ile sıcaklık artışı ve darbe testleri tip testler olarak temel oluşturur. Test alanına ek bir gün harcamaya değer iki ilave vardır: Genel geçer 40 °C ifadesi yerine saha ortam sıcaklığına bağlı ölçülmüş bir sıcaklık artışı raporu ve nakliye hasarının sahada karşılaştırma yoluyla tespit edilebilmesi için sevkiyattan önce alınan bir frekans taramalı cevap analizi parmak izi.

 

Çimento Uygulamaları İçin Ünitelerimizi Nasıl İnşa Eder ve Test Ederiz

Ryan Electric, 2007 yılından beri 120.000 m²’lik üretim üssünden dağıtım ve güç transformatörleri üretmektedir; bu üretim üssünde 180’den fazla üretim ve test ekipmanı seti ile 37 adet patent bulunmaktadır. Ryan Electric, 2023 yılından beri Eaton ile ortak girişim ortağıdır. Çimento uygulamaları için üniteler, hem şebeke hem de veri merkezi projelerimiz için kullanılan aynı üretim hatlarından çıkmaktadır. yağlı dönüşüm ve kuru tip inşaattır.

 

 

Çimento projelerinde, tasarım değerlerini alıntılamak yerine her birimde boşta ve yük kaybını ölçeriz; ayrıca harmonik kayıp güvenlik payını, müşterinin tahrik programına göre her proje için ayrı ayrı hesaplarız. Uygulama mühendislerimizin ilk olarak istediği belge, transformatör spesifikasyonu değil, tahrik listesidir — kaç adet tahrik var, kaç darbeli (pulse number), devrede bir rulo pres var mı — çünkü bu liste, sırasıyla K-faktörü, empedans sınıfını ve soğutmayı belirler.

Devreye alma süresini haftalarca kısaltan diğer alışkanlık, ambalajlamadır. Bir çimento tesisi genellikle iç kesimde yer alır; bu da limandan sonra karayolu veya demiryolu taşıması anlamına gelir. Bu nedenle üniteler, kara yolu taşımasına özgü şoklara dayanacak şekilde sabitlenir; büyük kapasitelerde yağ, mühürlü varillerde gönderilir; SFRA parmak izi ise test raporuyla birlikte sevk edilir, böylece saha ekibi karşılaştırma için bir temel değere sahip olur.

 

Fırın Durdurma Penceresi Etrafında Sipariş Verme

Bir çimento fabrikası bir transformatör için durmaz. Duruş, fırın kampanyasına göre sabitlenen duruş tarihinde gerçekleşir; bu nedenle satın alma süreci, sipariş tarihinden değil, bu duruş tarihinden geriye doğru yürütülmelidir. trafo Boyutlandırması ve teslimat süresi planlaması da bu saat üzerinde yer alır.

Bize tek hat şemasını, tahrik listesini, saha ortam koşullarını ve duruş tarihini gönderin; biz de size bir güç sınıfı, bir empedans sınıfı, bir soğutma düzeni ve bir teslimat tarihi ile dönüş yaparız. Uygulama mühendislik ekibimizle iletişime geçin [email protected] adresinden veya +86-15371760308 numaralı telefondan bize ulaşın; biz de gerçek motor listenize göre kalkınma ve harmonik hesaplamalarını yaparız.

Yazar Hakkında: Bu kılavuz, 2007 yılından bu yana sanayi, şebeke ve veri merkezi müşterileri için yağlı ve kuru tip transformatörler tasarlayan ve üreten Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. (Ryan Transformers) uygulama mühendisliği ekibi tarafından hazırlanmıştır. Fabrika başlangıcı, harmonik derecelendirme veya saha ortamı derecelendirmesi ile ilgili proje özel sorularınız doğrudan [email protected] adresinden mühendislik ekibimiz tarafından cevaplanır.