Tünel Havalandırması İçin Transformatör: Karayolu Tünelleri ve Yeraltı Ulaşım Sistemleri İçin Ünitelerin Belirtilmesi

Bir yol tünelindeki ekipman arızası neredeyse hiç aydınlatma devresinde başlamaz. Arıza fanlarda başlar. Bir devreye alma mühendisi bize bu sırayı açık bir dille şöyle anlattı: ilk jet fan grubu temiz çalışır, ikinci grup da sorunsuzdur, üçüncü grup devreye girer ve 480 V barasında gerilim düşer, sürücü düşük gerilim nedeniyle devreden çıkar ve duman testi bile başlayamadan havalandırma arıza durumuna geçer. tünel havalandırması için trafo yük listesinden boyutlandırılmıştı. Kimse başlatmayı modellememişti.

Tünel enerjisiyle ilgili bu garip durum budur. Çoğu zaman yük küçüktür — birkaç yüz kilowattlık aydınlatma, birkaç adet fan, bazı pompalar. Ancak günde birkaç kez, birkaç saniye boyunca hiç de küçük değildir. Aynı ünite, bir motorun çalıştırılmasına dayanırken aynı zamanda VFD harmonikleri havalandırma tahriklerinde de çalışır ve birkaç metre uzaklıkta yangın çıkarken çalışmaya devam eder.

 

Bir Tünel Trafo Merkezini Gerçekten Yükleyen Nedir?

Bir tünel, bir kilometrelik beton üzerinde uzanan küçük bir endüstriyel tesis gibidir. Elektrik yükünün büyük kısmını havalandırma oluşturur; ancak tek yük değildir ve farklı yüklerin davranışları birbirinden tamamen farklıdır. Yükleri ayırmeden tek bir kVA değeri belirlemek, çoğu teknik şartname hatasının kaynağıdır.

Yük	Tipik Aralık	Görev	Bunun Boyutlandırmaya Etkisi
Jet fan (eksenel, tahrik beslemeli)	22–250 kW	Aşamalı başlatma/durdurma; yılda yüzlerce çevrim	Kilitli rotor akımı ve alçak gerilim barasında gerilim düşmesi
Tünel havalandırma fanı	200–1.000 kW	Sürekli, duman tahliyesi için tersine çevrilebilir	En büyük tek motor; genellikle boyutlandırma alt sınırını belirler
Duman damperi aktüatörleri ve kontrol sistemleri	10 kW’den az	Acil durum için yalnızca kullanılır; konumunu korumalıdır	Küçük yük, ancak aynı panoyu ve UPS devresini paylaşır
LED tünel ve acil durum aydınlatması	30–350 kW	Sürekli, %100 görev döngüsü	Harmonik açısından zengin; nötr akımını artırır
Drenaj suyu pompaları	15–110 kW	Ara kesintili, nemli ortam	Su sütunu karşıtı başlatma; nem girişi riski
Trafo merkezi havalandırma ve nem gidericileri	10–60 kW	Sürekli	Trafoyun kendisinin bulunduğu ortam sıcaklığını artırır
SCADA, CCTV, işaretlemeler	20 kW’den az	Sürekli	Yangın durumu sırasında geçiş gereksinimi

Tasarım kılavuzu, bunları zaten ayrı disiplinler olarak ele alır. FHWA Karayolu Tüneli Tasarım Kılavuzları (https://www.fhwa.dot.gov/publications/focus/05nov/03.cfm) havalandırma, aydınlatma, yangın önlemleri ve deprem tasarımı için ayrı bölümlere ayrılmıştır — ancak hepsi tek bir yük çizelgesinde sonuçlanır ve genellikle bir transformatör bu sonucu taşımalıdır.

 

Motor Başlangıcı Tabanı Belirler, Çalışma Yükü Değil

Çalışma yükü kolay hesaplanan değerdir. Fanları, aydınlatmayı ve pompaları toplayın, bir çeşitlilik faktörü uygulayın ve 900 kVA’lık bir tünele karşı 1.500 kVA’lık bir ünite cömert görünür. Ardından başlangıca bakın.

Standart NEMA Tasarım B endüksiyon motoru, doğrudan şebekeye bağlanarak başlatıldığında yaklaşık altı kat tam yük akımı çeker. 480 V’te çalışan 250 kW’lık bir jet fan motorunu ele alalım: tam yük akımı yaklaşık 300 A civarındadır; bu nedenle kilitli rotor akımı yaklaşık 1.800 A olur ve fanın hızına ulaşması için gereken iki ila dört saniye boyunca bu değer korunur. Yarım saniye sonra ikinci bir bankayı başlatırsanız, transformatör normal işletimde asla tekrar karşılaşmayacağı bir yükü taşımak zorunda kalır. Bu değer, plaka üzerindeki ismi belirler.

Başlatmanın kabul edilebilir olup olmadığını belirleyen iki parametre vardır: transformatörün yüzde empedansı ve besleme hattının empedansı. %5,75 empedanslı bir ünite kısa devre akımını rahatlıkla sınırlandırır ancak motor uçlarında daha derin bir gerilim düşüşüne neden olur. %4’lük bir ünite ise bu düşüşü azaltır ve muhtemel kısa devre akımını artırır; bu artış, düşük gerilim kesici derecesi ve baraya dayanıklılık tarafından karşılanmak zorundadır. Tünel ortasındaki bir fan odasına uzanan 700 m’lik bir besleme hattında kablo empedansı, transformatörün kendisinden daha fazla gerilim düşmesine neden olabilir.

Pratik deneyim: tünel teklifinin fabrikadan çıkmasından önce başlangıç hesaplamasını yaparız; müşteri yalnızca bir yük listesi gönderdiğinde tek bir soruyla yanıt veririz: En büyük motor hangisidir, nasıl başlatılır ve bu motora giden kablo uzunluğu nedir? Bu tek cevap, programın herhangi başka bir maddesinden daha fazla tünel projesinde belirtilen gücü değiştirmiştir.

 

Değişken Frekanslı Sürücülerin Harmonikleri, Tünel Havalandırması İçin Trafo Yükünü Değiştirir

Neredeyse her yeni jet fanı, değişken frekanslı sürücü (VFD) ile çalıştırılır; çünkü yoğun olmayan saatlerde %30 hızda çalışan bir fan, yalnızca enerji maliyetiyle kendisini karşılar. Ayrıca sürücü, trafoyun ikincil uçlarında gördüğü şeyi de değiştirir.

Altı darbeli bir sürücü, girişinde genellikle %25 ile %45 arasında değişen toplam harmonik bozulmaya sahip sinüsoidal olmayan bir akım çeker. IEEE 519 standardı, 69 kV’tan düşük gerilim seviyesindeki bara üzerinde gerilim bozulmasını %5 ile sınırlandırır ve mevcut kısa devre akımı azaldıkça akım bozulması sınırını daha da sıkılaştırır. Tüneller bu eğrinin zorlu ucunda yer alır: uzun besleme hatları, görece zayıf kaynaklar ve tek bir ikincil baradan beslenen birden fazla sürücü.

Sonuç olarak, tünellerde havalandırma sürücülerini besleyen bir transformatör yalnızca kVA değerine dayanarak belirlenemez. Harmonik akım, eddy akım ve kaçak kayıpları ekler; bu da sargıların sıcak nokta sıcaklığını, aynı görünür güce sahip sinüsoidal bir yükün ürettiği sıcaklığın üzerine çıkarır. Bu yüzden rezinli kalıbı transformatörü bir tüneller projesinde kullanılan transformatör genellikle K-faktörü derecelendirmesiyle, büyük boyutlu bir nötr ile veya üçlü harmonikleri tutan bir delta sargısıyla birlikte, tasarım yükünün üzerinde yedek kapasite bırakacak şekilde seçilen bir sargı sıcaklık sınıfıyla sipariş edilir.

Sürücü ile beslenen tüneller panoları için kullandığımız kabul görmüş kural şudur: VFD harmonikleri hâkim olmak: Bağlantılı tahrik kapasitesini alın, harmonik kayıplar için bir pay ekleyin ve sargı sıcaklık artışı sınıfını temel gereksinimden bir kademe yukarıda belirtin. Ek maliyet, teklifte yer alır. Yanlış yapmanın maliyeti ise yedinci yılda ortaya çıkar.

 

 

Yangın Güvenliği Teknolojiyi Belirler, Fiyatı Değil

Neredeyse tüm tünel içi trafo merkezlerinin kuru tip ekipman kullandığını sorun; cevap verimlilik değildir. Cevap yangın güvenliğidir. NFPA 502 (https://www.nfpa.org/codes-and-standards/nfpa-502-standard-development/502yollar için tüneller, köprüler ve diğer sınırlı erişimli otoyollar için yangın koruma ve yangın yaşam güvenliği gereksinimlerini belirler; ayrıca yangın esnasında çalışmaya devam etmesi gereken kritik bir yaşam güvenliği işlevi olarak havalandırmayı kabul eder.

Bu gereksinim doğrudan transformatöre yansır. Tünel içine yerleştirilen yağlı bir ünite, yanıcı bir sıvı, toplama havuzunu (bunding), bir kasayı ve ek yangın ayırımı gerektirir; bu nedenle çoğu tasarımcı tartışmayı önler ve bir rezinli kalıbı transformatörü delik içi veya bitişik bir odada. Ürün standartları, böyle bir ünitenin karşılaması gerekenleri açıkça belirtir: IEEE C57.12.01 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.12.01/6775/) kuru tip dağıtım ve güç transformatörleri için genel gereksinimleri kapsar; IEC 60076-11 ise 36 kV’a kadar kuru tip güç transformatörlerini kapsar.

Bir ayrıntı, diğerlerinden daha sık gözden kaçırılır: transformatör, besleme hattı kadar iyidir. Acil havalandırma devresi, yangın olayı boyunca devre bütünlüğünü korumak zorundaysa, kablo ve bağlantı elemanları da aynı koşullara dayanmak zorundadır. Standart kablo ile bağlanmış kendiliğinden sönen döküm reçine ünitesi, yaygın ve pahalı bir tutarsızlıktır.

 

Tünel Ortamı Ekipmanlar Üzerinde Sessizce Çalışır

Tünel havası nemli, tozlu ve hafif aşındırıcıdır. Havalandırma şaftı içinde nispi nem %85’in üzerindedir; fren ve lastik tozu, tüm yatay yüzeylere çöker; kıyı bölgelerindeki bir tünel ise karışıma klorürler de ekler. Şaftın ortam sıcaklığı, yaz aylarında genellikle 40–45 °C arasındadır ve bu değer, tünel ağzında değil, transformatörün aslında bulunduğu noktada ölçülür.

Reçine ile kaplanmış sargılar, sarılı kuru tip sargılara kıyasla bunu daha iyi karşılar çünkü rezinli kalıbı transformatörü döküm işlemi, sargıyı nem girişi karşısında korur. Yine de teknik özellik, ortama uygun olmalıdır: yoğuşmayı önleyen ısıtma elemanları, IP derecelendirmeli terminal kutusu ve tasarım için alınan ortam sıcaklığı, bölgesel hava ortalamasından değil, şaftın ortamından belirlenmelidir.

Yükseklik de önemlidir. 1.500 m yükseklikte, konvektif soğutma için kullanılabilen hava yoğunluğu yaklaşık %9 oranında azalır; bu nedenle deniz seviyesinde sıcaklık yükselmesi testini geçen bir ünite, dağlık bir güzergâh üzerinde otomatik olarak kabul edilemez. Tedarikçiden, tesisinizin ortam sıcaklığı ve yüksekliğine göre uygulanacak güç düşürme oranını belirtmesini ve genel bir eğri yerine hesaplamayı göstermesini isteyin — bu, her birimiz için uyguladığımız aynı kontrol yöntemidir. tünel havalandırması için trafo teklif sunuyoruz.

 

Teklif vermeden Önce Sorduğumuz Sorular

Bir tünel transformatörü siparişinde güç değeri, fiyat ve teslimat tarihi üçü birden beş öğeye bağlıdır. Eğer teklif talebinizde bu beş öğe açıkça belirtilmişse, genellikle ilk teklif doğru gelir:

• Yük programı; en büyük motor vurgulanmış olmalıdır. Başlatma yöntemini ve alt istasyondan kablo uzunluğunu bize bildirin. Diğer tüm bilgiler bu tek girişten çıkarılır.
• Sürücü tipi ve sayısı. Altı darbeli, on iki darbeli veya aktif ön uç; ayrıca alçak gerilim barasında mevcut kısa devre akımı — bu değer harmonik payını belirler.
• Saha koşulları. Hizalama için geçerli olan tasarım ortamı, rakım, nem ve deprem kategorisi.
• Yangın stratejisi. Tünel zarfı içindeki, özel bir trafo merkezindeki ya da uzaktaki ekipman — cevap, kuru tip ile sıvı dolgulu trafo seçimini belirler.
• Sertifikasyon ve verimlilik hedefi. UL, CSA veya IEC test raporları ve varış ülkesinin gerektirdiği verimlilik seviyesi.

Ryan Electric, Kuzey Amerika, Orta Doğu ve Güneydoğu Asya’da altyapı ve sanayi projeleri için kuru tip ve yağlı transformatörler üretir. Jiangsu fabrikamız 120.000 m² alan kaplar ve 180’den fazla üretim ve test ekipmanına sahiptir; sertifikasyon portföyümüz UL, CSA, IEEE, DEKRA ve CNAS’ı içerir. 2023 yılından beri Eaton ile ortak girişim ortağıyız; bu durum, test ve kalite belgelerimizin kendiliğinden beyan yerine dış denetim sürecine tabi tutulmasını sağlamıştır. Bir tünel siparişi, veri merkezi siparişiyle aynı şekilde ele alınır: rutin test verileri, sıcaklık yükselmesi kayıtları ve sertifikasyon dosyaları birimle birlikte gönderilir.

 

Yalnızca kVA değerini değil, Yük Programını gönderin

Karar veren sayı tünel havalandırması için trafo yük listesinde genellikle ilk sayı değildir. Yük programını, en büyük motoru, sürücü tipini ve saha koşullarını mühendislerimize gönderin; böylece tasarım incelemesinde savunabileceğiniz bir derecelendirme, harmonik marjı ve azaltma hesaplaması alacaksınız — tahmini bir kurala dayalı olarak seçilmiş bir plaka değil.

Yazar Hakkında: Bu makale, Jiangsu eyaletinde bulunan ve 2023 yılından beri Eaton ile ortaklık içinde olan Ryan Electric mühendislik ekibi tarafından yazılmıştır; Ryan Electric, Kuzey Amerika, Orta Doğu ve Güneydoğu Asya’da tünel, metro, veri merkezi ve kamu hizmeti projelerine UL, CSA ve IEC sertifikalı kuru tip ve yağlı tip transformatörler tedarik eden bir transformatör üreticisidir.