Su Arıtma Tesisi Transformatörleri: Pompa Başlangıçları, VFD Harmonikleri ve Aşındırıcı Hava İçin Boyutlandırma

Neden Bir Su Tesisi Transformatör İçin Zorlu Bir Ortamdır

Geçen yıl fiyat teklifi verdiğimiz bir tesiste kullanılan havalandırma üfleyicileri dokuz ay boyunca sorunsuz çalıştıktan sonra her öğleden sonra aynı devre kesiciyi devreye sokmaya başladı. Sorun üfleyicilerde değildi. Sürücüde de değildi. su arıtma tesisi transformatörü tesisin çalışır durumdaki yüküne — 1.250 kVA’lık pompalar ve üfleyiciler — göre sipariş edilmişti; ancak sürücülerin transformatöre geri iteceği harmonik akım için hiçbir düzenleme yapılmamıştı ve aynı bara bağlı üç adet 250 hp’lik motorun yeniden başlatılması için de hiçbir düzenleme yapılmamıştı.

Su ve atıksu tesisleri, dünyadaki en az bağışlayıcı ortamlardandır transformatör kurulması açısından. Yük döngüseldir, endüksiyon motorları tarafından sürülür; bunun yarısı değişken frekanslı sürücülerin arkasındadır ve hava nemlidir, klorlanmıştır ya da hidrojen sülfürle doludur. Bu üç faktörden herhangi birinde hata yaparsanız arıza, gereksiz devre kesme, aşırı ısınan sargı veya ikinci yılda denetimde başarısız olan paslanmış bir muhafaza şeklinde kendini gösterir.

 

KVA Değerini Belirleyen Yük Özellikleri

Görevin üç özelliği, spesifikasyonu belirler ve bu özellikler farklı yönlerde etki eder.

• Yük profili iki tepeye sahiptir. Bir arıtma tesisi, sabit bir süreç yüküyle çalışan bir fabrika değildir. Gece boyu temel yükte çalışır, ardından gündüz boyu zirve yükte kalır ve yağmurlu hava olayı sonrasında giriş debisi iki katına çıkınca pompaları yeniden başlatır. Yıllık ortalamaya göre boyutlandırılan transformatörler, yılın büyük bir kısmında ortalamanın çok üzerinde yüklenecektir.
• Neredeyse her şey bir motordur. Pompalar, havalandırıcılar, karıştırıcılar, çamur kazıyıcılar, çubuk elekler. Motorlar başlangıçta kilitli rotor akımı çeker ve transformatör, buna bağlı olarak meydana gelen gerilim düşüşünü görür — bu durum tesis için yumuşak başlangıç, kontaktör çınlaması veya PLC yeniden başlatması şeklinde yaşanır.
• Yükün yarısı doğrusal olmayandır. Havalandırma üfleyicileri, birincil pompalar ve kimyasal dozajlama tümü sürücülerle çalışır. Sabit hızla çalışacak şekilde tasarlanmış bir tesisi, çoğunlukla teklif ettiğimiz yükseltme işlerinde olduğu gibi, VFD kontrolüne dönüştürdüğümüzde transformatörün boyutu aynı kalırken harmonik akım artar.

Ekipman odasına klor, nem ve hidrojen sülfür ekleyin; bu durumda genel amaçlı bir transformatör açıkça uygun çözüm olmaktan çıkar. Aşağıda, su veya atıksu projesine bir kVA değeri atamadan önce kontrol ettiğimiz hususlar yer alır; bu hususlar cihazın döşeme Monteli Trafo açık havada mı yoksa MCC odasında kuru tip mi olduğu durumunda geçerlidir.

 

Pompa Başlangıçları İçin Boyutlandırma: Altıdan Yediye Kuralı

Motor başlangıcı, sürekli yükten çok daha sık kVA değerini belirler. Bir sincap kafesli asenkron motor, rotoru kilitliyken tam yük akımının yaklaşık altı ile yedi katı kadar akım çeker. , ve bu akım ile santralin gerilimi arasındaki tek şey transformatör empedansı ve yukarı yönlü şebekedir. Santral, sonucu doğrudan yaşar: aydınlatma seviyesi düşer, sürücüler düşük gerilim nedeniyle devreden çıkar ve yeniden başlatma sırası engellenir.

Kuzey Amerika uygulamasında geçerli çalışma kuralı, en büyük motorun çalıştırılması sırasında meydana gelen gerilim düşüşünün %10 ila %15 arasında kalacak şekilde boyutlandırılmasıdır. Bu değer, tek bir standart gereksinimden ziyade danışmanlık ve şebeke işletmecisi rehberlerinde tekrarlanan bir tasarım kuralıdır ve RFQ’da bizim talep ettiğimiz değerdir. Bize motor çizelgesini — beygir gücü, kod harfi, NEMA tasarım harfi, çalıştırma yöntemi — verin; bu durumda transformatör empedansı, bir katalog sayfasından değil, gerilim düşüşü sınırına göre belirlenir.

Geçici analizin, aslında inşa edeceğiniz santralle eşleşip eşleşmeyeceği iki pratik noktaya bağlıdır.

• Çalıştırma yöntemi cevabı değiştirir. 300 hp’lik bir üfleyiciye doğrudan yol vermek, küçük bir tesiste standart %5,75 empedanslı bir üniteyi dışlamaya neden olabilir; yumuşak başlatıcı veya akım sınırlaması olan bir sürücü, aynı transformatörün geçmesine genellikle izin verir. Başlatma yöntemi, yalnızca motor çizelgesinde değil, transformatör veri sayfasında da belirtilmelidir.
• Jeneratör, hesaplamanın bir parçasıdır. Bir yedek jeneratör, şebeke tedariki kaybolduğunda tesisi beslerken etkin kaynak empedansı keskin bir şekilde artar ve şebekeden temizce başlatılan bir üfleyici, jeneratörü durdurabilir. Arıza sırasında tam arıtma işlemini sürdürmesi gereken tesisler, her iki makineyi de aynı başlatma durumuna göre boyutlandırmalıdır.

Tesisiniz henüz tasarım aşamasındaysa ve motor çizelgesi hâlâ gözden geçiriliyorsa, bize mevcut beygir gücü listesini ve en kötü senaryodaki eşzamanlı başlatma kombinasyonunu gönderin. Mühendislerimiz, uygun olan iki veya üç kVA kademesi için gerilim düşüş kontrolü yaparak sonuçları size iletir; böylece transformatör, geçici analiz çalışmanızla aynı varsayımlara dayalı olarak sipariş edilir.

 

VFD Yükleri ve VFD Harmonikleri: Ek Isı Nereden Geliyor?

Altı darbeli bir sürücü, akımı sinüs dalgası şeklinde değil, kısa darbeler halinde çeker; bu akımın içinde transformatörün boyutlandırıldığı temel frekans için tasarlanmamış harmonik bileşenler bulunur. Bu harmoniklerin oluşturduğu kayıplar, yerine geçtikleri temel akımla orantılı değildir. Harmonik içeriğinden kaynaklanan dağılmış manyetik akı, sargıları, çekirdek kelepçelerini, tank duvarlarını ve nötr iletkeni ısıtır; adi yük kapasitesinin %80’ine kadar yüklü bir transformatörde bu durum ilk olarak üst yağ sıcaklığında artış olarak görülür ve ardından termal açmaya neden olur.

Bununla başa çıkmak için üç farklı belirtme yöntemi vardır ve bunların hepsi eşit derecede iyi değildir.

• Standart bir üniteyi azaltılmış güçle belirtin. Kaba yöntem: Sürücü yüküne karşı %15 ila %25 fazla boyutlandırın ve tesisin ömrü boyunca ek boşta çalışma kaybını kabul edin. Bu yöntem işe yarar ve genellikle ilk maliyet açısından en ucuz seçenektir.
• Harmonik sınıfına uygun bir ünite belirtin. K sınıfı veya sürüş yükü tasarımı, fazla örtük ve dağılma kayıplarını taşıyabilmesi için özel olarak tasarlanmış bir çekirdek ve sargıya sahiptir; tek fazlı yüklerin bulunduğu durumlarda üçlü harmonikler için uygun boyutta nötr hattı bulunur. Yüklenme temelini yazılı olarak isteyin; çünkü belirtilen bir K-katsayısı ve yük profili olmadan verilen bir K sınıfı etiket, bir tasarım değil yalnızca bir etikettir.
• Harmonikleri kaynağında giderin. Hat reaktörleri, pasif filtreler veya aktif filtreler, transformatöre ulaşan harmonik miktarını azaltır; bu cihazlar, tesisin ortak bağlantı noktasında bozulmayı raporlaması gereken durumlarda doğru çözümdür. IEEE Std 519-2022, şebekenizin uygulayacağı referans standardıdır; çoğu Kuzey Amerikalı şebeke şirketi pratikte uyguladığı hedef, standart tarafından 69 kV’e kadar sistemler için belirlenen %5 toplam gerilim bozulma sınırıdır.

Hangi yolu izlerseniz izleyin, bozulma değeri şartnamede yer almalıdır. Bir VFD harmonikleri ‘IEEE 519’e uyulması’ ifadesini içeren ve başka hiçbir şey içermeyen madde, trafo tedarikçisine ek bakır mı satın alacağını yoksa sizin mi bir filtre satın alacağını tahmin etmesini bırakır.

 

Aşındırıcı Hava: H2S, Klor ve Muhteliflik Kararı

Atıksu arıtma tesisi ekipman odası düşmanca bir ortamdır ve bu ortamın alttan değerlendirmesi kolaydır. Başlangıç binaları, nemli kuyular ve sindirim alanları kokusu duyulmayacak düzeyde bile olsa hidrojen sülfür içerir; bu da kontrol kablolardaki bakırı, gümüşü ve lehimleri saldırıya uğratır. Klorlama ve hipoklorit odaları ikinci bir aşınma yolu ekler. Neredeyse doymuş nem eklenince mekanizma bir kaplama başarısızlığı değil, iki ya da üç yıl sonra gerçekleşecek bir bağlantı başarısızlığıdır.

Üç teknik şartname kararı çoğu riski taşır.

• Muhteliflik sınıfı. Atıksu ortamındaki süreç alanları için yerel elektrik tasarım kılavuzlarında belirtilen çalışma minimumu, sıradan bir dış mekân dağıtım transformatörünün kullandığı NEMA 3R değil, sadece su geçirmez olmakla kalmayıp aynı zamanda korozyona dayanıklı olan NEMA 4X muhafaza türüdür. Bu, paslanmaz çelik ya da uygun şekilde kaplanmış bir muhafaza, contalı kapılar ve korozyona dayanıklı donanım anlamına gelir; boyalı sac metal bir kutu değil.
• Kaplama sistemi. Kıyı bölgeleri ve kimyasal maruziyet genellikle bir boya rengi yerine ISO 12944 korozyon kategorisi olarak belirtilir; yüksek korozyon riskli, denizcilik sınıfı kullanım için referans kategori C5-M’dir. Bu sınıfa göre üretim yapıldığında kaplama, kaplama kalınlığına yönelik tuz püskürtme testiyle belgelenir ve yüzey bitiş çizelgesi siparişin bir parçası olarak verilir; fabrika varsayılanı değildir.
• Sıvı koruma ve erişim. Yağla soğutulan ünitelerde, yağ koruma sistemi ve tankın sızdırmazlığı, beş yıl içinde nemin içeri girmesini belirler; ayrıca numune alma vanasının yerleştirilmesi, bakım ekibinin muhafaza kapağını açmadan numune alıp alamayacağını belirler. Vananın nerede olduğunu sorun; cevap "içeride, kapının arkasında" ise, bu numunenin hiçbir zaman alınmayacağını bekleyin.

Dış mekânda yerleştirme, bir döşeme Monteli Trafo odasorununu çözer ancak korozyon sorununu çözmez. Bir kaldırma istasyonundaki yatak montajlı ünite, beslediği pompalarla aynı klorlu ve nemli havada bulunur; bu nedenle muhafaza yüzeyinin kalitesi ve conta kalitesi, ünitenin konumundan daha fazla önem taşır.

 

Yedeklik ve Yedek Güç: Yapılandırma Sorusu

Arıtma tesisleri genellikle şebeke kesintisi sırasında işlemeye devam etmek zorundadır ve bu gereklilik, jeneratör kadar transformatör düzenlemesine de yüklenir.

Yaygın konfigürasyon, normalde açık bir bağlantı kesiciye sahip ana-bağlı-ana çift uçlu bir düzenlemedir: iki transformatör, iki panodan oluşur ve bir bağlantı kesici bulunur. Her transformatör, tesisin kendi yarısını besler; bağlantı kesici, diğer transformatör hizmet dışıyken temel yükleri taşıyabilmesi için her iki transformatörden birinin kullanılmasını sağlar. Karşılaştırma noktası ise empedanstır. Paralel veya bağlantı kapalı çalışma, eşleşmiş empedans ve eşleşmiş kademe konumları gerektirir; aksi takdirde iki ünite, tek hat şemasında varsayılan gibi yükü paylaşmaz. Bu nedenle, bir çift için teklif vermeden önce, teklif sonrası değil, empedans aralığını sorarız.

Tek bir transformatörün tesisi beslediği durumda, yedek durum genellikle şu şekilde görünür: servis girişinde bir jeneratör, bir transfer anahtarı ve hangi yüklerin otomatik olarak yeniden başlatılmasına izin verileceğine dair bir karar. Havalandırıcılar ve sürücüler sorun yaratır. Uzun rampa süresine sahip büyük sürücüler, doğrudan şebekeye bağlanarak yeniden başlatmaya kıyasla jeneratör için daha az zorluk oluşturur; ancak şebeke bağlantısı için düşük empedanslı olarak belirlenen bir transformatör, jeneratör bağlantısı durumunu daha da kötüleştirebilir. Her iki durum da aynı motor çizelgesine göre kontrol edilmelidir.

 

Şartnamede Neler Belirtilmeli

Teslim edilen ünitenin tasarım amacına uyup uymadığını belirleyen şartname maddeleri:

Teknik Özellik Maddesi	Belirtilecekler	Sorma Gerekenler
Motor çizelgesi	Kilitli rotor kVA’sı, kod harfi, NEMA tasarım harfi, başlatma yöntemi	Gerilim düşüş sınırını isteyin: Kuzey Amerika uygulamasında 10–15 % arası çalışma kuralıdır
Eşzamanlı başlatmalar	Tesisin aslında çalışacağı en kötü kombinasyon	Yağmurlu hava sonrası yeniden başlatma — üç havalandırıcı artı bir çamur pompası, tek bir pompa ile karşılaştırıldığında farklı bir transformatöre ihtiyaç duyar
Sürücü yükü	Toplam VFD beygir gücü ve filtre veya reaktörün sağlanıp sağlanmadığı	Ortak bağlantı noktasındaki distorsiyon hedefini belirtin; faydalanan kuruluşunuzun başvuracağı referans IEEE Std 519-2022'dir
Empedans bandı	Geçici çalışma analizinden alınan yüzde empedans ve tolerans değeri	Başlatma durumu için ve çift uçlu bir düzenlemede yük paylaşımı için gereklidir
Kabin ve yüzey işleyişi	İşlem alanları için NEMA 4X; ISO 12944 korozyon kategorisi	Boya rengi yerine kategori adını belirtin (yüksek korozyonlu deniz tipi için C5-M)
Yedek yapılandırma	Ana-bağlantı-ana, jeneratör destekli veya tek uçlu	Jeneratör muhafazası, şebeke bağlantısı durumundan farklı bir empedans gereksinimi belirler
Test kapsamı	Her birimde rutin testler; tasarım üzerinde tip testleri; kuru tip için kısmi deşarj testleri	Hangi test standardının kullanıldığını ve liste ajansı tanıklığına yer verilip verilmediğini sorun

 

Testlerle ilgili olarak, bu ayrımı açıkça belirtmek faydalıdır. Rutin testler her birimde uygulanır ve ünitenin yapısına göre test kodunu takip eder: IEEE C57.12.90 kuzey Amerika’da sıvı ile soğutulan üniteler için ve IEC 60076-1 iEC projeleri için genel gereksinimler için; kuru tip tasarımlar ise IEC 60076-11 ’ye uyar. Tip testleri — sıcaklık yükselmesi, darbe dayanımı ve kısa devre dayanımı — tasarımı ilgilendirir ve tedarik edilen üniteye izlenebilir olmalıdır. Tesis sürücülere geçiş yapıyorsa, ünitenin soğuk veya sıcak çalışıp çalışmayacağını belirleyen hesaplama olan harmonik kayıp kontrolünü yazılı olarak isteyin.

 

Su ve Atıksu Projeleri İçin Nasıl İnşa Ediyoruz

Ryan Electric, 2007 yılından beri Jiangsu’da bulunan 120.000 m² alana sahip bir tesisinde 180’den fazla üretim ve test ekipmanı setiyle ve 37 patentle transformatör üretmektedir; ayrıca 2023 yılından itibaren Eaton’un resmi ortak girişimi olarak faaliyet göstermektedir. Üniteler, hedef pazarın gerektirdiği şekilde UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ve CE belgeleriyle birlikte sevk edilir; bu durum, şebeke bağlantıları gibi kamu projelerinde, herhangi bir cihaz enerjilendirilmeden önce denetçi tarafından etiket bilgilerinin okunması gerekliliği nedeniyle önem taşır. Bir proje listelenmişse, testler ilgili liste kuruluşu tarafından doğrudan izlenir; yani iç kayıttan onaylanmaz — örneğin UL Solutions kuzey Amerika listeleme süreçleri için.

Su projelerindeki mühendislik farkı, fiyat teklifi vermeden önce sorduğumuz sorulardır. Motor programı (kod harfleriyle birlikte), başlatma yöntemi, eşzamanlı başlatma durumu, sürücü beygir gücü ve filtre sağlanıp sağlanmayacağı, süreç alanına yönelik muhafaza sınıfı, korozyon kategorisi ile yedek konfigürasyonu. Bu bilgiler bir araya geldiğinde, döşeme Monteli Trafo veya kurulu beygir gücü toplamına göre değil, tesisteki işletme durumuna göre boyutlandırılmış kuru tip ünite.

Motor programınızı, saha maruziyetinizi ve tesisiniz ya da su yükseltme istasyonunuz için muhafaza gereksinimlerinizi bize gönderin; mühendislerimiz, başlangıç durumu ve harmonik yük açısından boyutlandırma kontrolü yaparak, kaplama sistemi ve test kapsamını satır satır listeleyerek yanıt verecektir. Teknik yanıt 48 saat içinde sağlanır.

Yazar Hakkında: Bu kılavuz, 2007 yılında kurulan, 2023 yılından beri Eaton ile resmi ortak girişim ortağı olan ve şebeke, endüstriyel, veri merkezi ve altyapı projeleri için kuru tip, yağlı tip, direk montajlı ve kompakt trafo merkezi ürünlerinin tedarikçisi olan Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd. şirketinin mühendislik ve ihracat ekibi tarafından hazırlanmıştır. Ekip, teknik şartname incelemesinden fabrika testlerine kadar belediye ve endüstriyel su projelerini destekler.