Захист трансформаторів, встановлених на підставці, з використанням запобіжників та заходів щодо охорони дикої природи: контрольний перелік для енергопостачальних компаній задля зменшення відключень

Екіпаж у центральній Оклахомі відкрив напівзакриту одиницю минулого листопада, яка двічі відключилася протягом одного тижня. Трансформатор був справний. Білка замкнула високовольтні вводи, сталася дугова розрядка, і залишилася вуглецева слідова доріжка, що спричиняла повторне виникнення дуги при кожному автоматичному повторному ввімкненні. Два відключення, одна тварина, жодних пошкоджень обмоток і звіт про надійність, який досі вказував на цю одиницю як на джерело проблеми.

Ми виробляємо такі одиниці, тож ставтеся до цього упередження з підозрою. Але закономірність важко заперечити: більшість викликів щодо напівзакритих одиниць, про які нас просять, не починаються всередині бака. Вони виникають на межі — у запобіжнику, що захищає трансформатор, і в відсіку, призначеному для запобігання проникненню диких тварин у нього.

 

 

 

Два режими відмови, що пояснюють більшість викликів щодо напівзакритих одиниць

Захист трансформаторів, встановлених на підставці — це перше. Основний запобіжник — єдиний пристрій, що стоїть між вторинною несправністю й трансформатором, який доведеться замінювати протягом терміну поставки, вимірюваного місяцями. Якщо його номінальний струм занадто малий, він розмикається при ввімкненні холостого навантаження щоразу, коли фідер повторно замикається після шторму. Якщо ж номінальний струм занадто великий, характеристика запобіжника розташовується над кривою крізь-несправності, тобто трансформатор сприймає несправності, які мав усунути саме цей запобіжник.

Друге — це дика природа. Вхідними точками є отвори бушингів, бар’єрні дошки та зазор між дахом корпусу й кабельним відсіком. Їнот проходить через отвір діаметром 75 мм, навіть не уповільнюючи руху. Змія взагалі не потребує отвору, якщо в шафі є кабельна траншея нижче рівня ґрунту.

Жодна з цих несправностей не виявляється під час звичайного електротехнічного проектного огляду, оскільки обидві знаходяться «між» специфікацією трансформатора й налаштуваннями захисту енергопостачальної організації. Як виробник трансформаторів у наземному виконанні , запитання, що надходять до нас за останні два тижні до відправлення, майже завжди стосуються саме цих двох питань.

 

Прочитайте криву проходження аварійного струму перед тим, як переглядати таблицю запобіжників

Кожне рішення щодо розміру запобіжника починається з кривої, а не з таблиці. Стандарт IEEE C57.109 визначає, як довго трансформатор із рідким охолодженням може проводити заданий кратний номінальний струм, перш ніж почнеться накопичення пошкоджень; сфера застосування та стан викладені на сторінці IEEE C57.109-2018 . У цьому керівництві наведено криві узгодження для чотирьох категорій трансформаторів, і ці криві враховують як теплове навантаження, так і механічну напругу, яку аварія створює в обмотках.

Ось конкретне число. Візьміть одиницю потужністю 1000 кВА з первинною мережею трикутником 12,47 кВ, вторинною напругою 480 В і імпедансом 5,75 %. Повний первинний струм навантаження становить 46 А. Повний вторинний струм навантаження — 1203 А, а при замиканні на вторинних затискачах струм короткого замикання до врахування імпедансу кабелю становить приблизно 20,9 кА. Запобіжник має відключити цю аварію до того, як первинний струм, що сприймає трансформатор, перевищить його криву за стандартом C57.109, а також має витримати магнітний струм вмикання під час наступного підключення.

Ці дві вимоги спрямовані у протилежних напрямках. Саме цей конфлікт і є суттю завдання, а тому графік плавких запобіжників, скопійований із попереднього проекту, стає ризиком, а не скороченням термінів.

 

Три цифри, що лежать в основі вибору байонетного запобіжника

Більшість північноамериканських наземних трансформаторів використовують байонетний запобіжник типу NEMA B у високовольтному відсіку, а номінали, які зазвичай мають комунальні підприємства, знаходяться в діапазоні від 8 А до 200 А. Вибір конкретного номіналу визначають три цифри.

Номінальний струм. Розраховується за номінальною потужністю (кВА) на шильдику та первинною напругою, а не за кресленням замінюваного пристрою. Зазначені вище 46 А є типовими для трансформатора потужністю 1000 кВА у системі з напругою 12,47 кВ.

Підключення навантаження після відновлення живлення. Після відключення живлення всі термостати, компресори й частотні перетворювачі одночасно запускаються знову. Пусковий струм разом із навантаженням після відновлення живлення може перевищувати номінальний струм у кілька разів протягом декількох десятих долей секунди; саме тому запобіжник, розрахований на 1,2 від номінального струму, стає джерелом непотрібних спрацьовувань у прохолодну ранню пору року.

Співставлення з вищестоящими захистами. Швидка характеристика реклоузера має спрацювати раніше за запобіжник у разі тимчасових пошкоджень, а запобіжник — раніше за повільну характеристику реклоузера у разі постійних пошкоджень. Якщо дві ці характеристики перетинаються в одній точці на графіку залежності часу від струму, електромережа отримує найгірший можливий результат: перегоряння запобіжника при пошкодженні, яке реклоузер міг би усунути.

На практиці більшість стандартів електромереж передбачають номінальний струм плавкого запобіжника типу «байонет» у діапазоні від 1,5 до 2,5 разів номінального струму первинної обмотки трансформатора, а потім перевіряють отриманий результат за кривою струму короткого замикання через трансформатор. Цей діапазон є вихідною точкою. Один пристрій, що живить потужний двигун, і інший, що живить торговельний центр, не можуть мати однакове рішення, і захист трансформаторів, встановлених на підставці графік має вказувати, яке припущення було використано.

Ще одна деталь, яка не вимагає додаткових витрат: вимагайте надання кривої запобіжника на тому самому аркуші, що й крива пошкодження трансформатора. Коли ці дві лінії надруковані разом, порушення узгодження видно протягом п’яти секунд. Коли ж вони розташовані в окремих документах, воно стає помітним лише на третій рік.

 

Захист дикої природи — це спеціальний пункт специфікації, а не аксесуар

Захист трансформатора від дикої природи зазвичай розглядається як окремий пункт, який енергопостачальна організація додає після встановлення трансформатора на підставку. Однак його слід включати до специфікації, оскільки найдешевшим місцем для вирішення цього питання є заводська лінія.

IEEE 1656 визначає методи випробування пристроїв захисту дикої природи щодо електричних, механічних та експлуатаційних характеристик у розподільних системах з номінальною напругою до 38 кВ, а також Стандарт IEEE 1656-2010 є посиланням, яке слід наводити, коли постачальник стверджує, що кришка витримає десять років у зовнішніх умовах. Послідовність випробувань дає відповідь на це запитання. Технічний паспорт — ні.

Заходи, які справді зменшують кількість відключень:

Ізолювані колодязі й кришки виводів. Для одинадцяти- та двадцятип’яті-кіловольтових блоків — кришки, які залишаються на місці під час протягування кабелю, а не типу «надягання», що злітають уже під час першого штормового вітру.

Бар’єрні дошки між відсіками. Повна висота, встановлено до закриття резервуара. Тварина, що лізе, навіть у цьому випадку не зможе дістатися до струмопровідної частини.

Вентиляційні отвори з екрануванням. Нержавіюча сітка на кожному жалюзі та в основі, розмір якої відповідає пробі 12 мм, а не тому, що є в наявності у виробника.

Герметичне з’єднання кабельного каналу. Знімний екран на вході до каналу — це різниця між корпусом і «шосе» для змій.

Жоден із цих елементів не додає суттєвих витрат на етапі проектування. Але всі вони вимагають залучення бригади, зміни замовлення на комутацію та відключення мережі для дообладнання.

 

Що змінюється на заводі

Ryan Electric виробляє розподільні трансформатори з 2007 року на ділянці площею 120 000 м², оснащеній понад 180 комплектами виробничого й випробувального обладнання та захищеною 37 патентами. З 2023 року компанія працює як офіційний спільний підприємець Eaton — саме цей статус північноамериканські енергетичні компанії найчастіше запитують першими. Пристрої мають сертифікацію UL, можуть виготовлятися відповідно до вимог CSA C22.2 для канадських проектів і поставляються з даними рутинних випробувань у відповідності з IEEE C57.12.90 у пакеті заводського приймання.

Для замовлень на наземні (pad-mount) трансформатори ми вбудовуємо комплект захисту від диких тварин безпосередньо в базовий дизайн, а не пропонуємо його як додаткову опцію: кріплення з нержавіючої сталі марки 316 на корпусі, виводи з епоксидним покриттям, бар’єрні дошки, встановлені до закриття бака, та жалюзі з сіткою, перевірені на прохід пробки діаметром 12 мм. Як виробник трансформаторів у наземному виконанні виробник, що працює відповідно до вимог UL і CSA, ми воліли б обговорити деталі сітки на етапі креслення, ніж пояснювати потрапляння змії під час введення в експлуатацію.

Захист плавкими запобіжниками — це те місце, де виробник трансформаторів у наземному виконанні повинен задавати найбільше запитань. Ми хочемо дослідження захисту від комунального підприємства або, як мінімум, криві реклоузера й доступний струм короткого замикання на підстанції. Один замовлення вийшло з нашого заводу з роз’ємом типу «байонет» на 200 А на одиниці потужністю 500 кВА, оскільки графік запобіжників був узятий із більшого проекту; це виявили під час введення в експлуатацію, і двотижнева затримка коштувала більше, ніж вартість перевезення трансформатора.

 

Короткий контрольний перелік перед затвердженням креслення

Шість пунктів — і більшість проблем із захистом наземних трансформаторів зникають ще до виходу одиниці з заводу.

1. Розрахунок первинного струму повного навантаження за номінальною потужністю (кВА) на шильдику й номінальною напругою системи.

2. Розмір запобіжника — від 1,5 до 2,5 разів більший за струм повного навантаження, а потім перевірений за кривою IEEE C57.109 при доступному струмі короткого замикання.

3. Профіль споживання навантаження після тривалого відключення підтверджено даними досліджень навантаження комунального підприємства, особливо на фідерних лініях із електричним опаленням або зрошувальним навантаженням.

4. Швидкі й повільні криві реклоузера нанесені на ту саму діаграму час-струм, що й крива запобіжника.

5. Пакет захисту дикої природи визначається стандартом випробувань, а не описом. Запитайте послідовність випробувань IEEE 1656 або еквівалентну.

6. Деталі бар’єрів та екранів, зазначені на кресленні схвалення, у тому числі інтерфейс кабельного каналу.

 

 

 

Вартість помилки

Нескоординований запобіжник не виходить із ладу катастрофічно. Він розмикається, екіпаж замінює його, а журнал фіксує короткочасне вимкнення. Повторіть це тричі на одному фідері протягом одного сезону — і енергопостачальна компанія витратить більше коштів на робочу силу та комутацію, ніж коштував би аналіз координації. захист трансформатора від дикої природи пакет дотримується тієї самої арифметики: екран коштує десятки доларів, а змія на вторинних затискачах — тиждень втраченого обслуговування плюс заміна блоку, який доводиться забирати з уже запланованого виробничого циклу.

Саме це є аргументом на користь вирішення обох деталей на етапі креслення. виробник трансформаторів у наземному виконанні можна замінити бар’єрну дошку до закриття бака практично без витрат. Після того як пристрій встановлено на фундаменті, така сама зміна перетворюється на полеву модифікацію з обов’язковим вимкненням.

Якщо ви визначаєте розподільні пристрої наземного розташування для вікна поставки на 2027 рік, деталі захисту та захисту від диких тварин варто узгодити зараз. Час виготовлення на заводі достатньо довгий, тому зміна креслення після затвердження коштує значно більше, ніж п'ять років тому.

 

Наступний крок

Надішліть нам однолінійну схему, криві реклоузера та доступний струм короткого замикання на площадці. Наша інженерна група надасть перелік запобіжників та пакет захисту від диких тварин, що відповідає вашим стандартам, зазвичай протягом трьох робочих днів.

Про автора

Цю статтю підготувала група інженерів з продажів компанії Ryan Electric, виробника трансформаторів, що виробляє трансформатори наземного розташування, сухого типу та маслонаповнені для комунальних підприємств та EPC-підрядників у Північній Америці, на Близькому Сході, у Південно-Східній Азії та в Африці. Група підтримує проекти від специфікації до заводських приймальних випробувань. Технічні питання щодо цієї статті можна направляти команді інженерів з продажів через ryantransformers.com.