Millised on 10 kV sisetransformaatorite paigaldamise nõuded?

10 kV sisetransformaatorite paigaldamiseks vajalikud paigutus- ja ruuminõuded

Minimaalsed vahemaad, ruumi mõõtmed ja tsoonid vastavalt standarditele IEC 60076 ja IEEE C57.12.00

Turvaliste ja eeskirjadele vastavate 10 kV sisetransformaatorite paigaldamise jaoks on oluline järgida standardeid IEC 60076 ja IEEE C57.12.00. Need standardid määravad minimaalsed vahemaad elektriohtude vältimiseks, soojusjuhtimise tagamiseks ning turvalise hooldusjuurdepääsu võimaldamiseks:

• Ees/tagumine: 1,5–3 m kaabliühenduste, ekspluatatsiooniturvalisuse ja katkesti juurdepääsu jaoks
• Küljed: 1–1,5 m seintest ventilatsiooni toetamiseks ja kaarelöögi ohu vähendamiseks
• Ülevalt: 1,8–2,5 m lae kõrguselt kuni isolaatoriteni – oluline personali turvalisuse ja soojuspluumi vabanemise tagamiseks

Kui planeerite ruumi transformaatorite jaoks, pidage meeles, et neil on vaja ruumi nii oma tegeliku suuruse jaoks kui ka kõigi nõutavate vahemaade jaoks ümber end. Transformaatorid üle 500 kVA nõuavad tavaliselt erilist tähelepanu. Enamikus kohalikes regulatsioonides nõutakse tulekindlat seinat vähemalt kahe tunni tulekindlusega ning eraldi hooldusjuurdepääsu käiguteed. NEC ja IEC standardid ei ole täpselt identsete lähenemistega maapinna ühendamise küsimustes ega selles, mis loetakse ohutuks vahemaaks. Kuid siiski on mõlema eesmärk lõppkokkuvõttes töötajate turvalisus. Need erinevad lähenemisviisid näitavad erinevaid mõtteviise elektriturvalisuse kohta ning neid tuleb kindlasti arvesse võtta enne, kui projektile alustatakse tõeliselt serioosset projekteerimist.

Kuivtüüpi vs. õlisegmendi transformaatori põhiala, tuleeraldus ja ventilatsioonizonide tagajärjed

Kuivtüüpi transformaatorid pakuvad olulisi ruumilisi eeliseid: nende põhjapindala on umbes 30 % väiksem kui vastavate õlirikaste üksuste puhul ja neile ei ole vaja vedeliku mahutamiseks eraldi seadmeid. Siiski jääb nende paigaldamine range regulatsiooni alla – eriti sisetingimustes kehtib NFPA 70 (NEC) artikkel 450.21:

• Tuleeraldus: Õliga täidetud üksused nõuavad sumpe, mille maht vastab kogu õlihulga 110 %-le (IEEE C57.12.00-2023 kohaselt), ning tulekindlaid takistusi üksuste vahel või naaberpiirkondade vahel
• Ventilatsioonitsoonid: Kuivtüüpi üksused võimaldavad paigaldamist vähemalt 0,3 m kaugusel mittesüttivatest pindadest ja neid saab integreerida üldisesse HVAC-tsoonidesse; õliga täidetud üksustele on vajalikud eraldatud väljavoolutorud, mis viivad õhu välja hoonest või mehaanikaruumi, kus on plahvatuskaitse
• Põhjapindala optimeerimine: Kuivtüüpi üksused võimaldavad tihemat paigutust (1 m horisontaalne vahe), samas kui õliga täidetud üksustele on vajalik vähemalt 2,5 m vahe, et piirata tule leviku ohtu rikkekorral

Valik peaks põhinema mitte ainult ruumisäästu, vaid ka elutsükli riskiprofiilil — kuivtüübiliste transformaatorite puhul ei tekki õliallikaid ega süttimisohtu, kuid nende jaoks on vajalik rangem ümbrustemperatuuri reguleerimine ja tolmu vähendamine.

Soojusjuhtimine ja ventilatsioon sisetingimustes toimivate transformaatorite jaoks

Jahutusviisi valik: loomulik konvektsioon, sundventilatsioon ja kanalite nõuded

Jahutusviis mõjutab otseselt transformaatori eluiga, tõhusust ja ruumilist integratsiooni. Loomulik konvektsioon (ONAN) sobib väiksemate üksustega (<2500 kVA) hästi ventileeritud ruumides stabiilsete ümbrustingimustega. Kõrgemate koormuste või kitsaste ruumide puhul on vajalik sundventilatsioon (ONAF) – ja selle jaoks on vajalikud eraldi projekteeritud kanalid:

• Kanalite ristlõiked peavad tagama 150–200% radiatori pindalast, et säilitada õhuvoolukiirus ≥2 m/s
• Kanalite paigaldamisel tuleb vältida teravnurkseid pöördeid, küünarid ja takistusi, mis tekitavad turbulentsi või rõhukadu
• Külmutusplaatidel peab kõigil külgedel olema vähemalt 1 m takistusteta vabadus ja neid tuleb eraldada soojuse tekitavast seadmestikust (nt UPS-süsteemid, lülitusseadmed), et vältida soojapõhjustatud õhuringlust

Soojusmodelleerimine projekteerimisfaasis – kasutades IEC 60076-7 standardiga kinnitatud tööriistu – tagab, et jahutusvõimsus vastab halvimate koormusprofiilidele ja äärmuslikele ümbrustingimustele

Temperatuuri tõusupiirangud (nt 115 K klassi H puhul) ja ümbrustingimuste järgi toimuma peavad võimsuslangused

Transformaatori isoleerimise eluiga sõltub tegelikult täielikult nende temperatuuripiiride järgimisest. Enamik kuivatüüpi transformaatoreid kasutab klassi H isoleerimist, mis võimaldab umbes 115-kraadist temperatuuri tõusu aluslikust ümbruskonna temperatuurist 40 °C. Kui need piirid ületatakse, hakkavad materjalid lagunema kiiremini kui tavapäraselt. Sellest, mida nimetatakse Arrheniuse reegliks, tuleneb, et kui temperatuur tõuseb 8–10 kraadi üle lubatud taseme, siis laguneb isoleerimine kaks korda kiiremini. Transformaatoreid tuleb ka soojemates keskkondades vähendatud võimsusel kasutada. Iga ümbruskonna temperatuuri kraadi tõus üle 40 °C põhjustab võimsuse languse 0,4 protsenti. Näiteks 1000 kVA transformaator suudab 45 °C ümbruskonna temperatuuri korral anda vaid umbes 960 kVA. Täispõhjalisel tööl hoidmiseks on vajalikud hea ventilatsioonisüsteemid, mis säilitavad ümbruskonna temperatuuri all 40 °C ja suhtelise õhuniiskuse all 60 protsendis. See aitab takistada niiskuse imendumist tahkesse isoleerimismaterjali ning vältida neid tüütavaid osalisi läbilööke.

Elektriohutus ja maandamine 10 kV transformaatorisüsteemide puhul

Madala takistusega maandamiskonstruktsioon vastavuses IEEE 80 standardiga ning puutumis- ja sammupinge piiramiseks

Madala takistusega maandamissüsteem on inimeste ohutuse ja seadmete kaitse aluslik – mitte valikuline – element. Selle on projekteeritud vastavalt IEEE 80 ja IEC 61936 standarditele, et vähendada ohtlikke pingegradiendeid ligipääsetavatel pindadel ja juhtida ära rikkevool ohutult. Peamised toimetusnäitajad on:

• Maandusvõrgu takistus ≤ 5 Ω (tööstuslik parim tavapraktika sisejaamades)
• Eeldatava rikkevoolu talumiseks kasutatakse #2 AWG vasest või suurema läbimõõduga juhte
• Transformaatorikorpuse, nullpunkti, ülekoormuskaitse seadmete ja metallist korpuste ühendamine, et luua ekvipotentsiaalne tsoon

IEEE 80 standard määrab võrgu geomeetria nõuded, sealhulgas juhtme sügavuse, mis peaks üldiselt olema vähemalt 600 mm, komponentide vaheline õige kaugus ning vertikaalsete elektroodide paigutus umbes 2,4 meetri või rohkem pinnast all. Need spetsifikatsioonid aitavad hoida ohtlikke sammupingeid ja puutepingeid kontrolli all, soovitavalt allosas 100 volti läve all. Maandumisvastustesti tuleb teha iga aasta tagant, sest keegi ei märka, kui muutuvad muldtingimused või kui korrosioon hakkab lagundama ühendusi, kuni midagi valesti läheb. Võtame näiteks andmekeskused, kus ohutus on kõige tähtsam. Kui maandussüsteemid vastavad eeskirjadele, vähendavad nad kaarapõksumise juhtumite arvu oluliselt. 2024. aasta tööstusstandardid näitavad, et need vastavuses eeskirjadega olevad süsteemid võivad vigastusriski vähendada umbes poole võrra võrreldes eeskirjadele mittevastavate seadistustega.

Mehaaniline paigaldus: alus, stabiilsus ja vibratsioonikontroll

Betoonplaadi spetsifikatsioonid, seismiline kinnitamine ja vibratsioonivastase paigalduse parimad tavad

Sisetingimustes 10 kV võimsusmuundurite paigaldamisel on tegemist dünaamiliste koormustega, mis nõuavad erilist aluskonstruktsiooni tööd, mis läheb kaugemale tavalistest põrandapindadest. Betoonplaatide puhul on reegliks vähemalt 200 mm paksune plaat terasvõrguga tugevdatuna kogu pinnal. Õige kõvastamine vastavalt ASTM C31 standardile tagab, et betoon saavutab umbes 30 MPa tugevuse või parema. Maavärinapiirkondades asuvatele võimsusmuunduritele on vaja kinnituskruve, mis vastavad IEEE C57.12.00 spetsifikatsioonidele sügavuse ja keerdmomendi nõuete osas. Need tuleb ühendada alusisolatsioonimontaažidega, mis aitavad eraldada seadet horisontaalsete värisemisjõududest maavärina ajal. Värisemiste vähendamiseks kasutatakse enamikus paigaldustes võimsusmuunduri aluse alla kummilaadsed padjad. Välitests näitasid, et need padjad vähendavad resonantsi edastust umbes 70% võrreldes traditsiooniliste jäikade montaažidega, nagu viimase aasta PGP Journalis avaldatud uuringus kirjeldatud. Samuti on väga oluline seos värisemiskontrolli ja seismilise kinnituse vahel. Kui kruvid ei ole õigesti kinnitatud või padjad on valesti kokku surutud, siis mõlemad süsteemid lähevad korraga katki. Seepärast teevad kogenumad tehnikud lõppkontrolli alati väliselt moodaltestiga, et tagada, et loomulikud sagedused ei ühildu võimsusmuunduri tööhelidega, näiteks südamiku täisvõimsusel tekivad tüüpilised 120 Hz hüüded.

Kasutuselevõtt, testimine ja regulatiivse vastavuse kontroll

Täielik kasutuselevõtt ja testimine on tingimata vajalikud 10 kV sisemiste transformaatorite paigalduste ohutuse ja usaldusväärsuse tagamiseks – ning need moodustavad peamise tõendusmaterjali regulatiivse vastavuse kohta. See protsess algab enne sisselülitamisega ja hõlmab põhjalikku elektrilist ja mehaanilist valideerimist.

Eelkasutuselevõtu inspektsioon: nimisildi kontroll, visuaalne terviklikkus ja niiskuskontroll

Enne kõigi seadmete sisselülitamist peame veenduma, et kõik on füüsiliselt valmis tööle asumiseks. Tehnikud peaksid esmalt kontrollima nimisildi andmeid – näiteks pinge suhteid, takistustasemeid, vektorgruppe ja jahutusklassi – ning võrdlema neid disainietapis heakskiidetud andmetega. Hea visuaalne inspektsioon hõlmab pudelkujuliste isolaatorite (bushingute) kontrollimist pragude või kulutuse suhtes, ühenduskohtade õige pingutustaseme kinnitamist, tihendite tiheduse kontrollimist ning kauplemise või käsitlemise ajal tekkida võinud kahjustuste otsimist. Üks väga oluline asi on aga niiskusesisalduse mõõtmine paberpõhistes isoleerimismaterjalides. Selleks kasutatakse teste, nagu sagedusala spektroskoopia või polarisatsiooni lagunemisvoolu test. Kui niiskusesisaldus ületab 1,5%, tuleb süsteem kuivatada, sest liialine niiskus lühendab isoleerumise eluiga peaaegu pooleks, nagu viimase aasta Doble Engineeringu uuringust selgus. Samuti tuleb meeles pidada, et kõik need testitulemused peavad vastama tööstusstandardites, näiteks IEEE C57.12.90 ja IEC 60076-3, sätestatud nõuetele, et hinnata, kas seade läbib kvaliteedikontrolli.

Kriitilised elektrilised testid: isoleerimisvastupidavus, pöördearv, mähise takistus ja sagedusvastuse analüüs (SFRA)

Pärast inspekteerimist kinnitavad standardiseeritud elektrilised testid funktsionaalse terviklikkuse:

• Isoleerimisvastupidavus (IR): Mõõdetakse 5 kV megohmmetriga; tulemused korrigeeritakse temperatuuri järgi ja võrreldakse lähteväärtustega või IEEE 902 piirväärtustega, et tuvastada saastumine või niiskuse sissepääs
• Pöördearv (TTR): Kinnitab pingemuundamise täpsust nii, et see jääb ±0,5 % piiresse nimiväärtusest – tuvastab tap-kuulutaja vale seadistuse või mähiste defektid
• Mähiste takistus: Tuvasid lahtised ühendused või asümmeetrilised mähiste teed kasutades alalisvoolu mikro-ohmmetreid; erinevused faaside vahel üle 2 % nõuavad uurimist
• Sagedusvastuse analüüs (SFRA): Loodab mehaanilise „sõrmejälg“ võrdlemaks amplituudi-faasi vastuseid sagedusvahemikus 1 kHz–2 MHz; üle 3 dB suured nihked viitavad südamiku liikumisele, mähiste deformatsioonile või kinnituse ebaõnnestumisele

Kokku võttes rahuldavad need testid NEC artiklit 450.6, OSHA 1910.303 ja kindlustusettevõtete nõutud seadistusprotokolle – dokumenteerides hoolaslikkust enne esimest sisselülitamist.

KKK

Mis on 10 kV sisetransformaatori paigaldamiseks vajalikud vabadused?

Piisavate vabaduste tagamine on oluline ohutuse ja hoolduse tagamiseks. Esis- ja tagumised vabadused peaksid olema 1,5–3 meetrit, külgedel 1–1,5 meetrit ja ülevalpool 1,8–2,5 meetrit.

Mis on kuivtüübiliste ja õhutäidetud transformaatorite peamised erinevused?

Kuivtüübilised transformaatorid on kompaktsamad: nende paigaldamiseks on vaja umbes 30 % vähem ruumi kui õhutäidetud üksustele. Nad nõuavad integreeritud HVAC-tsoone, samas kui õhutäidetud üksused vajavad eraldi väljatõmbesüsteemi. Lisaks peavad õhutäidetud üksused olema varustatud tuleeraldamisega ja õli kogumiseks mõeldud süvenditega.

Kuidas mõjutavad jahutusviisid transformaatorite paigaldust?

Õige jahutusviisi valik, näiteks loomulik konvektsioon või survega õhuvool, mõjutab transformaatori tõhusust ja eluiga. Õige kanalisatsioon ja ventilatsioon on olulised ning soojusmodelleerimine aitab sobitada jahutusvajadusi koormusnõuetega.

Millised toimingud kuuluvad ettevalmistusinspektsiooni protsessi?

Ettevalmistusinspektsioon hõlmab nimisildi andmete kontrollimist, välimise kontrolli tegemist füüsilise terviklikkuse kindlakstegemiseks ning isoleermaterjalide niiskussisalduse testimist. Kui niiskussisaldus ületab juhiste piirväärtusi, tuleb materjale kuivatada, et vältida isoleerumise halvenemist.