Transformator Pabrik Pulp & Kertas: Cara Menentukan Ukuran Distribusi MV untuk Lini Mesin Kertas, Mengapa Harmonisa VFD dan Starting Refiner Menentukan Spesifikasi, dan Kapan Dry-Type Lebih Unggul dari Oil

Jawaban singkatnya: transformator pabrik pulp dan kertas ditentukan ukurannya dari daftar beban per area dan dari kebutuhan ride-through mesin kertas, bukan dari tolok ukur kWh per ton. Yang sebenarnya menentukan rating adalah tiga hal yang tidak ada hubungannya dengan permintaan rata-rata: arus harmonisa yang didorong kembali oleh sectional drive mesin kertas ke bus 690 V, arus start motor refiner terbesar di pabrik pulp, dan fakta bahwa voltage dip 150 ms membuat pabrik mengalami paper break sementara dip 300 ms membuatnya harus restart. Spesifikasi yang kompeten karena itu dimulai dengan daftar beban per area pabrik, menerapkan faktor demand dan diversity per area, menurunkan rating transformator untuk spektrum harmonisa yang terukur, memeriksa voltage dip pada start motor terbesar, dan baru setelah itu menetapkan impedansi yang menjaga switchgear 690 V dan 11 kV tetap dalam rating gangguan.

Poin-poin penting

• Mesin kertas modern adalah sistem drive sebelum menjadi beban: 80–150 sectional drive pada satu bus 690 V, sebagian besar regeneratif, sebagian besar memiliki diode atau active front end yang menentukan duty harmonisa transformator.
• Tentukan ukuran transformator mesin kertas dari daftar beban area dengan faktor demand 0,5–0,75, lalu turunkan rating untuk harmonisa dengan IEEE C57.110 — bus 690 V dengan front end 6-pulsa kehilangan 13–20% kapasitas transformatornya sebelum margin apa pun ditambahkan.
• Motor tunggal terbesar di pabrik pulp — refiner TMP 10–30 MW — menetapkan kekuatan bus minimum. Refiner 12 MW yang di-start direct-on-line pada transformator 40 MVA, 8% menarik bus 11 kV turun 12,5%; pada 25 MVA menariknya turun 18,7% dan memicu trip semua drive pada board yang sama.
• Transformator dry-type cast-resin cocok di dalam machine hall, area stock preparation, dan bleach plant; transformator oil-immersed cocok di luar ruangan pada 33 kV dan pada generator step-up. Keputusannya adalah beban kebakaran dan korosi, bukan harga.
• Untuk pabrik yang beroperasi 8.000 jam setahun, 1 kW rugi tanpa beban bernilai sekitar USD 7.300 biaya terkapitalisasi selama 20 tahun pada 0,08 USD/kWh — lebih besar daripada selisih harga antar kelas efisiensi pada unit 4 MVA.

Mengapa pabrik kertas merupakan masalah kelistrikan sebelum menjadi masalah transformator?

Pabrik kertas terintegrasi bukan satu beban dengan satu faktor beban. Ini adalah delapan atau sembilan area proses dengan perilaku kelistrikan yang sepenuhnya berbeda, terbentang sepanjang 1–2 km lokasi dan terhubung ke satu interkoneksi 132 kV atau 110 kV. Woodyard menyalakan dan mematikan conveyor sepanjang hari. Digester menjalankan pompa kontinu pada beban datar 90%. Bleach plant memiliki puluhan drive kecil dalam atmosfer klorin dioksida. Refiner stock preparation menarik 20–40 MW dan start mungkin dua kali sehari. Mesin kertas beroperasi 24 jam dengan ketersediaan 95% dan profil beban yang begitu datar sehingga faktor demand-nya tampak konstan. Recovery boiler dan turbin generator menjadikan lokasi ini produsen listrik untuk sebagian tahun.

Masing-masing area tersebut memiliki transformator sendiri, level gangguan sendiri, dan alasan sendiri untuk gagal. Itulah sebabnya unit spesifikasi yang berguna di pabrik adalah gardu induk area, bukan total pabrik. Angka kVA seluruh pabrik tidak memberi tahu Anda apakah bus 690 V akan bertahan terhadap load step coater blade atau apakah board 11 kV akan bertahan saat refiner start.

Ada dua konsekuensi dari tabel ini. Pertama, total kapasitas transformator pabrik biasanya 1,4–1,8 kali kebutuhan maksimumnya, karena area-area tersebut tidak mencapai puncak secara bersamaan dan karena setiap area memerlukan jalur pemadaman untuk pemeliharaan yang tidak menghentikan mesin. Kedua, populasi transformator bersifat campuran: pabrik berkapasitas 700 t/hari akan memiliki 25–40 transformator di atas 1 MVA, dan transformator yang menyebabkan downtime hampir tidak pernah yang terbesar.

Berapa beban terhubung yang sebenarnya dibawa oleh lini mesin kertas 700 t/hari?

Ambil contoh mesin kertas fine paper bercoating dengan trim 8,4 m, kecepatan desain 1.500 m/menit dan output 700 t/hari, yaitu 29,2 t/jam. Mesin itu sendiri — bukan pabrik pulp di belakangnya — membawa beban terhubung sekitar 17 MW. Daftar beban di bawah ini adalah jenis daftar yang harus dilampirkan pada permintaan penawaran transformator; jika pemasok mengutip transformator mesin kertas tanpa daftar tersebut, angkanya hanya perkiraan.

Pada faktor daya perpindahan 0,96, kebutuhan dayanya adalah 10,9 MVA. Itulah angka yang sering dijadikan patokan oleh banyak orang, dan angka itu salah. Transformator yang memasok bus ini melihat arus yang terdistorsi, bukan arus sinusoidal, sehingga kapasitas terpakainya lebih rendah daripada kapasitas nameplate-nya — perhitungan pada bagian harmonisa di bawah ini menaikkan 10,9 MVA menjadi 12,8 MVA. Empat unit 4 MVA kemudian berada pada pembebanan 80% masing-masing, yang merupakan pembebanan yang seharusnya dirancang untuk transformator mesin kertas: cukup tinggi untuk membenarkan aset tersebut, cukup rendah untuk menyerap peningkatan seksi atau retrofit drive tanpa transformator baru. Apakah 80% merupakan pembebanan kontinu yang aman untuk desain tertentu bergantung pada kenaikan titik panas dan siklus beban harian, yang menjadi pokok bahasan dalam panduan faktor beban dan beban lebih.

Catatan tentang satuan: bus mesin kertas biasanya dispesifikasikan pada 690 V, bukan 400 V. Pada 690 V, transformator 4 MVA mengalirkan 3.347 A, yang berada dalam rentang switchgear 690 V standar. Pada 400 V, 4 MVA yang sama akan membutuhkan 5.774 A, yang memaksa penggunaan kabel paralel, switchgear paralel, dan arus gangguan yang jauh lebih besar di MCC. Pilihan tunggal itu — 690 V versus 400 V — adalah keputusan tegangan paling konsekuensial pada mesin kertas, dan biasanya dibuat oleh vendor drive sebelum transformator dibahas.

Arsitektur tegangan apa yang sebaiknya digunakan pabrik kertas?

Sebagian besar pabrik menggunakan empat level, dengan angka pastinya ditentukan oleh utilitas setempat, bukan oleh preferensi. Di Eropa dan sebagian besar Asia, rangkaiannya adalah 132 atau 110 kV masuk, 33 atau 35 kV di sekitar lokasi, 11 atau 10 kV ke motor besar dan gardu induk area, 690 V ke sistem drive, dan 400 V ke penerangan dan daya kecil. Di Amerika Utara, arsitektur yang sama muncul sebagai 138/115 kV, 34,5/13,8 kV, 4,16 kV, dan 480 V.

Level tegangan bukanlah pilihan bebas: cincin 33 kV ada karena pabrik secara fisik panjang dan kabel 11 kV ke ujung lokasi yang jauh akan tidak ekonomis pada 20 MW. Level 11 kV ada karena motor 8–30 MW tidak dibuat pada 690 V. Level 690 V ada karena rating daya drive menurun di atas sekitar 2 MW dan karena mesin kertas membutuhkan ratusan drive kecil pada bus bersama. Setiap level memiliki transformator antara level tersebut dan level berikutnya, dan masing-masing transformator tersebut memiliki tugas yang berbeda: unit 132/33 kV memikul beban lokasi, unit 33/11 kV memikul arus starting, unit 33/0,69 kV memikul harmonisa. Penalaran yang sama, yang diterapkan pada opsi 6, 10, 11, 20, dan 33 kV secara individual, diuraikan dalam panduan pemilihan kelas tegangan.

Mengapa bus drive 690 V menjadi pusat sebenarnya dari mesin kertas modern?

Mesin kertas adalah web kontinu yang berjalan pada 1.500–2.000 m/menit melalui rangkaian nip: headbox, wire, press, dryer, size press, calender, reel. Web tidak dapat menoleransi ketidaksesuaian kecepatan antar seksi, sehingga setiap seksi digerakkan oleh motornya sendiri di bawah kontrol tegangan atau kecepatan loop tertutup. Mesin modern memiliki 80–150 seksi seperti itu, dari 5 kW untuk roll pengembali wire hingga 400–600 kW untuk drum reel.

Arsitektur tersebut menghasilkan beban dengan sifat-sifat yang tidak dirancang untuk transformator distribusi konvensional: faktor daya perpindahan mendekati satu, kandungan harmonisa tinggi dari ujung depan penyearah, dan — pada unwind stand, winder, dan calender — aliran daya balik yang berkelanjutan saat drive melakukan deselerasi atau menahan tegangan. Transformator pada bus tersebut karenanya bukan perangkat kVA pasif. Ia adalah bagian dari sistem drive, dan impedansinya, kemampuan harmonisanya, serta konstanta waktu termalnya semuanya tampak dalam perilaku mesin.

Bus DC bersama adalah yang mengubah perhitungan. Ketika 40 seksi berbagi bus DC, energi yang dilepaskan oleh seksi pengering yang melambat memasok seksi yang sedang berakselerasi, dan hanya selisih netonya yang kembali ke sisi AC. Hal ini mengurangi jumlah resistor pengereman, mengurangi siklus termal transformator, dan menjadikan unit suplai AFE — biasanya 2–4 MW — sebagai satu-satunya penyearah yang benar-benar dilihat transformator. Masalah harmonisa tidak hilang, melainkan terkonsentrasi: alih-alih 100 penyearah 6-pulsa yang tersebar, Anda memiliki dua atau tiga unit AFE besar, dan transformator dirancang berdasarkan unit-unit tersebut.

Bagaimana cara menentukan ukuran transformator di belakang bus penggerak mesin kertas 690 V?

Perhitungannya memiliki empat langkah dan masing-masing dapat mengubah hasilnya. Menggunakan daftar beban di atas:

• Langkah 1 — kVA kebutuhan: 10,475 kW ÷ 0.96 = 10.9 MVA. Ini mengasumsikan penggerak mengoreksi faktor daya perpindahan mendekati satu, yang dilakukan oleh penggerak AFE.
• Langkah 2 — derating harmonisa: jika bus memiliki ujung depan 6-pulsa pada THDi 35%, derating IEEE C57.110 pada faktor-K 4.7 mengizinkan 85% dari nameplate, sehingga nameplate yang dibutuhkan adalah 10.9 ÷ 0.85 = 12.8 MVA. Dengan penggerak AFE pada THDi 4% derating dapat diabaikan dan kebutuhan tetap pada 11.0 MVA.
• Langkah 3 — rating standar dan pembagian: 12.8 MVA dibulatkan menjadi 4 × 4 MVA pada dua seksi bus, ujung basah dan ujung kering, dengan bus tie yang normalmente terbuka. Empat unit alih-alih dua berarti kegagalan satu transformator hanya melumpuhkan setengah mesin, bukan seluruh mesin.
• Langkah 4 — pemeriksaan: regulasi tegangan pada terminal penggerak harus tetap dalam ±10% dari 690 V pada kondisi tunak dan di atas trip undervoltage penggerak selama akselerasi seksi; arus hubung singkat pada terminal 690 V harus tetap dalam rating switchgear.

Langkah 3 adalah di mana mesin kertas berbeda dari distribusi umum. Transformator 4 MVA, 690 V dengan impedansi 8% memiliki kapasitas hubung singkat 50 MVA pada terminalnya, yaitu 41.8 kA — dalam rating switchgear 50 kA tetapi tidak dalam rating 40 kA. Menurunkan impedansi menjadi 6% menaikkannya menjadi 55.8 kA dan memaksa switchgear 65 kA. Sebaliknya, menjadi 10%, memotong arus gangguan menjadi 33.4 kA tetapi menambah 1.5–2% pada jatuh tegangan terminal penggerak pada beban penuh dan membuat AFE bekerja lebih keras untuk mempertahankan bus DC. Pada bus 690 V, 6–8% adalah jendela praktis dan 8% adalah default yang aman. Jika Anda memerlukan arus gangguan pada MCC alih-alih pada terminal transformator, metode tiga langkah dalam perhitungan arus hubung singkat mencakup suku kontribusi kabel dan motor.

Angka jatuh tegangan adalah regulasi transformator itu sendiri pada arus pengenal, dihitung dari impedansi dan rasio X/R; angka tersebut tidak termasuk jatuh tegangan kabel dan impedansi hulu. Pada bus 690 V nyata, jatuh tegangan kabel dari transformator ke MCC dapat menambah 1.5–2.5% lagi pada jalur panjang, yang menjadi alasan transformator biasanya ditempatkan dalam jarak 50 m dari deretan penggerak.

Mengapa harmonisa VFD memakan kapasitas transformator lebih banyak daripada yang disarankan daftar beban?

Transformator berkapasitas 4 MVA pada 50 Hz dengan beban sinusoidal memiliki rating 4 MVA pada 50 Hz dengan beban sinusoidal. Pasang penyearah 6-pulsa pada sisi sekundernya dan daya semu 4 MVA yang sama kini mengandung 35% arus harmonisa, dan harmonisa tersebut melakukan dua hal yang tidak dilakukan oleh fundamental: harmonisa meningkatkan arus rms untuk daya nyata yang sama, dan harmonisa terkonsentrasi di dalam belitan melalui efek kulit dan efek proksimitas, sehingga rugi arus eddy naik kira-kira sebanding dengan kuadrat orde harmonisa. IEEE C57.110 ada justru karena efek kedua tidak tertangkap oleh efek pertama. Mekanisme tersebut, dan lima cara untuk mengurangi arus harmonisa pada sumbernya alih-alih pada transformator, dibahas dalam panduan harmonisa transformator.

Derating dihitung dari spektrum harmonisa, bukan dari aturan praktis:

I_max (pu) = √[ (1 + P_EC-R) / (1 + K · P_EC-R) ]

di mana P_EC-R adalah fraksi rugi arus eddy terhadap total rugi beban pada arus pengenal (biasanya 0,10–0,15 untuk transformator distribusi) dan K adalah faktor rugi harmonisa, K = Σ(h² · I_h²) / Σ(I_h²). Faktor K didominasi oleh harmonisa orde rendah karena pembobotan h²: harmonisa ke-5 menyumbang 25 kali lebih besar per unit dibandingkan fundamental, itulah sebabnya spektrum dengan 30% harmonisa kelima menghasilkan K ≈ 4,7 alih-alih K ≈ 1,2 yang mungkin disarankan oleh pembacaan THD secara naif.

Dua kesimpulan praktis mengikutinya. Pertama, transformator berating K tidak memberi Anda kapasitas lebih — ia memberi Anda transformator yang bertahan terhadap faktor K yang benar-benar Anda miliki, dengan desain netral dan belitan yang tidak akan mengalami panas berlebih. Kapasitas tetap diambil dari nameplate. Kedua, cara termurah untuk memulihkan 13–19% yang hilang adalah dengan menetapkan drive AFE pada mesin kertas sejak awal: derating hilang, regenerasi didapat gratis, dan bus 33 kV tidak lagi memerlukan bank filter detuned. Bandingkan itu dengan harga satu ukuran transformator lebih besar pada setiap seksi mesin sebelum memutuskan bahwa drive 6-pulsa adalah pilihan yang ekonomis. Kerangka keputusan untuk transformator berating K versus yang di-oversize diuraikan dalam panduan pemilihan transformator faktor K.

Apa peristiwa start motor terbesar di pabrik pulp — dan berapa besar penurunan tegangan yang ditimbulkannya?

Bukan mesin kertas, yang start menggunakan drive dan ramp. Melainkan refiner. Lini pulp termomekanis memiliki dua atau tiga refiner, masing-masing digerakkan oleh motor sinkron atau induksi 10–30 MW pada 11 kV, dan setiap start merupakan peristiwa sistem: motor menarik 5–6 kali arus pengenalnya selama 10–40 detik sementara pelat pemurnian naik ke kecepatan melawan beban chip.

Hitung angkanya untuk motor refiner 12 MW, 11 kV, efisiensi 0,96, faktor daya 0,95, arus rotor terkunci 5,5 kali arus pengenal:

• Daya semu pengenal motor = 12.000 ÷ (0,96 × 0,95) = 13,2 MVA
• Daya semu start = 5,5 × 13,2 = 72,4 MVA
• Pada 11 kV, itu berarti impedansi start sebesar 11² ÷ 72,4 = 1,67 Ω pada faktor daya start sekitar 0,25

Penurunan tegangan pada bus 11 kV kemudian hampir sepenuhnya bergantung pada seberapa kuat sumbernya. Pada transformator 40 MVA dengan impedansi 8%, impedansi sumber adalah 0,242 Ω dan bus turun menjadi 87,5% dari nominal — penurunan sebesar 12,5%. Pada transformator 25 MVA, start yang sama menghasilkan 18,7%, dan pada transformator 63 MVA sebesar 8,3%.

Aturan desain yang diterapkan sebagian besar pabrik adalah batas penurunan tegangan 10% pada panel 11 kV dan 15% pada terminal motor, karena kontaktor lepas pada sekitar 70–75% dan drive trip pada pengaturan undervoltage-nya sendiri di antara 80% dan 85%. Penurunan 12,5% pada panel 40 MVA karena itu bukan kasus marginal — nilainya di atas batas, dan akan menjatuhkan setiap kontaktor pada seksi yang sama yang tidak berada pada sirkuit kontrol berbasis UPS. Pada saat itulah pabrik menyadari bahwa start refiner dan mesin kertas berbagi seksi bus yang sama.

Faktor daya starting lebih penting daripada yang diasumsikan sebagian besar studi aliran beban. Pada faktor daya starting 0,25, hampir seluruh impedansi starting motor bersifat reaktif, sehingga penurunan tegangan merupakan masalah X/R dan bukan masalah R, dan menambah panjang kabel ke refiner justru membuatnya sedikit lebih buruk, bukan lebih baik. Inilah sebabnya refiner yang disuplai dari gardu 11 kV yang jauh dapat menunjukkan penurunan tegangan yang lebih besar daripada refiner yang sama yang disuplai dari panel sebelah, meskipun keduanya berada pada transformator yang sama.

Bagaimana starting refiner menentukan impedansi transformator?

Di sini persyaratannya saling bertentangan. Impedansi yang lebih tinggi membatasi arus gangguan pada panel 11 kV dan memungkinkan penggunaan switchgear yang lebih murah; namun juga meningkatkan penurunan tegangan selama start refiner, meningkatkan rugi beban transformator, dan memperburuk regulasi tegangan untuk seluruh area. Tabel di bawah ini mempertahankan transformator pada 20 MVA dan memvariasikan impedansi untuk start direct-on-line 12 MW yang sama.

Bacalah tabel dari arah sebaliknya dan desainnya menjadi jelas: impedansi bukanlah alat yang digunakan untuk membuat start refiner dapat diterima. Bahkan pada 6% penurunan tegangan adalah 17,7%, karena impedansi starting motor itu sendiri mendominasi. Alat yang memperbaiki start refiner adalah metode starting — VFD, LCI, atau motor pony — dan setelah start dibatasi arusnya hingga 110%, impedansi transformator dapat dipilih hanya berdasarkan arus gangguan dan regulasi. Pabrik yang mencoba menyelesaikan masalah start refiner dengan transformator yang lebih besar akhirnya membeli 63 MVA untuk melayani beban 20 MW, yang merupakan cara mahal untuk menghindari drive.

Mengapa penurunan tegangan 100 ms merusak kertas — dan berapa biaya akibat putusnya kertas?

Mesin kertas tidak memiliki inersia pada web. Lembaran ditahan dalam tegangan di antara seksi-seksi, dan jika satu seksi kehilangan torsi selama 100 ms sementara seksi di sekitarnya terus berjalan, transien tegangan tersebut要么 memutus lembaran atau menghasilkan bagian yang lebih tebal dan lebih lemah yang akan putus pada nip berikutnya. Drive itu sendiri biasanya bertahan terhadap penurunan tegangan; lembarannya tidak. Urutannya adalah: penurunan tegangan, satu atau dua seksi trip karena undervoltage atau overcurrent, lembaran putus, broke memenuhi pulper, dan kru menghabiskan 15–45 menit untuk memasang kembali lembaran dari headbox hingga reel.

Biaya putusnya web bukanlah listrik. Pada mesin 700 t/hari yang memproduksi kertas halus berlapis, putusnya web memakan 3–5 jam produksi termasuk rethread dan penanganan broke, yang pada 29 t/jam dan margin kontribusi USD 300–600 per ton adalah USD 26.000–87.000 per kejadian, ditambah nilai broke dan gangguan jadwal hilir. Pabrik dengan 10–30 kali putus per tahun karena itu mengeluarkan biaya nyata untuk ride-through, dan spesifikasi transformator adalah bagian dari biaya tersebut: transformator dengan impedansi lebih rendah dan bus yang lebih kaku memberikan headroom lebih besar bagi drive, dan pabrik dengan skema transfer bus cepat dapat memindahkan mesin ke incomer yang sehat dalam 200–300 ms alih-alih kehilangan lembaran kertas.

Tipe terendam minyak atau tipe kering — di mana masing-masing cocok di pabrik kertas?

Di pabrik, pilihan ditentukan oleh lokasi, bukan preferensi. Transformator tipe kering cast-resin adalah default di dalam gedung karena tidak ada minyak yang terbakar, tidak ada bund, tidak ada dinding api, dan tidak ada nitrogen atau konservator yang perlu dirawat. Transformator terendam minyak adalah default di luar ruangan pada 33 kV ke atas karena lebih murah per MVA, lebih efisien, dan lebih baik dalam membuang panas di iklim panas.

Dua poin spesifik pabrik sering terlewat. Pertama, transformator cast-resin di aula mesin kertas beroperasi pada ambien 40–45 °C dengan debu kertas mengendap pada belitan, sehingga ratingnya harus dikoreksi terhadap ambien dan selubungnya harus dirancang agar debu tidak menjembatani isolasi — IP54 dengan jalur ventilasi berfilter, bukan IP21. Kedua, strategi kebakaran harus diputuskan sebelum transformator dipesan: FM Global Data Sheet 5-4 dan penanggung jawab asuransi lokal akan menetapkan jarak pemisahan dan rating api untuk unit berisi minyak, dan menambahkan dinding api di sekitar transformator yang sudah terpasang jauh lebih mahal daripada memilih tipe kering sejak awal.

Apa yang dilakukan pabrik pemutih, wet end, dan aula mesin terhadap spesifikasi?

Pabrik kertas itu basah, hangat, dan korosif dengan cara yang tidak dialami industri umum. Empat lingkungan menentukan spesifikasi:

• Instalasi pemutihan (bleach plant): atmosfer klorin dioksida dan klorin pada suhu 40–50 °C dengan kelembapan tinggi. Selungkup baja karbon akan terkorosi dalam 3–5 tahun. Tentukan pelapisan ISO 12944 C5-M, perangkat keras stainless 316, belitan resin cor tersegel, IP55, dan kelonggaran korosi pada selungkup, bukan hanya sistem cat saja.
• Aula mesin kertas: suhu ambien 40–45 °C, kelembapan relatif 80–90% di ujung basah (wet end), debu kertas di mana-mana. Turunkan rating (derate) untuk suhu ambien di atas 40 °C, tentukan pemanas anti-kondensasi yang diaktifkan saat transformator mati, dan tempatkan unit sehingga air pembersih tidak dapat mengalir ke selungkup.
• Persiapan stok (stock preparation): getaran dari refiner dan screen, ditambah uap dan cipratan stok. Tentukan bracing seismik atau anti-getaran yang dirating untuk fondasi refiner, sambungan bus fleksibel, dan transformator yang ditempatkan di luar zona cipratan.
• Pengolahan air limbah dan air: di luar ruangan, hidrogen sulfida dalam atmosfer saluran pembuangan, dan pompa yang sering start. Unit terendam minyak dengan pelapisan C4/C5, kotak kabel tersegel, dan jalur akses pemeliharaan yang tidak memerlukan penghentian pabrik.

Koreksi suhu ambien bukanlah kesalahan pembulatan. Transformator resin cor 4 MVA yang dirating pada suhu ambien 40 °C kehilangan sekitar 5–8% kapasitasnya pada 45 °C, dan unit terendam minyak 33 kV kehilangan sekitar 1% per kelvin di atas suhu ambien ratingnya. Di pabrik di mana aula mesin berada pada 45 °C selama enam bulan dalam setahun, koreksi tersebut harus sudah ada dalam permintaan penawaran, bukan ditemukan saat komisioning. Hal yang sama berlaku untuk ketinggian (altitude), yang penting bagi pabrik di lokasi dataran tinggi; metode koreksinya adalah yang digunakan untuk transformator distribusi mana pun, dan ada baiknya memeriksa kurva derating sebelum menetapkan rating. Hubungan antara tahap pendinginan, kenaikan suhu, dan pembebanan yang diizinkan dibahas dalam panduan metode pendinginan dan kenaikan suhu.

Bagaimana pabrik harus dikonfigurasi untuk keandalan?

Pabrik kertas beroperasi 350 hari dalam setahun dan kehilangan USD 30.000–90.000 per penghentian tak terencana, sehingga pertanyaan redundansi bersifat ekonomis, bukan filosofis. Empat konfigurasi di bawah ini mencakup hampir semua pabrik; pilihan biasanya dibuat per area, bukan untuk seluruh lokasi.

Khusus untuk mesin kertas, pola yang berhasil adalah empat transformator pada dua seksi dengan tie normally open dan skema transfer cepat: setiap pasangan memikul setengah mesin pada pembebanan 80%, dan jika satu unit hilang, tie menutup dan mesin berlanjut pada kecepatan berkurang dengan coater dan satu winder dilepas. Ini adalah kompromi yang disengaja — 2 × 100% penuh pada bus mesin 16 MVA sulit dibenarkan, sementara radial tunggal tidak dapat dipertahankan.

Satu detail keandalan mudah salah setelah shutdown. Ketika pabrik diberi energi kembali, setiap transformator pada papan menarik arus inrush magnetisasinya pada saat yang sama, dan unit 4 MVA dapat menarik 8–12 kali arus rating selama 100–200 ms. Jika drive mesin kertas sudah diaktifkan saat incomer menutup, penurunan tegangan akibat inrush cukup untuk mentripkannya. Solusinya adalah urutan energisasi bertahap — transformator terlebih dahulu, drive diaktifkan 2–3 s kemudian, seksi dipercepat secara berurutan — dan fisika di balik arus tersebut dijelaskan dalam panduan arus inrush transformator.

Mengapa pabrik kertas memerlukan transformator step-up selain step-down?

Sebagian besar pabrik terintegrasi menghasilkan sebagian besar kebutuhan listriknya sendiri. Boiler recovery ditambah boiler biomassa ditambah turbin ekstraksi-kondensasi biasanya menghasilkan 30–60 MW pada 11 kV, dan pabrik menjual kelebihan listrik ke jaringan di beberapa pasar dan mengimpor pada malam hari di pasar lain. Hal ini memerlukan trafo step-up generator pada 11/132 kV atau 11/110 kV, yang ukurannya disesuaikan dengan rating turbin dengan margin beban lebih, dan ini mengubah filosofi proteksi serta pengukuran seluruh lokasi.

Tiga konsekuensi untuk spesifikasi trafo:

• Aliran daya balik: trafo 33 kV dan 132 kV pabrik harus dispesifikasikan untuk daya dua arah, dengan relai arus lebih berarah dan relai daya balik, serta dengan rentang tap yang bekerja di kedua arah. Trafo yang dispesifikasikan hanya untuk impor akan memiliki rentang OLTC yang kehabisan tap ketika pabrik mengekspor pada tegangan 105%.
• Aliran harmonisa ke jaringan: ketika pabrik mengekspor, harmonisa drive dari mesin kertas mengalir melalui trafo step-up ke titik sambungan utilitas. Batas IEEE 519 berlaku pada titik tersebut, bukan pada bus 690 V, dan utilitas akan mengukurnya. Inilah alasan pabrik yang sudah memenuhi syarat pada papan 11 kV-nya sendiri masih dapat menerima keluhan kualitas daya dari operator jaringan.
• Islanding: jika pasokan utilitas terputus, pabrik dapat beroperasi terisolasi dengan pembangkitnya sendiri. Trafo step-up kemudian menanggung seluruh beban pabrik dengan level gangguan yang sangat berbeda dan tanpa inersia jaringan di belakangnya, dan skema pelepasan beban harus dirancang untuk kasus tersebut, bukan untuk kasus terhubung jaringan.

Seperti apa kapitalisasi rugi-rugi untuk pabrik yang beroperasi 8.000 jam setahun?

Trafo pabrik kertas beroperasi terus-menerus, sehingga rugi-ruginya merupakan biaya modal, bukan detail operasional. Kapitalisasikan pada 8.000 jam setahun, 0,08 USD/kWh, 20 tahun, dan tingkat diskonto 6%, maka faktor anuitasnya adalah 11,47. Satu kilowatt rugi tanpa beban kemudian bernilai 8.000 × 0,08 × 11,47 = USD 7.341, dan satu kilowatt rugi beban pada faktor beban 70% bernilai 8.000 × 0,49 × 0,08 × 11,47 = USD 3.597.

Terapkan pada unit 4 MVA dengan rugi tanpa beban 3,2 kW dan rugi beban 32 kW: 151.040 kWh setahun, USD 12.083 setahun, USD 138.593 selama umur 20 tahun. Itulah angka yang harus dibandingkan dengan selisih harga antara unit kelas S13 dan S20, atau antara desain standar dan desain rugi rendah. Dalam sebagian besar kasus, unit rugi rendah menang pada siklus kerja pabrik dan kalah pada siklus kerja 2.000 jam, itulah sebabnya trafo yang sama bisa menjadi pilihan tepat untuk pabrik kertas dan pilihan yang salah untuk lokasi konstruksi. Metode lengkapnya, termasuk cara menangani pertumbuhan beban dan cara memperlakukan biaya yang dikapitalisasi bersama harga beli, diuraikan dalam perhitungan total biaya kepemilikan.

Apa yang harus ada dalam RFQ untuk paket trafo pabrik kertas?

Permintaan penawaran pabrik kertas gagal dalam salah satu dari dua cara: pemasok menawarkan trafo distribusi standar dan harmonisa, beban starting, atau lingkungan korosi baru ditemukan kemudian; atau permintaan penawaran begitu terbuka sehingga setiap penawaran adalah untuk produk yang berbeda. Daftar data di bawah ini menutup kedua celah tersebut. Ini juga merupakan daftar untuk membandingkan penawaran, karena penawaran yang tidak dapat menjawab item 5, 6, dan 9 bukanlah penawaran untuk aplikasi ini.

Item 13 memerlukan survei tersendiri. Unit 40 MVA, 132/33 kV berbobot 60–80 t dengan oli dan memerlukan survei rute untuk batas jembatan, saluran udara, dan radius putar sebelum pesanan dilakukan; unit cast-resin 4 MVA untuk ruang mesin mungkin harus melewati pintu 2,5 m dan dirakit ke posisinya sebelum atap ditutup. Kendala transportasi dan instalasi, termasuk pengiriman oli dengan nitrogen bertekanan dan batas kemiringan selama penanganan, dijelaskan dalam panduan transportasi dan instalasi.

Pertanyaan yang sering diajukan

Bisakah satu transformator 33/0,69 kV memasok seluruh mesin kertas?

Secara teknis bisa, secara praktis tidak. Satu unit 16 MVA pada 690 V akan membutuhkan busbar 13.400 A, menempatkan seluruh mesin di belakang satu kegagalan, dan memusatkan arus harmonisa dari setiap drive pada satu belitan. Empat unit 4 MVA pada dua seksi lebih mahal dalam hal switchgear tetapi lebih murah dalam hal kehilangan produksi, dan memungkinkan Anda mengeluarkan satu unit untuk pemeliharaan tanpa menghentikan mesin.

Apakah saya masih memerlukan transformator rating-K jika semua drive saya adalah AFE?

Tidak, dan membayar untuk itu adalah pemborosan yang umum. Drive AFE dengan filter LCL menghasilkan THDi 3–5%, yang setara dengan faktor K mendekati 1. Transformator standar dengan netral yang berukuran tepat sudah memadai. Rating-K menjadi relevan ketika drive 6-pulsa masih ada di bus — biasanya dalam retrofit di mana sebagian mesin telah ditingkatkan dan sebagian belum.

Impedansi apa yang harus saya tentukan untuk transformator yang memasok refiner?

Pilih untuk arus gangguan dan regulasi terlebih dahulu, lalu periksa starting. Pada transformator 11 kV, 20 MVA, 8% menjaga arus gangguan pada 13,1 kA dan cocok dengan switchgear 16 kA; beralih ke 10% menghemat satu frame switchgear tetapi menambah 4% pada penurunan tegangan saat start refiner direct-on-line, yang merupakan pertukaran yang salah. Jika refiner start direct-on-line dan penurunan tegangan melebihi 10%, solusinya adalah VFD atau soft starter, bukan transformator yang berbeda.

Bisakah transformator pabrik kertas dipasang di dalam ruangan?

Ya, dan sebagian besar transformator mesin 690 V memang demikian. Unit dry-type cast-resin dirancang untuk instalasi dalam ruangan, tidak memerlukan bund atau dinding api, dan tersedia dengan selungkup IP54 untuk area berdebu dan lembap. Kendalanya adalah suhu ambien, ventilasi, dan pengelolaan debu, bukan teknologi transformatornya sendiri. Unit oil-immersed di atas 20 MVA di dalam ruangan memerlukan sel tahan api, bund, dan biasanya sistem deluge, itulah sebabnya unit tersebut biasanya ditempatkan di luar ruangan atau di gedung gardu induk khusus.

Sumber / 资料来源

Sumber: IEC 60076-1 — Transformator daya, persyaratan umum.
Sumber: IEC 60076-2 — Kenaikan suhu untuk transformator terendam cairan.
Sumber: IEC 60076-11 — Transformator daya tipe kering.
Sumber: IEC 60038 — Tegangan standar, termasuk tingkat 690 V.
Sumber: IEC 60034-12 — Kinerja starting motor induksi sangkar tiga fasa satu kecepatan.
Sumber: IEEE C57.110-2018 — Penetapan kemampuan transformator saat memasok arus beban non-sinusoidal.
Sumber: IEEE 519-2014 — Pengendalian harmonisa pada sistem tenaga listrik.
Sumber: IEEE C57.12.00 — Persyaratan umum untuk transformator distribusi, daya dan pengatur terendam cairan.
Sumber: GB/T 6451-2015 — Parameter teknis dan persyaratan untuk transformator daya terendam minyak tiga fasa.
Sumber: GB 20052-2020 — Nilai minimum yang diizinkan untuk efisiensi energi dan kelas efisiensi energi transformator daya.
Sumber: GB/T 1094.1-2013 — Transformator daya, umum.
Sumber: Commission Regulation (EU) No 548/2014 — Persyaratan ecodesign untuk transformator daya kecil, menengah dan besar, Tier 2 mulai 1 Juli 2021.
Sumber: U.S. Department of Energy, 10 CFR Part 431 Subpart K — Standar konservasi energi transformator distribusi.
Sumber: ISO 12944-2 — Kategori korosivitas untuk struktur baja, kategori C5-M untuk atmosfer pesisir dan industri.
Sumber: NFPA 70 (National Electrical Code) Article 450 — Transformator dan ruang transformator.
Sumber: NFPA 13 — Instalasi sistem sprinkler, untuk konteks beban kebakaran pabrik.
Sumber: FM Global Data Sheet 5-4 — Transformator, persyaratan penanggung untuk pemisahan dan proteksi kebakaran.
Sumber: IEC 60079-10-1 — Klasifikasi area berbahaya, yang berlaku pada dapur pelapisan berbasis pelarut.
Sumber: Pengalaman rekayasa QDTB — daftar beban area pabrik kertas, penentuan ukuran bus drive seksi 690 V, studi starting refiner dan praktik derating harmonisa. Nilai yang ditandai sebagai pengalaman industri adalah rentang tipikal dari proyek pabrik, bukan standar yang dipublikasikan.

Jika Anda sedang menyiapkan permintaan penawaran untuk gardu induk mesin kertas atau pabrik pulp, jalur tercepat untuk mendapatkan penawaran yang sebanding adalah dengan mengirimkan daftar beban area, diagram satu garis, jadwal drive dengan tipe front-end, dan data starting motor terbesar secara bersamaan. Tim rekayasa kami dapat mengubahnya menjadi spesifikasi transformator yang sesuai ukuran, perhitungan derating harmonisa dan anggaran indikatif dalam satu kali proses. Anda juga dapat memulai dari kalkulator sistem tenaga untuk memeriksa tingkat gangguan, penurunan tegangan dan kapitalisasi rugi sebelum menghubungi pemasok mana pun — dan jika pertanyaannya adalah jenis transformator mana yang cocok di tempat mana, perbandingan antara transformator terendam minyak dan tipe kering membahas keputusan tersebut secara lebih rinci.