หม้อแปลงสำหรับไซต์เหมือง: วิธีคำนวณขนาดกำลังไฟสำหรับเครื่องบด โรงสี และรถขุด ทำไมสายเคเบิลยาวในบ่อเหมืองจึงบังคับให้ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น และระดับ IP ที่เหมืองเปิดหรือเหมืองใต้ดินต้องการคืออะไร

คำตอบก่อน: หม้อแปลงสำหรับไซต์เหมืองถูกกำหนดขนาดจากรอบโหลดของเหมือง ไม่ใช่จากตาราง kVA — เครื่องบด (crushers) โรงโม่ (mills) สายพานลำเลียง (conveyors) และรถขุด (shovels) เป็นโหลดแบบกระแทกและฮาร์มอนิก และสายเคเบิลที่จ่ายไฟไปถึงอุปกรณ์เหล่านี้มักเป็นตัวกำหนดการออกแบบก่อนที่หม้อแปลงจะเข้ามาเกี่ยวข้อง

หม้อแปลงสำหรับไซต์เหมืองคือหน่วยที่รับไฟฟ้าจ่าย 33 kV, 110 kV, 132 kV หรือ 220 kV ที่การไฟฟ้าจ่ายเข้ามายังพื้นที่ แล้วแปลงเป็นไฟฟ้าที่ใช้ขุด ลาก ขน และบดจริง: 11 kV หรือ 6.6 kV สำหรับรถขุด สว่าน และปั๊มที่บ่อเหมือง; 11 kV, 6.6 kV หรือ 3.3 kV สำหรับสายพานลำเลียง เครื่องยก และระบบระบายอากาศใต้ดิน; และ 11 kV หรือ 6.6 kV ลงมาที่ 0.4 kV หรือ 0.69 kV ที่โรงแต่งแร่สำหรับเครื่องบด โรงโม่ SAG และ ball mill ระบบ flotation และ thickener drive มันไม่ใช่หม้อแปลงจำหน่ายที่แปะป้ายชื่อเหมืองไว้ ลักษณะสามประการที่แยกภาระงานเหมืองออกจากภาระงานการไฟฟ้า: โหลดเป็นแบบ กระแทกเป็นรอบ (shock-cyclic) ไม่คงที่ ส่วนใหญ่มาผ่าน variable-frequency drives (VFDs) และ soft starters ดังนั้นกระแสจึงไม่ใช่รูปคลื่นไซน์ และมักจ่ายผ่าน สายเคเบิลที่ยาวมาก ซึ่งแรงดันตก — ไม่ใช่ kVA พิกัดของหม้อแปลง — เป็นตัวกำหนดขีดจำกัดในทางปฏิบัติ ลำดับที่ถูกต้องจึงเป็น: สร้างรายการโหลด ใช้ตัวคูณ demand และ diversity แปลงเป็น kVA ตรวจสอบแรงดันตกขณะสตาร์ทมอเตอร์ที่ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ที่ไกลที่สุด ใช้การลดพิกัดตามฮาร์มอนิกและอุณหภูมิแวดล้อม/ความสูง จากนั้นจึงเลือกพิกัดมาตรฐานและระดับแรงดันที่ทำให้สายเคเบิลในบ่อเหมืองสั้นพอที่จะใช้งานได้ kVA คือผลลัพธ์ของกระบวนการนี้ ไม่ใช่ข้อมูลนำเข้า

ประเด็นสำคัญ

• โหลดเหมืองเป็นแบบกระแทกเป็นรอบ ดังนั้นจึงเลือกหน่วยจากรอบโหลดและความสามารถรับโหลดเกิน ไม่ใช่จากค่าคงที่ค่าเดียว เครื่องบด โรงโม่ และสายพานลำเลียงกระแทกขดลวดทั้งทางความร้อนและทางกลตลอดทั้งวัน — เหตุผลเดียวกับ หม้อแปลงรับโหลดได้มากแค่ไหน นำมาใช้กับภาระงานที่ไม่เคยหยุดพัก
• โหลดเหมืองสมัยใหม่ส่วนใหญ่เป็นแบบไม่เชิงเส้น ไดรฟ์แบบหกพัลส์ ไดรฟ์ DC เรกติไฟเออร์ และไฟ LED ต่างก็ส่งกระแสฮาร์มอนิกผ่านขดลวด ดังนั้นหม้อแปลงจำหน่ายธรรมดาจึงออกแบบน้อยเกินไปสำหรับการสูญเสียที่จะเกิดขึ้นจริง — ดู ทำไมกระแสฮาร์มอนิกทำให้หม้อแปลงร้อนเกิน และ การเลือกหม้อแปลง K-factor
• สายป้อนในบ่อเหมืองและโรงแต่งแร่สร้างที่ระดับ 6.6/11/33 kV เพราะสายเคเบิล ไม่ใช่หม้อแปลง เป็นข้อจำกัด สำหรับเปอร์เซ็นต์แรงดันตกเท่ากันในระยะทางเท่ากัน พื้นที่หน้าตัดทองแดงที่ต้องการจะแปรผกผันกับกำลังสองของแรงดัน — เหตุผลเบื้องหลังการเลือกระดับชั้นแรงดัน และการควบคุมแรงดัน
• การกำหนดขนาดเป็นการคำนวณหกขั้นตอน และการข้ามขั้นตอนที่สี่คือข้อผิดพลาดคลาสสิก รายการโหลด → demand และ diversity → kVA → แรงดันตกขณะสตาร์ทมอเตอร์ → การลดพิกัดตามฮาร์มอนิก → การลดพิกัดตามอุณหภูมิแวดล้อม ความสูง และตู้ครอบ; วินัยเดียวกับการกำหนดขนาดระบบจำหน่ายในการคำนวณครั้งเดียว
• สภาพแวดล้อมเป็นตัวเลือกฮาร์ดแวร์ ไม่ใช่ราคาตั้ง ฝุ่น ความชื้น อุณหภูมิแวดล้อม 45–50 °C ความสูง 3,000–4,600 ม. น้ำในเหมือง และเกลือชายฝั่ง เป็นตัวตัดสินว่าจะระบุแบบจุ่มน้ำมันหรือหล่อเรซิน IP54 หรือ IP65 และสถานีแบบอยู่กับที่หรือแบบพ่วงลากได้ — เปรียบเทียบแบบจุ่มน้ำมันกับแบบแห้ง และการลดพิกัดที่ความสูงและอุณหภูมิสูง

หม้อแปลงอยู่ตรงไหนในห่วงโซ่ไฟฟ้าของเหมือง?

เหมืองคือการไฟฟ้าขนาดเล็กในตัวเอง และฝูงหม้อแปลงของมันถูกจัดชั้นจากขอบเขตพื้นที่ลงไปจนถึงรถขุด การจัดชั้นให้ถูกต้องสำคัญเพราะระดับที่คุณแปลงไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดว่าคุณซื้อสายเคเบิลมากแค่ไหน สูญเสียทองแดงมากแค่ไหน และหน้างานสามารถเคลื่อนไปได้ไกลแค่ไหนก่อนที่แรงดันจะยอมรับไม่ได้อีกต่อไป

ผลในทางปฏิบัติสองประการตามมาจากตารางนี้ ประการแรก หม้อแปลงสถานีไฟฟ้าหลักเป็นหม้อแปลงกำลังที่ค่อนข้างธรรมดา — ความแตกต่างอยู่ที่ขีดจำกัดฮาร์มอนิกและ flicker ที่กำหนด ณ จุดเชื่อมต่อร่วม มากกว่าที่โครงสร้างของหม้อแปลง ประการที่สอง หม้อแปลงที่ก่อปัญหามากที่สุดในโครงการคือหน่วยเล็กๆ ที่ด้านล่าง: หน่วยในบ่อเหมืองแบบพ่วงลากและหน่วยใต้ดิน เพราะสิ่งเหล่านี้มักถูกระบุราวกับว่าเป็นหม้อแปลงจำหน่ายธรรมดา ในขณะที่ถูกจ่ายด้วยโหลดที่มีฮาร์มอนิกสูง เป็นรอบ และอยู่ห่างไกล

ทำไมหม้อแปลงจำหน่ายธรรมดาจึงทำงานนี้ไม่ได้? ห้าวิธีที่ภาระงานเหมืองแตกต่าง

1. โหลดเป็นแบบกระแทกเป็นรอบ ไม่คงที่

หม้อแปลงจำหน่ายของการไฟฟ้าใช้ชีวิตส่วนใหญ่ที่เศษเสี้ยวของพิกัดที่ค่อยๆ เปลี่ยนแปลง หม้อแปลงโหลดของเหมืองใช้ชีวิตตามเส้นโค้งแรงบิด เครื่องบด jaw หรือ gyratory ดึงกระแสแบบเป็นจังหวะเมื่อแต่ละก้อนถูกบีบและบด; โหลดของโรงโม่แกว่งตามประจุและ slurry; dragline หรือรถขุดขุดเป็นช่วงๆ แล้วแกว่งและเท; สายพานลำเลียงสตาร์ทกับสายพานที่บรรทุกอยู่แล้ว ผลที่สำคัญไม่ใช่โหลดเฉลี่ย — แต่คือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นรอบ การให้ความร้อนและเย็นลงซ้ำๆ ของขดลวดและฉนวนทำให้มันเคลื่อนตัวทางกล ลดแรงกดของที่ยึด และเร่งการเสื่อมของกระดาษ ซึ่งเป็นเหตุผลที่หม้อแปลงเหมืองถูกระบุบนรอบโหลดพร้อมซองโหลดเกินที่ตกลงกัน มากกว่าจุดภาระงานเดียว ฟิสิกส์เดียวกันนี้รองรับการอภิปรายในตัวคูณโหลดและความสามารถรับโหลดเกินของหม้อแปลง แต่รอบโหลดของเหมืองก้าวร้าวกว่ามากเมื่อเทียบกับเชิงพาณิชย์

2. โหลดส่วนใหญ่ไม่ใช่รูปคลื่นไซน์

เหมืองสมัยใหม่ติดตั้ง VFD บนสายพานลำเลียง โรงโม่ (แบบ ring-geared) ปั๊ม slurry พัดลม เครื่องยก และระบบระบายอากาศ ไดรฟ์แบบหกพัลส์มาตรฐานยังคงเป็นการกำหนดค่าที่พบมากที่สุดต่ำกว่าสองสามร้อย kW และกระแสฮาร์มอนิกที่มันดึงเป็นสัดส่วนใหญ่ของกระแสพิกัดของตัวเอง — มากกว่าอันดับหนึ่งขนาด ในเชิงสัมพัทธ์ เมื่อเทียบกับโหลดเชิงเส้นที่ดี ต้นน้ำ กระแสไดรฟ์ทั้งหมดเหล่านั้นรวมกันในขดลวดหม้อแปลง ซึ่งการสูญเสีย eddy จากฮาร์มอนิกเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของอันดับฮาร์มอนิก หม้อแปลงที่ออกแบบและทดสอบบนสมมติฐานรูปคลื่นไซน์ที่ 50 หรือ 60 Hz ประเมินอุณหภูมิจุดร้อนของตัวเองต่ำเกินไปอย่างมากภายใต้สเปกตรัมนั้น กลไกสองอย่างแก้ปัญหานี้: ระบุหน่วยด้วยพิกัด K-factor หรือ harmonic dutyที่ได้มาจากแนวปฏิบัติ IEEE C57.110 หรือทำการคำนวณการลดพิกัดด้วยตัวเองแล้วซื้อพิกัดที่ใหญ่ขึ้นที่ความหนาแน่นการสูญเสียเท่ากัน ดูทำไมกระแสฮาร์มอนิกทำให้หม้อแปลงร้อนเกิน และการเลือกหม้อแปลง K-factor สำหรับวิธีการทำงาน

3. สายเคเบิลยาว และแรงดันตก — ไม่ใช่ kVA — กลายเป็นข้อจำกัดที่ผูกมัด

สายป้อนของการไฟฟ้าวัดกันเป็นสิบหรือร้อยเมตร สายป้อนในบ่อเหมืองจากสถานีไฟฟ้าที่ขอบบ่อไปยังสถานีไฟฟ้าแบบ trailing ที่หน้างานวัดกันเป็นกิโลเมตร และสายเคเบิลแบบ trailing จากสถานีนั้นไปยังรถขุดเพิ่มอีกหลายร้อยเมตร เพราะแรงดันตกเพิ่มขึ้นเชิงเส้นกับความยาวและกระแส และกระแสลดลงตามแรงดัน ระดับที่คุณจำหน่ายจึงเป็นคันโยกที่มีพลังที่สุดต่อทั้งต้นทุนสายเคเบิลและการสูญเสียในสายเคเบิล นี่คือหัวข้อของส่วนของตัวเองด้านล่าง

4. การสตาร์ทมอเตอร์เกิดขึ้นบ่อยและอัตราส่วนมอเตอร์ต่อหม้อแปลงสูง

เหมืองสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่แรงดันเต็มบ่อยกว่าอาคารเชิงพาณิชย์มาก — ทุกการเปลี่ยนกะ ทุกการรีสตาร์ทสายพานลำเลียงหลังทริป ทุกการรีสตาร์ทโรงโม่หลังหน้าต่างบำรุงรักษา เพราะมอเตอร์โรงโม่หรือเครื่องบดเป็นสัดส่วนใหญ่ของพิกัดหม้อแปลงที่จ่าย แรงดันตกที่เกิดขึ้นจึงเป็นสัดส่วนใหญ่ของกระแสพิกัดของหม้อแปลง และแรงดันตกที่ได้เดินทางกลับขึ้นไปตามสายป้อนและส่งผลต่อทุกอย่างบนบัสบาร์ พฤติกรรมการสตาร์ทมอเตอร์และกระแสกระชากขณะจ่ายไฟของหม้อแปลงเองเป็นไปตามฟิสิกส์ทั่วไปเดียวกันกับที่อธิบายในกระแสกระชากของหม้อแปลง; ในเหมือง ทั้งสองเป็นกรณีออกแบบที่มีขีดจำกัดกำหนดไว้ ไม่ใช่เรื่องแปลกประหลาด

5. สภาพแวดล้อมเป็นข้อมูลนำเข้าการออกแบบ ไม่ใช่หมายเหตุท้าย

ไซต์เหมืองทั่วโลกกำหนดเงื่อนไขสภาพแวดล้อมที่หม้อแปลงตามแคตตาล็อกมาตรฐานไม่ได้สร้างมาเพื่อ:

• อุณหภูมิแวดล้อม การดำเนินงานบ่อเปิดใน Sahel, Pilbara, Atacama และคาบสมุทรอาหรับทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมออกแบบ 45–50 °C ซึ่งตัด margin ส่วนใหญ่ของพิกัดออกไปเว้นแต่จะแก้ไขพิกัดให้สอดคล้อง
• ความสูง การดำเนินงานในเทือกเขาแอนดีส Altiplano และหิมาลัยอยู่ที่ 3,000–4,600 ม. ซึ่งความหนาแน่นอากาศที่ลดลงทำให้ทั้งความทนทานไดอิเล็กทริกของฉนวนภายนอกและความสามารถในการระบายความร้อนของอากาศที่หน่วยพึ่งพาลดลง การลดพิกัดและการแก้ไขระยะห่างเป็นสิ่งบังคับ — ดูการลดพิกัดที่ความสูงและอุณหภูมิสูง
• ฝุ่นและความชื้น ฝุ่นจากเครื่องบดและสภาพเขตร้อนชื้นรวมกันเป็นส่วนผสมที่โหดร้าย: ฝุ่นที่ดูดความชื้นแข่งขันกับฉนวน และการซึมเข้าตู้ครอบเปลี่ยนสิ่งที่สะสมให้เป็นเส้นทางนำไฟฟ้า
• การกัดกร่อน ท่าเรือชายฝั่ง น้ำในเหมือง และน้ำระบายที่เป็นกรดต้องการคลาสการกัดกร่อนที่ประกาศไว้ และข้อกำหนดสีหรือตู้ครอบให้สอดคล้อง ไม่ใช่ผิวสำเร็จมาตรฐาน
• แผ่นดินไหวและธรณีเทคนิค การดำเนินงานในชิลีและเปรูต้องการให้หน่วย บูชชิ่ง และ skid ผ่านการรับรองด้านแผ่นดินไหว; หน่วยใต้ดินต้องผ่านอุโมงค์ได้และจัดตำแหน่งใหม่ได้
• บรรยากาศไวไฟ เหมืองถ่านหินและการดำเนินงานซัลไฟด์บางแห่งต้องการโครงสร้างทนไฟ และในเขตที่กำหนด อุปกรณ์ที่ผ่านการรับรอง

คุณกำหนดขนาดหม้อแปลงสำหรับไซต์เหมืองอย่างไร? หกขั้นตอนจากรายการโหลดถึงป้ายชื่อ

วิธีการด้านล่างคือวิธีที่ผ่านการตรวจสอบทางวิศวกรรมได้ เพราะทุกตัวเลขในนั้นสืบย้อนกลับไปยังตารางมอเตอร์ได้

ขั้นตอนที่ 1 — สร้างรายการโหลด ไม่ใช่ความปรารถนาเป็น kVA

สำหรับมอเตอร์ทุกตัว บันทึกกำลังเพลาพิกัด kW ชั้นประสิทธิภาพ ตัวคูณกำลังที่โหลดพิกัด service factor วิธีการสตาร์ท (DOL, star-delta, soft starter, VFD) และภาระงาน (ต่อเนื่อง เป็นช่วง เป็นรอบ) เพิ่มโหลดที่ไม่ใช่มอเตอร์ — เรกติไฟเออร์ เครื่องยก ไฟส่องสว่าง เครื่องทำความร้อน ปั๊มสูบน้ำ — แยกต่างหาก เพราะตัวคูณกำลังและลักษณะฮาร์มอนิกแตกต่างกัน จัดกลุ่มรายการตามพื้นที่และตามระดับแรงดัน เพราะแต่ละกลุ่มจะกลายเป็นหม้อแปลงแยกกัน

ขั้นตอนที่ 2 — ใช้ตัวคูณ demand และ diversity ต่อพื้นที่

การรวมทุกป้ายชื่อในโรงงานมักประเมินโหลดสูงเกินไปและสร้างหม้อแปลงที่ใหญ่เกินและสูญเสียมาก ใช้ตัวคูณ diversity ต่อกลุ่ม — เศษส่วนของโหลดที่เชื่อมต่อซึ่งทำงานจริงพร้อมกัน — แล้วตรวจสอบจุดสูงสุดที่เกิดขึ้นพร้อมกันด้วยการไหลของโหลด แทนที่จะคูณตัวคูณเข้าด้วยกัน ค่าทั่วไปที่ใช้ในงานศึกษาความเป็นไปได้ของเหมืองคือ 0.6–0.8 สำหรับพื้นที่กระบวนการที่ทำงานต่อเนื่อง แต่ 1.0 ในกรณีที่โหลดทำงานพร้อมกันจริง (เช่น ชุดเครื่องบดกับสายพานป้อน) ช่วงเหล่านี้เป็นประสบการณ์อุตสาหกรรม / 行业经验值 และต้องแทนที่ด้วยข้อมูลที่วัดได้เมื่อโรงงานเดินเครื่องแล้ว

ขั้นตอนที่ 3 — แปลงเป็น kVA เพิ่ม spare ในการออกแบบ เลือกพิกัดมาตรฐาน

สำหรับแต่ละกลุ่มมอเตอร์ กำลังปรากฏที่มันต้องการจากหม้อแปลงคือ S = P / (η × cos φ) โดยที่ P คือกำลังเพลาหน่วย kW, η คือประสิทธิภาพมอเตอร์ และ cos φ คือตัวคูณกำลัง รวมกลุ่ม ใช้ตัวคูณ diversity และเพิ่ม spare ในการออกแบบ — โดยทั่วไป 15–25 เปอร์เซ็นต์ในขั้นความเป็นไปได้ (ประสบการณ์อุตสาหกรรม / 行业经验值) จากนั้นปัดขึ้นเป็นพิกัดมาตรฐาน เลขที่ต้องการจากชุด IEC R10 ให้บันไดในทางปฏิบัติ: 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000, 12500, 16000, 20000, 25000, 31500, 40000, 50000 และ 63000 kVA

ขั้นตอนที่ 4 — ตรวจสอบแรงดันตกขณะสตาร์ทมอเตอร์ที่ศูนย์ควบคุมมอเตอร์ที่ไกลที่สุด

นี่คือขั้นตอนที่มักถูกข้ามมากที่สุดและเป็นขั้นตอนที่ก่อความทุกข์ในการทดสอบเดินเครื่องมากที่สุด เอามอเตอร์ที่ใหญ่ที่สุด คำนวณกระแส locked-rotor หรือกระแสสตาร์ทของมัน บวกโหลดที่ทำงานอยู่อื่นๆ และคำนวณแรงดันที่ขั้วมอเตอร์ระหว่างการสตาร์ท — ผ่านอิมพีแดนซ์หม้อแปลงและผ่านสายเคเบิลป้อน ขีดจำกัดการออกแบบที่อ้างในทางปฏิบัติเหมืองมักอยู่ที่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ตกที่ขั้วมอเตอร์ และ 10 เปอร์เซ็นต์ที่บัสบาร์สำหรับไดรฟ์ที่ใหญ่ที่สุด โดยมอเตอร์คาดว่าจะรักษาแรงดันอย่างน้อย 80 เปอร์เซ็นต์ของพิกัดระหว่างการสตาร์ท (ประสบการณ์อุตสาหกรรม / 行业经验值; ตรวจสอบกับมาตรฐานของโรงงานเองและ datasheet มอเตอร์เสมอ) หากแรงดันตกมากเกินไป เครื่องมือคือหม้อแปลงที่ใหญ่ขึ้น การออกแบบอิมพีแดนซ์ต่ำลง soft starter หรือ VFD แรงดันจำหน่ายที่สูงขึ้น หรือสายเคเบิลที่สั้นลง

ขั้นตอนที่ 5 — ใช้การลดพิกัดตามฮาร์มอนิกและตรวจสอบภาระงานลัดวงจร

เอาสเปกตรัมฮาร์มอนิกที่คาดหวังที่ขั้วหม้อแปลง แล้วระบุพิกัด K-factor หรือลดพิกัดรูปคลื่นไซน์ด้วยวิธี loss-increase factor ของ IEEE C57.110 แยกกัน คำนวณกระแสลัดวงจรที่คาดหมายที่ด้านทุติยภูมิของหม้อแปลง (แนวปฏิบัติ IEC 60909) และยืนยันความสามารถของหม้อแปลงในการทนต่อมันตาม IEC 60076-5 จากนั้นยืนยันว่าพิกัดสวิตช์เกียร์และการตั้งค่าป้องกันประสานกับกระแสกระชากขณะสตาร์ทมอเตอร์ เพื่อไม่ให้การสตาร์ทถูกเข้าใจผิดว่าเป็นความผิดพร่อง เหมืองที่มีหม้อแปลงอิมพีแดนซ์ต่ำและสายป้อนอิมพีแดนซ์ต่ำสามารถสร้างระดับความผิดพร่องที่สูงอย่างน่าประหลาดใจ

ขั้นตอนที่ 6 — ใช้การลดพิกัดตามสภาพแวดล้อมและสรุปการระบายความร้อน เสียง และการสูญเสีย

แก้ไขพิกัดตามอุณหภูมิแวดล้อมออกแบบและความสูง แล้วตรวจสอบอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีกครั้ง เลือกคลาสการระบายความร้อน — ONAN สำหรับหน่วยเล็ก ONAN/ONAF ในกรณีที่ต้องการพิกัดระยะสั้น KNAN หรือ AN/AF สำหรับแบบหล่อเรซินในร่ม — และตรวจสอบข้อกำหนดเสียง ซึ่งในเหมืองมักถูกกำหนดโดยแคมป์ข้างเคียงหรือขอบเขตตามกฎหมาย มากกว่าโดยโรงงานเอง สุดท้าย เปรียบเทียบข้อกำหนดการสูญเสียกับต้นทุนการเป็นเจ้าของตลอดอายุเหมือง แทนที่จะเทียบกับราคาซื้อ: เหมืองเดินเครื่องเป็นทศวรรษ ดังนั้นการสูญเสียขณะไม่มีโหลดที่จ่ายอย่างต่อเนื่องมักมีมูลค่าเหนือกว่าส่วนต่างราคาซื้อภายในไม่กี่ปี ดูวิธีคำนวณต้นทุนการเป็นเจ้าของหม้อแปลงทั้งหมด และการเปรียบเทียบระดับการสูญเสีย S11 vs S13 vs S20

ตัวอย่างการคำนวณ (เพื่อประกอบ)

เอาโรงแต่งแร่ทองแดงที่จ่ายจากสถานีไฟฟ้าโรงงาน 33 kV/6.6 kV เดียว ตารางมอเตอร์ให้ไดรฟ์โรงโม่ SAG แบบ ring-geared 6,000 kW ผ่าน VFD, ball mill 4,500 kW, เครื่องบด 400 kW สี่ตัว, สายพานลำเลียง 250 kW สองตัว, ปั๊ม slurry และกระบวนการ 1,500 kW และอุปกรณ์เสริม ไฟส่องสว่าง และบริการ 800 kW ด้วยประสิทธิภาพ 0.97 และตัวคูณกำลัง 0.95 บนไดรฟ์ขนาดใหญ่ และประสิทธิภาพ 0.90 และตัวคูณกำลัง 0.85 บนกลุ่มอุปกรณ์เสริม:

• โรงโม่ SAG: 6,000 / (0.97 × 0.95) = 6,511 kVA
• Ball mill: 4,500 / (0.97 × 0.95) = 4,883 kVA
• เครื่องบด (4 × 400 kW = 1,600 kW): 1,736 kVA
• สายพานลำเลียง (500 kW): 543 kVA
• ปั๊ม (1,500 kW): 1,628 kVA
• อุปกรณ์เสริม (800 kW): 800 / (0.90 × 0.85) = 1,046 kVA

รวมที่เชื่อมต่อ ≈ 16,347 kVA ใช้ตัวคูณ diversity ของโรงงาน 0.9 → ≈ 14,712 kVA เพิ่ม spare ในการออกแบบ 20 เปอร์เซ็นต์ → ≈ 17,655 kVA ปัดขึ้นเป็นพิกัดมาตรฐานถัดไป: 20,000 kVA ก่อนสั่งพิกัดนั้น มันยังต้องผ่านการตรวจสอบฮาร์มอนิก (VFD ของโรงโม่ SAG และไดรฟ์เครื่องบดรวมกันเป็นเหตุผลสำหรับข้อกำหนด harmonic duty หรือการจัดแบบ 12 พัลส์) และการตรวจสอบลัดวงจรและการประสานการป้องกัน การคำนวณตั้งใจให้เรียบง่าย; วินัยอยู่ที่การไม่หยุดก่อนการตรวจสอบ

ทำไมสายเคเบิลและสายป้อนในบ่อเหมืองที่ยาวจึงดันให้คุณไปใช้แรงดันที่สูงขึ้น?

นี่คือความแตกต่างทางวิศวกรรมที่ใหญ่ที่สุดระหว่างงานเหมืองกับงานการไฟฟ้า และมันเป็นการคำนวณ ไม่ใช่ความเห็น สำหรับสายป้อนสามเฟส แรงดันตกแบบ line-to-line โดยประมาณคือ ΔU = √3 × I × L × (R cos φ + X sin φ) แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของแรงดันพิกัด ข้อเท็จจริงสองข้อตามมาจากนิพจน์นั้น:

• ที่กำลังส่งคงที่ กระแส I ลดลงตามสัดส่วนกับแรงดัน — ดังนั้นสายป้อนที่ 6.6 kV แบกกระแสประมาณหนึ่งในสิบหกของภาระงานเดียวกันที่ 400 V และสายป้อนที่ 33 kV แบกกระแสหนึ่งในห้าของที่ 6.6 kV
• เนื่องจากเปอร์เซ็นต์การตกมี I/U และ I เองลดลงเป็น 1/U หน้าตัดที่ต้องการเพื่อรักษาเปอร์เซ็นต์การตกเท่ากันในระยะทางเท่ากันจะแปรผันกับ 1/U² การย้ายโหลดเดียวกันจาก 400 V ไป 6.6 kV ตัดพื้นที่ทองแดงที่ต้องการลงประมาณปัจจัย 270; การย้ายจาก 6.6 kV ไป 33 kV ตัดลงประมาณปัจจัย 25

ในเหมือง นั่นคือสิ่งที่กำหนดสถาปัตยกรรม: จำหน่ายที่ 33 kV ทั่วพื้นที่ แปลงเป็น 6.6 หรือ 11 kV ที่ขอบบ่อ และนำเพียงไม่กี่ร้อยเมตรสุดท้ายไปยังรถขุด สว่าน หรือปั๊มสูบน้ำที่แรงดันใช้งาน สำหรับโหลด 2,000 kVA บนสายป้อน 1,500 ม. ที่ 6.6 kV กระแสประมาณ 175 A และสายป้อนทองแดง 95 mm² ที่ตัวคูณกำลังใกล้หนึ่งตกประมาณ 1.4 เปอร์เซ็นต์ — การออกแบบที่สบายโดยไม่ต้องวีรกรรม ที่ 400 V โหลด 2,000 kVA เดียวกันจะต้องการประมาณ 2,900 A และมัดสายเคเบิลขนาดที่ไม่มีใครซื้อหรือจัดการ นั่นคือข้อโต้แย้งทั้งหมดสำหรับการจำหน่ายแบบ step-up และเป็นเหตุผลที่ "สถานีไฟฟ้าในบ่อเหมือง" เป็นสัดส่วนใหญ่ของทุนทางไฟฟ้าของเหมือง

หมายเหตุในทางปฏิบัติสองข้อ ประการแรก สถานีไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่หรือพ่วงลากมีอยู่เพื่อให้สถาปัตยกรรมนี้จ่ายได้: skid สามารถเคลื่อนย้ายได้เมื่อหน้างานรุกหน้า ซึ่งทำให้สายเคเบิลแบบ trailing สั้น แทนที่จะบังคับการออกแบบให้รองรับระยะทางที่เพิ่มขึ้นอย่างถาวร ประการที่สอง สายเคเบิลแบบ trailing เป็นหมวดหมู่ของตัวเอง — สายเคเบิลป้อนเหมืองแบบยืดหยุ่น มีชีลด์ สร้างตามมาตรฐานสายเคเบิลแบบเคลื่อนที่ เช่น ICEA S-75-381 (เผยแพร่เป็น NEMA WC 58 ด้วย) พร้อมตัวนำ ground-check pilot เพื่อให้การป้องกัน earth-fault ยืนยันได้ว่ากราวด์ป้องกันยังสมบูรณ์ก่อนจ่ายไฟวงจร แรงดันตก การถูกกระแทกทางกล การจมน้ำ และการม้วนและคลายซ้ำๆ ไม่ใช่พิกัดความร้อน เป็นกรณีออกแบบสำหรับสายเคเบิลเหล่านั้น

คุณจัดการฮาร์มอนิกที่ VFD และเรกติไฟเออร์ใส่เข้าไปในขดลวดอย่างไร?

กระแสฮาร์มอนิกในเหมืองที่ป้อนด้วย VFD ไม่ใช่เรื่องน่ารำคาญ; มันเปลี่ยนข้อกำหนดของหม้อแปลงต้นน้ำทุกตัว และในบางไซต์มันยังเปลี่ยนสัญญากับการไฟฟ้าด้วย

ฮาร์มอนิกทำอะไรกับหม้อแปลง

การสูญเสีย eddy-current ในขดลวดเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความถี่ ดังนั้นฮาร์มอนิกลำดับที่ห้า เจ็ด และสิบเอ็ดจึงสร้างการสูญเสีย eddy 25, 49 และ 121 เท่าของค่าต่อหน่วยที่จะมีที่ความถี่มูลฐาน ผลคือจุดร้อนที่เทอร์โมมิเตอร์บนน้ำมันหรือบนผิวขดลวดอาจไม่เปิดเผย และฉนวนขดลวดที่เสื่อมเร็วกว่าโหลดรูปคลื่นไซน์มาก ด้านกลแย่กว่า: แรงบิดฮาร์มอนิกในมอเตอร์และในโครงสร้างทางกลของหม้อแปลงเองสร้างการสั่นสะเทือนและเสียง วิธีมาตรฐานในการหาปริมาณการสูญเสียเพิ่มเติม และข้อมูลอ้างอิงเบื้องหลังทุกคำขอหม้อแปลง "K-rated" หรือ "harmonic-duty" คือ IEEE C57.110

สิ่งที่คุณระบุได้แทนการขยายขนาดแบบเดาสุ่ม

• พิกัด K-factor (K-4, K-9, K-13, K-20 และสูงกว่า) ที่จับคู่กับสเปกตรัมที่คาดหวัง ซึ่งผูกมัดผู้ผลิตกับการออกแบบที่การสูญเสีย eddy และความจุ neutral สามารถรับสเปกตรัมนั้นที่พิกัดได้ — ดูการเลือกหม้อแปลง K-factor
• โซลูชันด้านไดรฟ์ที่ขจัดปัญหาที่ต้นทาง: 12 พัลส์ (บริดจ์หกพัลส์สองตัวที่ป้อนจากหม้อแปลงทุติยภูมิคู่ที่เลื่อนเฟส) การจัดแบบ 18 หรือ 24 พัลส์ในที่ที่คุณภาพไฟฟ้าสำคัญที่สุด หรือ active front end บนไดรฟ์ที่ใหญ่กว่า สิ่งเหล่านี้ลดกระแสฮาร์มอนิกที่หม้อแปลงเห็น แทนที่จะทำให้หม้อแปลงทนต่อมัน
• ตัวกรองแบบพาสซีฟ (detuned reactors และ capacitor banks โดยทั่วไปปรับที่ลำดับที่ห้าหรือเจ็ด) ในที่ที่ต้องการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟอยู่แล้ว และตัวกรองแบบแอคทีฟในที่ที่สเปกตรัมเปลี่ยนตามโหลด — พร้อมคำเตือนว่า capacitor bank ชดเชยตัวคูณกำลังธรรมดาบนบัสบาร์เหมืองที่มีฮาร์มอนิกสูงสร้างความเสี่ยง resonance ซึ่งเป็นเหตุผลที่โรงชดเชยในเหมืองเกือบทั้งหมดเป็นแบบ detuned
• การศึกษาฮาร์มอนิกของเครือข่ายเหมืองทั้งหมด ไม่ใช่สถานีไฟฟ้าเดียวโดยแยกออกมา เพราะกระแสฮาร์มอนิกไหลข้ามระบบ 33 kV และ 11 kV ของพื้นที่ และสามารถถูกขยายที่บัสบาร์ห่างไกลโดย resonance ที่ไม่มีอยู่ใกล้ไดรฟ์เลย

ขีดจำกัดใดใช้บังคับ

ในที่ที่เหมืองเชื่อมต่อกับเครือข่ายสาธารณะ ขีดจำกัดที่ใช้บังคับ