Çelik Haddehane Transformatörü: 500.000 t/y İnşaat Demiri Haddehanesi için 33 kV Besleme Nasıl Boyutlandırılır?

Önce cevap: 500.000 t/yıl kapasiteli bir inşaat demiri haddehanesi, 0,92 güç faktöründe 10,4 MW'lık bir yüktür ve üç transformatör kararı, tesisin çalışıp çalışmayacağını, %5 TDD'yi tutup tutmayacağını ve 45 °C'de dayanıp dayanmayacağını belirler

7.200 saat boyunca yılda 500.000 t 8–32 mm çubuk haddelenen bir inşaat demiri haddehanesi, ton başına yaklaşık 105 kWh elektrik tüketen 69,4 t/h kapasiteli bir tesistir; bu nedenle ortalama talebi 7,3 MW, 15 dakikalık tepe talebi ise 0,92 güç faktöründe 10,4 MW — yani 11,3 MVA'dır. Transformatör paketini belirleyen, 45 MW'lık yeniden ısıtma fırını değil bu yüktür: her biri 45 °C ortam sıcaklığında tesisin %95'ini tek ünite üzerinde taşıyan iki adet 12,5 MVA 33/11,5 kV ONAN/ONAF ana transformatör, 11 kV arıza seviyesini 6,2 kA'da tutan ve her haddenin doğrudan hatta (DOL) değil bir sürücü üzerinden kalkmasını zorunlu kılan %8 empedans ve toplam talep distorsiyonunu 33 kV ortak bağlantı noktasında IEEE 519'un %5,0 sınırına karşı %4,2'de tutan on üç adet konvertör transformatörü — 30° kaydırılmış Dy/Dd çiftleri halinde üç adet 3.200 kVA ünite ve on adet 800 kVA K-13 ünite. Bu üçünü doğru yaparsanız, maliyeti bunun iki yüz katı olan bir tesiste transformatör paketi 540.000–680.000 USD'ye mal olur; yanlış yaparsanız, üretimin ilk yılını elektrik idaresiyle harmonikler, haddehane ile de gerilim düşmeleri konusunda tartışarak geçirirsiniz.

Önemli çıkarımlar

• 105 kWh/t × 69,4 t/h, 7,3 MW ortalama ve 15 dakikalık tepede 10,4 MW verir — ton başına kWh yöntemi her türlü ton başına kVA tablosunun yerini alır ve ana transformatörleri boyutlandıran ortalama değil, tepe değerdir.
• 45 °C'de 11,9 MVA'ya düşürülen iki adet 12,5 MVA ünite, N-1 durumunda tesisin %95'ini taşır; 2 × 1.200 kVAr ayarsız (detuned) kondansatör, kapasitenin son %4'ünü 16 MVA'ya çıkmaktan daha ucuza satın alır.
• %8 empedans bir varsayılan değil, bir uzlaşmadır: 11 kV arıza seviyesini 6,2 kA'da tutar, ancak 2.300 kW'lık bir kaba hadde doğrudan hatta kaldırılırsa %13,5'lik bir gerilim düşmesi de yaratır; bu yüzden her hadde aktif ön uçlu (AFE) bir sürücü üzerinde çalışır.
• Tek başına altı darbeli doğrultucular akım TDD'sini %26'ya çıkarır; 30° kaydırılmış Dy/Dd çiftleri bunu sürücüde %8,5'e ve 33 kV PCC'de %4,2'ye indirir — bu fark, elektrik idaresinin harmonik maddesini geçmek ile geçememek arasındaki farktır.
• 7.200 h/yıl ve 0,09 USD/kWh'de, boşta kayıp 788 USD/kW ve yük kaybı 268 USD/kW değerindedir; 12,5 MVA'lık bir ünitede S13 primi yaklaşık 3,7 yılda, amorf çekirdek ise yaklaşık 6 yılda kendini amorti eder.

500.000 t/yıl kapasiteli bir inşaat demiri haddehanesi gerçekte hangi elektriksel yükü oluşturur?

Tonaj ve özgül tüketimle başlayın, çünkü diğer tüm sayılar bunlardan türetilir. Günde 24 saat, 300 gün çalışan yılda 500.000 t kapasiteli bir haddehanenin 7.200 üretken saati vardır, dolayısıyla üretim hızı 69,4 t/h'dir. AC sürücülü, yeniden ısıtma fırınlı bir çubuk haddehanesi, kütük boyutuna, ürün karışımına ve bitirme grubunun ne kadarının tam hızda çalıştığına bağlı olarak ton başına 95–120 kWh elektrik tüketir; 150 mm kare kütüklerle beslenen 8–32 mm karışımı için 105 kWh/t gerçekçi bir orta değerdir. Bu, 7,29 MW ortalama talep verir ve kütük boşlukları, merdane değişimleri ve kobl bozulmalarının toparlanması olan bir haddehaneye özgü tipik 1,42 tepe/ortalama oranıyla çarpıldığında 10,4 MW'lık 15 dakikalık tepe talep elde edilir. 7.200 saat ile çarpıldığında tesis yılda 52,5 GWh satın alır — kayıp değerlendirmesinin daha sonra üzerine kurulduğu sayı budur.

10,4 MW eşit olarak dağılmamıştır. Bunun yaklaşık %89'u hadde grubu ve yeniden ısıtma fırınındadır ve bu ikisi arasındaki eşzamanlılık, toplamı bağlı yüklerin toplamından küçük yapan şeydir. Aşağıdaki yük çizelgesi, transformatör üreticisine götürülecek olandır, çünkü ana transformatörleri boyutlandıran bağlı yük sütunu değil, talep sütunudur.

Bu çizelgede toplamdan daha önemli olan iki özellik vardır. Birincisi, 20,8 MW bağlı gücün 17,2 MW'ı değişken hızlı sürücülerdedir, dolayısıyla tesisin güç faktörü asenkron motorlarla değil doğrultucu ön uçlarıyla belirlenir: bir aktif ön uç 0,98–0,99 yer değiştirme faktörünü korur, DC şoklu bir diyot ön ucu 0,95 seviyesindedir ve 6 darbeli tristör ön ucu düşük hızda 0,85'e düşebilir. İkincisi, kütükler stantlara girip çıkarken haddenin talebi bir dakika içinde 3–4 MW dalgalanır; bu her şeyden önce bir transformatör yükleme sorunudur. Hâlâ konsept aşamasındaysanız ve elinizde yalnızca bağlı yük listesi varsa, dağıtım sistemi nasıl boyutlandırılır bölümündeki yöntem sizi kWh/t adımı olmadan aynı tabloya ulaştırır; ancak size söyleyemeyeceği şey, bağlı yükün ne kadarının sürücülerde olduğudur ve harmonik şartnamesini belirleyen sayı da budur.

İki adet 33 kV ana besleme neden 40 °C değil de 45 °C'ye göre boyutlandırılır?

Çünkü transformatör isim plakası tesisin iklimini tanımlamaz. IEC 60076-2, bir transformatörü 40 °C maksimum ortam sıcaklığı, 30 °C aylık ortalama ve 20 °C yıllık ortalama için derecelendirir. Lagos, Mombasa, Cakarta veya Cidde'deki bir inşaat demiri haddesi sıcak mevsimde 44–48 °C görür ve transformatör, radyatörlerin hadde binasından yansıyan ısıyı gördüğü bir saha içinde yer alır. Bu boyuttaki yağ daldırmalı bir ünite için 40 °C referansının üzerindeki her derece, ONAN anma gücünün yaklaşık %0,9'una mal olur; dolayısıyla 45 °C'de çalıştırılması istenen 12,5 MVA'lık bir transformatör aslında 11,9 MVA'lık bir transformatördür. "12,5 MVA" satın alıp bunu temmuz ayında keşfetmek, sıcak iklimli haddelerde en sık görülen boyutlandırma hatasıdır ve aynı hesap, yükseklikteki ve havalandırılmayan odalardaki dökme reçine üniteler için de geçerlidir; bu konu yüksek rakım ve sıcaklık düşürme bölümünde açıklanmıştır.

11,3 MVA tepe görünür güç ve düşürülmüş tek bir üniteden mevcut 11,9 MVA ile N-1 durumu %95 yükleme bırakır — bir öğleden sonra için kabul edilebilir, bir hafta için değil. Hem normal çalışmayı hem de tek arıza durumunu karşılayan paket bu nedenle 2 × 12,5 MVA, 33/11,5 kV, YNd11, 40 °C'de ONAN 12,5 MVA / ONAF 16 MVA olup, 33 kV tarafında ±8 × 1,25% yükte kademe değiştirici ve %8 empedans içerir.

Son satır, tesisin neden daha büyük bir transformatör yerine reaktif kompanzasyona ihtiyaç duyduğunun nedenidir. 2 × 1.200 kVAr detuned banklar olmadan güç faktörü 0,88'e düşer, tepe görünür güç 11,3'ten 11,8 MVA'ya yükselir ve tek arıza senaryosu, sıcak nokta IEC 60076-7'de tanımlanan 98 °C sürekli sınırında olacak şekilde, düşürülmüş anma değerinin %99'unda çalışır. İki kondansatör bankının kurulum maliyeti yaklaşık 45.000 USD'dir; 2 × 12,5 MVA'dan 2 × 16 MVA'ya geçiş, transformatör fiyatında yaklaşık 90.000 USD ek maliyet getirir ve boşta kayba kalıcı olarak %15 ekler. Kondansatörler daha ucuz olan %4'lük kısımdır.

Normalde açık bir kuplaj üzerinde iki transformatör bulunmasının bir başka sonucu daha vardır: tesis transferi atlatabilmelidir. Gelen şalter açıldıktan 300 ms sonra kuplajı kapatan bir bara otomatik transfer şeması, çekirdeği hâlâ artık akı tutuyor olabilecek bir transformatör üzerinden 11 kV barayı yeniden enerjilendirerek, motor yeniden ivmelenme akımının üzerine anma akımının 6–8 katı bir inrush akımı üretecektir. 12,5 MVA'da bu, 100 ms boyunca 3–4 kA'lik bir akımdır ve gelen şalterin ani açma elemanı, ölçülen inrush yerine isim plakasına göre ayarlanmışsa açmaya yetecek düzeydedir. Ölçüm ve röle ayarları transformatör inrush akımı bölümünde ele alınmıştır; bu tesis için tasarım kuralı, ani açma elemanını artık akı ile hesaplanan en kötü durum inrush değerinin üzerine ayarlamak ve şebekenin arıza seviyesi bu ikisinin çakışmasına yetecek kadar yüksekse 87T'ye inrush kısıtlaması eklemektir.

Hem arıza seviyesini hem de her bir standın nasıl kalkış yaptığını belirleyen sayı neden %8 empedanstır?

Empedans, aynı anda iki hesaplamada yer alan tek transformatör parametresidir ve bir haddehanede her ikisi de bağlayıcıdır. Birincisi arıza seviyesidir. 500 MVA kullanılabilir arıza gücüne sahip bir 33 kV şebeke bağlantısı, %8 empedanslı 12,5 MVA'lık bir transformatör üzerinden görüldüğünde, 11 kV barada 119 MVA — ilk çevrimlerde motor katkısı dahil 6,2 kA üç fazlı arıza akımı — verir. Bu 6,2 kA, 11 kV şalt ekipmanının, kabloların ve bara desteklerinin dayanması gereken değerdir ve 25 kA'lik bir şalt ekipmanı anma değerinin rahatlıkla içindedir; dolayısıyla haddehane ihtiyaç duyarsa kalkış performansı karşılığında empedansla takas yapmak için marj vardır. Motor katkısı ve kablo empedansının etkisi dahil yöntem kısa devre akımı hesabı bölümündedir.

İkinci hesaplama kalkıştır. 2.300 kW, 11 kV'luk bir kaba hadde standı motoru tam yükte yaklaşık 135 A çeker (%0,96 verim, 0,93 güç faktörü) ve doğrudan hatta kalkış bunun 6,2 katını — yaklaşık 840 A — volan ve merdaneler hıza ulaşana kadar 3–8 saniye boyunca çeker. 6.200 A'lik arıza seviyesine karşı 840 A, 11 kV barada %13,5'lik bir gerilim düşümüdür. Şebeke işletmecileri ve haddehane tedarikçileri genellikle ortak bağlantı noktasında %3, motor terminallerinde %10 kabul eder; bu nedenle bu beslemede doğrudan hatta kaba hadde standına izin verilmez ve %8 empedansta buna hiçbir zaman izin verilemez. Empedansı %10'a çıkarırsanız arıza seviyesi 5,25 kA'ya düşerken gerilim düşümü %15,9'a yükselir; %6'ya düşürürseniz arıza seviyesi 7,7 kA'ya yükselirken gerilim düşümü %10,9'a düşer. Bu aralığın hiçbir ucu doğrudan hatta kalkışı yasal kılmaz; bu nedenle iki kaba hadde standı, yumuşak yol vericiler yerine kalkış akımını %110 — %2,4'lük bir düşüm — ile sınırlayan aktif ön uçlu sürücüler üzerindedir ve haddehanenin sürücü konfigürasyonu ile transformatörün empedansı birlikte belirlenmelidir.

Bu nedenle değirmenin %8 seçimi bir üretim varsayılanı değildir: 11 kV şalt ekipmanının ucuz kalmasını (marjlı 25 kA anma değeri), reaktif yükün transformatör başına 1 MVAr civarında kalmasını ve değirmenin kalınlık kontrolü ile stantlar arası döngü kontrolü için zaten ihtiyaç duyduğu sürücülerin başlatma sorununu tamamen absorbe etmesini sağlayan değerdir. Sürücü maliyetinden tasarruf etmek için yumuşak yol vericiler belirterek tasarruf etmeye çalışan bir değirmen, yumuşak yol vericinin 3,5× akımıyla gerilim düşümünü %10'un altında tutmak için %12 empedansa ihtiyaç duyardı ve bunun bedelini 1,5 MVAr reaktif tüketim ve aynı barada bulunan her doğrudan yol vermeli yardımcı motorda %19,8 gerilim düşümüyle öderdi.

On üç konvertör transformatörü neden var ve neden K-13?

Her stant sürücüsü, 11 kV bara ile doğrultucusu arasında bir transformatöre üç nedenden dolayı ihtiyaç duyar ve bunların gerilim dönüşümüyle hiçbir ilgisi yoktur. Birincisi, doğrultucunun komütasyon çentiklerini ve ortak modlu gürültüsünü tesisin 11 kV barasına yansıtmasına izin verilemez; çünkü aynı bara fırın kontrollerini ve tesis PLC'sini besler; transformatörün elektrostatik perdesi ve kaçak endüktansı filtre görevi görür. İkincisi, sürücünün motorda 690 V'a ihtiyacı vardır ve doğrultucunun da regüle edebileceği bir gerilime ihtiyacı vardır; bu nedenle transformatörün kademe aralığı tesisin nominal değeriyle değil, en kötü durumdaki 11 kV bara gerilimiyle belirlenir. Üçüncüsü harmonik kaybıdır: bir doğrultucunun akım dalga şekli sürücü terminallerinde %25–30 THD'ye sahiptir ve transformatör sargılarındaki girdap akımı kaybı harmonik mertebesinin karesiyle artar; bu nedenle sinüzoidal yük için anma değeri verilmiş sıradan bir dağıtım transformatörü, sürekli olarak bir 6 darbeli doğrultucuyu beslediğinde anma plakasının %60–70'inde aşırı ısınır.

K-faktörü bu kapasite anma değerinin kısa ifadesidir ve K-13, 6 darbeli bir sürücü için doğru değerdir: K-faktörü her harmonik akımı mertebesinin karesiyle ağırlıklandırır, %25–30 THD'ye sahip 6 darbeli bir spektrum K-9 ile K-13 arasına denk gelir ve K-13 hesaplanan değerin yaklaşık %20 üzerinde marj sağlar — ki bir değirmenin bulunmak isteyeceği yer burasıdır, çünkü hafif yükteki harmonik spektrum tam yüktekinden daha kötüdür. Ölçülen bir spektrumdan K-faktörünün nasıl hesaplanacağı da dahil olmak üzere tam yöntem K-faktör transformatör seçimi bölümündedir. Şartname aşamasında önemli olan, K-anma değerinin, varsayılan harmonik spektrumun ve yük profilinin tamamının veri sayfasında yer almasıdır; belirtilmiş bir spektrum olmadan "VFD yüküne uygun" olarak satılan bir transformatör bir şartname değildir.

Tesis, 13 konvertör transformatörünü iki konfigürasyonda kullanır. Ara trenin altı adet 1.100 kW sürücüsü, biri Dy ve biri Dd olmak üzere 30° arayla iki sekonderli üç adet 3.200 kVA üç sargılı ünite üzerinde eşleştirilir: iki 6 darbeli köprü daha sonra 12 darbeli bir doğrultucu gibi davranır ve 5. ile 7. harmonikler 11 kV barasına akmak yerine sekonderler arasında dolaşır. Bitirme treninin on adet 600 kW sürücüsünün her biri birer 800 kVA iki sargılı ünite alır; bu boyutta kablo mesafeleri kısadır, sürücüler tek tek küçüktür ve eşleştirme, çok az fayda için 30° faz kaydırma kablolaması eklerdi.

Harmonikleri nerede durdurmalısınız — sürücüde, 11 kV barasında mı, yoksa 33 kV PCC'de mi?

Sözleşmeye bağlı tek bir nokta vardır: şebeke ile ortak bağlantı noktası, ki burada bu 33 kV giriş terminalleridir ve geçerli olan sınır IEEE 519'un 1 kV < V ≤ 69 kV için Tablo 2'sidir. Sınır, kısa devre akımının yük akımına oranına bağlıdır, bu nedenle ilk hesaplanması gereken şey bu orandır: 33 kV'ta 2,08 kA arıza akımının 198 A tepe yük akımına bölümü 10,5'tir ve bu, tesisi Isc/IL < 20 bandına yerleştirir; burada toplam talep distorsiyonu %5,0 veya altında, 5. ve 7. harmonikler her biri %4,0 veya altında, 11. ve 13. harmonikler %2,0'da ve 17. ve 19. harmonikler %1,5'te kalmalıdır. Bunun en katı bant olduğunu ve yük akımını düşürmesine izin veren bir haddehanenin — kötü bir çelik piyasasında %40 çıkışla çalışarak — bu bandın dışına değil, daha da içine doğru hareket ettiğini unutmayın, çünkü yük düştükçe oran yükselir.

Tasarım, 33 kV filtre olmadan durumu kapatıyor ve bunu yalnızca harmonik kaynaklarının sürücü tarafında mühendislikle ele alınması sayesinde yapıyor. İki adet 2.300 kW kaba hadde tezgâhı, kendi distorsiyonu %3–5 olan aktif ön uçlar kullanır. Ara trenin 12 darbeli çiftleri, 11 kV baraya %8–9 verir ancak 5. ve 7. harmonikleri kaynağında iptal eder. Bitirme treninin on adet 6 darbeli sürücüsü kalan sorundur: her biri %26–30, küçük olmaları, ayrı ayrı anahtarlanmaları ve çeşitlilikle kısmen iptal edilmeleriyle hafifletilir. 33 kV'ta toplam, aritmetik toplama yerine faz açısı yöntemiyle toplama ile hesaplandığında %4,2 TDD ve 5. harmonik %3,1'de kalır ve haddehanenin üzerinde çalıştığı marj budur.

Güç faktörünü düzelten 2 × 1.200 kVAr kapasitör bankları detune edilmelidir ve bunun nedeni, haddehanenin aksi takdirde yaratacağı rezonanstır. 11 kV beslemesinin kısa devre seviyesi 119 MVA'dır; düz bir 1.200 kVAr bank, paralel rezonansı 10. harmoniğe (119.000/1.200'ün karekökü) yerleştirir ki bu, bitirme sürücülerinin ürettiği 11. ve 13. harmonik akımlarının tam üzerine denk gelir. %7'lik bir reaktör, seri rezonansı 189 Hz'e — 50 Hz'de 3,8. harmonik — 5. harmoniğin güvenli biçimde altına indirir, böylece bank haddehanenin ürettiği her harmonikte kapasitif kalır ve onları yükseltemez. Bu, bank üzerinde 6.000 USD'lik bir ek maliyettir ve isteğe bağlı değildir; mekanizma transformer harmonikleri bölümünde açıklanmıştır ve kapasitör kontaktörünün standart bir AC-3 kontaktör yerine detune hizmet tipi olması gerektiğinin nedeni de aynıdır.

Dönüştürücü transformatörleri reçine döküm mü yoksa yağ daldırmalı mı olmalı?

On üç dönüştürücü ünitesi için reçine döküm yangın riskinde kazanır, toz toleransında kaybeder ve karar aslında transformatörden çok oda hakkındadır. Reçine döküm ünitenin sınırlandırılacak yağı, yangın duvarı, sürücü panellerine 5 m mesafesi yoktur ve kayıpları doğrudan sargı yüzeyinden oda havasına dağıtılır, böylece beslediği panellerin yanında, sürücü odasının içinde durabilir — bu da 690 V kablo uzunluğunu kısaltır ve 600 kW'lık bir sürücüde kablo, transformatörden sonraki en büyük ikinci kayıptır. Bedeli, aynı açıkta kalan sargı yüzeyinin bir toz tuzağı olmasıdır: tufal tozunun ve grafit içeren yağlayıcı buğusunun her yerde olduğu bir haddehanede, filtreli havalandırmalı IP54 muhafaza içinde olmayan reçine döküm sargı, birkaç yıl içinde iletken bir katman oluşturur ve atlama yapar; ne muhafaza ne de filtre bedavadır.

Ana transformatörler farklı bir sorudur. 12,5 MVA'da yağ daldırmalı ünite, eşdeğer reçine döküm üniteden %30–40 daha ucuzdur, kısa süreli aşırı yük kapasitesi çok daha iyidir ve yangın duvarı, yağ çukuru ve 33 kV portalı olan çitle çevrili bir açık alana aittir. O güç değerinde kuru tip lehine yalnızca gürültü ve yangın mesafesi konuşur ve bir inşaat demiri haddehanesinde yüksüz gürültü sınırı 1 m'de 62–65 dB(A)'dır ki bu, haddehanenin kendi arka plan seviyesinin içindedir.

İzlenecek tasarım şudur: sürücü odasının içindeki on adet 800 kVA finiş ünitesi için dökme reçine, IP54, K-13; aynı odadaki üç adet 3.200 kVA ara çift için dökme reçine K-9, çünkü bunları dışarı taşımak 690 V kabloları bir duvardan geçirir ve 15 m ilave hat uzunluğu ekler; iki adet 12,5 MVA ana trafo ile dört adet 11/0,4 kV yardımcı ve fırın trafosu için ise yağ daldırmalı ONAN/ONAF. Bu karma bir pakettir ve her iki teknolojiyi de üreten tek bir tedarikçi, siparişi bölerek elde edilecek %3'lük fiyat avantajından burada daha değerlidir — iki teknolojinin dağıtım seviyesindeki karşılaştırması yağ daldırmalı vs kuru tip sayfasındadır.

45 °C'de, kireç tozu içinde, muson nemiyle 12,5 MVA'lık bir trafoyu nasıl hayatta tutarsınız?

Bu trafonun 25 yıla ulaşıp ulaşmayacağını ya da 12. yılda arızalanıp arızalanmayacağını dört şey belirler: soğutma marjı, korozyon koruması, buşing kaçak yolu ve yağ durumu izleme. Soğutma marjı en ucuz olan ve en sık kısılan kalemdir. 45 °C ortam sıcaklığında radyatör bankı aynı kayıpları, anma esasından 5 K daha sıcak havaya yaymak zorundadır; bu, standart 40 °C tasarıma göre %8–10 daha fazla radyatör yüzeyi anlamına gelir ve ONAF kademesine kesinti olmadan erişilebilmesi gerektiği anlamına gelir: iki grupta dört fan, her grup bir fan devre dışıyken zorlanmış anmanın %90'ını tutabilmeli ve fan kontrolü yük akımıyla değil sargı sıcaklığıyla yapılmalıdır, çünkü sargı, akım trafosunun görmediği harmonik ve çevrimsel yükü görür. ONAN ve ONAF ünitelerin çevrimsel yük altındaki termal davranışı soğutma yöntemleri ve sıcaklık artışı sayfasında ortaya konmuştur; bu tesis için işletme kuralı, ONAF kademesine normal bir günde asla ihtiyaç duyulmaması ve devreye alındığı gün testle kanıtlanmasıdır.

Korozyon bir boya rengi değil, bir şartname kalemidir. Kıyıdan 5 km uzaklıktaki bir fabrika sahası klorür birikimi görür ve trafo ISO 12944 C5-M'ye göre şartnameye bağlanır: çinko açısından zengin astar, epoksi ara kat, toplam 240 µm poliüretan son kat, kanatçıkları kaynaktan sonra kaplanmış galvaniz radyatörler, paslanmaz çelik cıvatalar ve paslanmaz havalandırma borusu. Kumanda kabini ısıtıcılı IP55'tir, çünkü nemli iklimlerde arıza modu yağmur sırasında su girişi değil, gece soğuyan sızdırmaz bir kabin içindeki yoğuşmadır. Buşingler porselen değil kompozittir: IEC 60815 kirlilik seviyesi IV'te (çok ağır; muson nemi olan tozlu bir fabrika tam olarak budur) kaçak yolu gereksinimi 31 mm/kV'dir, yani 36 kV'luk bir buşing yaklaşık 1.100 mm kaçak yolu gerektirir — bu kaçak yolundaki porselen uzun ve kırılgandır, silikon kompozit ise daha kısa, daha hafiftir ve bir vinç portal kirişine bir demet inşaat demiri düşürdüğünde parçalanmaz.

25 yıllık ömür gerçekte yağ durumunda kazanılır ya da kaybedilir. Trafo, çift şamandıralı anahtarlı Buchholz rölesi, alarm ve açma kontaklı iki sargı sıcaklık göstergesi, kontaklı bir basınç tahliye cihazı ve manyetik yağ seviye göstergesi ile şartnameye bağlanır; devreye alma, yük altında 24 saat sonra bir DGA numunesi, bir yılda bir tane daha ve ardından yıllık olarak numune almayı içerir. Bunun nedeni, bu trafonun 45 °C ortam sıcaklığının üzerinde günlük 3–4 MW salınımlı çevrimsel bir yük çalıştırmasıdır; bu tam olarak bir cıvatalı bağlantıda veya kademe değiştirici kontağında herhangi bir dış belirti vermeden önce termal arızalar üreten görevdir. Gaz deseninde neye bakılacağı DGA yorumlama sayfasında ortaya konmuştur; pratik kural, asetilen sabitken etilen artışının bir sıcak nokta anlamına gelmesi, asetilenin artmasının ise fabrikayı durdurup onu bulmak anlamına gelmesidir.

7.200 saat çalışan bir fabrikada hangi kayıpları kapitalize etmelisiniz?

Kayıp değerlendirmesi, fiyat değil, kayıp sınıfını belirler ve saatler bilindiğinde hesaplama oldukça basittir. Yüksüz kayıp yılda 8.760 saat çalışır çünkü transformatör yedek yol için sürekli enerjili kalır; yük kaybı ise yaklaşık 3.300 tam yük saatine eşdeğer çalışır, çünkü tesisin 11,9 MVA kapasiteye karşılık 7,3 MW ortalama talebi (7,3/11,9)² × 8.760 = 3.300 saat verir. Endüstriyel enerji maliyeti olarak USD 0,09/kWh — bu tesisin kurulduğu pazarlar için gerçekçi bir rakam — bu saatler yüksüz kaybı USD 788/kW, yük kaybını ise USD 268/kW değerinde kılar. Bu, bir elektrik dağıtım şirketinin kullandığından çok daha zayıf bir değerlendirmedir (burada yüksüz kayıp için USD 4.000–9.000/kW kapitalizasyon faktörleri normaldir) ve endüstriyel bir alıcının neden bir dağıtım şirketinin kayıp spesifikasyonunu basitçe kopyalamaması gerektiğinin nedenidir.

Bu tablodaki iki nokta, sayılardan daha değerlidir. Birincisi, yedeklilik yüksüz kayıp faturasını ikiye katlar: her iki ana besleme de sürekli enerjilidir, bu nedenle tesis 11,3 MVA yükü beslemek için 25 MVA kurulu kapasite üzerinden yüksüz kayıp öder. Yedek beslemenin enerjisini kesmek bunu yarıya indirir, ancak ölü bir transformatörden bara transferi 2–3 s sürerken tesisin sürücüleri ve fırın fanları devre dışı kalır, bu nedenle tesis her ikisini de enerjili tutar ve öder. S13 primi burada bu kadar kolay gerekçelendirilebilir olmasının nedeni budur — her iki üniteye de, yılın her saati uygulanır. İkincisi, paranın asıl olduğu yer yük kaybı sütunudur: bakır ekleyerek yük kaybını 60'tan 48 kW'a düşürmek iki ünite genelinde yılda USD 6.400 değerindedir, S13'ün yüksüz kayıp tasarrufu ise USD 3.940 değerindedir ve bakır seçeneği, S13'ün geri ödemesinden bir ay içinde geri ödeme ile bu tasarrufun iki katından fazlasını sağlar. Yüksüz kayba yönelik olağan eğilim, transformatörlerin 8.760 saat boyunca tam yüke yakın çalıştığı dağıtım şirketi uygulamasından gelir; bu tesis öyle değildir. Dağıtım seviyesindeki sınıfların karşılaştırması kayıp sınıfı karşılaştırması bölümündedir ve aynı mantık geçerlidir: endüstriyel çalışma saatlerinde yük kaybı en az yüksüz kayıp kadar dikkat hak eder.

Transformatör paketi ne kadara mal olur ve ne kadar sürer?

Bu tesis için paket on üç konvertör transformatörü, iki ana besleme ve dört yardımcı üniteden oluşur — 19 ünite, 51 MVA kurulu kapasite — ve konvertör ünitelerinin reçine döküm olup olmamasına ve ana beslemelerin S13 çekirdeği alıp almamasına bağlı olarak Çin FOB USD 540.000–680.000 aralığına denk gelir. Bu, 500.000 t/y kapasiteli bir tesisin USD 120–180 milyon sermaye maliyetinin %0,3–0,6'sıdır ki bu, onu çok fazla optimize etmeme argümanıdır: transformatörlerde %5 tasarruf USD 30.000'dir ve devreye almada bir harmonik veya gerilim düşümü sorunu bir aylık üretime mal olur.

İki lojistik gerçek, programı üretim süresinden daha fazla değiştirir. 12,5 MVA ana transformatörlerin her biri 22–26 t ağırlığındadır ve 40 ft flat-rack veya parça yük olarak taşınır; bu da yağmurlu mevsim bir liman yolunu kapatmadan önce en son sevk edilecek kalem olamayacakları anlamına gelir; konvertör transformatörleri ise sürücü panolarından sonra gelmelidir, çünkü 690 V bara arayüzleri pano yerleşimine göre eşleştirilmiştir, dolayısıyla her ikisini de aynı tedarikçiden alan bir değirmen bir ay arayüz çizimi süresinden tasarruf eder. IEC 60076-1'e göre rutin testler artı bir sıcaklık artışı tip testi 2–3 hafta ekler ve ana transformatörler tesisin tek arıza noktası olduğu için bu pakette bulunması gereken tanıklı fabrika kabul testi, fabrikanın değil alıcının mühendisinin bir haftalık zamanını ekler. Oran, vektör grubu, yalıtım direnci, SFRA ve koruma rölesi enjeksiyonu dahil tüm set için devreye alma testleri devreye alma testleri bölümünde yer alır ve değirmen iki ana transformatörü hiçbir zaman kuplajlı çalıştırırsa paralel çalışma, paralel çalışma bölümündeki %8 empedans toleransıyla sınırlıdır.

Satın alma şartnamesi ne söylemeli?

Bu paketin şartnamesi on dört satıra sığar ve bunların yedisi transformatörün gücünden çok tesisin iklimi, harmonikleri ve yük çevrimiyle ilgilidir. Bir tedarikçinin standart katalogdan okuyabileceği hiçbir şeyin yazılmasına gerek yoktur; yazılması gereken çalışma zarfıdır.

• 45 °C ortam sıcaklığında güç, derating açıkça belirtilerek: 40 °C'de 12,5 MVA ONAN ve 16 MVA ONAF ile 45 °C'de garanti edilen kapasite teklifte belirtilecektir.
• Sıcaklık artışı ONAF gücünde üst yağda 55 K ve sargı ortalamasında 60 K, standart 60/65 K yerine, böylece sıcak nokta 45 °C ortam sıcaklığında 98 °C içinde kalır.
• Empedans, garanti edilen değer üzerinden ±%7,5 toleransla %8; bu IEC 60076-1 toleransıdır ve farklı tedarikçilerden iki ünitenin sirkülasyon akımı hesabı yapılmadan paralel bağlanamamasının nedenidir.
• 33 kV sargıda OLTC ±8 × %1,25, vakum tipi, yıllık kademe değiştirme sayısı belirtilerek (bu tesiste 1.500–2.500) böylece kademe değiştirici fiyata göre değil mekanik ömre göre seçilir.
• Konvertör üniteleri için harmonik yükü: 800 kVA üniteler için K-13 ve 3.200 kVA çiftler için K-9, varsayılan harmonik spektrumu ve yük profili veri sayfasında basılı olarak.
• 33 kV sargı için yalıtım seviyesi LI 170 kV / AC 70 kV (Um 36 kV) ve IEC 60815 kirlilik seviyesi IV'e göre kompozit burçlarda 31 mm/kV kaçak yolu.
• ISO 12944'e göre korozyon sınıfı C5-M, toplam 240 µm kuru film kalınlığı, galvanizli radyatörler, paslanmaz bağlantı elemanları, yoğuşma önleyici ısıtıcılı IP55 kontrol kabini.
• Kayıplar ceza maddesiyle garanti altına alınacaktır: boşta kayıp için 788 USD/kW ve yük kaybı için 268 USD/kW — alıcının kendi içinde kullandığı aynı rakamlar, böylece bir tedarikçi kayıpları fiyatla takas ederek ihaleyi kazanamaz.
• Ses basınç seviyesi ana transformatörler için 1 m'de 65 dB(A), IEC 60076-10'a göre ölçülmüş, ölçüm konumu belirtilerek.
• Testler: IEC 60076-1'e göre rutin, IEC 60076-2'ye göre sıcaklık artışı, yıldırım darbesi ve ana transformatörler için alıcının mühendisinin hazır bulunduğu tanıklı FAT.
• İzleme: alarm ve açma kontaklı iki WTI, çift şamandıralı Buchholz, kontaklı basınç tahliye valfi, manyetik yağ göstergesi ve bir teknisyenin merdiven olmadan ulaşabileceği DGA numune alma noktası.
• Dokümantasyon: siparişten itibaren 3 hafta içinde onay çizimleri, test raporları, İngilizce ve saha dilinde O&M el kitabı, 2 yıllık ve 10 yıllık önerileri içeren yedek parça listesi.
• Garanti devreye almadan itibaren 24 ay veya teslimattan itibaren 30 ay, geç teslimat ve %5'ten fazla aşılan kayıp garantileri için tazminat maddesiyle.
• Paketleme ve taşıma: denize dayanıklı, azotla veya yağla doldurma kararı belirtilmiş, şok ve eğim göstergeleri takılmış ve ağırlık merkezi ile kaldırma noktalarını gösteren bir taşıma çizimi, çünkü limanda düşürülen 30 t'lık bir transformatör 16 haftalık gecikme demektir.

İnşaat demiri haddehanesi transformatörlerinde gerçekte ne arızalanır?

Bu görevde, üretime mal olan arızalar klasik anlamda sargı yalıtımı delinmeleri değildir; belirli bir sırayla ortaya çıkan beş durumdur. Birincisi yükte kademe değiştiricidir, çünkü değirmenin talebi bir dakika içinde 3–4 MW salınım yapar ve üst akım gerilimi bunu takip eder; bu nedenle otomatik moddaki bir OLTC, sürücülerin ihtiyaç duymadığı bir gerilimin peşinden yılda 1.500–2.500 işlem yapacaktır — çözüm, gerilimi sürücülerde düzenlemek ve OLTC'yi manuel moda alıp mevsimsel olarak kullanmaktır. İkincisi, gerçek spektrumdan daha düşük K-değeri ile satın alınmış konvertör transformatörlerindeki alçak gerilim sargısı sıcak noktasıdır; burada tasarım sıcak noktasının her 6 K üzerinde yalıtım yaşlanması iki katına çıkar ve ünite 25 yıl yerine 10–12 yılda arızalanır. Üçüncüsü, sıcak bir iklimde 8–10 yıllık günlük termal çevrim sonrası conta ve kaynak kaçaklarıdır; bu, yağ izleniyorsa bir bakım kalemi, izlenmiyorsa bir arızadır. Dördüncüsü, soğutma fanı motoru arızasıdır; bu, ihtiyaç duyulan tek öğleden sonra ONAF kademesine ihtiyaç duyulana kadar görünmez — alarm yerel bir lambaya değil, kontrol odasına bağlanmalıdır. Beşincisi, muson başlangıcında burç kirliliği atlamasıdır; altı aylık toz bir gecede iletken hale gelir; RTV kaplamalı kompozit burçlar ve yağmurlardan önce planlanmış bir yıkama tüm azaltma önlemidir.

Bunların hiçbiri bir tasarım hatası değildir ve hepsi transformatör sipariş edilmeden önce alınan spesifikasyon ve işletme kararlarıdır. Bu makalenin uzunluğunu çekirdek-ve-bobin yapısı yerine yük programlarına, ortam düzeltmesine, empedansa ve harmonik spektrumlarına ayırmasının nedeni budur: 500.000 t/y'de transformatör, elektrik tasarımının zor kısmı değildir, ancak değirmen inşa edildikten sonra düzeltilemeyecek kısmıdır. Bu tesisin üst akım yarısı — ona kütük besleyen ergitme atölyesi — kendi boyutlandırma mantığına sahiptir ve elektrik ark ocağı transformatörü boyutlandırması bölümünde açıklanmıştır; her ikisini de çalıştıran bir değirmen, yeniden ısıtma fırını ile haddeleme hattının birlikte, arkalarında duran ark ocağından çok daha zararsız bir yük olduğunu görecektir.

Sources / 资料来源

Kaynak: IEC 60076-1 — Güç transformatörleri: Genel (anma değerleri, toleranslar, rutin testler).
Kaynak: IEC 60076-2 — Güç transformatörleri: Sıvıya daldırılmış transformatörler için sıcaklık artışı (ortam referansı maksimum 40 °C, aylık 30 °C, yıllık 20 °C).
Kaynak: IEC 60076-7 — Güç transformatörleri: Mineral yağa daldırılmış güç transformatörleri için yükleme kılavuzu (sıcak nokta sınırları, çevrimsel yükleme).
Kaynak: IEC 60076-10 — Güç transformatörleri: Ses seviyelerinin belirlenmesi.
Kaynak: IEC 60076-11 — Güç transformatörleri: Kuru tip transformatörler.
Kaynak: IEC 60909 — Üç fazlı AC sistemlerde kısa devre akımları.
Kaynak: IEC 61378-1 — Endüstriyel uygulamalar için konvertör transformatörleri.
Kaynak: IEC 60815 — Kirli koşullarda kullanıma yönelik yüksek gerilim izolatörlerinin seçimi ve boyutlandırılması.
Kaynak: ISO 12944 — Çelik yapıların koruyucu boya sistemleriyle korozyon koruması (C5-M kategorisi).
Kaynak: IEEE 519 — Elektrik güç sistemlerinde harmonik kontrol için önerilen uygulama ve gereksinimler (Tablo 2, 1 kV < V ≤ 69 kV).
Kaynak: IEEE C57.110 — Sinüzoidal olmayan yük akımları beslerken transformatör kapasitesinin belirlenmesi için önerilen uygulama (K-faktörü esası).
Kaynak: GB/T 6451 — Üç fazlı yağa daldırılmış güç transformatörleri için teknik parametreler ve gereksinimler.
Kaynak: World Steel Association, World Steel in Figures — yaklaşık 1,9 milyar tonluk küresel ham çelik üretimi; bunun içinde inşaat için uzun ürünler en büyük tek paya sahiptir.
Kaynak: QDTB Mühendislik Ekibi — Nijerya, Kenya, Endonezya, Vietnam, Mısır ve Suudi Arabistan'daki inşaat demiri, filmaşin ve profil değirmenlerine yağa daldırılmış ve dökme reçine transformatör tedariki, 2014–2025 (burada belirtilen özgül tüketim, tepe-ortalama oranları, empedans uygulaması, harmonik spektrumları, K-faktörü seçimi, fiyat bantları ve teslim süreleri sektör deneyim değerleridir, yayımlanmış standartlar değildir).