Kağıt Hamuru ve Kağıt Fabrikası Transformatörü: Bir Kağıt Makinesi Hattı için OG Dağıtımı Nasıl Boyutlandırılır, VFD Harmonikleri ve Rafinör Yol Verme Spesifikasyonu Neden Belirler ve Kuru Tip Ne Zaman Yağlı Tipi Yener

Önce cevap: bir kağıt hamuru ve kağıt fabrikası transformatörü, ton başına kWh ölçütünden değil, alan yük listesinden ve kağıt makinesinin kesintisiz çalışma gereksiniminden boyutlandırılır. Kapasiteyi gerçekte belirleyen şey, ortalama talebe hiçbir ilgisi olmayan üç faktördür: kağıt makinesinin seksiyonel sürücülerinin 690 V baraya geri bastığı harmonik akım, kağıt hamuru fabrikasındaki en büyük rafiner motorunun yol alma akımı ve 150 ms'lik bir gerilim düşümünün fabrikaya bir kağıt kopmasına, 300 ms'lik bir düşümün ise yeniden başlatmaya mal olması. Bu nedenle yetkin bir şartname, fabrika alanına göre bir yük listesiyle başlar, her alan için talep ve çeşitlilik faktörlerini uygular, transformatörü ölçülen harmonik spektrumuna göre düşürür, en büyük motorun yol almasındaki gerilim düşümünü kontrol eder ve ancak bundan sonra 690 V ile 11 kV şalt ekipmanını arıza dayanım sınırları içinde tutan empedansı belirler.

Önemli çıkarımlar

• Modern bir kağıt makinesi, bir yük olmadan önce bir sürücü sistemidir: tek bir 690 V bara üzerinde 80–150 seksiyonel sürücü; bunların çoğu rejeneratif, çoğunda transformatörün harmonik yükünü belirleyen bir diyot veya aktif ön uç bulunur.
• Kağıt makinesi transformatörlerini 0,5–0,75 talep faktörüyle alan yük listesinden boyutlandırın, ardından IEEE C57.110 ile harmoniklere göre düşürün — 6 darbeli ön uçlara sahip bir 690 V bara, herhangi bir marj eklenmeden önce transformatör kapasitesinin %13–20'sini kaybeder.
• Bir kağıt hamuru fabrikasındaki en büyük tek motor — 10–30 MW'lık bir TMP rafineri — minimum bara gücünü belirler. 40 MVA, %8'lik bir transformatörde doğrudan hatta yol alan 12 MW'lık bir rafineri, 11 kV barayı %12,5 aşağı çeker; 25 MVA'da ise %18,7 aşağı çeker ve aynı panodaki tüm sürücüleri açtırır.
• Kuru tip dökme reçineli transformatörler makine salonunun, hamur hazırlama alanının ve ağartma tesisinin içine aittir; yağlı transformatörler ise 33 kV'ta açık alana ve generatör yükselticisine aittir. Karar fiyat değil, yangın yükü ve korozyondur.
• Yılda 8.000 saat çalışan bir fabrika için, 1 kW yüksüz kayıp, 0,08 USD/kWh üzerinden 20 yılda yaklaşık 7.300 USD kapitalize maliyete karşılık gelir — bu, 4 MVA'lık bir ünitede verim sınıfları arasındaki fiyat farkından daha fazladır.

Bir kağıt fabrikası neden transformatör sorunu olmadan önce bir elektrik sorunudur?

Entegre bir kağıt fabrikası, tek yük faktörüne sahip tek bir yük değildir. Sahada 1–2 km boyunca dizilmiş ve tek bir 132 kV veya 110 kV bağlantı noktasına bağlanmış, tamamen farklı elektriksel davranışa sahip sekiz veya dokuz proses alanıdır. Kereste sahası gün boyu konveyörleri çalıştırıp durdurur. Pişirme kazanı, sabit %90 yükte sürekli pompalar çalıştırır. Ağartma tesisinde klor dioksit atmosferinde düzinelerce küçük sürücü bulunur. Hamur hazırlama rafinerileri 20–40 MW çeker ve günde belki iki kez yol alır. Kağıt makinesi, %95 kullanılabilirlikle 24 saat çalışır ve yük profili o kadar düzdür ki talep faktörü bir sabit gibi görünür. Geri kazanım kazanı ve türbin jeneratörü, yılın bir bölümünde sahayı bir enerji üreticisi haline getirir.

Bu alanların her birinin kendi transformatörü, kendi arıza seviyesi ve kendi arızalanma nedeni vardır. Bu yüzden bir fabrikada kullanışlı şartname birimi, tesis toplamı değil alan trafo merkezidir. Fabrika genelindeki bir kVA değeri, 690 V baranın bir kaplama bıçağı yük sıçramasına dayanıp dayanamayacağı veya rafineri yol aldığında 11 kV panonun tutup tutamayacağı hakkında size hiçbir şey söylemez.

Bu tablodan iki sonuç çıkar. Birincisi, değirmenin toplam trafo kapasitesi tipik olarak maksimum talebinin 1.4–1.8 katıdır; çünkü bölümler aynı anda zirve yapmaz ve her bölüm, makineyi durdurmayan bir bakım kesinti yolu gerektirir. İkincisi, trafo popülasyonu karışıktır: 700 t/gün kapasiteli bir değirmende 1 MVA üzerinde 25–40 trafo bulunur ve duruşlara neden olanlar neredeyse hiçbir zaman en büyükleri değildir.

700 t/gün kapasiteli bir kağıt makinesi hattı gerçekte ne kadar bağlı yük taşır?

8.4 m kesim genişliğine, 1,500 m/dak tasarım hızına ve 700 t/gün (yani 29.2 t/sa) üretime sahip kaplamalı ince kağıt makinesini ele alalım. Makinenin kendisi — arkasındaki hamur fabrikası değil — yaklaşık 17 MW bağlı yük taşır. Aşağıdaki yük listesi, trafo talebine eklenmesi gereken türden bir listedir; bir tedarikçi bu liste olmadan kağıt makinesi trafosu için fiyat veriyorsa, verdiği sayı bir tahmindir.

0,96 yer değiştirme güç faktöründe talep 10,9 MVA'dır. Çoğu kişinin durduğu sayı budur ve yanlış sayıdır. Bu barayı besleyen trafo sinüzoidal değil, bozulmuş bir akım görür; dolayısıyla kullanılabilir kapasitesi isim plakasındakinin altındadır — aşağıdaki harmonik bölümündeki hesaplama 10,9 MVA'yı 12,8 MVA'ya çıkarır. Dört adet 4 MVA ünite o zaman her biri %80 yüklemede çalışır; bu, bir kağıt makinesi trafosunun tasarlanması gereken yüklemedir: varlığı haklı çıkaracak kadar yüksek, yeni bir trafo olmadan bir bölüm yükseltmesini veya bir sürücü revizyonunu absorbe edebilecek kadar düşük. %80'in belirli bir tasarım için güvenli sürekli yükleme olup olmadığı, sıcak nokta artışına ve günlük yük çevrimine bağlıdır; bu da yük faktörü ve aşırı yük kılavuzunun konusudur.

Birimler hakkında not: kağıt makinesi barası genellikle 400 V değil, 690 V olarak belirtilir. 690 V'ta 4 MVA'lık bir trafo 3.347 A verir; bu, standart 690 V şalt ekipmanı aralığı içindedir. 400 V'ta aynı 4 MVA 5.774 A gerektirir; bu da paralel kabloları, paralel şalt ekipmanını ve MCC'de çok daha büyük bir arıza akımını zorunlu kılar. Bu tek seçim — 400 V'a karşı 690 V — bir kağıt makinesindeki en sonuç doğuran gerilim kararıdır ve genellikle trafo tartışılmadan önce sürücü tedarikçisi tarafından verilir.

Bir kağıt fabrikası hangi gerilim mimarisini kullanmalıdır?

Çoğu fabrika, kesin sayılar tercihten ziyade yerel elektrik dağıtım şirketi tarafından belirlenmek üzere dört seviyeye oturur. Avrupa'da ve Asya'nın büyük bölümünde zincir 132 veya 110 kV giriş, saha genelinde 33 veya 35 kV, büyük motorlara ve bölge trafo merkezlerine 11 veya 10 kV, sürücü sistemlerine 690 V ve aydınlatma ile küçük güce 400 V şeklindedir. Kuzey Amerika'da aynı mimari 138/115 kV, 34,5/13,8 kV, 4,16 kV ve 480 V olarak görünür.

Gerilim seviyesi serbest bir seçim değildir: 33 kV halkası, fabrikanın fiziksel olarak uzun olması ve sahanın uzak ucuna giden 11 kV kabloların 20 MW'ta ekonomik olmaması nedeniyle vardır. 11 kV seviyesi, 8–30 MW'lık motorların 690 V'ta üretilmemesi nedeniyle vardır. 690 V seviyesi, sürücü güç anma değerlerinin yaklaşık 2 MW'ın üzerinde azalması ve kağıt makinesinin ortak bir barada yüzlerce küçük sürücüye ihtiyaç duyması nedeniyle vardır. Her seviyenin kendisi ile bir sonraki arasında bir trafosu vardır ve bu trafoların her birinin farklı bir görevi vardır: 132/33 kV üniteleri sahayı taşır, 33/11 kV üniteleri yol alma akımını taşır, 33/0,69 kV üniteleri harmonikleri taşır. Aynı mantık, 6, 10, 11, 20 ve 33 kV seçeneklerine ayrı ayrı uygulanarak gerilim sınıfı seçim kılavuzunda ortaya konmuştur.

Modern bir kağıt makinesinin gerçek merkezi neden 690 V sürücü barasıdır?

Bir kağıt makinesi, bir dizi sıkıştırma noktasından (headbox, tel, pres, kurutma, boyut presi, kalandır, sarıcı) 1.500–2.000 m/min hızla geçen sürekli bir şerittir. Şerit, bölümler arasındaki hız uyumsuzluğuna tahammül edemez; bu nedenle her bölüm, kapalı çevrim gerilim veya hız kontrolü altında kendi motoruyla tahrik edilir. Modern bir makinede, tel dönüş silindiri için 5 kW'tan sarıcı tamburu için 400–600 kW'a kadar 80–150 bölüm bulunur.

Bu mimari, geleneksel bir dağıtım trafosunun tasarlanmadığı özelliklere sahip bir yük üretir: birliğe yakın yer değiştirme güç faktörü, doğrultucu girişlerinden kaynaklanan yüksek harmonik içeriği ve — açma stantlarında, sarıcılarda ve kalandırlarda — sürücü yavaşladığında veya gerilimi tuttuğunda sürekli ters güç akışı. Dolayısıyla bu baradaki trafo pasif bir kVA cihazı değildir. Sürücü sisteminin bir parçasıdır ve empedansı, harmonik kapasitesi ve termal zaman sabiti makinenin davranışında kendini gösterir.

Hesabı değiştiren şey ortak DC baradır. 40 seksiyon bir DC barayı paylaştığında, yavaşlayan bir kurutma seksiyonundan açığa çıkan enerji hızlanan bir seksiyonu besler ve yalnızca net fark AC tarafına geri döner. Bu, fren dirençlerinin sayısını azaltır, transformatörün termal döngüsünü azaltır ve transformatörün gerçekte gördüğü tek doğrultucuyu — tipik olarak 2–4 MW — AFE besleme ünitesi haline getirir. Harmonik sorunu ortadan kalkmaz, yoğunlaşır: 100 adet dağıtılmış 6 darbeli doğrultucu yerine iki veya üç büyük AFE ünitesi olur ve transformatör bunlara göre boyutlandırılır.

690 V kağıt makinesi sürücü barası arkasındaki transformatör nasıl boyutlandırılır?

Hesaplamanın dört adımı vardır ve her biri sonucu değiştirebilir. Yukarıdaki yük listesi kullanılarak:

• Adım 1 — talep kVA: 10,475 kW ÷ 0.96 = 10.9 MVA. Bu, sürücülerin yer değiştirme güç faktörünü bire yakın düzelttiğini varsayar; AFE sürücüler bunu yapar.
• Adım 2 — harmonik düşürme: barada THDi 35% olan 6 darbeli ön uçlar varsa, K-faktörü 4.7'de IEEE C57.110 düşürmesi isim plakasının 85%'ine izin verir, dolayısıyla gereken isim plakası 10.9 ÷ 0.85 = 12.8 MVA'dır. THDi 4% olan AFE sürücülerde düşürme ihmal edilebilir düzeydedir ve gereksinim 11.0 MVA'da kalır.
• Adım 3 — standart anma değeri ve bölme: 12.8 MVA, iki bara seksiyonu üzerinde 4 × 4 MVA'ya yuvarlanır; yaş uç ve kuru uç, normalde açık bir bara bağlantısıyla. İki yerine dört ünite, tek bir transformatör arızasının makinenin yarısını devre dışı bırakması, makinenin tamamını değil, anlamına gelir.
• Adım 4 — kontroller: sürücü terminallerindeki gerilim regülasyonu kararlı durumda 690 V'un ±10%'u içinde ve bir seksiyon hızlanması sırasında sürücünün düşük gerilim açma değerinin üzerinde kalmalıdır; 690 V terminallerindeki kısa devre akımı şalt ekipmanı anma değeri içinde kalmalıdır.

Kağıt makinelerinin genel dağıtımdan ayrıldığı yer Adım 3'tür. 8% empedanslı 4 MVA, 690 V bir transformatörün terminallerinde 50 MVA kısa devre kapasitesi vardır; bu 41.8 kA'dır — 50 kA şalt ekipmanı anma değeri içinde ama 40 kA'lık bir değerin içinde değil. Empedansı 6%'ya düşürmek bunu 55.8 kA'ya çıkarır ve 65 kA şalt ekipmanını zorunlu kılar. Diğer yöne gidip 10%'a çıkarmak arıza akımını 33.4 kA'ya düşürür ancak tam yükte sürücü terminali gerilim düşümüne 1.5–2% ekler ve AFE'nin DC barayı tutmak için daha fazla çalışmasını gerektirir. 690 V barada 6–8% pratik aralıktır ve 8% güvenli varsayılandır. Arıza akımını transformatör terminalleri yerine MCC'de gerekiyorsa, kısa devre akımı hesaplamasındaki üç adımlı yöntem kablo ve motor katkı terimlerini içerir.

Gerilim düşümü değerleri, transformatörün anma akımındaki kendi regülasyonudur; empedans ve X/R oranından hesaplanır; kablo düşümünü ve yukarı akış empedansını içermez. Gerçek bir 690 V barada transformatörden MCC'ye kablo düşümü uzun hatlarda 1.5–2.5% daha ekleyebilir; bu nedenle transformatör genellikle sürücü diziliminin 50 m yakınına yerleştirilir.

VFD harmonikleri neden yük listesinin ima ettiğinden daha fazla transformatör kapasitesine mal olur?

50 Hz'de sinüzoidal yükle 4 MVA anma değerine sahip bir transformatör, 50 Hz'de sinüzoidal yükle 4 MVA anma değerine sahiptir. Sekonderine 6 darbeli bir doğrultucu bağlayın; aynı 4 MVA görünür güç artık %35 harmonik akım içerir ve bu harmonikler temel bileşenin yapmadığı iki şeyi yapar: aynı gerçek güç için rms akımı artırırlar ve deri ile yakınlık etkisi yoluyla sargılarda yoğunlaşırlar, böylece girdap akımı kaybı yaklaşık olarak harmonik mertebesinin karesiyle artar. IEEE C57.110 tam olarak ikinci etkinin birincisi tarafından yakalanmaması nedeniyle vardır. Mekanizma ve harmonik akımı transformatörde değil kaynağında azaltmanın beş yolu transformatör harmonikleri kılavuzunda ele alınmaktadır.

Düşürme (derating), pratik bir kuraldan değil harmonik spektrumundan hesaplanır:

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

burada P_EC-R, anma akımındaki toplam yük kaybının girdap akımı kaybı oranıdır (dağıtım transformatörü için tipik olarak 0,10–0,15) ve K harmonik kayıp faktörüdür, K = Σ(h² · I_h²) / Σ(I_h²). K-faktörü, h² ağırlıklandırması nedeniyle düşük mertebeli harmonikler tarafından belirlenir: 5. harmonik, birim başına temel bileşenin 25 katı katkı sağlar; bu nedenle %30 beşinci harmonik içeren bir spektrum, THD'nin naif bir okumasının önereceği K ≈ 1,2 yerine K ≈ 4,7 üretir.

Bundan iki pratik sonuç çıkar. Birincisi, K sınıfı bir transformatör size daha fazla kapasite vermez — size gerçekte sahip olduğunuz K-faktörüne dayanan, aşırı ısınmayacak bir nötr ve sargı tasarımına sahip bir transformatör verir. Kapasite yine isim plakasından gelir. İkincisi, kaybedilen %13–19'u geri kazanmanın en ucuz yolu, kağıt makinesinde baştan AFE sürücüler belirtmektir: düşürme ortadan kalkar, rejenerasyon bedava gelir ve 33 kV barası artık detuned filtre bankasına ihtiyaç duymaz. 6 darbeli sürücülerin ekonomik seçim olduğuna karar vermeden önce bunu her makine bölümünde bir üst transformatör boyutunun fiyatıyla karşılaştırın. K sınıfı ile aşırı boyutlandırma arasındaki karar çerçevesi K-faktörü transformatör seçim kılavuzunda ortaya konmuştur.

Bir kağıt hamuru fabrikasındaki en büyük motor yol verme olayı nedir — ve ne kadar gerilim düşümüne neden olur?

Bu, sürücülerle çalışan ve rampalı olarak hızlanan kağıt makinesi değildir. Bu, rafinerdir. Bir termomekanik kağıt hamuru hattında, her biri 11 kV'da 10–30 MW'lık bir senkron veya asenkron motorla tahrik edilen iki veya üç rafiner bulunur ve her yol verme bir sistem olayıdır: motor, rafinaj plakaları talaş yüküne karşı hıza ulaşırken 10–40 saniye boyunca anma akımının 5–6 katını çeker.

12 MW'lık bir rafiner motoru için hesaplayın: 11 kV, 0,96 verim, 0,95 güç faktörü, kilitli rotor akımı anma değerinin 5,5 katı:

• Motor anma görünür gücü = 12.000 ÷ (0,96 × 0,95) = 13,2 MVA
• Yol verme görünür gücü = 5,5 × 13,2 = 72,4 MVA
• 11 kV'da bu, yaklaşık 0,25 yol verme güç faktöründe 11² ÷ 72,4 = 1,67 Ω yol verme empedansıdır

11 kV barasındaki gerilim düşümü neredeyse tamamen kaynağın ne kadar güçlü olduğuna bağlıdır. %8 empedanslı 40 MVA'lık bir transformatörde kaynak empedansı 0,242 Ω olur ve baradaki gerilim nominal değerin %87,5'ine düşer — yani %12,5'lik bir düşüm. 25 MVA'lık bir transformatörde aynı yol verme %18,7, 63 MVA'lık bir transformatörde ise %8,3 düşüme yol açar.

Çoğu fabrikanın uyguladığı tasarım kuralı, 11 kV panosunda %10, motor terminallerinde ise %15 düşüm sınırıdır; çünkü kontaktörler yaklaşık %70–75 civarında bırakır ve sürücüler kendi düşük gerilim ayarlarına göre %80 ile %85 arasında bir yerde arızaya geçer. Dolayısıyla 40 MVA'lık bir panoda %12,5'lik bir düşüm marjinal bir durum değildir — sınırın üzerindedir ve UPS destekli kontrol devresine bağlı olmayan aynı bölümdeki her kontaktörü düşürür. İşte o an, fabrika rafiner yol vermesi ile kağıt makinesinin aynı bara bölümünü paylaştığını fark eder.

Yol verme güç faktörü, çoğu yük akışı çalışmasının varsaydığından daha önemlidir. 0,25'lik bir yol verme güç faktöründe, motorun yol verme empedansının neredeyse tamamı reaktiftir; bu nedenle düşüm bir R değil, X/R problemidir ve rafinerin kablo uzunluğunu artırmak durumu biraz iyileştirmek yerine biraz daha kötüleştirir. Bu nedenle uzaktaki bir 11 kV trafo merkezinden beslenen bir rafiner, her ikisi de aynı transformatör üzerinde olsa bile, yan binadaki panodan beslenen aynı rafinerden daha büyük bir düşüm gösterebilir.

Rafiner yol vermesi transformatör empedansını nasıl belirler?

Burada gereksinimler birbirine zıt yönlere çeker. Daha yüksek empedans, 11 kV panosundaki arıza akımını sınırlar ve daha ucuz şalt ekipmanı kullanmanızı sağlar; aynı zamanda rafiner yol vermesi sırasındaki düşümü artırır, transformatörün yük kaybını artırır ve tüm bölge için gerilim regülasyonunu kötüleştirir. Aşağıdaki tablo, transformatörü 20 MVA'da sabit tutup aynı 12 MW doğrudan yol verme için empedansı değiştirmektedir.

Tabloyu ters yönden okuyunca tasarım netleşir: empedans, bir rafiner yol vermesini kabul edilebilir kılmak için kullandığınız araç değildir. %6'da bile düşüm %17,7'dir, çünkü motorun kendi yol verme empedansı baskındır. Bir rafiner yol vermesini düzelten araç, yol verme yöntemidir — bir VFD, bir LCI veya bir yardımcı motor — ve yol verme %110'a akım sınırlandığında, transformatör empedansı yalnızca arıza akımı ve regülasyona göre seçilebilir. Bir rafiner yol vermesini daha büyük bir transformatörle çözmeye çalışan fabrikalar, 20 MW yükü beslemek için 63 MVA satın almak zorunda kalır; bu da bir sürücüden kaçınmanın pahalı bir yoludur.

100 ms'lik bir gerilim düşümü kağıdı neden koparır — ve bir kopuşun maliyeti nedir?

Bir kağıt makinesinin kağıt ağında ataleti yoktur. Kağıt, bölümler arasında gerginlik altında tutulur ve bir bölüm 100 ms boyunca torkunu kaybederken komşuları çalışmaya devam ederse, gerginlik geçişi ya kağıdı koparır ya da bir sonraki sıkıştırma silindirinde kopacak daha kalın ve daha zayıf bir yer oluşturur. Sürücüler genellikle bir düşümü atlatır; kağıt atlatamaz. Sıralama şöyledir: düşüm, bir veya iki bölümün düşük gerilim veya aşırı akım nedeniyle arızaya geçmesi, kağıdın kopması, kırpıntının pulper'i doldurması ve ekibin göğüs kutusundan sarıcıya kadar yeniden geçirme için 15–45 dakika harcaması.

Bir kopmanın maliyeti elektrik değildir. Kaplamalı ince kağıt üreten 700 t/gün kapasiteli bir makinede, bir kopma, yeniden iplik geçirme ve ıskarta (broke) işleme dahil 3–5 saat üretim kaybına yol açar; bu da 29 t/saat ve ton başına 300–600 USD katkı marjıyla olay başına 26.000–87.000 USD, ayrıca ıskartanın değeri ve alt akış programındaki aksama anlamına gelir. Yılda 10–30 kopma yaşayan fabrikalar bu nedenle ride-through için gerçek para harcar ve trafo spesifikasyonu bu harcamanın bir parçasıdır: daha düşük empedanslı ve daha sağlam bir baraya sahip bir trafo, sürücülere daha fazla marj sağlar ve hızlı bara transfer şemasına sahip bir fabrika, kağıdı kaybetmek yerine makineyi 200–300 ms içinde sağlıklı girişe taşıyabilir.

Yağlı mı kuru tip mi — her biri bir kağıt fabrikasında nereye aittir?

Bir fabrikada seçim tercihe değil konuma göre belirlenir. Dökme reçineli kuru tip trafolar, yanacak yağ, sızdırmazlık havuzu, yangın duvarı ve bakım gerektiren azot veya konservatör olmadığı için binaların içinde varsayılan seçenektir. Yağlı trafolar ise 33 kV ve üzerinde dış mekanda varsayılan seçenektir çünkü MVA başına daha ucuz, daha verimli ve sıcak iklimde ısıyı daha iyi dağıtır.

Fabrikaya özgü iki nokta sıklıkla gözden kaçar. Birincisi, kağıt makinesi salonundaki dökme reçineli bir trafo, sargıların üzerine kağıt tozu çöken 40–45 °C ortamda çalışır; bu nedenle gücü ortam sıcaklığına göre düzeltilmeli ve muhafazası tozun yalıtımı köprülemeyeceği şekilde tasarlanmalıdır — filtreli havalandırma yolu olan IP54, IP21 değil. İkincisi, yangın stratejisi trafo sipariş edilmeden önce belirlenmelidir: FM Global Data Sheet 5-4 ve yerel sigortacı, yağ dolu üniteler için ayırma mesafelerini ve yangın dayanımlarını belirleyecektir ve kurulu bir trafonun etrafına sonradan yangın duvarı eklemek, baştan kuru tip seçmekten çok daha pahalıdır.

Ağartma tesisi, ıslak uç ve makine salonu spesifikasyonu nasıl etkiler?

Kağıt fabrikaları, genel endüstrinin olmadığı şekilde ıslak, sıcak ve aşındırıcıdır. Dört ortam spesifikasyonu belirler:

• Ağartma tesisi: %80–90 bağıl nem ile 40–50 °C'de klor dioksit ve klor atmosferleri. Karbon çelik muhafazalar 3–5 yıl içinde korozyona uğrar. ISO 12944 C5-M kaplama, 316 paslanmaz donanım, sızdırmaz dökme reçine sargılar, IP55 ve yalnızca boya sistemi yerine muhafazada korozyon payı belirtin.
• Kağıt makinesi salonu: 40–45 °C ortam sıcaklığı, ıslak uçta %80–90 bağıl nem, her yerde kağıt tozu. 40 °C üzerindeki ortam sıcaklığı için düşürme (derating) uygulayın, transformatör kapalıyken devreye giren yoğuşma önleyici ısıtıcılar belirtin ve üniteyi temizlik suyunun muhafazaya akamayacağı bir konuma yerleştirin.
• Hamur hazırlama: rafineriler ve eleklerden kaynaklanan titreşim, ayrıca buhar ve hamur sıçramaları. Rafineri temeline göre derecelendirilmiş sismik veya titreşim desteği, esnek bara bağlantıları ve sıçrama bölgesinin dışında konumlandırılmış bir transformatör belirtin.
• Atık su ve su arıtma: açık hava, kanalizasyon atmosferinde hidrojen sülfür ve sık sık yol verilen pompalar. C4/C5 kaplamalı yağlı üniteler, sızdırmaz kablo kutuları ve tesisi durdurmayı gerektirmeyen bir bakım erişim yolu.

Ortam sıcaklığı düzeltmesi bir yuvarlama hatası değildir. 40 °C ortam sıcaklığı için derecelendirilmiş 4 MVA'lık bir dökme reçine transformatör, 45 °C'de kapasitesinin yaklaşık %5–8'ini kaybeder ve 33 kV'luk yağlı bir ünite, anma ortam sıcaklığının üzerindeki her kelvin için yaklaşık %1 kaybeder. Makine salonunun yılın altı ayı boyunca 45 °C olduğu bir fabrikada bu düzeltme, devreye almada keşfedilmek yerine sorgu aşamasında yer almalıdır. Aynı durum, yüksek rakımlı konumlardaki fabrikalar için önem taşıyan irtifa için de geçerlidir; düzeltme yöntemi herhangi bir dağıtım transformatörü için kullanılan yöntemdir ve anma değerini belirlemeden önce düşürme eğrisini kontrol etmeye değer. Soğutma kademesi, sıcaklık artışı ve izin verilen yükleme arasındaki ilişki soğutma yöntemleri ve sıcaklık artışı kılavuzunda ele alınmaktadır.

Fabrika güvenilirlik için nasıl yapılandırılmalıdır?

Bir kağıt fabrikası yılda 350 gün çalışır ve planlanmamış her duruş başına 30.000–90.000 USD kaybeder; bu nedenle yedeklilik sorunu felsefi değil ekonomiktir. Aşağıdaki dört konfigürasyon neredeyse her fabrikayı kapsar; seçim genellikle tüm saha için değil, bölge bazında yapılır.

Özellikle kağıt makinesi için işleyen düzen, normalde açık bağlantı ve hızlı transfer şemasıyla iki bölüm üzerinde dört transformatördür: her çift, makinenin yarısını %80 yüklemede taşır ve bir ünitenin kaybı durumunda bağlantı kapanır ve makine, kaplama ve bir sarıcı devre dışı bırakılarak azaltılmış hızda devam eder. Bu bilinçli bir uzlaşmadır — 16 MVA'lık bir makine barasında tam 2 × %100'ü haklı çıkarmak zordur, oysa tek radyal savunulamaz.

Bir güvenilirlik ayrıntısının bir duruş sonrasında yanlış yapılması kolaydır. Fabrika yeniden enerjilendiğinde, panodaki her transformatör aynı anda mıknatıslanma akımını çeker ve 4 MVA'lık bir ünite 100–200 ms boyunca anma akımının 8–12 katını çekebilir. Giriş şalteri kapanırken kağıt makinesi sürücüleri zaten etkinse, mıknatıslanma akımından kaynaklanan gerilim düşümü onları açmaya yeter. Çözüm, kademeli enerjilendirme sırasıdır — önce transformatörler, 2–3 s sonra sürücüler etkinleştirilir, bölümler sırayla hızlandırılır — ve akımın arkasındaki fizik transformatör mıknatıslanma akımı kılavuzunda açıklanmaktadır.

Bir kağıt fabrikası neden düşürücü transformatörün yanı sıra yükseltici transformatöre de ihtiyaç duyar?

Entegre tesislerin çoğu kendi enerjilerinin büyük bir kısmını üretir. Bir geri kazanım kazanı artı bir biyokütle kazanı artı bir ekstraksiyon-kondensasyon türbini tipik olarak 11 kV'ta 30–60 MW sağlar ve tesis bazı pazarlarda fazlayı şebekeye satar, bazılarında ise geceleyin şebekeden enerji alır. Bu, 11/132 kV veya 11/110 kV'ta, türbin gücüne aşırı yük payı eklenerek boyutlandırılmış bir jeneratör yükseltici trafo gerektirir ve tüm sahanın koruma ve ölçüm felsefesini değiştirir.

Trafo spesifikasyonu için üç sonuç:

• Ters güç akışı: tesisin 33 kV ve 132 kV trafoları çift yönlü güç için, yönlü aşırı akım ve ters güç röleleriyle ve her iki yönde de çalışan kademe aralıklarıyla belirtilmelidir. Yalnızca ithalat için belirtilen bir trafonun OLTC aralığı, tesis %105 gerilimde ihracat yaptığında kademeleri tükenir.
• Şebekeye harmonik akışı: tesis ihracat yaptığında, kağıt makinesinden gelen sürücü harmonikleri yükseltici trafo üzerinden şebeke bağlantı noktasına akar. IEEE 519 limitleri o noktada geçerlidir, 690 V barasında değil, ve şebeke işletmecisi bunları ölçecektir. Kendi 11 kV panosunda uyumlu olan bir tesisin şebeke işletmecisinden hâlâ güç kalitesi şikayeti alabilmesinin nedeni budur.
• Ada çalışma: şebeke beslemesi kaybolursa, tesis kendi üretimiyle ada modunda çalışabilir. Yükseltici trafo bu durumda tüm tesis yükünü çok farklı bir arıza seviyesiyle ve arkasında şebeke ataleti olmadan taşır ve yük atma şeması şebekeye bağlı durum için değil, bu durum için tasarlanmalıdır.

Yılda 8.000 saat çalışan bir tesis için kayıp kapitalizasyonu nasıl görünür?

Bir kağıt fabrikası trafosu sürekli çalışır, dolayısıyla kayıpları bir işletme detayı değil, bir sermaye maliyetidir. Bunları yılda 8.000 saat, 0,08 USD/kWh, 20 yıl ve %6 iskonto oranıyla kapitalize edin; yıllık ödeme faktörü 11,47 olur. Bu durumda bir kilovat yüksüz kayıp 8.000 × 0,08 × 11,47 = 7.341 USD değerindedir ve %70 yük faktöründe bir kilovat yük kaybı 8.000 × 0,49 × 0,08 × 11,47 = 3.597 USD değerindedir.

Bunu 3,2 kW yüksüz kayıplı ve 32 kW yük kayıplı 4 MVA'lık bir üniteye uygulayın: yılda 151.040 kWh, yılda 12.083 USD, 20 yıllık ömür boyunca 138.593 USD. Bu, bir S13 ile S20 sınıfı ünite arasındaki veya standart ile düşük kayıplı tasarım arasındaki fiyat farkıyla karşılaştırılacak sayıdır. Çoğu durumda düşük kayıplı ünite bir tesis çalışma döngüsünde kazanır ve 2.000 saatlik bir çalışma döngüsünde kaybeder; bu yüzden aynı trafo bir kağıt fabrikası için doğru seçim, bir inşaat sahası için yanlış seçim olabilir. Yük artışının nasıl ele alınacağı ve kapitalize edilmiş maliyetin satın alma fiyatıyla birlikte nasıl değerlendirileceği dahil tam yöntem, toplam sahip olma maliyeti hesaplaması bölümünde açıklanmıştır.

Bir kağıt fabrikası trafo paketi için RFQ'da neler yer almalıdır?

Bir kağıt fabrikası talebi iki şekilde başarısız olur: tedarikçi standart bir dağıtım trafosu teklif eder ve harmonikler, yol verme yükü veya korozyon ortamı daha sonra keşfedilir; ya da talep o kadar açıktır ki her teklif farklı bir ürün içindir. Aşağıdaki veri listesi her iki boşluğu da kapatır. Aynı zamanda tekliflerin karşılaştırılacağı listedir, çünkü 5., 6. ve 9. maddeleri yanıtlayamayan bir teklif bu uygulama için bir teklif değildir.

13. madde ayrı bir etüt gerektirir. 40 MVA, 132/33 kV'luk bir ünite yağlı olarak 60–80 t ağırlığındadır ve sipariş verilmeden önce köprü sınırları, havai hatlar ve dönüş yarıçapları için güzergâh etüdü gerekir; makine salonu için 4 MVA'lık bir kuru tip (reçine döküm) ünitenin ise 2,5 m'lik bir kapıdan geçmesi ve çatı kapatılmadan önce yerine yerleştirilmesi gerekebilir. Azot dolgulu yağlı sevkiyat ve elleçleme sırasındaki eğim sınırları dâhil taşıma ve kurulum kısıtları taşıma ve kurulum kılavuzunda açıklanmıştır.

Sıkça sorulan sorular

Tek bir 33/0,69 kV trafo tüm kâğıt makinesini besleyebilir mi?

Teknik olarak evet, pratikte hayır. 690 V'ta tek bir 16 MVA'lık ünite 13.400 A bara gerektirir, tüm makineyi tek bir arızanın arkasına koyar ve her sürücünün harmonik akımını tek bir sargıda toplar. İki bölümde dört adet 4 MVA'lık ünite, şalt ekipmanı açısından daha pahalıdır ancak üretim kaybı açısından daha ucuzdur ve makineyi durdurmadan bir üniteyi bakım için devre dışı bırakmanıza olanak tanır.

Tüm sürücülerim AFE ise yine de K-sınıfı trafo gerekir mi?

Hayır ve bunun için ödeme yapmak yaygın bir israftır. LCL filtreli AFE sürücüler %3–5 THDi üretir; bu da 1'e yakın bir K-faktörüne karşılık gelir. Doğru boyutlandırılmış nötrü olan standart bir trafo yeterlidir. K-sınıfı, barada 6 darbeli sürücüler kaldığında — tipik olarak makinenin bir kısmının yenilendiği, bir kısmının yenilenmediği bir retrofit durumunda — önem kazanır.

Refiner'ları besleyen bir trafo için hangi empedansı belirtmeliyim?

Önce arıza akımı ve regülasyon için seçin, ardından kalkışı kontrol edin. 11 kV, 20 MVA'lık bir trafoda %8, arıza akımını 13,1 kA'da tutar ve 16 kA'lık şalt ekipmanıyla uyumludur; %10'a çıkmak bir şalt hücresi tasarrufu sağlar ancak doğrudan yol vermeli refiner kalkışındaki gerilim düşümüne %4 ekler ki bu yanlış bir tercihtir. Refiner doğrudan yol vermeyle kalkıyorsa ve gerilim düşümü %10'u aşıyorsa çözüm farklı bir trafo değil, bir VFD veya yumuşak yol vericidir.

Kâğıt fabrikası trafosu iç mekâna kurulabilir mi?

Evet ve çoğu 690 V makine trafosu kurulur. Kuru tip (reçine döküm) üniteler iç mekân kurulumu için tasarlanmıştır, haznaye veya yangın duvarına ihtiyaç duymaz ve tozlu ve nemli alanlar için IP54 muhafazalarla sunulur. Kısıtlar trafo teknolojisinin kendisi değil, ortam sıcaklığı, havalandırma ve toz yönetimidir. 20 MVA üzeri yağlı üniteler iç mekânda yangına dayanıklı hücre, hazne ve genellikle bir sulu söndürme sistemi gerektirir; bu nedenle normalde dış mekâna veya özel bir trafo binasına yerleştirilirler.

Kaynaklar / 资料来源

Kaynak: IEC 60076-1 — Güç transformatörleri, genel gereklilikler.
Kaynak: IEC 60076-2 — Sıvıya daldırılmış transformatörler için sıcaklık artışı.
Kaynak: IEC 60076-11 — Kuru tip güç transformatörleri.
Kaynak: IEC 60038 — 690 V seviyesi dahil standart gerilimler.
Kaynak: IEC 60034-12 — Tek hızlı üç fazlı kafesli asenkron motorların yol verme performansı.
Kaynak: IEEE C57.110-2018 — Sinüzoidal olmayan yük akımları beslerken transformatör kapasitesinin belirlenmesi.
Kaynak: IEEE 519-2014 — Elektrik güç sistemlerinde harmonik kontrolü.
Kaynak: IEEE C57.12.00 — Sıvıya daldırılmış dağıtım, güç ve regülasyon transformatörleri için genel gereklilikler.
Kaynak: GB/T 6451-2015 — Üç fazlı yağa daldırılmış güç transformatörleri için teknik parametreler ve gereklilikler.
Kaynak: GB 20052-2020 — Güç transformatörleri için minimum izin verilen enerji verimliliği değerleri ve enerji verimliliği sınıfları.
Kaynak: GB/T 1094.1-2013 — Güç transformatörleri, genel.
Kaynak: Komisyon Tüzüğü (AB) No 548/2014 — Küçük, orta ve büyük güç transformatörleri için eko-tasarım gereklilikleri, 1 Temmuz 2021'den itibaren 2. Aşama.
Kaynak: ABD Enerji Bakanlığı, 10 CFR Part 431 Subpart K — Dağıtım transformatörü enerji tasarrufu standartları.
Kaynak: ISO 12944-2 — Çelik yapılar için korozyon sınıfları, kıyı ve endüstriyel atmosferler için C5-M sınıfı.
Kaynak: NFPA 70 (Ulusal Elektrik Kodu) Madde 450 — Transformatörler ve transformatör hücreleri.
Kaynak: NFPA 13 — Sprinkler sistemlerinin kurulumu, değirmen yangın yükü bağlamı için.
Kaynak: FM Global Veri Sayfası 5-4 — Transformatörler, ayırma ve yangından korunma için sigortacı gereklilikleri.
Kaynak: IEC 60079-10-1 — Tehlikeli bölgelerin sınıflandırılması, solvent bazlı kaplama mutfaklarının geçerli olduğu durumlarda.
Kaynak: QDTB mühendislik deneyimi — kağıt fabrikası bölge yük listeleri, 690 V seksiyonel tahrik barası boyutlandırması, rafineri yol verme çalışmaları ve harmonik derating uygulaması. Sektör deneyimi olarak işaretlenen değerler, yayımlanmış standartlar değil, fabrika projelerinden elde edilen tipik aralıklardır.

Bir kağıt makinesi veya kağıt hamuru fabrikası trafo merkezi için teklif hazırlıyorsanız, karşılaştırılabilir bir teklife giden en hızlı yol; bölge yük listesini, tek hat şemasını, ön uç tiplerini içeren tahrik çizelgesini ve en büyük motor yol verme verilerini birlikte göndermektir. Mühendislik ekibimiz bunları tek seferde boyutlandırılmış bir transformatör şartnamesine, harmonik derating hesaplamasına ve gösterge niteliğinde bir bütçeye dönüştürebilir. Herhangi bir tedarikçiye başvurmadan önce arıza seviyesini, gerilim düşümünü ve kayıp kapitalizasyonunu kontrol etmek için güç sistemi hesaplayıcılarından da başlayabilirsiniz — ve soru hangi transformatör tipinin nereye ait olduğuysa, yağa daldırılmış ve kuru tip transformatörler arasındaki karşılaştırma kararı daha ayrıntılı olarak ele almaktadır.