鉱山用変圧器: 地下変電所、ホイスト ドライブ、粉塵に対する指定方法

2 台の変圧器が同一の銘板と同一のヒートランレポートを付けて同じ工場から出荷され、5 年後も使用できるのは 1 台だけです。違いがビルド品質にあることはほとんどありません。それは、仕様書に鉱山、または砂利の私道のある倉庫が記載されているかどうかです。

鉱山勤務は、配電変圧器が鉄鋼溶解工場の外で行う最も過酷な勤務です。負荷はシフトに伴って揺れ、ドライブは巻線に高調波電流を押し込み、あらゆる冷却面に塵が堆積し、ユニットはフォークリフトで誰も到達できない吹きだまりの中に置かれます。これらの決定は、試運転後ではなく、注文前に行われます。

地雷の義務が実際に要求するもの

A 鉱山用変圧器は、より重いエンクロージャがボルトで固定された配電変圧器ではありません。この 2 つは 5 つのデューティ条件によって分けられており、それぞれの条件によってデータシート上の数値が変わります。

• 定常的な負荷ではなく、周期的な負荷です。ホイスト、ショベル、クラッシャーは何時間も定格電流を消費しません。定格の 150% ～ 200% を数秒間引き出した後、アイドル状態になります。設計は月平均ではなく、デューティ サイクルに従う必要があります。
• 高調波が豊富な電流。ホイスト、コンベア、スラリーポンプ、換気扇は現在、可変周波数ドライブで稼働しています。高調波電流は、銘板が計算した 60 Hz ベースとは異なる方法で巻線、中性線、エンクロージャを加熱します。
• 制限されたスペース、制限されたアクセス。地下変電所は、防火扉の後ろにある岩を切り開いた場所です。途中でユニットが隙間を通過できない場合、プロジェクトは停止します。
• ほこり、湿気、熱。鉱山の空気には研磨粉塵が含まれており、多くの場合、飽和状態に近い状態になります。どちらも断熱材の表面と開いたままにしたすべての冷却経路を攻撃します。
• 規制。米国では、地下の金属および非金属鉱山は MSHA 規則に該当します。30 CFR パート 57。パート 57 は、地下変電所に防火要件を課し (§57.4262)、引き込みケーブルを独自のカテゴリーとして扱います (§57.4057)。

最後の点は、ほとんどの購入者の予想よりも多くの仕様決定を促進します。鉱物油は可燃性の液体であり、地下液体に対する第 57 条の制限がその理由の大部分を占めています。キャストレジン乾式変圧器米国の金属および非金属鉱山のドリフト変電所を支配しています。地上では経済性が逆転し、kVA あたりのコストでは油浸ユニットが有利になります。地表変電所とドリフト変電所は別の問題であり、一方の仕様を他方に決してコピーすべきではありません。

平均ではなくデューティ サイクルに合わせて鉱山用変圧器のサイズを決定する

鉱山プロジェクトで最も一般的なサイジング エラーは、接続された kVA ごとに合計された負荷リストです。接続された kVA は、何が実行できるかを示します。同時に何が動作するのか、どのくらいの時間動作するのかについては言及されておらず、巻線がシフト変更後に耐えられるかどうかを決定する熱質量についてもまったく言及されていません。

ホイスト義務はこれを具体化します。大型の鉱山ホイストで 2 分間のサイクルを実行します。約 25 秒間はモーター定格電流の 180% で加速し、45 秒間は定格に近い状態で、残りはアイドリングします。ピークではなく、サイクル全体の RMS 電流が巻線で認識されるものであり、モーターの定格電流を大幅に下回ります。サイズがピークに達すると、義務よりも多くのフレームを購入することになります。平均的なサイズと巻きを作ります。

電圧降下は 2 番目の要因であり、長いフィーダでは通常、最終 kVA を設定します。 2,400 m のフィーダーでモーター端子の電圧降下を約 3% に抑えるには、負荷計算だけで示唆されるよりも多くの銅と kVA が必要になります。私たちはあらゆるものについて明示的に取引するよう取り組んでいます。鉱山用変圧器電気的には十分であり、熱的に限界のあるユニットは鉱山にとって最悪の結果となるためです。

約 1,000 ～ 2,500 kVA の鉱山負荷中心では、インピーダンスがおよそ 5% ～ 6% の間に指定されていることがわかります。電圧の問題を解決するために電圧を下げると、2,400 m の引き込みケーブルの終端で発生するアーク故障電流がそれに伴って上昇します。まさにこの故障について地下ルールが定められています。修正は、インピーダンスを仕様から外すことではなく、導体サイズまたは負荷中心を面に近づけることに属します。

鉱山 VFD 負荷の高調波と K-Factor

ラインリアクトルを使用しない 6 パルス駆動では、5 次、7 次、11 次、13 次の高調波電流が注入され、機雷が 1 回の駆動で停止することはほとんどありません。高調波電流は、基本波電流とは異なり巻線を加熱しません。高調波電流は巻線の外層に集中し、渦損失は高調波次数の 2 乗よりも早く上昇し、60 Hz で快適なユニットは、同じ RMS 電流で歪んだ波形で熱的に過負荷になる可能性があります。

2 つの仕様ツールがそれを処理します。 1 つ目は高調波定格係数です。UL 1561 では次のように定義されています。Kファクター定格 K-4、K-9、K-13、および K-20。それぞれ、温度制限を超えることなく、定義された高調波スペクトルを許容するように設計された変圧器を表します。ホイストドライブ、コンベア、ポンプ、リニアモーター負荷などの混合鉱山負荷では、仕様は通常 K-9 と K-13 の間に収まります。

2 番目のツールは、次のようなディレーティングです。IEEE C57.110、測定された高調波スペクトルを削減された使用可能な kVA に変換します。鉱山が電力品質調査を提供できる場合、実際のスペクトルからディレーティングします。それができない場合は、保守的な仮定に基づいて評価を下げ、引用文の中でそのように述べます。

ニュートラルには独自の項目が必要です。 3 倍の高調波は打ち消すのではなく加算するため、相電流の 100% でサイズ設定された中性点は、単相ドライブ、照明、および制御電源を供給する基板上でそれをはるかに超える電流を流すことができます。毎Kファクター変圧器私たちは鉱山の任務のために構築し、中性バスバーの熱チェックを個別に受けます。

電圧降下、インピーダンス、および後続ケーブルの調整

インピーダンスは地雷上で同時に 2 つの仕事をし、反対方向に引っ張ります。インピーダンスが低いと、長いフィーダの遠端での電圧調整が向上します。インピーダンスが高いと故障電流が制限されるため、後続ケーブル保護との調整が実用的になります。

後続ケーブルの保護は、規制側とエンジニアリング側が出会う場所です。パート 57 では、ケーブルの引き回しと、モバイル機器に伴う接地および接地チェックの規定について専用のサブセクションを設けていますが、これはサプライヤーがチェックを入れられる項目ではありません。基礎となる障害モードの場合、NIOSH マイニング プログラム金属および非金属鉱山における衝撃、火災、爆発の防止に関する数十年にわたる研究を発表してきました。

熱面を証明するヒートランは形式的なものではありません。IEEE標準C57.12.90はテストの実行方法を定義しており、設計上の制限ではなく、提供されるユニットの測定されたトップオイルとワインディングライズを尋ねる価値があります。

塵、高度、囲い: 鉱山が間違える 3 つの項目

鉱山仕様書の 3 つの環境フィールドは、他のフィールドよりも頻繁に間違って入力されますが、この 3 つすべては調査段階で修正するのが安価です。

• 囲い。IP44 は、屋内ドリフト変電所の実用的な最小値です。 IP54 は、スラリーの飛沫や洗い流しが存在する場所に適用されます。研磨粉塵のある現場では、フィルターのないルーバーを備えた換気されたエンクロージャがダストポンプとして機能し、巻線断熱材がその結果を収集します。
• 高度。標高によって変化するのは、銘板に記載されている kVA ではなく、許容温度上昇です。 1,000メートルを超えると、IEEE C57.12.01基準は受動的に適用されなくなり、設計を修正する必要があります。私たちの設計事務所で実際に使用されている数値は、追加 500 m ごとに許容上昇幅が 1 K 減少することです。チリ、ペルー、中央アジアの高地の鉱山現場は常にこれに遭遇しています。
• 周囲温度および断熱クラス。デザインのアンビエントは習慣から 40 度と書かれていますが、ピルバラの鉱山は習慣を気にしません。キャスト樹脂巻線は通常、クラス F (155 度) またはクラス H (180 度) で、クラスと購入者が熱マージンを得るためにどのくらいのサイズで取引するかに応じて、許容される上昇は 80 K、100 K、または 115 K です。

冷却は、私たちが鉱山コンサルタントと最も議論する項目です。密閉型で換気のないユニットは、塵が侵入できないため、地下での使用に適しています。また、同じ kVA で最も高温で動作するユニットでもあります。その取引は合法ですが、双方で計算する必要があります。

RFQ に何を記入するか、そして何を構築するか

鉱山変圧器の問い合わせに 5 つの項目を追加すると、最終的に返される見積もりが相互に比較できるようになります。

• 駆動負荷ごとのデューティ サイクル テーブル。接続された合計 kVA ではありません。ピーク時間、持続時間、アイドル時間（秒単位）は、熱調査には十分です。
• 測定または推定された高調波スペクトル。適用する K ファクターまたは IEEE C57.110 ディレーティング基準を明示的に指定します。
• モーター端子での電圧降下制限。加えて、フィーダーまたはトレーリングケーブルの長さと導体のサイズ。通常はその組み合わせによってフレームが決まります。
• 設置場所の高度、設計周囲環境、およびエンクロージャの定格。年間平均ではなく、季節最大値を示します。
• 規制体制。変電所が米国の地下にある場合はパート 57、および適用される州または鉱山固有の規定。

Ryan Electric は、江蘇省海安市の 120,000 平方メートルの敷地に、180+ セットの生産およびテスト機器を備え、巻線と冷却の設計に関する 37 件の特許を備えてこれらのユニットを製造しています。鉱山の注文では、比と極性、インピーダンス、無負荷と負荷損失、温度上昇、印加電圧と誘導電圧、部分放電など、公共事業と同じテスト手順が実行され、IEEE および IEC の手順に対して発行されたレポートが作成されます。 2023 年以来、私たちはイートン合弁パートナーこれは、当社の乾式およびパッド取り付けラインが持つ UL および CSA 認証の背後にあります。

チームに残った注文の 1 つ: 13キャストレジン乾式変圧器、カナダの鉱山現場向け、1,500 kVA、6.6 kV ～ 0.6 kV、IP44 エンクロージャ内。それを単純化したのは評価ではありませんでした。お客様は問い合わせとともにドリフト寸法と季節の周囲プロファイルを送信したため、巻線を設計する前にエンクロージャの深さと冷却が決定されました。

プロジェクトにすでにデューティ サイクル テーブルとフィーダ スケジュールがある場合は、両方を弊社のエンジニアリング チームに送信してください。ライアントランスフォーマー.comサイトの高度と設計環境を考慮して。 kVA、インピーダンス、そしてアプリケーションが要求する場合には K-factor が返され、3 つのうちのどれが製品の価格を左右しているかを示します。鉱山用変圧器.

著者について:この記事は、中国江蘇省の変圧器メーカーであり、イートン社の合弁パートナーでもある Ryan Electric のエンジニアリング チームによって執筆されました。同社は、北米、東南アジア、中東、アフリカの公益事業、産業、鉱山およびデータセンターのプロジェクト向けに油浸変圧器、乾式変圧器、パッドマウント変圧器を製造しています。工場でのテストは IEEE および IEC の手順に従って行われ、UL、CSA、および DEKRA 認証が利用可能です。