W marcu ubiegłego roku wykonawca instalacji mechanicznych w Ontario przesłał nam projekt obejmujący 12-piętrową wieżę mieszkalną z jedną linią i jedno pytanie: czy możemy zachować istniejący transformator suchy o mocy 225 kVA do nowej elektrycznej pompy pożarniczej o mocy 100 KM? Arytmetyka wyglądała zadowalająco (- 225 kVA w porównaniu z silnikiem 124 A. Jednostka nie przeszła kontroli, która faktycznie reguluje konstrukcję pompy pożarniczej, i to o mniej niż dwa punkty procentowe.
Ta kontrola nie jest termiczna. Atransformator pompy pożarniczejjest dobierany na podstawie napięcia, jakie widzi silnik w ciągu pierwszych dwóch sekund rozruchu, a nie kilowoltoamperów pobieranych przez budynek o drugiej po południu. W większości jednokreskowych linii, które przechodzą przez nasze biurko, jest to odwrócone, a błąd jest kosztowny w obu kierunkach: jednostki, które powodują uciążliwą podróż podczas testów akceptacyjnych, oraz jednostki przewożące czterdzieści tysięcy dolarów miedzi, której nikt nie potrzebował.
Dlaczego obciążenie pompy pożarniczej nie zachowuje się jak obciążenie dystrybucyjne
Profil obciążenia pompy pożarniczej to nic, a potem wszystko. Przez pięćdziesiąt jeden tygodni silnik stoi na biegu jałowym. Następnie rozpoczyna pracę w poprzek linii przy pełnym napięciu, utrzymuje prąd przy zablokowanym wirniku przez osiem do dwudziestu sekund i osiąga obciążenie znamionowe tak długo, jak trwa pożar.NFPA 20wymaga, aby pompa zapewniała 150 procent znamionowego przepływu przy nie mniej niż 65 procent znamionowej wysokości podnoszenia, a kierowca musi to unieść bez przeciążenia, zatem obciążenie projektowe w stanie ustalonym również nie jest mocą z tabliczki znamionowej.
Nie ma tu zastosowania żaden czynnik różnorodności. Nie ma zastosowania żaden współczynnik popytu. Pompa nie jest jednym z czterdziestu odbiorników korzystających z transformatora; w chwili uruchomienia jest to obciążenie pobierające od pięciu do sześciu razy większy prąd przez uzwojenie bez oleju pochłaniającego ciepło. Jednostka zanurzona w oleju przenosi tysiąc litrów płynu jako bufor termiczny. Uzwojenie z żywicy lanej ma masę termiczną własnej miedzi i nic więcej, więc gorący punkt reaguje w ciągu kilku minut, a nie godzin.
Rozmowa zaczyna się zatem od prądu rozruchowego i kończy na aspadek napięcianumer, a dopiero potem zadaje pytanie, czy uzwojenie wytrzymuje cykl pracy.
Dwa limity napięcia w NEC 695.7 - i ten, który wszyscy błędnie odczytują
Artykuł 695 ustKrajowy Kodeks Elektrycznyustawia dwa ograniczenia napięcia w dwóch różnych punktach obwodu. Podczas uruchamiania silnika napięcie nasterownik pompy pożarniczejzaciski linii nie mogą spaść o więcej niż 15 procent poniżej napięcia znamionowego sterownika. Oddzielnie, gdy silnik pracuje przy prądzie pełnego obciążenia wynoszącym 115 procent, napięcie na zaciskach silnika nie może spaść o więcej niż 5 procent poniżej napięcia na tabliczce znamionowej silnika.
Przeczytaj je jeszcze raz, bo różnica między nimi polega na budżecie na kable. Te 15 procent mierzy się na sterowniku; 5 procent mierzy się na silniku przy 115 procentach obciążenia. Wszystko pomiędzy tymi dwoma punktami – przewód zasilający, końcówki, wszelkie złącza lub krany – musi mieścić się w szczelinie. W projekcie, w którym całe 15 procent przeznacza się na uzwojenie wtórne transformatora, wykorzystano już naddatek na kable.
Drugie błędne odczytanie jest częstsze. Wykonawcy stosują 5 procent jako granicę wyjściową, dochodzą do wniosku, że transformator musi być ogromny i podają dwukrotnie większą moc wymaganą na mocy art. 695. Wartość 5 procent reguluje dobór przewodu i regulację przy przeciążeniu, a nie początkowy spadek.
Praca na liczbach: pompa o mocy 100 KM na jednostce 225 kVA
Spadek napięcia na uzwojeniu wtórnym transformatora podczas rozruchu z zablokowanym wirnikiem jest bliski procentowi impedancji pomnożonej przez stosunek prądu rozruchowego do znamionowego prądu wtórnego. Jest to dzielnik: impedancja transformatora walczy z impedancją początkową silnika, a udział transformatora w napięciu zasilania jest tym, czego silnik nie otrzymuje.
Silnik o mocy 100 KM i napięciu 460 V ma prąd pełnego obciążenia wynoszący 124 A zgodnie z tabelą NEC 430.250 i pobiera mniej więcej sześciokrotnie więcej przy zablokowanym wirniku – około 725 A. Jednostka 225 kVA z uzwojeniem wtórnym 480 V ma prąd znamionowy 271 A. Przy impedancji 4,5% spadek wynosi 4,5 × (725 ÷ 271), czyli 12,1%.
Dwanaście procent przechodzi. To jest pułapka. Dodaj 50 stóp podajnika w trzech równoległych seriach po 350 kcmil, a wydasz kolejne półtora punktu, co stawia kontroler na 13,6 procent w porównaniu z limitem 15 procent. Nic nie pozostaje na obsługę przy napięciu 468 V zamiast 480, na kran o jeden stopień niżej lub na uruchomienie drugiej pompy, gdy pierwsza wciąż przyspiesza. Moment obrotowy spada z kwadratem napięcia, zatem 15-procentowy spadek pozostawia 72 procent znamionowego momentu rozruchowego, a pompa znajdująca się już na szczycie krzywej znajduje się dokładnie w miejscu, w którym następuje zatrzymanie rozruchu, a wyłącznik utrzymuje prąd przy zablokowanym wirniku przez dwadzieścia sekund.
Jednostka o mocy 500 kVA przy impedancji 5,75% ma prąd znamionowy 601 A po stronie wtórnej, a ten sam rozruch 725 A powoduje spadek o wartości 6,9%. Pozostawia to nietknięty zapas kabli i pochłania usługi o niskim zużyciu energii bez dramatyzmu. Różnica w cenie między tymi dwoma transformatorami stanowi ułamek kosztów nieudanego rozruchu w obecności świadków.
Pułapka z zablokowanym wirnikiem za wyłącznikiem pompy pożarniczej
Artykuł 695 wymaga, aby urządzenie nadprądowe pompy pożarniczej przewodziło prąd przy zablokowanym wirniku przez czas nieokreślony, orazNFPA 20traktuje każdą przerwę w dostawie jako awarię systemu. Wyłącznik ten służy wyłącznie do ochrony przed zwarciem i został celowo wybrany tak, aby nie otworzył się w przypadku utknięcia w uruchomieniu, ponieważ pompa, która wyłącza się przy zablokowanym wirniku, jest pompą, która nie pracuje, gdy budynek płonie.
Konsekwencje dla transformatora są nieuniknione. Podczas przeciągnięcia prąd 725 A przepływa przez uzwojenie o natężeniu znamionowym 271 A, co stanowi 268 procent wartości z tabliczki znamionowej, i nic go nie zakłóca. Krzywe obciążenia typu suchego pozwalają na przeciążenie tylko przez ograniczony czas i zakładają określone obciążenie wstępne i określone otoczenie. Wieża z pompą jockey pracującą cyklicznie pod ciśnieniem i cotygodniowym testem ubytku nie jest takim obowiązkiem.
Zatem reguła wymiarowania ma dwie połowy, które musi spełniać ta sama jednostka. Połowa napięcia decyduje o minimalnej wartości kVA, która utrzymuje spadek w art. 695. Połowa cieplna decyduje o tym, czy uzwojenie przetrwa powtarzające się zdarzenia zablokowanego wirnika przy tej kVA. W przypadku konstrukcji o wzniesieniu 150 stopni z systemem izolacji o kącie 220 stopni istnieje margines; na jednostce zbudowanej z najcieńszej miedzi, która pomyślnie przeszła rutynowe testy, nie ma zbyt wiele.
Miejsce, w którym włącza się pompa strażacka, zmienia cały rozmiar
Artykuł 695 wymaga, aby zasilanie pompy pożarniczej było dedykowane – oddzielne źródło, dedykowane źródło na miejscu lub połączenie przed głównym rozłącznikiem – bez innych obciążeń na tej ścieżce. Jeżeli zakład dostarcza napięcie 13,8 kV do transformatora należącego do klienta, żadna z tych opcji nie istnieje przy napięciu 480 V, dopóki ktoś nie kupi transformatora. W tym miejscu inżynier i właściciel zwykle nie zgadzają się co do pieniędzy.
Dwie odpowiedzi działają. Dedykowanytransformator pompy pożarniczejdobrane wyłącznie dla pompy i akcesoriów jej sterownika, gdzie zarówno arytmetyka zanurzeniowa, jak i obciążenie cieplne wykorzystują samą pompę. Lub odczep od głównego transformatora przed głównym budynkiem, co jest legalne, powszechne i oznacza, że urządzenie przenosi zapotrzebowanie budynku i prąd zablokowanego wirnika w tym samym uzwojeniu w tym samym momencie. Wybierz drugą ścieżkę, a moc kVA musi pokryć zapotrzebowanie budynku plus start, przy spadku obliczonym na podstawie obciążonego transformatora, a nie zimnego. Najczęściej spotykamy się z takim rozwiązaniem w przypadku modernizacji, gdy do usługi o rozmiarach sprzed wielu lat dodawana jest pompa strażacka w celu zapewnienia zróżnicowanego obciążenia, które nigdy nie obejmowało silnika o mocy 100 KM uruchamianego w poprzek linii.
Tabela rozmiarów i sześć linii dla Twojej specyfikacji
W tabeli zastosowano przybliżenie dla urządzeń wtórnych 480 V z typowymi impedancjami dla każdej klasy kVA. Traktuj kolumnę dip jako liczbę ekranową, a nie opieczętowane obliczenia – prawdziwe badanie uwzględnia współczynnik mocy rozruchowej silnika, impedancję kabla i rzeczywistą pozycję zaczepu.
| Silnik pompy | FLC (NEC 430.250) | Około. zablokowany wirnik | Transformator | %Z | Obliczony spadek | Werdykt |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 hp | 65 A | 390 A | 150 kVA | 3.0% | 6.5% | Wygodny |
| 100 hp | 124 A | 725 A | 225 kVA | 4.5% | 12.1% | Pasuje, bez marginesu |
| 100 hp | 124 A | 725 A | 500 kVA | 5.75% | 6.9% | Zalecony |
| 150 hp | 180 A | 1,080 A | 300 kVA | 5.0% | 15.0% | Na granicy odrzuć |
| 150 hp | 180 A | 1,080 A | 750 kVA | 5.75% | 6.9% | Zalecony |
Sześć linii należy do atransformator pompy pożarniczejarkusz specyfikacji i każdy zdecydował się na projekt, który zacytowaliśmy:
- Zmierzona procentowa impedancja w faktycznie używanym kranie, a nie nominalna wartość z katalogu.
- Sprawdzenie 115% działania udokumentowane na zaciskach silnika, nie wywnioskowane z przypadku rozruchu.
- Liczba uruchomień na godzinę i częstotliwość testu udarowego wzięte ze specyfikacji mechanicznej, ponieważ jest to obciążenie cieplne.
- Temperatura w pomieszczeniu w lipcu, a nie domyślne 40 stopni – pomieszczenie elektryczne o temperaturze 50 stopni kosztuje użyteczną kVA.
- Sterownik pompy pożarniczejtyp: sterownik o zmiennej prędkości i ograniczonych usługach odcina prąd rozruchowy do około 300 procent, co zmienia obliczenia zapadu i dodaje harmoniczne warte rozmowy o wartości K.
- Obudowa: NEMA 2 w pomieszczeniu o znamionowej mocy znamionowej, NEMA 3R, jeśli urządzenie jest umieszczone na podkładce na zewnątrz.
Jak budujemy i testujemy te jednostki
Ryan Electric budujetransformatory pomp pożarniczychod 15 kVA do 2500 kVA, żywica lana i VPI, zgodne z UL 1561 z oznaczeniem cULus i dostępne zgodnie z CSA C22.2 nr. 47 dla projektów kanadyjskich. Każde urządzenie wykonuje rutynową sekwencję – rezystancja uzwojenia, współczynnik, polaryzacja i zależność fazowa, strata bez obciążenia, utrata obciążenia, impedancja, potencjał przyłożony i indukowany – a impedancja wydrukowana na tabliczce znamionowej jest mierzona na kranie określonym przez inżyniera, od czego w rzeczywistości zależy obliczenie dipu.
Zakład zajmuje powierzchnię 120 000 metrów kwadratowych i wyposażony jest w ponad 180 zestawów urządzeń produkcyjnych i testowych, a od 2023 roku działamy jako partner joint venture firmy Eaton. Jeżeli pompa pożarnicza dzieli transformator z obciążeniem budynku, kontrolę termiczną przy zablokowanym wirniku przeprowadzamy w oparciu o rzeczywisty cykl pracy, a nie o krzywą obciążenia ogólnego przeznaczenia.
Wyślij tabliczkę znamionową pompy jednowierszowej oraz długość podajnika i napięcie sieciowe. Wracamy z obliczeniem zapadu, zalecaną wartością kVA i impedancją na odczepie, który chcielibyśmy zbudować – zwykle w ciągu dwóch dni roboczych i często z wiadomością, że określony już transformator jest w porządku.
O autorze:Ten artykuł został napisany przez zespół inżynierów firmy Ryan Electric, producenta transformatorów suchych i zanurzonych w oleju z certyfikatem UL/CSA w Jiangsu w Chinach oraz partnera joint venture firmy Eaton od 2023 r., obsługującego klientów z branży użyteczności publicznej, centrów danych, klientów przemysłowych i komercyjnych w Ameryce Północnej, Ameryce Łacińskiej, Azji Południowo-Wschodniej i na Bliskim Wschodzie.
