Standartların ve birleştirilmiş dağıtım ekipmanının yapısal performansının analizi
Birleştirilmiş Güç Dağıtım Cihazlarının Standartları ve Sınıflandırması
Birleştirilmiş güç dağıtım cihazları oldukça çeşitli olup, yaygın olarak kullanılanlar arasında paketli alt istasyonlar, kutu tipi transformatörler, önceden monte edilmiş alt istasyonlar, birleştirilmiş transformatörler, Avrupa tipi kutu alt istasyonları ve Amerika tipi kutu alt istasyonları bulunmaktadır.
Birleştirilmiş Güç Dağıtım Cihazları için İlgili Standartlar
Çin'de şu anda etkin olan birleştirilmiş güç dağıtım cihazları ile ilgili standartlar şunları içerir: ulusal standart GB/T 17467 - 1998 Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Monte Edilmiş Alt İstasyonlar, makina endüstrisi standartı JB/T 10217 - 2000 Birleştirilmiş Transformatörler ve enerji sektörünün sipariş standardı DL/T 537 - 2002 Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Monte Edilmiş Kutu Tipi Alt İstasyonlar İçin Seçim Kılavuzu.
Uluslararası Elektroteknik Komisyon (IEC) 1995 yılında IEC1330 - 1995 Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Monte Edilmiş Alt İstasyonlar adlı standartı yayınlamıştır. Ulusal standart GB/T 17467 - 1998 Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Monte Edilmiş Alt İstasyonlar IEC1330 standardına eşdeğerdir. Bu standarda, önceden monte edilmiş alt istasyon "tip testlerinden geçmiş ve yüksek gerilim sisteminden düşük gerilim sisteme elektrik enerjisinin iletiminde kullanılan ekipman" olarak tanımlanmıştır. İçerdiği unsurlar arasında transformatörler, düşük ve yüksek gerilim anahtar kabinleri, bağlantı hatları ve yardımcı ekipmanlar dahil olmak üzere bir kaplama içinde yer alır.
Makina endüstrisi standartı JB/T 10217 - 2000 Birleştirilmiş Transformatörler birleştirilmiş transformatörün standart tanımını şu şekilde belirtir: "transformatör gövdesi, anahtar kabinleri, sigortalar, tap değiştiriciler ve karşılık gelen yardımcı ekipmanların bir araya getirildiği bir transformatör".
Enerji sektörünün sipariş standardı DL/T 537 - 2002 Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Monte Edilmiş Kutu Tipi Alt İstasyonlar İçin Seçim Kılavuzu eski DL/T 537 - 1993 6-35kV Kutu Tipi Alt İstasyonlar İçin Teknik Koşullar standartını gözden geçirerek, kutu tipi alt istasyonlar için enerji sektörü standartını IEC 1330 - 1995 ile uyumlu hale getirmiştir. DL/T 537 - 2002 ile IEC 1330 - 1995 (yani GB/T 17467 - 1998) arasındaki farklılıklar Tablo 1'de gösterilmiştir.
Yukarıdaki üç ulusal standart önerilen standartlardır. Çeşitli sektörlerin farklı özelliklerine bağlı olarak, her standart kendine özgü özellikleri taşımaktadır. Enerji sektörünün sipariş standardı, kullanıcı perspektifinden yola çıkarak uluslararası (ulusal) standartlara dayanarak Tablo 1'de sunulan içeriği ekleyerek, ekipman seçimi için daha detaylı bir temel sağlamaktadır.
Birleştirilmiş Güç Dağıtım Cihazlarının Sınıflandırılması
Yukarıda bahsedilen standartlara rağmen, uygulamada birleştirilmiş güç dağıtım cihazlarının isimlendirilmesi çok tutarlı değildir ve sınıflandırma da değişkenlik göstermektedir. Genellikle iki kategori vardır: birincisi, sadece önceden monte edilmiş alt istasyonları Avrupa tipi kutu alt istasyonları olarak tanımlamak; diğeri ise tüm birleştirilmiş güç dağıtım cihazlarını önceden monte edilmiş alt istasyonlar olarak topluca adlandırmak ve ardından önceden monte edilmiş alt istasyonları "Avrupa tipi kutu alt istasyonları" ve "Amerika tipi kutu alt istasyonları" olarak ayırmak. Bazı tedarikçiler, farklı kullanıcı ihtiyaçlarını karşılamak için bile aynı ürünün iki adı olabilir.
Yapı ve Performans Analizi
Avrupa Stili Önceden Monte Edilmiş Alt İstasyon
1970'lerde, Çin Fransa, Almanya gibi Avrupa ülkelerinden 6-10kV entegre güç dağıtım ekipmanı ithal etmiştir. Bu yenilikçi ekipman, alt istasyonun üç ana bileşenini (yüksek gerilim anahtar kabinleri, transformatör, düşük gerilim dağıtım kabini) tek bir kaplama içine entegre etmiş, böylece önceden monte edilmiş alt istasyon kavramını oluşturmuştur.
Aralık 1993'te eski Elektrik Bakanlığı DL/T 537-1993 "6-35kV Önceden Monte Edilmiş Alt İstasyonlar İçin Teknik Spekifikasyonlar" adlı endüstri standardını yayınlamıştır. Bu standartın 3.1 maddesi açıkça şu şekilde tanımlamıştır: "Yüksek gerilim dağıtım ekipmanı, güç transformatörü, düşük gerilim dağıtım ekipmanı ve elektrik enerjisi ölçüm cihazlarından oluşan, bir veya birden fazla kabin içinde kapsüllenmiş kompakt tam güç dağıtım birleşimi, önceden monte edilmiş alt istasyon olarak adlandırılır, kısaltılmış ifadesiyle kabin tipi alt istasyon." Avrupa tasarımlarından kaynaklanan bu yapılandırma genellikle Avrupa stili önceden monte edilmiş alt istasyon olarak bilinir olmuştur.
1998 yılında Ulusal Standart GB/T 17467-1998 "Yüksek Gerilim/Düşük Gerilim Önceden Monte Edilmiş Alt İstasyonlar" yayınlanmasından sonra resmi terminoloji "önceden monte edilmiş alt istasyon" olarak geçiş yapmıştır. Ancak, kullanıcılar ve üreticiler hala bu kurulumları günlük uygulamada kabin tipi alt istasyonlar veya Avrupa stili alt istasyonlar olarak adlandırılmaya devam etmektedir.
Yapısal Özellikler:
Avrupa stili alt istasyon genellikle üç işlevsel bölümden oluşur:
Yüksek gerilim odası
Düşük gerilim odası
Transformatör odası
İki temel yapılandırma kullanılmaktadır:
Doğrusal düzen: Standart yapılandırma
Üçgen düzen: Karmaşık düşük gerilim devre gereksinimleri için benimsenmiştir
Geleneksel alt istasyonlardan performans avantajları:
Yük yakınlığı optimizasyonu:
Elektrik sağlama yarıçapını %40-60 oranında azaltır
Kablo yatırım maliyetlerini %25-35 oranında azaltır
Hat kayıplarını %15-20 oranında düşürür
Alan verimliliği:
Geleneksel alt istasyonun izdüşüm alanının yaklaşık %10'unu kaplar
İnşaat maliyetlerini %60-70 oranında azaltır
Basitleştirilmiş kurulum:
Saha inşaat süresi %50-60 oranında azalır
Teknik Sınırlamalar ve Çözümler:
Kapsülleme tasarımı kritik termal yönetim zorlukları sunar:
Sınırlı ısı dağılımı iç sıcaklığı artırır (tipik ΔT artışı: 8-12°C)
Bileşen istikrarına potansiyel termal etkiler (tahmini performans düşüşü: her 10°C artış başına %3-5)
Endüstriyel azaltma stratejileri şunları içerir:
Gelişmiş havalandırma sistemleri:
Labirent yapılandırılmış kaplama duvarları
Eksenel akışlu tahrip fanları (tipik olarak 200-400 CFM kapasiteli)
Termal geliştirme önlemleri:
Radyatör optimizasyonu (yüzey alanı %20-30 artırılır)
Isıya dayanıklı yalıtım malzemeleri (H sınıfı veya daha yüksek)
Bu çözümler, etkili olmasına rağmen şunları getirir:
Yapısal karmaşıklık (üretim döngüsü uzaması: %15-20)
Ek enerji tüketimi (yardımcı sistemler: toplam yükün %5-8'i)
Akustik emisyonlar (tipik gürültü seviyesi artışı: 3-5 dBA)
Son Teknolojik Gelişmeler:
Öncü üreticiler termal yönetimde kopucu gelişmeler kaydetmiştir:
Dönüşçüler için yeni ısı dağılım yapılandırmaları (geliştirilmiş verimlilik: %12-15)
Optimize edilmiş kaplama aerodinamiği (sıcaklık düşüşü: 6-8°C)
Zorunlu havalandırmaya gerek olmayan (≥800kVA) sertifikalı yüksek kapasiteli tasarımlar
GB 1094.11 kurutulmuş dönüşçü termal limitleriyle uyumluluğu (maksimum bobin sıcaklık artışı: 100K)
Bu yenilikler ulusal standartlara uygun kalırken şu sonuçları elde eder:
Enerji tasarrufu (fan gücü azalması: %100)
Gürültü seviyesi düşürme (4-7 dBA)
İşletimsel güvenilirlik artışı (MTBF iyileştirmesi: %20-25)
Amerikan Stili Kutu Alt İstasyonları (Birleşik Dönüşçüler)
1990'larda, Amerikan stili bölümlendirilmiş üç fazlı dağıtım dönüşçüleri Çin piyasasına girdi. Amerikan Ulusal Standartı (ANSI) C57.12.26 - 1992 Yüksek Gerilimli Takılabilir Bağlantılı Üç Fazlı Bölümlendirilmiş Kendi Kendine Soğutmalı Dağıtım Dönüşçüleri Standardı 'na göre, yüksek gerilimli kablolar yüksek gerilimli bölmede kablosuz bağlantılar aracılığıyla dönüşçüye bağlanır ve düşük gerilimli kablolar düşük gerilimli bölmede somalarla düşük gerilimli terminallere bağlanır. Pad montajlı bölümlendirilmiş dağıtım dönüşçüsünün yağ deposu yüksek gerilimli kavramalar ve dört pozisyonlu yük anahtarı ile donatılmıştır. Dönüşçü, terminal olarak veya bir döngü ağında çalışabilir, dönüşçünün yüksek gerilimli tarafındaki güç sağlama durumunu korur ve kontrol eder.
Çin'deki dönüşçü üreticileri, Amerikan stili ürünlerin düşük gerilimli bölümlerine düşük gerilimli devre kesiciler ve elektrik sayaçları ekleyerek onları birleştirilmiş güç dağıtım cihazlarına dönüştürdü. Bu cihazlar, konut bölgelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Avrupa stili kutu alt istasyonlarından ayırt etmek için, bu cihazlara Amerikan stili kutu alt istasyonları denir, ayrıca birleştirilmiş dönüşçüler olarak da bilinir. Makina endüstrisi standardı JB/T 10217 - 2000 Birleştirilmiş Dönüşçüler birleştirilmiş dönüşçülerin (yukarıda belirtilen) standart tanımını açıklamaktadır. 3.7'de, "yüksek ve düşük gerilimli bölümler" olarak "yüksek ve düşük gerilimli kablo son noktaları ve elektrik bileşenlerinin işlem ve kontrol kısımlarının çelik plakalarla kaplanmış olduğu alanlar" tanımlanmıştır. Bu, Avrupa stili kutu alt istasyonlarından olan yapısal farklılıklardan biridir.
Bu standart, birleşik dönüştürücüleri (Amerikan tipi kabin trafo merkezleri) yağıt deposu yapısına göre iki türe ayırır: ortak deponuz ve ayrı deponuz. Ortak deponuz türünde, yüksek gerilimli elektrik bileşenleri trafo gövdesiyle aynı yağıt tankını paylaşır, bu ZG harfi ile gösterilir. Ayrı deponuz türünde, yük anahtarı gibi yüksek gerilimli elektrik bileşenleri ayrı bir yağıt tankında yer alırken, diğer yüksek gerilimli elektrik bileşenleri ve trafo gövdesi başka bir yağıt tankına monte edilir. İki yağıt tankının yağ devreleri birbirine bağlı değildir, bu ZF harfi ile gösterilir.
Ortak Deponuz Birleşik Dönüştürücüler
Avrupa tipi kabin trafo merkezlerinin avantajlarına ek olarak, ortak deponuz birleşik dönüştürücüler aşağıdaki avantajlara sahiptir:
Daha Küçük Yüzölçümü: Yaklaşık olarak Avrupa tipi kabin trafo merkezinin alanının 3/5'ini kaplar.
Daha İyi Isı Tescili: Trafo doğrudan maruz kalır, bu da ısı tescili açısından faydalıdır. Yapı oldukça basit olup, satış fiyatı nispeten düşük olur (yaklaşık olarak Avrupa tipi kabin trafo merkezinin fiyatının 3/5'i).
Ulaşımda ve Montajda Rahatlık: Hacmi daha küçük olduğundan, ulaşım ve montaj daha kolay hale gelir.
Çin bağlamında, yurt dışından doğrudan ithal edilen Amerikan tipi kabin trafo merkezlerinde şu eksiklikler bulunmaktadır:
Trafo Yağının Bozulması: Yüksek gerilimli yük anahtarı çalıştığında, oluşabilecek ark, trafo yağının ayrışmasına neden olabilir, bu da Amerikan tipi kabin trafo merkezinin genel ömrünü etkiler.
Faz Kaybı İşlemi: Yüksek gerilimli kavanozun patlaması, trafenin faz kaybı altında çalışmasına neden olabilir.
Sınırlandırılmış Yüksek Gerilimli Devre Fonksiyonları: Yüksek gerilimli devre fonksiyonları oldukça basittir, bu da mevcut elektrik operasyon kurallarının gerekliliklerini tam olarak karşılamaz. Örneğin, yüksek gerilimli yük anahtarında açık bir kesme noktası yoktur.
Bu sorunları çözmek için yerel üreticiler çeşitli iyileştirmeler yaptı. Yukarıda belirtildiği gibi, Amerikan tipi kabin trafo merkezlerinin düşük gerilim bölümlerine düşük gerilimli devre kesicileri (genellikle akıllı hava devre kesicileri) eklenerek, aşırı yük, düşük voltaj, kısa devre ve topraklama gibi birden fazla arızadan koruma sağlanmıştır. Bu, düşük gerilimli besleme hatlarında kısa devre veya aşırı yük nedeniyle yüksek gerilimli kavanozların patlamasını önler ve trafenin faz kaybı altında çalışmasını engeller. İkinci olarak, yüksek gerilimli bölüm yeniden tasarlanmıştır. Örneğin, yüksek gerilim koruması açısından, Amerikan tipi kabin trafo merkezleri yük anahtarlarını kullanarak yük güç kaynağını keser ve yedek koruma kavanozları ve takılı kavanozlarla tam kapsamlı güç korumasını sağlar.
Ayrı Deponuz Birleşik Dönüştürücüler
Şimdiye kadar, dönüştürücü üreticileri tarafından üretilen çoğu Amerikan tipi kabin trafo merkezi, ZG tipi ortak deponuz birleşik dönüştürücülere aittir. Yukarıda bahsedilen ortak deponuz birleşik dönüştürücülerinin eksikliklerini gidermek için, yerel dönüştürücü üreticileri yük anahtarı ve yedek koruma kavanozları gibi yüksek gerilimli bileşenleri trafo yağı tankından ayırmıştır. Yük anahtarı gibi yüksek gerilimli bileşenlerin küçük bölümlerine yüksek yanma noktasına sahip yağ enjekte edilirken, trafo yağı tankına sıradan No. 25 yağı enjekte edilir. Bu, yük anahtarı çalıştırılmasından dolayı oluşan trafo yağının yaşlanma sorununu çözmenin yanı sıra, tüm trafo yağı tankında yüksek yanma noktasına sahip yağ kullanılmasından kaynaklanan ısı tescil sorununu da ele alır (yüksek viskozitesi nedeniyle).
Amorfe Alloys Dönüştürücülerin Kullanımı
Dönüştürücü, kutu tipi trafo merkezinde en büyük boyutlu ve en çok ısı üreten bileşendir. Yapısal özellikleri ve kayıp seviyesi, kutu tipi trafo merkezinin genel tasarımıyla doğrudan ilişkilidir.
1996 yılında, Çin 500 kVA'nın altındaki amorfe dağıtım dönüştürücülerini başarıyla geliştirdi ve üretti, ancak üretim miktarı azdı ve büyük ölçekli üretim gerçekleştirilemedi. 1998'de, Şanghay Xindian Elektrik Şirketi, ABD'deki General Electric (GE) şirketinden amorfe dönüştürücülerin tasarım ve imalat teknolojisini büyük ölçekli üretim için getirdi. Şu anda, 20'den fazla amorfe dönüştürücü üreticisi bulunmaktadır. Amorfe alloy demir çekirdeğinin boşta kaybı, S9 serisinin %20'sidir, bu da çok önemli bir enerji tasarrufu sağlar.
ANSI dağıtım dönüştürücü standartları, dönüştürücü teknolojisi ve pazar bağlamında da rol oynar. Ancak, amorfe alloy dönüştürücülerin yerel kutu tipi trafo merkezlerinde benimsenmesini kısıtlayan asıl faktör, fiyatıdır, bu da ülkede ilgili teşvik politikalarının uygulanmasını gerektirir. Aslında, amorfe alloy dönüştürücülerin kullanımı konusunda iç ve dış teşvik politikaları bulunmaktadır. Tayvanlı üreticilere göre, Tayvan bölgesi amorfe alloy dönüştürücü ürünlerine sıkı standartlar oluşturmuştur. Kullanıcıların herhangi bir yerden amorfe alloy dönüzdürücü satın aldığı durumlarda, dönüşütücü kapasitesine dayalı olarak mali yardım alabilirler, kW başına on binlerce Yeni Tayvan Doları ödül verilmektedir.
Avrupa Tipi ve Amerikan Tipi Kabin Trafo Merkezlerinin Karşılaştırılması
Yukarıda belirtildiği gibi, Amerikan tarzı ve Avrupa tarzı kumanda merkezleri, hacim, zemin alanı ve çevre uyumu açısından avantajlar sunmaktadır. ANSI dağıtım transformatörüne dayalı normlara başvurularak tasarlanan Amerikan tarzı kumanda merkezleri, zemin alanı, fiyat ve ısı verimliliği gibi bazı konularda Avrupa tarzına göre belirli avantajlara sahiptir. Örneğin, DXB(W) - 1.10 tipi kumanda merkezi için, yüksek ve düşük gerilim sürgülü bağlantı noktaları, şebeke değiştiricileri, yağ rezervuarları ve yağ boşaltma valfleri, transformatörün bir yan duvarına monte edilir, her biri ayrı yüksek ve düşük gerilim ekipman bölümlerinde kaplanır. Bu şekilde, transformatör, kumanda merkezinin kablosunun bir parçası haline gelirken, kalan üç yan duvar hava ile temas eden dalgalı ısı verimlendiriciyle donatılır. Bu, ısı verimlilik koşullarını iyileştirir ve belirli kayıpları azaltır.
Ancak, Amerikan tarzı kumanda merkezlerinin ısı verimlendirmeleri uzun süre hava ile temas ettiği için, doğal ortam nedeniyle malzeme aşınması gibi yeni sorunlar ortaya çıkar, bu da ekipmanın genel kullanım ömrünü etkiler. Ayrıca, yaz aylarında, Amerikan tarzı kumanda merkezlerinin ısı verimlendiricilerinin sıcaklığı 80-90°C'ye ulaşabilir, bu da onlara yanlışlıkla yaklaşan kişilere yandırma riski oluşturur.
Amorf alaşım transformatörleri kullanan Avrupa tarzı kumanda merkezleri, yerel üreticiler tarafından geliştirilen yeni ürünlerdir. Bunlar, amorf alaşım kombineli transformatorların (ortak tank ve ayrı tank tipleri dahil) ardından gelen teknolojik bir ilerlemeyi temsil eder. Diğer ısı verimlendirme tasarımlarındaki iyileştirmelerle beraber, ulusal sıcaklık artışı gerekliliklerini karşılayarak doğal soğutmayı sağlar, bu da havalandırma fanlarının enerji tüketimini ve gürültüsünü ortadan kaldırır. Böylece, amorf alaşım Avrupa tarzı kumanda merkezleri, üstün teknik özelliklere sahiptir.
Sonuç
Standartların daha fazla tanıtımıyla birlikte, birleştirilmiş elektrik dağıtım cihazlarının isimlendirilmesi daha birleşik olmalıdır. Teknolojinin gelişmesi ve üretim süreçlerinin ve yapıların iyileştirilmesi, Amerikan tarzı ve Avrupa tarzı kumanda merkezlerini geleneksel substationlara kıyasla daha avantajlı hale getirir. Küçük ölçekte, çevre uyumu, çok işlevsellik ve güvenilir güç tedariki gibi pazar taleplerine daha iyi adapte olurlar. Amorf alaşım gibi çevre dostu ve enerji tasarrufu sağlayıcı malzemelerin kullanımı belli politika teşvikleri alırsa, yerel kumanda merkezlerinin teknik ve ekonomik performansı daha da artırılacaktır.
