Istruzioni per l'Applicazione di Dispositivi Limitatori di Corrente da 50kA sulle Piattaforme petrolifere offshore

1. Operazione del sistema con e senza CLiP (dispositivo limitatore di corrente)

In condizioni operative normali, la piastra di commutazione funziona come segue:

• Tutti i disgiuntori di collegamento tra bus sono chiusi, collegando in parallelo le tre sezioni del bus;
• Due generatori sono in linea e forniscono energia alla piastra di commutazione.

In questa configurazione, la corrente di cortocircuito prevista alla piastra di commutazione è inferiore a 50kA. Pertanto, il dispositivo limitatore di corrente (CLiP) non viene inserito nel circuito.

Durante le operazioni di manutenzione che comportano l'apertura di un generatore (mettendolo offline) e la chiusura di un altro (sincronizzazione e connessione), il sistema funziona come segue:

• Tutti i disgiuntori di collegamento tra bus rimangono chiusi, mantenendo interconnesse le tre sezioni del bus;
• Tre generatori sono temporaneamente connessi al sistema (per una durata limitata durante il cambio di generatore).

In queste condizioni, la capacità di cortocircuito del sistema aumenta e la corrente di cortocircuito prevista supera i 50kA. Poiché il rating di resistenza al cortocircuito della piastra di commutazione è di 50kA, il dispositivo limitatore di corrente deve essere inserito nel circuito per garantire la sicurezza dell'equipaggiamento.

Il CLiP monitora la velocità di aumento della corrente nel tempo. Quando la corrente supera una soglia predefinita, il dispositivo si attiva e interrompe la connessione del bus fondendo un elemento fusibile interno. Questo limita la corrente di cortocircuito effettiva a meno di 50kA, assicurando che rimanga entro i limiti di progettazione sicuri della piastra di commutazione.

Questo processo consente l'isolamento del guasto senza causare un black-out dell'intero sistema di distribuzione di energia eHouse.

Riepilogo:

• Quando la corrente di cortocircuito prevista > 50kA (tutti i disgiuntori di collegamento tra bus chiusi e tre generatori in linea), il CLiP deve essere nel circuito. Questa condizione si verifica solo durante la fase transitoria della manutenzione di un singolo generatore.
• Quando la corrente di cortocircuito prevista < 50kA (solo due generatori in linea o due dei tre disgiuntori di collegamento tra bus aperti), il CLiP dovrebbe essere disconnesso dal circuito.

2. Requisiti di funzionamento e manutenzione

Il proprietario della struttura deve approvare le proposte alternative di disposizione operativa. Le decisioni devono basarsi anche su dati aggiuntivi relativi al fusibile limitatore di corrente, inclusi i requisiti di manutenzione, la durata stimata del servizio e la capacità del personale che esegue la manutenzione dell'equipaggiamento. Queste azioni devono essere incorporate nel manuale di funzionamento e manutenzione.

3. Progettazione e test del fusibile limitatore di corrente

Il fusibile limitatore di corrente deve essere progettato e testato in conformità con standard riconosciuti come IEC 60282-1:2009/2014 e IEEE C37.41 series, e deve essere adatto all'applicazione prevista e alle condizioni ambientali/operative. Deve essere utilizzato un solo fusibile limitatore di corrente; qualsiasi combinazione di dispositivi limitatori di corrente richiede una considerazione e valutazione speciale.

Il CLiP ha ottenuto rapporti di prova di tipo KEMA che coprono la capacità di spezzamento, l'aumento di temperatura e i test di isolamento, insieme ai record di taratura per l'attrezzatura di misura. I test sono stati eseguiti in conformità con gli standard IEC 60282 e ANSI/IEEE C37.40 series.

4. Livello di isolamento del portafusibili

• Il portafusibili ha una tensione impulso nominale di 110kV BIL;
• Il trasformatore di isolamento ha superato un test di 150kV BIL e può essere utilizzato in sistemi di classe 27kV;
• Ogni trasformatore di isolamento subisce un test dielettrico AC di 50kV durante la produzione.

5. Verifica della idoneità del fusibile per la temperatura di funzionamento

Il fusibile limitatore di corrente è stato prodotto e testato in conformità con gli standard IEC 60282-1 o IEEE C37.41 series.

L'IEC 60282-1 specifica una temperatura ambiente massima di 40°C, mentre lo standard della società di classificazione SVR 4-1-1, Tabella 8, richiede 45°C. Devono essere fornite prove conformi all'Allegato E dell'IEC 60282-1 (o standard equivalenti) per dimostrare che il fusibile è adatto per la temperatura ambiente massima prevista di 45°C.

I test coprono i requisiti dell'IEC 60282-1 e ANSI/IEEE C37.41. Il test di interruzione Serie II è più rigoroso dei requisiti IEC, poiché richiede il 100% della tensione di prova (l'IEC consente l'87%). G&W testa i doveri Serie I a 100% di tensione e 100% di corrente, superando tutti i requisiti standard. Il progetto effettivo utilizza un dispositivo con rating di 4000A.

Per un quadro di comando da 5000A senza raffreddamento forzato, il margine di aumento di temperatura è di 5K a 40°C ambiente, consentendogli di gestire 5000A a 40°C e 4000A a 50°C ambiente.

6. Caratteristiche corrente-tempo e prestazioni limitatrici di corrente

Questo tipo di dispositivo non ha una curva corrente-tempo (TCC) convenzionale. La sua operazione è completata entro 0,01 secondi, ben prima del punto di partenza delle curve TCC tipiche, rendendolo sostanzialmente un dispositivo istantaneo.

In pratica, ogni applicazione viene valutata caso per caso, utilizzando scenari peggiori (guasti completamente asimmetrici). Le correnti del sistema vengono tracciate con la risoluzione temporale appropriata per illustrare chiaramente tutte le interazioni. Questo approccio è superiore all'uso potenzialmente fuorviante delle curve di corrente di passaggio massimo.

7. Sovratensione picco e dissipazione di potenza durante l'operazione a corrente di guasto elevata

• Secondo i requisiti IEC e ANSI/IEEE per l'equipaggiamento a 15,5kV, la tensione picco durante l'operazione (massima misurata 47,1kV) rimane entro il range di 49kV, e non coinvolge la liberazione di grandi quantità di calore o vapore associati all'interruzione a espulsione.

• La struttura di dissipazione termica del CLiP è essenzialmente un barra di connessione con sezioni limitatrici di corrente lavorate a macchina.

• La dissipazione termica totale di un sistema CLiP trifase a 4000A è approssimativamente di 500W.

8. Studio di cortocircuito e validazione della protezione a cascata

Lo studio di cortocircuito deve dimostrare la funzione del dispositivo limitatore di corrente e come riduce la corrente di guasto simmetrica al di sotto del livello di resistenza nominale della piastra di commutazione. Se la disposizione proposta è destinata a funzionare come "protezione a cascata", deve essere verificata la conformità alle condizioni specificate nello standard della società di classificazione SVR 4-8-2 / 9.3.6. Il punto di scatto e la determinazione della corrente di passaggio in ciascuna direzione devono essere chiaramente definiti.

9. Calcolo della capacità di resistenza del bus per la corrente di cortocircuito massima

I calcoli devono essere eseguiti in conformità con gli standard IEC per verificare la capacità del bus di resistere agli effetti meccanici e termici causati dalla corrente di cortocircuito massima prevista.