Toepassingsinstructies voor 50kA stroombeperkende apparatuur op offshore olieplatforms

1. Werking van het systeem met en zonder CLiP (stroombeperkend apparaat)

Onder normale bedrijfsomstandigheden werkt de schakelkast als volgt:

• Alle buskoppelingsschakelaars zijn gesloten, waardoor de drie bussecties parallel worden verbonden;
• Twee generatoren zijn online en leveren stroom aan de schakelkast.

Bij deze configuratie is de verwachte kortslootstroom op de schakelkast minder dan 50kA. Daarom wordt het stroombeperkende apparaat (CLiP) niet in het circuit ingevoerd.

Tijdens onderhoudsoperaties waarbij een generator wordt geopend (offline genomen) en een andere wordt gesloten (gesynchroniseerd en verbonden), werkt het systeem als volgt:

• Alle buskoppelingsschakelaars blijven gesloten, waardoor de drie bussecties verbonden blijven;
• Drie generatoren worden tijdelijk aan het systeem verbonden (voor een beperkte duur tijdens de generatorovername).

Onder deze omstandigheden neemt de kortsluitcapaciteit van het systeem toe en de verwachte kortslootstroom overschrijdt 50kA. Aangezien de kortslootbestendigheid van de schakelkast 50kA is, moet het stroombeperkende apparaat in het circuit worden ingevoerd om de veiligheid van de apparatuur te garanderen.

Het CLiP monitort de stijgingssnelheid van de stroom over de tijd. Wanneer de stroom een vooraf ingestelde drempelwaarde overschrijdt, activeert het apparaat en breekt het de busverbinding door een interne fusielement te smelten. Dit beperkt de daadwerkelijke kortslootstroom tot onder 50kA, zodat deze binnen de veilige ontwerpwaarden van de schakelkast blijft.

Dit proces maakt foutisolatie mogelijk zonder dat er een stroomonderbreking optreedt in het gehele eHouse-verdeelsysteem.

Samenvatting:

• Wanneer de verwachte kortslootstroom > 50kA (alle buskoppelingen gesloten en drie generatoren online), moet het CLiP in het circuit zijn. Deze situatie treedt alleen op tijdens de overgangsfase van een enkele-generator-onderhoud.
• Wanneer de verwachte kortslootstroom < 50kA (alleen twee generatoren online of twee van de drie buskoppelingen open), moet het CLiP uit het circuit worden gehaald.

2. Bedrijfs- en onderhoudseisen

De eigenaar van de installatie moet de voorgestelde alternatieve bedrijfsregelingen goedkeuren. Beslissingen moeten ook gebaseerd zijn op extra gegevens met betrekking tot de stroombeperkende fusielement, inclusief onderhoudseisen, geschatte levensduur en de bekwaamheid van het personeel dat de apparatuur onderhoudt. Deze acties moeten worden opgenomen in het bedrijfs- en onderhoudshandboek.

3. Ontwerp en testen van de stroombeperkende fusielement

De stroombeperkende fusielement moet worden ontworpen en getest volgens erkende normen zoals IEC 60282-1:2009/2014 en IEEE C37.41 serie, en geschikt moeten zijn voor de bedoelde toepassing en omgevings-/werkingsomstandigheden. Alleen één stroombeperkende fusielement mag worden gebruikt; elke combinatie van stroombeperkende apparaten vereist speciale overweging en evaluatie.

Het CLiP heeft KEMA typeproefverslagen verkregen die de onderbrekingscapaciteit, temperatuurstijging en isolatietests, evenals kalibratieregisters voor meetapparatuur, bestrijken. De tests zijn uitgevoerd in overeenstemming met IEC 60282 en ANSI/IEEE C37.40 serie-normen.

4. Isolatiepeil van de fushouder

• De fushouder heeft een gerateerde impulsveerkracht van 110kV BIL;
• De isolatietransformator heeft een 150kV BIL-test doorstaan en kan worden gebruikt in 27kV-klasse systemen;
• Elke isolatietransformator ondergaat een 50kV AC-dielektrische test tijdens de productie.

5. Verificatie van de geschiktheid van de fusielement voor de bedrijfstemperatuur

De stroombeperkende fusielement is vervaardigd en getest volgens IEC 60282-1 of IEEE C37.41 serie-normen.

IEC 60282-1 specificeert een maximale omgevingstemperatuur van 40°C, terwijl de klassificatievennootschapsnorm SVR 4-1-1, Tabel 8, 45°C vereist. Bewijsmateriaal dat voldoet aan Bijlage E van IEC 60282-1 (of equivalente normen) moet worden verstrekt om aan te tonen dat de fusielement geschikt is voor de maximale verwachte omgevingstemperatuur van 45°C.

De tests omvatten de eisen van IEC 60282-1 en ANSI/IEEE C37.41. De Serie II onderbrekingsproef is strenger dan IEC-eisen, omdat 100% proefspanning (IEC staat 87% toe) vereist is. G&W test Serie I taken bij 100% spanning en 100% stroom - wat alle standaardeisen overtreft. Het daadwerkelijke project gebruikt een apparaat met een nominale stroom van 4000A.

Voor een schakelkast van 5000A zonder gedwongen koeling is de marge voor temperatuurstijging 5K bij 40°C omgevingstemperatuur, waardoor 5000A bij 40°C en 4000A bij 50°C omgevingstemperatuur kan worden afgevoerd.

6. Tijd-stroomkenmerken en stroombeperkende prestaties

Dit type apparaat heeft geen conventionele tijd-stroomcurve (TCC). Zijn werking is voltooid binnen 0,01 seconden - lang voordat de startpunten van typische TCC-curves - waardoor het effectief een direct werkend apparaat is.

In de praktijk wordt elke toepassing geëvalueerd op basis van specifieke gevallen, met gebruik van de slechtste scenario's (volledig asymmetrische fouten). Systeemstromen worden weergegeven met de juiste tijdsresolutie om alle interacties duidelijk te illustreren. Deze benadering is superieur aan het potentiële misleiden van piekdoorlatingsstroomcurves.

7. Piekoverspanning en vermogensafgifte tijdens hoge foutstroombedrijf

• Volgens IEC- en ANSI/IEEE-eisen voor apparatuur met een nominale spanning van 15,5kV blijft de piekspanning tijdens het bedrijf (maximaal gemeten 47,1kV) binnen het bereik van 49kV, en gaat dit niet gepaard met de vrijgave van grote hoeveelheden warmte of stoom die met uitstotende onderbreking gepaard gaan.

• De warmteafgiftestructuur van het CLiP is in wezen een busbar met gefreesde stroombeperkende secties.

• De totale warmteafgifte van een driedriefase CLiP-systeem bij 4000A is ongeveer 500W.

8. Kortslootstudie en validatie van gecascaderde bescherming

De kortslootstudie moet de functie van het stroombeperkende apparaat demonstreren en hoe het de symmetrische foutstroom reduceert tot onder het nominale uithoudingsniveau van de schakelkast. Als de voorgestelde regeling bedoeld is om als "gecascaderde bescherming" te functioneren, moet de naleving van de voorwaarden zoals gespecificeerd in de klassificatievennootschapsnorm SVR 4-8-2 / 9.3.6 worden geverifieerd. Het selecteren van het triggerpunt en de bepaling van de doorlatingsstroom in elke richting moeten duidelijk worden gedefinieerd.

9. Berekening van de uithoudingscapaciteit van de busbar voor de maximale kortslootstroom

Berekeningen moeten worden uitgevoerd volgens IEC-normen om de uithoudingscapaciteit van de busbar tegen mechanische en thermische effecten veroorzaakt door de maximale verwachte kortslootstroom te verifiëren.