Instrukcja zastosowania urządzeń ograniczających prąd 50kA na platformach wiertniczych na morzu

1. Działanie systemu z i bez urządzenia ograniczającego prąd (CLiP)

W normalnych warunkach pracy pulpitu sterowniczego następuje:

• Wszystkie przełączniki łączące są zamknięte, łącząc trzy sekcje szyn w równoległo;
• Dwa generatory są online i dostarczają energii do pulpitu sterowniczego.

W tej konfiguracji przewidywany prąd uszkodzeniowy na pulpicie sterowniczym jest mniejszy niż 50kA. Dlatego urządzenie ograniczające prąd (CLiP) nie jest wprowadzane do obwodu.

Podczas operacji konserwacyjnych, które obejmują otwarcie jednego generatora (wyłączenie go) i zamknięcie drugiego (synchronizację i połączenie), system działa w następujący sposób:

• Wszystkie przełączniki łączące pozostają zamknięte, utrzymując trzy sekcje szyn wzajemnie połączone;
• Trzy generatory są tymczasowo podłączone do systemu (na krótko podczas zmiany generatorów).

W tej sytuacji pojemność krótkiego zwarcia systemu wzrasta, a przewidywany prąd uszkodzeniowy przekracza 50kA. Ponieważ wytrzymałość pulpitu sterowniczego na krótkie zwarcie wynosi 50kA, urządzenie ograniczające prąd musi być wprowadzone do obwodu, aby zapewnić bezpieczeństwo sprzętu.

CLiP monitoruje tempo wzrostu prądu w czasie. Gdy prąd przekracza ustawiony próg, urządzenie aktywuje się i przerzuca połączenie szyn poprzez stopienie wewnętrznego elementu zabezpieczającego. Ogranicza to rzeczywisty prąd uszkodzeniowy do mniej niż 50kA, zapewniając, że pozostaje on w granicach bezpieczeństwa projektowego pulpitu sterowniczego.

Ten proces umożliwia izolację uszkodzenia bez powodowania przerwy w dostawie energii całego systemu dystrybucji energii eHouse.

Podsumowanie:

• Gdy przewidywany prąd uszkodzeniowy > 50kA (wszystkie przełączniki łączące zamknięte i trzy generatory online), CLiP musi być w obwodzie. Ta sytuacja występuje tylko podczas przejściowej fazy konserwacji jednego generatora.
• Gdy przewidywany prąd uszkodzeniowy < 50kA (tylko dwa generatory online lub dwa z trzech przełączników łączących otwarte), CLiP powinno być odłączone od obwodu.

2. Wymagania dotyczące eksploatacji i konserwacji

Właściciel obiektu powinien zatwierdzić proponowane alternatywne rozwiązania eksploatacyjne. Decyzje powinny również opierać się na dodatkowych danych dotyczących zabezpieczenia ograniczającego prąd, w tym wymaganiach konserwacyjnych, oszacowanym okresie użytkowania oraz możliwości personelu wykonującego konserwację sprzętu. Te działania powinny być uwzględnione w podręczniku eksploatacji i konserwacji.

3. Projektowanie i testowanie zabezpieczenia ograniczającego prąd

Zabezpieczenie ograniczające prąd powinno być zaprojektowane i przetestowane zgodnie z uznawanymi standardami, takimi jak IEC 60282-1:2009/2014 i seria IEEE C37.41, i powinno być odpowiednie dla zamierzonego zastosowania oraz warunków środowiskowych i operacyjnych. Powinno być używane tylko jedno zabezpieczenie ograniczające prąd; każda kombinacja urządzeń ograniczających prąd wymaga specjalnej oceny i analizy.

CLiP otrzymał raporty typowe testów KEMA obejmujące zdolność rozłączania, wzrost temperatury i testy izolacji, wraz z protokołami kalibracji sprzętu pomiarowego. Testy zostały przeprowadzone zgodnie ze standardami IEC 60282 i serią ANSI/IEEE C37.40.

4. Poziom izolacji trzymacza zabezpieczenia

• Trzymacz zabezpieczenia ma nominalną wytrzymałość na impuls napięciowy 110kV BIL;
• Transformator izolacyjny przeszedł test 150kV BIL i może być używany w systemach klasy 27kV;
• Każdy transformator izolacyjny poddawany jest testowi dielektrycznemu AC 50kV podczas produkcji.

5. Weryfikacja zgodności zabezpieczenia z temperaturą roboczą

Zabezpieczenie ograniczające prąd zostało wyprodukowane i przetestowane zgodnie ze standardami IEC 60282-1 lub serią IEEE C37.41.

IEC 60282-1 określa maksymalną temperaturę otoczenia 40°C, podczas gdy standard stowarzyszenia klasyfikacyjnego SVR 4-1-1, tabela 8, wymaga 45°C. Należy przedstawić dowody zgodne z załącznikiem E standardu IEC 60282-1 (lub równoważnymi standardami), potwierdzające, że zabezpieczenie jest odpowiednie dla maksymalnej oczekiwanej temperatury otoczenia 45°C.

Testy obejmują wymagania standardu IEC 60282-1 i ANSI/IEEE C37.41. Test przerwania serii II jest bardziej rygorystyczny niż wymagania IEC, ponieważ wymaga 100% napięcia testowego (IEC pozwala na 87%). G&W przeprowadza testy obowiązków serii I przy 100% napięcia i 100% prądu - przekraczając wszystkie standardowe wymagania. W rzeczywistym projekcie używa się urządzenia o mocy znamionowej 4000A.

Dla przełącznika 5000A bez chłodzenia zmuszanego, margines wzrostu temperatury wynosi 5K przy temperaturze otoczenia 40°C, co pozwala na przeprowadzenie 5000A przy 40°C i 4000A przy 50°C temperatury otoczenia.

6. Charakterystyka czas-prąd i wydajność ograniczania prądu

Ten typ urządzenia nie ma konwencjonalnej krzywej czas-prąd (TCC). Jego działanie jest zakończone w ciągu 0,01 sekundy - długo przed początkiem typowych krzywych TCC - co czyni je praktycznie natychmiastowym urządzeniem.

W praktyce każde zastosowanie jest oceniane indywidualnie, korzystając z najgorszych scenariuszy (pełnie asymetrycznych uszkodzeń). Prądy systemowe są nanoszone z odpowiednią rozdzielczością czasową, aby jasno pokazać wszystkie interakcje. Ten podejście jest lepsze niż potencjalnie mylące użycie krzywych maksymalnego prądu przepustowego.

7. Maksymalne napięcie przelotowe i dyspersja mocy podczas działania dużego prądu uszkodzeniowego

• Zgodnie z wymaganiami IEC i ANSI/IEEE dla sprzętu o napięciu znamionowym 15,5kV, maksymalne napięcie podczas działania (maksymalnie zmierzone 47,1kV) pozostaje w zakresie 49kV, i nie wiąże się z wydzieleniem dużej ilości ciepła lub pary związanej z przerwaniem typu wytrącanie.

• Struktura dyspersji ciepła CLiP jest właściwie szyną z przetworzonymi sekcjami ograniczającymi prąd.

• Całkowita dyspersja ciepła systemu trójfazowego CLiP przy 4000A wynosi około 500W.

8. Studium krótkiego zwarcia i weryfikacja kaskadowej ochrony

Studium krótkiego zwarcia powinno pokazać funkcję urządzenia ograniczającego prąd i jak redukuje ono symetryczny prąd uszkodzeniowy poniżej znamionowego poziomu wytrzymałości pulpitu sterowniczego. Jeśli proponowane rozwiązanie ma działać jako „ochrona kaskadowa”, należy zweryfikować zgodność z warunkami określonymi w standardzie stowarzyszenia klasyfikacyjnego SVR 4-8-2 / 9.3.6. Punkt wyzwalający i określenie prądu przepustowego w każdym kierunku powinny być jasno zdefiniowane.

9. Obliczenie wytrzymałości szyn na maksymalny prąd krótkiego zwarcia

Obliczenia powinny być wykonane zgodnie ze standardami IEC, aby zweryfikować zdolność szyn do wytrzymywania efektów mechanicznych i termicznych spowodowanych maksymalnym przewidywanym prądem krótkiego zwarcia.