Hướng dẫn ứng dụng cho thiết bị hạn chế dòng điện 50kA trên giàn khoan dầu ngoài khơi

1. Hoạt động của Hệ thống Có và Không có CLiP (Thiết bị Hạn chế Dòng điện)

Trong điều kiện hoạt động bình thường, bảng phân phối hoạt động như sau:

• Tất cả các cầu chì nối bus đều đóng, kết nối ba phần bus song song;
• Hai máy phát đang hoạt động và cung cấp điện cho bảng phân phối.

Trong cấu hình này, dòng điện ngắn mạch tiềm năng tại bảng phân phối ít hơn 50kA. Do đó, thiết bị hạn chế dòng điện (CLiP) không được lắp vào mạch.

Trong quá trình bảo trì liên quan đến việc mở một máy phát (tắt nó đi) và đóng một máy phát khác (đồng bộ hóa và kết nối), hệ thống hoạt động như sau:

• Tất cả các cầu chì nối bus vẫn đóng, giữ cho ba phần bus được kết nối;
• Ba máy phát được kết nối tạm thời vào hệ thống (trong thời gian giới hạn trong quá trình thay đổi máy phát).

Trong điều kiện này, dung lượng ngắn mạch của hệ thống tăng lên, và dòng điện ngắn mạch tiềm năng vượt quá 50kA. Vì khả năng chịu đựng ngắn mạch của bảng phân phối là 50kA, thiết bị hạn chế dòng điện phải được lắp vào mạch để đảm bảo an toàn cho thiết bị.

CLiP giám sát tốc độ tăng dòng điện theo thời gian. Khi dòng điện vượt quá ngưỡng đặt trước, thiết bị sẽ kích hoạt và ngắt kết nối bus bằng cách làm tan chảy một phần nội bộ. Điều này hạn chế dòng điện thực tế dưới 50kA, đảm bảo nó nằm trong giới hạn thiết kế an toàn của bảng phân phối.

Quá trình này cho phép cách ly sự cố mà không gây mất điện toàn bộ hệ thống phân phối điện eHouse.

Tóm tắt:

• Khi dòng điện ngắn mạch tiềm năng > 50kA (tất cả các cầu chì nối bus đóng và ba máy phát đang hoạt động), CLiP phải được lắp vào mạch. Điều kiện này chỉ xảy ra trong giai đoạn chuyển tiếp của bảo trì máy phát đơn lẻ.
• Khi dòng điện ngắn mạch tiềm năng < 50kA (chỉ hai máy phát đang hoạt động hoặc hai trong số ba cầu chì nối bus mở), CLiP nên được ngắt khỏi mạch.

2. Yêu Cầu Vận Hành và Bảo Trì

Chủ sở hữu cơ sở phải phê duyệt phương án vận hành thay thế đề xuất. Các quyết định cũng nên dựa trên dữ liệu bổ sung liên quan đến cầu chì hạn chế dòng điện, bao gồm yêu cầu bảo trì, tuổi thọ ước tính, và khả năng của nhân viên thực hiện bảo trì thiết bị. Những hành động này phải được đưa vào sách hướng dẫn vận hành và bảo trì.

3. Thiết Kế và Kiểm Định Cầu Chì Hạn Chế Dòng Điện

Cầu chì hạn chế dòng điện phải được thiết kế và kiểm định theo các tiêu chuẩn công nhận như IEC 60282-1:2009/2014 và IEEE C37.41 series, và phải phù hợp với ứng dụng và điều kiện môi trường/vận hành dự kiến. Chỉ sử dụng một cầu chì hạn chế dòng điện duy nhất; bất kỳ sự kết hợp nào của các thiết bị hạn chế dòng điện đều yêu cầu xem xét và đánh giá đặc biệt.

CLiP đã có báo cáo kiểm định kiểu KEMA bao gồm khả năng cắt đứt, tăng nhiệt độ, và các bài kiểm tra cách điện, cùng với hồ sơ hiệu chuẩn cho thiết bị đo lường. Việc kiểm định đã được thực hiện tuân thủ các tiêu chuẩn IEC 60282 và ANSI/IEEE C37.40 series.

4. Mức Cách Điện của Giá Đựng Cầu Chì

• Giá đựng cầu chì có mức chịu đựng xung điện định mức là 110kV BIL;
• Biến áp cách ly đã qua kiểm định 150kV BIL và có thể sử dụng trong hệ thống 27kV;
• Mỗi biến áp cách ly đều trải qua kiểm định cách điện AC 50kV trong quá trình sản xuất.

5. Xác Minh Sự Phù Hợp của Cầu Chì đối với Nhiệt Độ Vận Hành

Cầu chì hạn chế dòng điện đã được sản xuất và kiểm định theo tiêu chuẩn IEC 60282-1 hoặc IEEE C37.41 series.

IEC 60282-1 quy định nhiệt độ môi trường tối đa là 40°C, trong khi tiêu chuẩn hội phân loại SVR 4-1-1, Bảng 8, yêu cầu 45°C. Cần cung cấp bằng chứng tuân thủ Phụ lục E của IEC 60282-1 (hoặc các tiêu chuẩn tương đương) để chứng minh rằng cầu chì phù hợp với nhiệt độ môi trường tối đa dự kiến là 45°C.

Kiểm định bao gồm các yêu cầu của IEC 60282-1 và ANSI/IEEE C37.41. Bài kiểm định Series II về ngắt dòng nghiêm ngặt hơn so với yêu cầu của IEC, vì nó đòi hỏi 100% điện áp thử nghiệm (IEC cho phép 87%). G&W kiểm định các nhiệm vụ Series I ở 100% điện áp và 100% dòng điện — vượt quá tất cả các yêu cầu tiêu chuẩn. Dự án thực tế sử dụng thiết bị có định mức 4000A.

Đối với tủ phân phối 5000A không có làm mát ép buộc, biên độ tăng nhiệt là 5K ở nhiệt độ môi trường 40°C, cho phép nó mang 5000A ở 40°C và 4000A ở nhiệt độ môi trường 50°C.

6. Đặc Tính Thời Gian-Dòng Điện và Hiệu Suất Hạn Chế Dòng Điện

Loại thiết bị này không có đường cong thời gian-dòng điện thông thường (TCC). Nó hoạt động hoàn thành trong vòng 0,01 giây — trước điểm bắt đầu của các đường cong TCC điển hình — khiến nó trở thành thiết bị tức thì.

Trong thực tế, mỗi ứng dụng được đánh giá riêng lẻ, sử dụng kịch bản tồi tệ nhất (sự cố không cân đối hoàn toàn). Dòng điện hệ thống được vẽ với độ phân giải thời gian phù hợp để minh họa rõ ràng tất cả các tương tác. Phương pháp này tốt hơn so với việc sử dụng các đường cong dòng điện đỉnh có thể gây hiểu lầm.

7. Điện Áp Đỉnh và Tiêu Thụ Công Suất Trong Quá Trình Hoạt Động Dòng Điện Lớn

• Theo yêu cầu của IEC và ANSI/IEEE đối với thiết bị có định mức 15,5kV, điện áp đỉnh trong quá trình hoạt động (được đo tối đa 47,1kV) nằm trong phạm vi 49kV, và không liên quan đến việc giải phóng lượng lớn nhiệt hoặc hơi nước liên quan đến sự ngắt dòng loại đẩy.

• Cấu trúc tản nhiệt của CLiP cơ bản là thanh bus với các phần hạn chế dòng điện được gia công.

• Tổng công suất tản nhiệt của hệ thống CLiP ba pha ở 4000A khoảng 500W.

8. Nghiên Cứu Ngắn Mạch và Xác Minh Bảo Vệ Liên Tục

Nghiên cứu ngắn mạch phải chứng minh chức năng của thiết bị hạn chế dòng điện và cách nó giảm dòng điện ngắn mạch đối xứng xuống dưới mức chịu đựng định mức của bảng phân phối. Nếu sắp xếp đề xuất dự định hoạt động như "bảo vệ liên tục," cần xác minh tuân thủ các điều kiện quy định trong tiêu chuẩn hội phân loại SVR 4-8-2 / 9.3.6. Điểm kích hoạt và dòng điện đi qua trong mỗi hướng phải được định rõ.

9. Tính Toán Khả Năng Chịu đựng của Thanh Bus cho Dòng Điện Ngắn Mạch Tối Đa

Các tính toán phải được thực hiện theo tiêu chuẩn IEC để xác minh khả năng chịu đựng của thanh bus đối với các hiệu ứng cơ học và nhiệt do dòng điện ngắn mạch tiềm năng tối đa gây ra.