Im vergangenen Frühjahr legte ein Energieversorger in Florida zwei Angebote nebeneinander für denselben 12,47-kV-Transformator vor. Einer listete einen 95-kV-BIL auf, der andere einen 125-kV-BIL, und die höhere Zahl erhöhte den Preis um etwa vier Prozent. Seine Frage war unverblümt: Ob das teure Gerät besser isoliert ist oder ob er für eine Nummer bezahlte, die er nicht brauchte. Die kurze Antwort lautet: aBIL-Bewertung des Transformatorsist ein Designziel, kein Qualitätsfaktor. Wenn Sie eines kaufen, ohne das Isolationssystem dahinter zu verstehen, zahlen Sie entweder zu viel oder riskieren zu viel.
Was ein Transformer-BIL-Rating eigentlich bedeutet
BIL steht fürGrundisolationsniveau, der Spitzenwert in Kilovolt, dem ein Transformatorisolationssystem während eines standardisierten Blitzimpulses standhalten soll: eine Welle, die in 1,2 Mikrosekunden auf ihren Scheitelpunkt ansteigt und in 50 Mikrosekunden auf die Hälfte ihres Wertes abfällt, geschrieben als 1,2/50 µs-Wellenform. Wenn in einer Versorgungsspezifikation 95-kV-BIL angegeben ist, bedeutet dies, dass die Wicklungsisolierung, die Durchführungsabstände und die internen Abstände so ausgelegt sind, dass ein an den Klemmen ankommender 95-kV-Impuls nicht durchschlägt oder überschlägt.
In der Praxis kommt es auf zwei Details an. Erstens ist BIL keine Betriebsspannung. Eine 12,47-kV-Systemeinheit verfügt routinemäßig über eine 95-kV-BIL, da Blitzüberspannungen ein Vielfaches der Phase-Erde-Spannung erreichen. Zweitens ist der Begriff nordamerikanischen Ursprungs: ANSI- und IEEE-Standards sagen BIL, während IEC-Dokumente dasselbe Konzept als Blitzstoßfestigkeitsspannung oder LI-Spannung bezeichnen. Wenn Sie also ein sehenBIL-Bewertung des TransformatorsAuf einem Datenblatt sehen Sie eine der wichtigsten Zahlen, die niemals auf einem Voltmeter erscheinen.
Standard-BIL-Werte für Transformatoren der Verteilungsklasse
Zur Verbreitung undAuf der Unterlage montierte Transformatoren, BIL folgt der Systemspannungsklasse, nicht der kVA-Bewertung. Die folgenden Werte sind diejenigen, die Sie auf nordamerikanischen Typenschildern und Kaufspezifikationen finden; Die maßgeblichen Tabellen sind im veröffentlichtAllgemeine Anforderungen von IEEE C57.12.00.
| Systemspannungsklasse | Typischer BIL (kV) | Wo Sie es sehen |
|---|---|---|
| 15-kV-Klasse (12,47-kV-Systeme) | 95 | Verteilung auf Pad- und Mastmontage, kleine kommerzielle Dienstleistungen |
| 25-kV-Klasse (24,9-kV-Systeme) | 125 (150 optional) | Versorgungsunternehmen, unterirdische Wohnverteilung |
| 34,5-kV-Klasse | 150 (200 optional) | Industrielle Feeder, große, auf Pad montierte Einheiten |
| 46-69 kV-Klasse | 200-250 | Unterübertragungs- und Umspannwerkstransformatoren |
A Grundisolationsniveausteht auf dem Typenschild neben der kVA, und zwei Annahmen darüber kosten Käufer Geld. Erstens benötigt eine größere kVA-Einheit in derselben Spannungsklasse nicht automatisch eine höhere BIL: Die Isolierungskonstruktion, nicht die Kerngröße, bestimmt die Zahl. Zweitens ist das Erhöhen von BIL keine kostenlose Rüstung. Beim Verschieben einer Einheit der 25-kV-Klasse von 125 kV auf 150 kV ändern sich Wicklungsabstände, Durchführungswerte, Tankabmessungen und der Preis. Einige Versorgungsunternehmen zahlen für diese Marge, weil ihr Engagement dies erfordert. Andere kaufen eine Nummer, die ihr System niemals testen wird.
So funktioniert der Blitzimpulstest
Der Nachweis eines BIL-Ratings ist dasBlitzimpulstest, durchgeführt nach den Methoden in IEEE C57.12.90. An jeden Leitungsanschluss wird ein Vollwellenimpuls mit dem BIL-Nennwert angelegt, wobei die Wellenform innerhalb des Toleranzbands von 1,2/50 µs gehalten wird. Wo es die Spezifikation erfordert, folgt ein Chopped-Wave-Test: Der Impuls wird nach einigen Mikrosekunden zum Zusammenbruch gezwungen, wodurch ein Überschlag an anderer Stelle im System simuliert und die Wicklung auf eine andere, oft härtere Weise belastet wird. Ein „Bestanden“ bedeutet, dass das Oszillogramm einen sauberen Abfall ohne Zusammenbruch der Spannungswelle zeigt. Jeder plötzliche Abfall innerhalb der Wicklung bedeutet eine interne Entladung und das Gerät kann nicht versendet werden.
In unserem Prüfstand ändert sich die Routine nie. Wir überprüfen die Polarität des Generators, erden den Tank, stellen den Kugelabstand anhand der Kalibrierungskurve ein und feuern zuerst einen Schuss mit reduzierter Spannung ab, damit der Messkanal überprüft wird, bevor das Gerät die volle Spannung annimmt. Wenn ein Kunde danach fragtBlitzimpulstestBei jeder Einheit statt bei der Design-Typprüfung geben wir es als Einzelposten an und reservieren die Bay-Zeit, da es sich um einen echten Produktionsschritt und nicht um ein Kontrollkästchen handelt. Ob es sich bei der Impulsprüfung um eine Routineprüfung oder eine einmalige Auslegungsprüfung handelt, hängt von der Transformatorklasse und der von Ihnen festgelegten Norm ab. Was niemals passieren sollte, ist ein Transformatorversand ohne jegliche Impulsnachweise.
Warum eine höhere BIL nicht automatisch besser ist
Hier ist der Teil, den die meisten Käufer vermissen. Eine BIL-Nummer hat nur dann eine Bedeutung, wenn sie mit dem Überspannungsschutz vor dem Transformator abgestimmt ist. Eine VerteilungsklasseÜberspannungsableiterverfügt über einen Schutzpegel, die Spannung, auf die er im Betrieb geklemmt wird, und dieser Pegel muss unter der BIL des Transformators liegen und so viel Spielraum haben, dass die Isolierung niemals das schwächste Glied in der Kette ist. Die Koordinationslogik ist im dargelegtIEEE C62.22-Anwendungshandbuch. Eine 150-kV-BIL-Einheit hinter einem falsch angebrachten Ableiter ist weniger geschützt als eine 95-kV-Einheit mit einem korrekt angepassten Ableiter und einem kurzen, direkten Erdungskabel.
Die Ausfälle, die wir in der Praxis sehen, sind selten Fälle, in denen die BIL ein paar Kilovolt zu niedrig ist. Sie werden vermisstÜberspannungsableiterWartung, zu weit vom Tank entfernt montierte Ableiter oder mit unnötigen Schleifen verlegte Erdungsleitungen. Ein Kunde im Mittleren Westen verlor in einer Sturmsaison zwei auf Pad montierte Einheiten. Bei der Untersuchung wurde festgestellt, dass beide Ableiter am Ende ihrer Lebensdauer waren und keine Ersatzaufzeichnungen vorliegen. Das Typenschild BIL war nie das Problem. Die Koordination war.
Höhe und Servicebedingungen: Wo Käufer verwirrt sind
Die Frage, die wir am häufigsten direkt nach der Bedeutung von BIL beantworten, ist, ob sich der Wert mit der Höhe ändert. Mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte ab, was die Überschlagfestigkeit der Abstände um Durchführungen und Anschlüsse verringert. Über 1.000 Metern wenden die Normen einen Korrekturfaktor an, und über etwa 3.000 Metern müssen die Isolierung und das mechanische Design normalerweise einer formellen Überprüfung unterzogen werden. Die Typenschildnummer ändert sich nicht. Die Designverifizierung tut es.
Wir haben für einen Bergbaukunden auf 4.000 Metern Höhe in den Anden plattenmontierte Einheiten gebaut, und bei der Spezifikationsdebatte ging es nie um kVA. Dabei ging es um die Auswahl der Durchführungen, die Abstandsabstände und die anzuwendende Höhenkorrektur bei der Dokumentation des Impulstests. Wenn Ihr Standort über 1.000 Meter liegt, geben Sie die Höhe in der ersten Zeile der Ausschreibung an, nicht in einer Fußnote. Es verändert echte Designentscheidungen und es verändert die Testnachweise, die Sie erhalten.
Was Sie in Ihre Angebotsanfrage aufnehmen sollten
Wenn Sie heute eine Spezifikation entwerfen, entscheiden fünf Zeilen darüber, ob die Geschichte der Isolierung gut ausgeht:
BIL und der maßgebliche Standard.Geben Sie den gewünschten Pegel an, 95 kV, 125 kV oder 150 kV, und benennen Sie den Standard: ANSI/IEEE C57.12.00 für Anforderungen und C57.12.90 für Testmethoden.
Impulstestumfang.Nur Design-Typprüfung oder Vollwelle plus gehackte Welle bei jeder Einheit? Die Antwort ändert sowohl den Preis als auch den Produktionsplan. Entscheiden Sie sich also darüber, bevor Sie die Angebotsanfrage senden.
Koordinierung der Feststeller.Fragen Sie, ob das Paket eine Anleitung zur Auswahl des Ableiters und Montagevorschriften enthält. Die Koordination ist Teil des Isolationssystems und kein Zubehör.
Höhe und Umgebung.Standorthöhe, Verschmutzungsklasse und Umgebungstemperaturbereich, da jeder davon Abstände oder Leistungsminderungen ändern kann.
Testbeweise.Impulsprüfberichte mit Oszillogrammen, kein einseitiges Zertifikat.
Setzen derBIL-Bewertung des TransformatorsDer Unterschied zwischen dem Kauf eines Transformators und dem Kauf eines geschützten Transformators besteht darin, den Prüfumfang und den Überspannungsschutzplan in einem Dokument zusammenzufassen. Im Datenblatt werden beide Probleme gelöst und günstige Angebote herausgefiltert, bevor sie Ihren Zeitplan verschwenden.
Wie Ryan Electric in der Praxis mit BIL umgeht
Ryan Electric baut in einem 120.000 m² großen Werk in Jiangsu Verteilungs- und Leistungstransformatoren mit einer Leistung von bis zu 200 MVA, und BIL ist bei jeder Designprüfung Standard und kein Sonderwunsch. AlsJoint-Venture-Partner von EatonBei UL-, CSA- und IEC-zertifizierten Produktreihen behandeln wir den Impulstestbericht als Teil des Lieferpakets. Wir sagen Ihnen auch deutlich, wann eine niedrigere BIL-Klasse zu Ihrer Systemexposition passt, denn die Kosten für die Isolierung, die Sie nicht benötigen, sind genauso teuer wie die Unterspezifizierung.
Wenn die BIL-Spalte in einem Datenblatt mehr Fragen aufwirft als sie beantwortet, senden Sie Ihre Systemspannung, den Expositionsgrad und die Standorthöhe durchryan-transformers.comund fordern Sie eine Überprüfung der Isolationskoordination an. Sie erhalten den BIL-Level, den Prüfumfang und den Ableiterplan zurück, die zu Ihrem Projekt passen, zusammen mit einem realistischen Produktionsplan.
Über den Autor:Dieser Artikel wurde vom Ingenieurteam von Ryan Electric verfasst, einem Joint-Venture-Partner von Eaton und UL/CSA-zertifizierter Transformatorenhersteller in Jiangsu, China, der Kunden aus den Bereichen Energieversorgung, erneuerbare Energien und Industrie in Nordamerika, Lateinamerika, Südostasien und dem Nahen Osten beliefert.
