Vitambaa vya usalama vipi vinachohitajika kwa ajili ya vifaa vya kuwanyanisha vinavyoendeshwa na nguvu ya wastani (MV)?

Hatari Kuu na Kanuni za Usalama Katika Mifumo ya Vifaa vya Kuwanyanisha Vinavyoendeshwa na Nguvu ya Wastani (MV)

Kufafanua Vifaa vya Kuwanyanisha Vinavyoendeshwa na Nguvu ya Wastani (MV) na Muktadha Wake wa Utendaji

Vifaa vya kuwanyanisha vinavyoendeshwa na nguvu ya wastani (MV) vinavyoendesha kati ya 1 kV na 38 kV, vinavyosimamia usambazaji wa umeme wakati mmoja wanapowasili viboko viwili katika mitambo ya viwandani na mitandao ya umeme. Mifumo hii inalinda rasilimali muhimu kama vile transformata, injini, na mistari ya uwasilishaji, ikijiingia katika mazingira yenye shinikizo kubwa ambapo kushindwa kwa sehemu moja inaweza kusababisha vipigo vya mvuke.

Hatari Kuu: Upoto wa Umeme na Viboko vya Arka katika Mifumo ya MV

Hatari za shoka la umeme katika mifumo ya MV inapita 50 mA—kiwango ambacho kikinachoweza kusababisha kifo—wakati matako ya arka yanachukua asilimia 80 ya majeraha ya umeme (NFPA 2023). Vifaa vilivyotunzwa vibaya vinaweza kuondoa nishati sawa na 14 kg za TNT wakati wa makosa ya arka ya 15 kV (IEEE 1584), kinachodhihirisha muhimu kubwa wa kanuni kali za usalama.

Jukumu la Viwiano vya Usalama wa Kisasa kwa Switchgear katika Kuzuia Makosa

Viwiano kama IEC 62271-1 na ANSI C37.20.1 vinahitaji majaribio ya kudumu ya dielectric na kutekeleza vikwazo vya makosa ya kila mwaka chini ya 0.1%, vinasaidia kuzuia matukio mabaya kama ilivyokuwa ya kuenea kwa moto mwaka 2022 Texas refinery ambayo ulasababishwa na uhusiano wa busbar ambao haukujaribiwa.

Kanuni Msingi za Uundaji wa Usalama: Insulation, Segregation, na Interlocking

Kanuni tatu msingi zinazongozana usalama wa switchgear wa MV:

1. Kupakia : Vifaa vya composite vinapaswa kusimama kiasi cha 200% cha voltage iliyopangwa (IEC 62271-200)
2. Segregation : Mizimbiri ya kimwili inapunguza uenezi wa makosa kati ya sehemu mbalimbali
3. Interlocking : Funguo za kiashiria huzuia upatikanaji wa sehemu zenye umeme wakati wa utendaji

Switchgear ya modular, yenye insulation ya gesi imeonyeshwa kuwa inapunguza nishati ya arc flash kwa asilimia 65% ikilinganishwa na aina za kawaida zenye insulation ya hewa, kulingana na utafiti wa hivi karibuni wa maandalizi.

Vigezo vya Kaskazini Amerika vya msingi: Ufuatiliaji wa NFPA 70E, OSHA, na NEC

NFPA 70E: Usalama wa Umeme katika Mahali pa Kazi na Tathmini ya Hatari ya Flash ya Arc

NFPA 70E-2021 inamteka kufanya tathmini ya mara kwa mwaka ya hatari ya arc flash kwa vifaa vyote ambavyo vinapita 240V, ambapo nishati ya matukio inapita 40 cal/cm² inatokea kwa asilimia 18 ya matukio ya umeme wa MV. Sasisho la 2023 linamteka kuandikia mipaka ya usalama dhidi ya shoka—kawaida ni futi 4 hadi 12 kulingana na voltage—kwa vifaa vyote vya MV.

Uchapaji wa Lebo za Arc Flash na Mahitaji ya PPE kwa ajili ya kufanya kazi juu ya Switchgear ya MV

Marekebisho ya OSHA ya 2021 yanamteka kutumia lebo zilizowezekana kuonekana zenye maelezo yafuatayo:

• Viwango vya nishati ya matukio (1.2—100+ cal/cm²)
• Kategoria ya PPE inayotakiwa (1—4 kulingana na ASTM F1506)
• Mipaka maalum ya karibu

Kwa kazi hai juu ya switchgear ya MV yenye zaidi ya 1 kV, PPE ya Kategoria 4 imepimwa kama 40+ cal/cm² ni muhimu. Kuchapisha kwa njia sahihi husaidia kupunguza majeraha kutokana na arc flash kwa asilimia 72 katika mazingira ya viwandani, kama ilivyotajwa katika Ripoti ya Majeraha Mahali pa Kazi ya NFPA ya 2024.

OSHA 1910 Sehemu S na NEC Makala 110: Maagizo ya Uwekaji, Viwango vya Nafasi, na Utunzaji

Sheria za Marekani zinadhihirisha viwango vya nafasi kwa upande wa vifaa vya kuzaa vinavyotumia voltage ya wastani (MV):

Inahitajika kupima dielectric kila miaka 3—5 kwa vifaa vya MV katika mazingira yenye uharibifu chini ya vipimo vyote.

Unganisho Na NEMA SG-4 kwa Manyonzo ya MV na Ufuatiliaji wa Sheria za Marekani

Sasisho la 2022 la NEMA SG-4 linalinganisha ubunifu wa kitendawili cha moto cha MV na NFPA 70E, kinachomhitaji:

• insulation iliyopimwa kama 150% kwa mitaro ya 5 kV
• Mdaraka ya kutolea kiotomatiki kwa vifurushi vya capacitor
• Uthibitisho wa voltage mbili (pointi za kujaribu 120V/480V)

Hii inahakikisha ufikiaji wa masharti ya kuweka lebo za vifaa vya OSHA chini ya 29 CFR 1910.303 na sheria za NEC za umbali. Vitengo vya utiihudumu wa tatu sasa vinahitaji kufuata NEMA SG-4 kwa manyonzo ya MV yanayoorodheshwa kama UL katika vituo vya biashara.

Vipimo vya Kimataifa na ANSI/IEEE kwa Ubunifu wa Switchgear ya MV

IEC 62271-1 na IEC 62271-200: Mahitaji ya Jumla na ya Switchgear Iliyofungwa Kivinjari

Seria ya IEC 62271 inaweka viwango vya kimataifa, pamoja na IEC 62271-1 inayofunua majaribio ya jumla na IEC 62271-200 kubaini mahitaji kwa mifumo iliyofunikwa kwa chuma hadi 52 kV. Viwiano hivi vinahakikisha uwezo wa kupinga vyanzo vya kutokwenda juu na vya lazima vifanyie majaribio ya kuzuia arka—vifungo viweze kuishi vibaya ndani kwa sekunde 0.5 bila kuvunjika.

ANSI/IEEE C37.20.1 na C37.20.2: Vigezo vya Utendaji kwa Vifaa vya Kuzima na Kufunga vya Chuma

Miradi ya Kaskazini Amerika yanategemea ANSI/IEEE C37.20.1 kwa vifaa vilivyozimwa kwa chuma na C37.20.2 kwa vifaa vya kufunga vya chuma. Vile vinaelekeza utendaji dhidi ya mapigo ya ardhi (hadharaka ya 0.5g) na uwezo wa kupokea sasa la makosa (40—63 kA kwa mzunguko 15). Ripoti ya International Electrotechnical Commission ya 2023 iligundua kuwa kuna ushirikiano wa asilimia 78 kati ya vipimo vya usalama vya msingi vya IEC na ANSI/IEEE, kinachosaidia uwezekano wa kutumika pamoja kati ya nchi.

Utiihudumu wa Ubunifu na Majaribio ya Aina chini ya Miongo ya IEC na IEEE

Viwanda vya tatu huathibisha utii kwa njia ya:

• IEC 62271-100 : Majaribio ya nguvu za kuvunjika katika umeme mkubwa wa kati ya mzunguko
• IEEE C37.09 : Jaribio la kufungua mzunguko kwa mazingira magumu kabisa ya arcing

Wazalishaji lazima wafanye majaribio 14 ya aina (IEC) au majaribio 23 ya muundo (ANSI/IEEE), ikiwemo uthibitisho wa ongezeko la joto kote kwenye vipengele vinavyochukua umeme.

Mwelekeo wa Kubaliwa Kimataifa na Tofauti Kuu Kati ya Kawaida za IEC na ANSI/IEEE

Wakati 63% ya mitaala ya viwandani huatumia kawaida za IEC kwa miradi ipya (EnergyGrid Insights 2024), zana za Kaskazini Amerika mara nyingi zinabaki ANSI/IEEE kwa sababu ya uunganishwaji wa mirathi. Tofauti kuu ni pamoja na:

Majaribio ya usimamizi inaonekana katika standadi ya alama mbili IEC/IEEE 62271-37-013 (2015), ambayo inalinganisha vitu 85% vya maadili ya majaribio ya kivunjari cha kuzalisha umeme.

Majaribio, Usimamizi, na Uthibitisho wa Ufuatiliaji kwa Vifaa vya Kuvunjia Umeme wa Deni

Upimaji wa Dielectric: Upimaji wa Uwezo wa Kuzingatia na Upimaji wa Voltage Kuu (Hi-Pot)

Upimaji wa dielectric unahakikisha uimarishaji wa kuzingatia kwa kutumia njia mbili kuu. Upimaji wa uwezo wa kuzingatia unagundua unyevu au uchafu kwa kutumia megohmmeters, wakati upimaji wa voltage kuu (hi-pot) unatumia mpaka mara 2.5 ya voltage ya kazi (kama vile 42 kV kwa mitaro ya 10 kV) kupima nguvu ya dielectric. Upimaji huu unasaidia kuzuia vifo kutokana na mawavu ya umeme au mabadiliko ya mawazo.

Vipimo vya Aina vs. Vipimo vya Kawaida katika Uzalishaji na Kupakia upya vya Switchgear

Vitengo vya aina huwa kufuata simulasi za mzigo kulingana na IEC 62271-1; vitengo vya kawaida huthibitisha ubora wa ujumuishaji. Vifaa vilivyopangwa upya vinahitaji vipimo vya aina kwa sehemu ikiwa mabadiliko yanasababisha mabadiliko katika upinzani wa arka au utendakazi wa dielectric.

Orodha ya UL na Usajili wa NRTL kwa Ajili ya Dhamani ya Ufuatilio wa Sheria

Viwanda vya Kujaribu Vilivyo Patikana Kitaifa (NRTLs) husajili vifaa vya kuinua kati ya viwango kama vile UL 891 na OSHA 29 CFR 1910.303, vinavyotathmini:

• Ulinzi kontra uenezi wa arka
• Ufanisi wa ukubaliano (<1Ω upinzani)
• Toleransi za umbali kulingana na ANSI/IEEE C37.20.1

Usajili unapaswa kusasishwa kila miaka 3—5 au baada ya mapinduzi makubwa. Vifaa vilivyosajiliwa vinapata vibadiliko vya kushindwa 63% kidogo kuliko mifumo isiyosajiliwa (NEMA 2023).

Usalama wa Utendaji: Ukubaliano, Utunzaji, na Changamoto za Kuwasha upya

Mipango Salama ya Kudumu ili Kuzuia Uwezo wa Kuvunjika kwa Vyombo vya MV

Kudumu kwa usahihi husimamia vyombo visivyonunuliwe kuvunjika wakati ambao hautaruhusu. Kwa ajili ya kazi ya muda, vifaa vya kudumu vya ubora ni muhimu sana. Vina hitaji vifungo vilivyoidhinishwa na ASTM F855 na vichanganyiko visivyo kidogo kuliko kazi. Sasa, vifaa vingi vya umeme vinatengenezwa pamoja na vituo vya kudumu. Vina funguo ya usalama ambavyo hawaruhusu mtu yeyote karibu na kifaa kabla ya kudumu kikamilifu. Usisahau pia uchunguzi wa kila mwaka. Mwaka kila, jaribu upinzani kulingana na standadi za IEEE 80 kutafuta somo chini ya ohm 5. Angalia pia kwa sababu ya kuchemka, hasa ikiwa kifaa kiko mahali pembeni pale ambapo uharibifu unatokea haraka. Na kumbuka, kufuata taratibu sahihi za kufunga na kumtiki si tu karatasi. Sheria ya OSHA 1910.147 ipo kwa sababu halisi inapowasiliana na hatari za nishati iliyobaki.

Uchunguzi wa Kila Siku na Utunzaji wa Kiungua Kulingana na Mfumo Bora wa Sekta

Dola la awali inapandisha maisha ya kifaa cha kuwasha na kuzima kwa miaka 15—20 na kupunguza hatari za umeme wa arch. Mbinu inayopendekezwa ni pamoja na:

• Uvimaji wa joto wa nyooka kila muda wa miaka 24 kutambua eneo zenye joto kizidio
• Kujaribu upinzani wa mawasiliano wakati wa mvuto ili utambue pengine pengi limeharibika
• Kuweka mafuta kwenye vifaa vya uendeshaji ili kuepuka vifo vya kiutendakazi

Vifaa vinavyofuata mzunguko wa dola kama ulivyo katika NFPA 70E vinataarifu kuhusu kupunguza matatizo ya mvuto ambayo hayasahihishwi kwa asilimia 40. Zana za kutabiri kama vile visasa vya kutolewa kwa umeme vinawezesha kufikia ushirikiano wa asilimia 92 na viashiria vya ukaguzi vya NETA-MTS-2019, kulingana na Taasisi ya Uaminifu wa Mtandao ya 2023.

Kushughulikia Miundombinu iliyopitilia Umri Wakati wa Kudumisha Ufuatilio wa Viashiria vya Usalama vya Sasa ya Switchgear ya MV

Zaidi ya asilimia 65 ya mitandao ya MV ya Kaskazini ya Amerika imepita miaka 30, kinachowavutia changamoto watu kufanikiwa kwa mahitaji ya usalama ya kisasa. Mbinu bora za kubadili ni pamoja na:

1. Ubora kidogo : Kubadili vibomo vya mafuta kwa aina za SF6 au vakiamu ndani ya vifuko vilivyopo
2. Maboresho ya Ufuatilio : Ongezeko la viwanda vya kupinga mizuba na mapumziko ya shinikizo kwenye vifaa vya kabla ya miaka ya 1980
3. Unganisha wa Usalama wa Kivirtual : Kubadilisha relays kuwa kama zile zenye utambulisho wa IEC 61850 pamoja na ulinzi wa upatikanaji

Unasasa uliojengwa kwa hatua unapunguza gharama kwa asilimia 34 ikilinganishwa na ubadilishaji kamili, na unaruhusu ufikiaji wa kanuni za NEC Article 110.16 kuhusu uandishi wa mizuba ya arc, kama inavyoelezewa katika ripoti ya EPRI ya 2024.

Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara

Aina gani ya voltage inayotunzwa na MV switchgear?

MV switchgear inatumia kati ya 1 kV na 38 kV.

Ni athari gani kuu katika mifumo ya MV switchgear?

Athari kuu ni shoka la umeme linalipita 50 mA na mizuba ya arc, ambayo ni sababu ya asilimia 80 ya majeraha ya umeme.

Ni kanuni zipi za usalama ambazo ni muhimu kwa ajili ya MV switchgear?

Kanuni muhimu ni pamoja na IEC 62271-1, ANSI C37.20.1, NFPA 70E, na OSHA 1910 Subpart S.

Vifaa vya umeme vinaweza kudumisha usalama wa MV switchgear vipi?

Vifaa vinapaswa kufanya utunzaji wa kuzuia mara kwa mara, majaribio ya dielectric, na kufuata viashiria vya maandalizi ili kupunguza hatari.