Transformers

Fault Level Analysis လုပ်ရာမှာ Transformer တွေကိုအရေးကြီးတဲ့အစိတ်အပိုင်းအနေနဲ့ တွေ့ရပါမယ်။ Energy ထုထည်အင်အားအလွန်ကြီးမားတဲ့ Utility Source သို့ Infinite Bus ကြီးကနေ Transformer ရဲ့ Primary/Secondary မှတဆင့် Fault Current ကို Transformer ရဲ့ Short Circuit Impedance (Z) % ပေါ်မူတည်ပြီးလွှတ်ထုတ်ပေးလို့ဖြစ်ပါတယ်။ Impedance များရင် Fault Level နဲမယ် Impedance နဲရင် Fault level များမှာဖြစ်ပါတယ်။

ဒီတော့ အနှစ်ချုပ်ပြောရရင် Transformer ရဲ့ Impedance ကို သေခြာထည့်မစဥ်း စားထားဘဲ လုပ်ထားတဲ့ Electrical Design တွေဟာ Oversized ဖြစ်နိုင်သလို Undersized လည်းဖြစ်နိုင်ပါတယ်။ ဒီနေရာမှာ ကိုယ်ပိုင် Transformer မရှိတဲ့ ရပ်ကွက်ထဲက LV overhead line တွေက ယူထားတဲ့အိမ်တွေအတွက်ကြတော့ ဘယ်လို Design လုပ်မလဲလို့ပြန်မေးခွန်းထုတ်ကောင်းထုတ်နိုင်ပါတယ်၊ ဒီအတွက်လည်းအဖြေအသင့်ရှိပါတယ်၊ ဒီ overhead line ကဘယ် Transformer ကလာသလဲလိုက်ကြည့်ပါ kVA/MVA rating ကို Transformer ကိုယ်ထည်ပေါ်မှာအဝေးကပင်မြင်နိုင်ပါတယ်၊ ဘယ်စက်ရုံကထုတ်သလဲ Manufacture ဘယ်သူလဲသိရင်တော့ Impedance တန်ဖိုးကို Transformer ကိုယ်ထည်ပေါ်မှာ သွားဖတ်စရာမလိုဘဲတောင် IT ခေတ်ကြီးထဲမှာအလွယ်သိနိုင်ပါပြီ၊ SEM/AG Transformer တွေရဲ့ Technical Data တွေကို Web ပေါ်မှာတင်ထားတာလဲတွေ့နိုင်ပါတယ်။ တကယ်လို့များ ဒီလို Technical Data တွေ Manufacture စီကမရနိုင်ရင်လဲ IEC 60076 part 5 လိုမျိုးကို Reference ယူပြီး Impedance တန်ဖိုးကိုရယူနိုင်ပါသေးတယ်။ IEC 60076-5 Table 1 (ပုံ 1) မှာ Transformer kVA/MVA အလိုက် အနဲဆုံးရှိသင့်တဲ့ Impedance တန်ဖိုးတွေကိုပေးထားပါတယ်။

ပုံ 1

Transformer ရဲ့ Impedance ကနေ Fault level နဲ့ Fault Current တို့ကို အောက်ပါအတိုင်းတွက်ထုတ်နိုင်ပါတယ်။

Fault MVA of Xmer = rated MVA of Xmer / Xmer Impedance

Fault Current of Xmer = rated current of Xmer / Xmer Impedance

ဥပမာ SEM 6.6/11kV to 0.4kV 315kVA off-load tap changer ရဲ့ Impedance တန်ဖိုးက 4% (0.04) လို့ပေးထားတဲ့အတွက် 315kVA / 0.04 = 7.87 MVA fault level, 1MVA မှာ 1443A

7.87MVA မှာ => 7.87 x 1443 = 11.35kA လို့အလွယ်တွက်ချက်နိုင်ပါတယ်။

နောက်တစ်နည်း

315 MVA Transformer ရဲ့ rated current 454A ကို Impedance 0.04 နဲ့စားလိုက်ရင် 11.35 kA ရယ်လို့ရပါတယ်။ 315kVA Transformer ရဲ့အထွက် MCCB ကိုတော့ 15kA Breaking Capacity လောက်ရွေးချယ်အသုံးပြုနိုင်ပြီး Transformer နဲ့နီးတဲ့အိမ်တွေတော့ 10kA Breaking Capacity ရှိတဲ့ Circuit Breaker တွေသုံးဖို့သင့်တယ်လို့ဆိုရမှာပါ။

Computer Software နဲ့ Design Analysis လုပ်ရင်တော့ X/R ratio တွေအထိပါလိုအပ်လို့ Impedance တစ်ခုထဲနဲ့ကိစ္စမပြတ်နိုင်ဘဲ Xmer ရဲ့ no load losses / full load losses အစရှိသည်တို့ကိုပါသိမှ X/R ratio ကိုတွက်ထုတ်နိုင်မှာကိုလည်း သတိပြုရပါမယ်။

References:

1. IEC 60076-5 Power Transformers, Ability To Withstand Short Circuit

Electrical System တွေမှာ short circuit analysis လုပ်ပြီဆိုရင် အဓိကကျတဲ့ အစိတ်အပိုင်း 5 ပိုင်းကို (အောက်ပါအတိုင်း) ဂဃနဏသိထားဖို့လိုအပ်ပါတယ်။ ကျောင်းမှာကျောင်းသားဘဝ အစပိုင်းက သင်ခဲ့ရတဲ့ Electrical Technology အခြေခံ series/parallel/Thevenin Equivalent/Complex number အစရှိတဲ့အခြေခံလေးတွေလည်း ကြေညက်နေဖို့လိုသလို Subtransient/Transient တွေလည်းအမှတ်ရနေဖို့လိုပါတယ်။ Fault Level Analysis လုပ်ကြရင်အဓိကထားသိထားရမည့် အပိုင်း 5 ပိုင်းရှိပါတယ်။

Utility

Utility Source က Fault Current ရဲ့ Energy Source (ရင်းမြစ်)ဖြစ်ပါတယ်။ မြင်သာအောင် ဥပမာပေးရရင် ရေပေးဝေနေတဲ့အလွန်ကြီးမားတဲ့ဆည်ကြီးတစ်ခုလိုမျိုးဖြစ်ပြီး ချိတ်ဆက်ထား တဲ့ပမာဏကြီးရင်ကြီးသလောက်များရင်များသလောက် Potential မြင့်ရင်မြင့်သလောက် Fault ဖြစ်တဲ့အခါ Fault Current ကအလွန်ကြီးမားနိုင်ပါတယ်။ အတိုင်းအဆမရှိ Control မလုပ်နိုင်လောက်အောင်ထိကြီးမားရင်လဲ အဆင်မပြေပါဘူး၊ ဒါကြောင့် Load Flow Analysis တွေ Fault Level Analysis တွေလုပ်ပြီးသာ National Grid လိုမျိုး Utility Grid တွေကိုစံနစ်တကျ Design လုပ်ကြရပါတယ်။ National Grid/Transmission Code တွေမှာလည်း Fault Level MVA သို့ kA ဘယ်လောက်ဆိုပြီးတိတိကျကျ သတ်မှတ်ပေးထားတာမျိုးရှိရပါတယ်။ ဥပမာ UK SP Manweb ရဲ့  Fault Level Design Limit သတ်မှတ်ပေးထားတာမျိုးကို ပုံ(1)မှာ အသေးစိတ်တွေ့ရပါမယ်။

ပုံ (1)

စင်ကာပူ EMA ရဲ့ SG Transmission Code Appendix I က Switch Gear တွေအတွက် Voltage Level အလိုက် Rated Short Circuit Current တွေနဲ့ Rated Duration (1 sec) သတ်မှတ်ပေးထားတာမျိုးတွေ ကိုတွေ့ရပါမယ်။ မြန်မာပြည်မှာလည်း National Grid Code (Draft) လားရှိပါတယ် ဒီလိုမျိုးသတ်မှတ်ချက်တွေတော့မတွေ့မိပါဘူး၊ Transmission သမားတော်တော်များများကို မေးကြည့် ဖူးသလောက် သေသေချာချာသတ်မှတ်ချက်မရှိသလိုသဘောမျိုးတွေ့ရပါတယ်။ စင်ကာပူရဲ့ Utility Fault Level တွေကို 22kV မှာ 952 MVA သို့ 25kA (Rated Duration 3 sec) SPPH Handbook ပုံ (3) အရ၊ 66kV မှာ 4570 MVA သို့ 40 kA (1 sec) 230kV မှာ 25000 MVA သို့ 63kA (1 sec)၊ 400kV မှာ 43500 MVA သို့ 63kA (1 sec) ရယ်လို့ Transmission Code ပုံ (2) မှာတွေ့ရပါမယ်။

ပုံ (2)

ပုံ (3)

ဒီလို Fault Level limit တွေပေးထားမှသာ Designer တွေအနေနဲ့ Switch Gear Selection လုပ်ရင် ဘယ်လောက်ထားရမယ်ဆိုတာတိတိကျကျသိပါမယ်၊ ခန့်မှန်ပြီး Oversize လုပ်လို့ရတယ်လို့အလွယ်မ​ပြောပါနဲ့ Switch Gear တစ်လုံးရဲ့တန်ဖိုးဟာ Rated Short Circuit Current တဆင့်တက်ရင် စျေးအများကြီးဟသွားပါတယ်။ ဒါကြောင့် Oversize ကအဆင်မပြေသလို Undersize ဖြစ်ရင်လည်း Fault ဝင်တာနဲ့ Switch Gear ကိစ္စမြန်မြန်ချောသွားပါမယ်။ နောက်တစ်ချက်က Design လုပ်ရာမှာ Utility Fault Level (Upstream Source) ကိုသိထားတော့ ပိုပြီးတိတိကျကျလုပ်နိုင်ပါတယ်။ ကျန်တဲ့ Transformer, Generator, Motor, Cable  တွေကို Fault Level Contributions တွေမှာ ဘယ်လိုမျှဝေတယ်ဆိုတာ အချိန်ရရင်ရသလိုဆက်ရေးပေးပါ့မယ်။

References:

1. How to Apply For Electricity Connection by SP Group

2. Transmission Code by Energy Market Authority of Singapore

3. Calculation of System Fault Levels by SP Power Systems Limited

(more…)