Хармонични изкривявания в електрозахранващите системи на центровете за обработка на данни: Защо трансформаторите с коефициент K са от значение

Хармонични изкривявания в електрозахранващите системи на центровете за обработка на данни: Защо трансформаторите с коефициент K са от значение

Когато център за обработка на данни в Северна Вирджиния добавил миналата година ред стойки с GPU сървъри, първата загриженост на електротехническия проектиращ инженер не била капацитетът, а хармониците. Нелинейните натоварвания сега доминират типичния ИТ натоварен профил и трансформатор с коефициент k е това, което предотвратява прекомерното затопляне на разпределителната система, преди стойките изобщо да достигнат пълен натоварен режим. Ето инженерното обоснование за този избор.

Откъде идват хармониците в център за обработка на данни

Всеки импулсен стабилизиран източник на захранване, вход на ИПС, честотен преобразувател и сървър с GPU консумира ток в кратки импулси, а не в гладка синусоида. Тези импулси се състоят от основната честота плюс цели кратни на нея — 3-та, 5-та, 7-ма и по-високи хармоници. Колкото по-високо е съдържанието на хармоници, толкова по-изкривена е формата на токовата вълна, а изкривяването се измерва като общо хармонично изкривяване (THD).

Триплени хармоници — 3-та, 9-та, 15-а — представляват специфичен проблем за центровете за обработка на данни. В система със звезда те не се компенсират в неутралния проводник, а се сумират. Често се измерва ток в неутралния проводник, по-висок от фазовия ток в силно натоварена 208Y/120 V табела — точно това условие води до прегряване на стандартни трансформатори и неутрални шини. Референтният документ за допустимите граници е IEEE 519 , който определя целеви стойности за THD в точката на обща връзка.

Защо стандартните трансформатори прегряват при товари с хармоници

Хармониците нанасят щети на трансформаторите по два начина. Първо, загубите от вихрови токове в намотките и конструктивните части нарастват приблизително пропорционално на квадрата на честотата — петата хармоника при 300 Hz предизвиква около 25 пъти по-големи загуби от вихрови токове в сравнение със същия ток при 60 Hz. Второ, хармоничните токове предизвикват допълнително затопляне на магнитното ядро и корпуса. Крайният резултат е, че стандартен трансформатор, работещ при 100 % номинална мощност, може да функционира значително над безопасния си термичен лимит, без да се задейства каквато и да било защита.

Тук идва на помощ коефициентът K. K е класификация, която показва колко хармоничен ток може да издържи един трансформатор, без да надвиши ограничението за повишаване на температурата. K-1 означава работа само със синусоидален ток; K-13 и K-20 са най-често използваните стойности за центрове за обработка на данни и индустриални двигателни системи. Методът за намаляване на номиналната мощност, въз основа на тези класификации, е дефиниран в ANSI C57.110 и сочи на проектиращия точно колко товар може да поеме даден трансформатор при определен спектър от хармоници.

Ето частта, която повечето купувачи пропускат: конструкцията с клас K не означава само по-дебел проводник. Това означава по-ниски загуби от вихрови токове в намотките, по-голяма или отделна неутрална намотка и често по-ниска проектна температурна възходяща стойност — обикновено клас 150 °C или по-добър — така че уредът работи хладно, дори когато натоварването е неравномерно.

Коефициент K срещу деля-йу: два начина за справяне с хармониците

Коефициент	Трансформатор с клас K	Свързване деля-йу
Триплени (3-ти/9-ти) хармоници	Оценен за пренасяне на тях	Блокирани от първичната страна
Неутрален проводник	Размерен за хармоничния ток	Стандартно оразмеряване
Повишен бюджет	Умерено (5–15%)	Малък
Най-добро съответствие	ИТ, ИПС, ВЧИ натоварвания	Смесени натоварвания, изолация на фидър
Одобрение UL	UL 1561 с класификация K	Стандартен дизайн UL 1561

Двата подхода решават различни проблеми. Трансформатор тип делта-звезда спира третичните хармоници да се връщат към горното по тока източник; един трансформатор с класификация K издържа хармониците, които вече присъстват в натоварването. При сериозно проектиране на дата център дизайнерите често използват и двата типа — делта-звезда при входа на електрозахранването и трансформатори с класификация K при редовете със стойки. Нито един от тях не може да замести другия.

Как да определите трансформатор с класификация K за следващото си проектиране

Започнете с оценка на нивото K въз основа на натоварването, а не обратното. Общи канторски и смесени търговски натоварвания обикновено изискват K-4; дата центрове, медицинско визуализиране и натоварвания с голямо съдържание на ИПС са на ниво K-13; индустриални натоварвания с много ВЧИ или редове с висока плътност на GPU може да изискват K-20. Ако профила на натоварването е неизвестен, измерете спектъра на тока в сравнително съществуваща инсталация, преди да вземете окончателно решение.

След това съгласувайте kVA с резервна мощност. Трансформатор с класификация K-13 сухи трансформатори за центрове за обработка на данни задължението обикновено се посочва при 80–85 % от номиналната стойност, за да се осигури топлинен резерв за хармоничната компонента на товара. Потвърдете, че UL listed transformer supplier може да документира K-класификацията според UL 1561 и може да ви покаже изпитателния протокол за точно този дизайн — K-класификация, посочена в техническия паспорт, не е равностойна на такава, потвърдена в изпитателната лаборатория.

Какво изпитваме преди изпращане на K-класифицирано устройство

В нашата фабрика K-класифицираното устройство минава същата последователност като стандартното — проверка на съотношението на навивките, загуби при празен ход и при натоварване, диелектрична изпитателна проверка — плюс две специфични за хармониците изпитания. Изпитанието за повишаване на температурата се провежда при токовия профил, съответстващ на K-класификацията, а нулевата намотка се проверява при нейния номинален хармоничен ток, а не само при номиналната стойност. Измерените стойности се включват в изпитателния протокол, който се изпраща заедно с устройството.

Един пример ни остава в паметта: оператор на колокационен център от Югоизточна Азия е посочил единици K-13 за изграждане с мощност 2,4 MW. Доставихме единици от 112,5 kVA с увеличени нулеви терминали, извършихме тест за повишаване на температурата според хармоничния профил и инженерът по пускането в експлоатация потвърди, че температурите на намотките съответстват на данните в доклада с отклонение от няколко градуса. Това е какво трябва да бъде едно трансформатор с коефициент k покупка — без изненади при натоварване.

Планирате изграждане на дата център или ИТ инфраструктура с висока плътност на натоварване? Изпратете ни своя профил на натоварването и оценката на хармониците, а ние ще потвърдим необходимото K ниво, ще определим подходящата kVA мощност и ще ви изпратим техническо комерсиално предложение, одобрено от UL. Получете безплатно техническо комерсиално предложение чрез нашата страница за контакт.