Muuntajien jäähdytysluokat selitetty: ONAN-, ONAF- ja OFAF-luokitukset

Tietokeskuksen urakoitsija Johorissa lähetti meille viime vuonna kuormitustaulukon, jossa oli vain yksi luku: 10 MVA, jatkuva. öljyyn Upotettu Muuntaja oli saapunut nimikilvellä, jossa luki ONAN 8 000 kVA / ONAF 10 000 kVA – nämä muuntajien jäähdytysluokat jotka kaikki tarjoukset mainitsevat ja joita melkein kukaan ei lue – ja hän oli mitannut 11 kV -kaapelin, kytkinlaitteiston ja suojauksen asetukset toisen luvun perusteella. Käynnistyksen yhteydessä tuuletimet kävivät, kuorma nousi ja yläöljyn hälytys aktivoitui 96 °C:ssa 33 °C:n päivänä.

Mitään ei ollut rikki. Laite toimi täsmälleen niin kuin sen luokituslista oli luvannut – olosuhteissa, joita ei ollut kirjoitettu ostotilaukseen. Tämä aukko jäähdytyskoodin ja todellisen asennuksen välillä on se paikka, jossa useimmat muuntajien kapasiteettikiistat alkavat.

Mitä muuntajien jäähdytysluokkakoodi todellisuudessa kertoo

 

Muuntajien jäähdytysluokat ovat nelikirjaimisia lyhenteitä, jotka kuvaavat kahta asiaa samanaikaisesti: jäähdytysainetta, joka on kosketuksissa käämien kanssa, ja menetelmää, jolla lämpö poistetaan kyseisestä aineesta. Ensimmäinen kirjain viittaa sisäiseen aineeseen (O mineraaliöljyyn, K ei-mineraaliseen nesteeseen, jonka syttymispiste on yli 300 °C, L synteettiseen esteriin, jonka syttymispiste on yli 300 °C), toinen kirjain viittaa kiertomenetelmään (N luonnollinen, F pakotettu, D ohjattu), ja kaksi viimeistä kirjainta toistavat saman logiikan ulkoiselle aineelle – ilmalle, vedelle tai pakotetulle ilmalle.

ONAN tarkoittaa siis öljyä luonnollisella kiertolla ja ilmaa luonnollisella kiertolla: öljy kiertää lämpösiphonin avulla ja säiliö sekä lämmönvaihtimet luovuttavat lämpöä paikallaan olevaan ilmaan ilman tuulettimia ja ilman pumppuja missään järjestelmässä. ONaf muuttuu ONAF:ksi, kun tuulettimet puhaltaa ilmaa lämmönvaihtimien ryhmän yli. OFAF lisää öljypumpun. ODAF ohjaa öljyn virtausta käämien kanaviin, mikä on tapa, jolla suurten generaattorien nousumuuntajayksiköiden käämigradientit pysytetään hallinnassa.

Jäähdytysluokka	Mikä on käynnissä	Tyypillinen tehonlisäys	Missä sitä käytetään
ONAN	Ei mitään – vain lämpösiphoni	Perusarvo	Jakeluyksiköt, maaseutuasemat ja maanpäälliset yksiköt
ONAF (vaihe 1)	Yksi tuuletinpankki	+25 % – +33 % ONAN:n yläpuolella	Kaupunkiasemat ja teollisuuslaitokset huippukuormilla
ONAF (vaihe 2)	Toinen tuuletinpankki	lisää +15 % – +20 %	Tietokeskukset, teräs- ja sementtilaitokset
OFAF	Tuulettimet ja öljypumput	+40 % – +60 % ONAN:n yläpuolella	Tehomuuntajat, 40 MVA ja suuremmat
ODAF	Ohjattu öljyn virtaus plus tuuletinventtiilit	Korkein annettuun runkoon	Generaattorin nousumuuntajat, HVDC-muuntayksiköt

Nämä prosenttimäiset arvot ovat alueita, joiden puitteissa suunnittelutoimistomme laatii nimellisteho-asiakirjan. Ne eivät perustu mihinkään standardiin – jokaisen valmistajan radiattoripinta-ala, öljymäärä ja tuuletinten valinta sijoittuvat eri kohtiin, ja ainoa merkityksellinen luku on se, joka ilmenee teknisissä takuuvaatimuksissanne.

Toinen nimellisteho ei ole lisäkapasiteettia

 

Tässä kohtaa useimmat ostajat ohittavat tärkeän asian. ONAF-muuntaja ei yksinkertaisesti tarjoa enemmän kapasiteettia kuin sama laite, joka toimii ONAN-tilassa. Sen kapasiteetti on olemassa vain niin kauan kuin tietyt ehdot täyttyvät, ja jokainen näistä ehdoista voi epäonnistua riippumatta muista muuntajan ehdoista.

Tuulipankin tarvitsee apuvirtalähteen. Useissa pohjoisamerikkalaisissa hankkeissa olemme nähneet, että sähköverkkoyhtiö on kieltänyt ONAF-luokituksen yhdistämisanalyysissä, koska aseman palveluvirtalähde ei ollut varmistettu siirtokäytöllä — jos tuulet eivät toimi, laite vaihtaa hiljaa 8 MVA:n teholuokkaan, vaikka suojaukset olisivat edelleen asetettu 10 MVA:n teholuokkaan. Muuntaja ei ole muuttunut. Luokitus on muuttunut.

Tuulet ovat myös oltava paikalla. 10 MVA:n jäähdytyspankki sisältää tyypillisesti kaksi–neljä aksiaalituulitetta, joista kumpikin kuluttaa noin 0,55 kW:ta, sekä moottorilaakerit, kontaktorit, termostaatit ja ohjauspiirin, joka kytkentää jäähdytysvaiheet yläöljyn lämpötilan perusteella. Jokainen näistä on huoltokohteena, jonka käyttöikä on rajallinen, ja lukkiutunut tuulimootori poistaa jäähdytysvaiheen kesken kesähuippukuorman. Kun tarjoamme laitetta, tarjoamme tuulivaiheen ohjausfilosofian samassa asiakirjassa kuin impedanssin, koska teholuokitus on ohjausjärjestelmän toimintatapa, ei pelkästään käämityksen suunnittelua.

Sitten on ympäristölämpötilaan perustuva oletus. Lämpötilan nousurajat viittaavat ympäristölämpötilaan, joka määritellään vuorokauden ja vuoden aikana, ei yksittäisenä iltapäivänä. Yksikkö, jonka keskimääräinen käämityksen lämpötilan nousu on taattu 65 K:ksi, on taattu tiettyyn enimmäisympäristölämpötilaan, ja Johorin 33 °C:n päivä ei ollut ongelma – ongelmana oli se, että kukaan ei ollut kysynyt, mitä tapahtuu 40 °C:ssa, kun tuuletin toimii vain vaiheessa yksi. Tämä on yleisin virhe, jonka havaitsemme muuntajien jäähdytysluokat spesifikaatioissa: neljä kirjainta kopioituvat suoraan teknisestä tiedostosta ilman ympäristölämpötilaa, johon ne perustuvat.

Lämpötilan nousu: koodin takana oleva luku

 

Kirjaimet kertovat, kuinka lämpö poistuu yksiköstä. lämpötilan nousu kertoo, kuinka paljon lämpöä eristys saa kokea. Nesteessä jäähdytetyille yksiköille merkitykselliset kaksi rajaa ovat keskimääräinen käämityksen lämpötilan nousu ja kuumimman pisteen lämpötilan nousu, ja ne on määritelty IEEE C57.12.00 -standardissa, jonka tiivistelmän voit lukea IEEE Standards Associationn sivulta standardille C57.12.00-2021 65 K:n keskimääräiselle käämin lämpötilanoususuunnittelulle – joka on edelleen yleisin määrittely Aasiassa ja Lähi-idässä – vastaava kuumimman pisteen sallinta on 80 K, mikä vastaa noin 110 °C:ta viiteympäristölämpötilassa.

Tämä 110 °C:n arvo on se lämpötila, jossa eristeen elinikä määritetään. Paperi, joka ikääntyy 110 °C:ssa, menettää vetolujaansa siten, että sen jäljellä oleva elinikä puolittuu jokaista 6–8 K:ta korkeammalla lämpötilalla tämän pisteen yläpuolella. Siksi laite, joka toimii suunniteltua 8 K:ta kuumempana, ei ikäänny vain 8 % nopeammin. Se ikääntyy useita kertoja nopeammin, eikä mitään tavallisessa testiraportissa ei varoita tästä, ennen kuin furaniluvut alkavat nousta vuosia myöhemmin.

 

 

Tästä syystä lämpökuormitustesti on tärkeämpi kuin todistus. IEEE C57.12.90 -standardin mukainen lämpötilanousutesti mittaa todellisia yläöljyn ja käämien lämpötilagradientteja nimelliskuormalla; se on ainoa todiste siitä, että piirustuksessa määritellyt radiattorin pinta-ala, öljymäärä ja tuulettimen valinta todella vastaavat nimellisarvoa. ONAF-muuntaja lämmöntuotto on kaksinkertaisen tärkeä, koska jokainen tuulensäätöasteikko on erillinen toimintapiste, jonka toimivuus on varmistettava – ei vain arvioitava.

Tuuletimet, pumput ja huoltolasku

 

Jäähdytysvaiheet ovat halpoja määritellä, mutta kalliita ylläpitää. Jokainen liikkuvan osan lisäys muuntajaan muodostaa säännöllisen tarkastuspisteen, varaosan johonkin varastoon ja vianmuodon, joka ilmenee ennattamattomana tehon alentumisena eikä selkeänä katkaisuna.

Kokemuksemme mukaan ONAF-muuntaja kulkuneuvojen vikaluettelot ovat lyhyitä ja ennustettavia: ensin kuivuvat tuulimen moottorilaakerit, sitten kontaktorien käämit ja lopuksi termostaatti, joka ohjaa toisen pankin käynnistystä. OFAF-yksiköissä olevat pumput lisäävät akselitiivistyksiä ja eropa paineiden välisen turvakytkimen, joka aiheuttaa häiritseviä katkoksia, jos öljytaso laskee. Mikään tämä ei ole eksoterminen, ja kaikki se voidaan välttää jo määrittelyvaiheessa.

Yksi kohta tulisi kirjoittaa määrittelyyn: mitä laite tekee, kun jäähdytysvaihe epäonnistuu. Jos toinen vaihe epäonnistuu ja kuorma ei laskeudu, käämi absorboi erotuksen. Käämin lämpötilan katkaisu on turvallinen tulos; käämi, joka hiljaa toimii 120 °C:n lämpötilassa koko kauden, ei ole.

Ympäristölämpötila, korkeusmerkintä ja kotelo: Missä nimellisarvot hiljaa pienenevät

 

Kaksi alennustekijää aiheuttaa enemmän ongelmia projekteissa kuin mikään muu: paikan ympäristölämpötila ja korkeusmerkintä. Suunnittelupohjamme soveltavat noin 1,0–1,2 %:n kapasiteetin vähentämistä kullekin asteikolla yli nimellisen ympäristölämpötilan, mikä tarkoittaa, että 50 °C:n aavikkoalueella 40 °C:n nimellislämpötilalla varustettu laite menettää merkittävän osan nimellisarvostaan jo ennen kuin mikään kuorma kytketään. Yli 1 000 metrin korkeudella ilman tiukkuuden väheneminen vaikuttaa samalla tavoin ilmalla jäähdytettyyn lämmönpoistoon, ja korjaus on merkittävä arvokilven laskennassa, ei alaviitteessä.

Kotelo on kolmas tekijä. Pad-mounted-laitteisto, joka sijaitsee turvallisuuslukitulla kotelolla mukaan lukien IEEE C57.12.28 -standardi, ei hengitä samaa ilmaa kuin avoimen ala-aseman muuntaja, ja seinään tai aidattuun alueeseen asennettu laitteisto, jossa ilmanvaihto on rajoitettua, lämpenee kovemmin kuin testauskammiossa ennustettiin. Lisää aurinkosäteily vaikutus tummaan koteloon Gulf-alueella, ja erot eivät ole enää teoreettisia.

Ääni noudattaa samaa logiikkaa päinvastaisessa järjestyksessä. Tuuletimet lisäävät noin 5–8 dB(A):n verran äänitasoa, joten 58 dB(A):n ONAN-määritelmästä tulee 64 dB(A):n laitteisto yöllä, kun toinen vaihe on käytössä. Jos kohteessa on melusopimus, naapurit kuulivat ONAF-arvon.

Mitä kirjoittaa tekniselle tiedotekortille

 

Kun insinöörimme tarkistavat erään öljyssä upotetun muuntajan tehdas Kiinassa lyhennettyä ehdotuslistaa, ne asiakirjat, jotka saadaan nopeimmin päätökseen, vastaavat näihin kohtiin kirjallisesti:

• Jäähdytysluokka ja vaiheiden lukumäärä , ilmoitettuna sekvenssinä (ONAN / ONAF1 / ONAF2), ei yksittäisenä merkintänä.

• Kapasiteetti kussakin vaiheessa , mukaan lukien ympäristön lämpötila, jota kutakin arvoa oletetaan.

• Korkeuden ja ympäristön korjaus , sovellettu ja näytetty, ei jätetty tehtaan selvittäväksi.

• Tuulettimen ohjausfilosofia : käynnistyslämpötilat, vaiheiden viiveet ja toiminta vaiheen epäonnistuessa.

• Apuvirtalähde : jännite, vaihe ja se, onko se varmistettu aseman tasajännitteellä vai siirtokäytöllä.

• Äänitaso kussakin vaiheessa , desibeleinä (dB(A)) määritellyssä mittausetäisyydessä.

• Häviöarvot viitetasolämpötilassa, joka Yhdysvalloissa jakeluyksiköille on myös täytettävä 10 CFR Part 431 Subpart K -tehokkuustaulukot , Yhdysvaltojen energiaministeriön (DOE) sääntö jakelumuuntajille, joka määrittelee vähimmäistehokkuuden, jonka vaadittava yksikkö on saavutettava.

Määritelmä, joka vastaa kaikkiin seitsemään sovitusvaatimukseen kahdella sivulla ja estää käyttöönoton yhteydessä syntyvän riidan siitä, kenen nimikilven tiedot olivat oikein.

Kuinka arvioimme ja testaamme sitä sekä mitä suosittelemme

 

Ostajat, jotka tarkastavat öljyssä upotetun muuntajan tehdas Kiinassa alkavat yleensä käämityksen johtimen laadusta ja päättyvät jäähdytykseen, mikä on väärä järjestys. Kapasiteettiväitteen todellinen perusta on juuri jäähdytysvaiheessa. Tehtaamme Jiangsussa suorittaa lämpötestin jokaiselle erityisesti mitoitetulle nesteellä jäähdytetylle muuntajalle, ja muuntajan mukana toimitettava nimikilpi sisältää mitatut yläöljy- ja käämitysgradientit eikä pelkästään takattuja arvoja. Tämä on merkityksellistä, kun konsultti joutuu puolustamaan ylikuormitustutkimusta tai liitäntäpyyntöä: numerot perustuvat testiin.

Valmistamme molempia öljyyn Upotettu Muuntaja alueet ja kuivatyypin laitteet 120 000 neliömetrin alueella, jossa on 37 patenttia portfoliosta, ja vuodesta 2023 lähtien olemme toimineet Eatonin yhteisyrityskumppanina — järjestely, joka näkyy enimmäkseen dokumentointikäytännöissä eikä markkinointikielenä. UL-, CSA- ja IEC-tiedostot, piirustukset ja lämpötiladata saapuvat yhtenä pakettina.

Yksi käytännöllinen huomio: pyydä testausselosteen kylmennysvaiheiden järjestystä, ei vain nimikilven tietoja — teknikko, joka kytkentää laitteen päälle, lukee selostetta, ei kilveä.

Johorin laite toimi lopulta hyvin. Uudelleenjärjestimme tuuletimet siten, että toinen tuuletinpatteri otettiin käyttöön 6 K:n aikaisemmin, ja omistaja siirti 1,2 MVA:n ei-kriittistä kuormaa toiseen muuntajaan — halvempi korjaus vaihtoehtoon, ja mahdollinen ainoastaan siksi, että nimikilven tiedot kertoivat, mitä laite todellisuudessa pystyi tekemään.

Muuntajien jäähdytysluokat ovat koko paketin halvimpia kapasiteettipäätöksiä ja samalla helpoimpia tehdä väärin, koska toinen luokitus näyttää aina ilmanpaineesta, apuverkosta ja tuuletimen laakerista huolimatta ilmaiselta ylimääräiseltä varalta. Jos määrittelet nyt nestemäisesti upotettua laitetta, lähetä meille kuormituskäyrä, paikan ilman lämpötila ja korkeus merenpinnasta. ryan-transformers.com — meidän insinöörimme vastaavat vaiheittain luokitellulla arviolla ja siihen liittyvillä testitiedoilla.

Tekijästä: Kirjoittanut Ryan Electricin insinööritiimi, joka on UL/CSA-sertifioitu muuntajavalmistaja Jiangsun maakunnassa Kiinassa ja Eatonin yhteistyökumppani vuodesta 2023 alkaen; toimittaa öljyssä upotettuja, kuivatyypisiä ja maanpäällisiä muuntajia tietokeskuksiin, sähköverkkoihin ja teollisuusprojekteihin Pohjois-Amerikassa, Kaakkois-Aasiassa ja Lähi-idässä.