हीट पंप विद्युतीकरण के लिए ट्रांसफॉर्मर: इनरश और शीतकालीन चरम भार के लिए वाणिज्यिक पुनर्स्थापना का आकार निर्धारण

दक्षिणी ओंटारियो में एक विद्यालय परिसर ने 2026 की गर्मियों में अपने गैस बॉयलर हटा दिए और उनके स्थान पर 420 किलोवाट के वायु-स्रोत हीट पंप स्थापित किए। यांत्रिक इंजीनियर ने कंप्रेसर का सही आकार निर्धारित किया। फिर भी, विद्युत पैकेज पहली ठंडी सुबह को विफल हो गया: प्रमुख कंप्रेसर के प्रारंभ होने पर मुख्य 1,200 एम्पियर की लाइन वोल्टेज 398 वोल्ट तक गिर गई, और दूसरे चरण के सक्रिय होने से पहले ही दो छत-स्थित वीएफडी अवमान वोल्टेज के कारण ट्रिप हो गए। हीट पंप विद्युतीकरण के लिए ट्रांसफॉर्मर पुनर्स्थापना आरेख पर किसी के द्वारा बहस किए जाने वाला आइटम शायद ही कभी होता है, और यही कारण है कि यह अक्सर अपर्याप्त विनिर्देशित हो जाता है।

 

विद्युतीकरण पुनर्स्थापनाएँ ट्रांसफॉर्मर की धारणाओं को तोड़ देती हैं

एक गैस बॉयलर और एक हीट पंप समान मात्रा में ऊष्मा प्रदान करते हैं। विद्युत आरेख में उनके बीच कोई समानता नहीं होती। बॉयलर केवल एक सर्कुलेटर और बर्नर नियंत्रण के लिए कुछ सैकड़ों वाट खींचता था। हीट पंप हरमेटिक मोटर-कंप्रेसर के माध्यम से सैकड़ों किलोवाट खींचता है, और वह उन्हें ब्लॉक्स में खींचता है: प्रारंभ, चरण ऊपर, डीफ्रॉस्ट, चरण नीचे।

मौजूदा सेवाओं का आकार ग्रीष्मकालीन शीतलन चरम बिंदु और विविध प्रकाश भार के आधार पर निर्धारित किया गया था। एक तापन अपग्रेड चरम बिंदु को शीतऋतु की सुबह की ओर स्थानांतरित कर देता है, जब प्रकाश भार और प्लग भार भी अधिकतम के करीब होते हैं, और यह एक तापीय भार को एक मोटर भार में परिवर्तित कर देता है। यहीं पर हीट पंप विद्युतीकरण के लिए ट्रांसफॉर्मर निर्णय वास्तव में शुरू होता है, कंप्रेसर चयन तालिका पर नहीं।

एक तीसरा परिवर्तन भी है जिसे लोड गणनाएँ सामान्यतः याद कर लेती हैं। मूल सेवा गणना में उपयोगिता द्वारा गैस-से-गरम किए गए भवन के लिए अनुमोदित मांग कारक शामिल थे, जिसकी छोटी शीतकालीन चोटी और कम मोटर सामग्री होती है। उन्हीं विविधता धारणाओं को एक हीट पंप संयंत्र पर पुनः लागू करना लोड का निचला अनुमान लगाता है, क्योंकि चरणबद्ध कंप्रेसर रिसेप्टेकल और प्रकाश लोड की तरह विविधता प्रदान नहीं करते।

 

लोड गणित: सेवा से हीट पंप वास्तव में क्या आवश्यकता रखते हैं

डिज़ाइन-दिवस क्षमता से शुरू करें, कभी भी नामपट्ट क्षमता से नहीं। दक्षिणी ओंटारियो में एक सामान्य ४२० किलोवाट वायु-स्रोत संयंत्र ८.३°से पर ४२० किलोवाट प्रदान कर सकता है, लेकिन -१५°से की डिज़ाइन स्थिति पर केवल उसका लगभग ६८% ही प्रदान कर सकता है। प्रकाशित क्षमता सारणियाँ इस गिरावट को दर्शाती हैं; लेकिन वे कम स्पष्ट रूप से दर्शाती हैं कि विद्युत इनपुट उसी समय बढ़ जाता है, क्योंकि सीओपी ३.४ से लगभग १.८ तक गिर जाता है।

ऊपर दिए गए कैंपस की गणना यहाँ दी गई है, जो ४८० वी में मध्यम आकार के वाणिज्यिक पुनर्निर्माण के लिए प्रारूपिक है:

• हीट पंप, २ मॉड्यूल × २१० किलोवाट: -१५°से पर २३३ किलोवाट विद्युत, सीओपी १.८
• परिसंचरण पंप, 4 स्थिर-गति वाले: 22 किलोवाट, निरंतर
• नियंत्रण और बिल्डिंग मैनेजमेंट सिस्टम (बीएमएस): 4 किलोवाट, निरंतर
• प्रतिरोध बैकअप, 4 चरणों वाला: 120 किलोवाट, केवल डिज़ाइन तापमान से नीचे
• डिज़ाइन विद्युत कुल: 379 किलोवाट, लगभग 407 किलोवोल्ट-एम्पियर, 0.93 शक्ति गुणांक पर

 

 

वह 407 किलोवोल्ट-एम्पियर भार है। यह ट्रांसफॉर्मर का आकार नहीं है। इन दो संख्याओं के बीच की दूरी वह स्थान है जहाँ पुनर्निर्माण बजट दोनों दिशाओं में गलत हो जाते हैं, और अगला खंड इस अंतर को बिना इमारत द्वारा कभी भी उपयोग किए जाने वाले तांबे की तुलना में 40% अधिक खरीदे बिना बंद करने के बारे में है।

 

हीट पंप विद्युतीकरण के लिए ट्रांसफॉर्मर का आकार निर्धारित करना

एनईसी अनुच्छेद 440 मोटर-कंप्रेसर परिपथों को नियंत्रित करता है और विशेष रूप से सीलबंद रेफ्रिजरेंट कंप्रेसरों के लिए नामपट्टिका धारा के बजाय अंकित-भार धारा की आवश्यकता रखता है। फीडर और सेवा कुल योग अभी भी अनुच्छेद 220 के माध्यम से गणना किए जाते हैं, और NFPA 70 यह वह पाठ है जो आपका निरीक्षक वास्तव में पढ़ेगा। व्यावहारिक रूप से: कंप्रेसर की अंकित-भार धाराओं, चरणबद्ध बैकअप गर्मी, और इनरश विद्युत धारा वह भार जो कंप्रेसर शुरू करने से उत्पन्न होता है, और वह भार जो इमारत से जुड़ा रहता है।

ओंटारियो के मामले में, बॉयलर हटाने के बाद शेष रहने वाला इमारत का भार ५२० केवीए था। कुल भार ९२७ केवीए हुआ। मौजूदा ७५० केवीए पैड-माउंटेड यूनिट पीक गर्मियों के दिनों में पहले से ही लगभग ९८% क्षमता पर चल रही थी, इसलिए इसका पुनः उपयोग संभव नहीं था। हमने १,५०० केवीए, १३.८ केवी डेल्टा से ४८०वाई/२७७ वी, ५.७५% प्रतिबाधा वाली यूनिट का निर्दिष्टीकरण दिया, जो अगला मानक आकार है तथा इसी कार्यक्रम के दूसरे चरण के लिए लगभग ३५% अतिरिक्त क्षमता छोड़ता है।

तीन संख्याएँ सीधे अगले चरण में आती हैं, और प्रत्येक एक नीचे के हार्डवेयर को बदलती है। प्राथमिक धारा ६२.८ ए है। द्वितीयक पूर्ण-भार धारा १,८०४ ए है। टर्मिनल्स पर उपलब्ध द्वितीयक दोष धारा लगभग ३१ केए है, और यह मान यह निर्धारित करता है कि स्विचगियर को ४२ केए या ६५ केए पर ऑर्डर किया जाए। यह वह मान भी है जिसे ठेकेदार अक्सर अनुरोध करना भूल जाते हैं।

भारण के संबंध में एक सावधानी। एक ड्राई टाइप ट्रांसफॉर्मर तेल-भरे यूनिट की तरह लंबे समय तक अतिभार नहीं वहन कर सकता है। IEEE C57.12.01 शुष्क-प्रकार की रेटिंग्स ३०°से के औसत और ४०°से के अधिकतम वातावरण पर आधारित होती हैं, और जुलाई में छत पर स्थित एन्क्लोज़र उससे काफी ऊपर होता है। ५०°से के एन्क्लोज़र के भीतर नामपट्टिका रेटिंग के १००% पर शुष्क-प्रकार की इकाई को चलाना एक सेवा-जीवन निर्णय है, जो सावधानीपूर्ण निर्णय के रूप में छिपा हुआ है।

 

प्रारंभिक धारा और वोल्टेज गिरावट: जहाँ पुनर्स्थापनाएँ आमतौर पर विफल होती हैं

ट्रांसफार्मर के पार मोटर-प्रारंभिक गिरावट लगभग प्रारंभिक केवीए को ट्रांसफार्मर केवीए से विभाजित करने और फिर प्रतिशत प्रतिबाधा से गुणा करने के बराबर होती है। ९० केवीए के कंप्रेसर में १४० ए नामांकित-भार धारा और ६ गुना लॉक्ड-रोटर धारा होती है, जो ४८० वी पर लगभग ८४० ए की धारा खींचती है, जो ६९८ केवीए की प्रारंभिक माँग के बराबर है। १,५०० केवीए की इकाई पर ५.७५% प्रतिबाधा के साथ यह लगभग २.७% की गिरावट के बराबर है, जो सेवा बिंदु पर अधिकांश उपयोगिताओं द्वारा अनुमत १०% के भीतर आराम से फिट बैठता है।

ट्रांसफॉर्मर को १,००० केवीए तक छोटा करने पर वही कंप्रेसर ४.०% का डिप उत्पन्न करता है। अब दोनों कंप्रेसरों को एक ही स्टेजिंग कमांड पर लगाया जाए, तो डिप एक भिन्न मात्रा के सेकंड के लिए दोगुना हो जाता है—यही वह स्थिति है जो वीएफडी को ट्रिप कर देती है और नियंत्रणों को रीसेट कर देती है। सस्ते रीट्रोफिट अनुक्रम ठीक यही करते हैं, क्योंकि स्टेजिंग तर्क को यांत्रिक ठेकेदार द्वारा लिखा जाता है और विद्युत दल द्वारा इसकी समीक्षा नहीं की जाती।

इनरश विद्युत धारा ऊर्जा आपूर्ति शुरू करने का क्षण एक अलग और बड़ी घटना है। एक ठंडी १,५०० केवीए इकाई पहले ०.१ सेकंड के लिए अपनी नाममात्र धारा की ८ से १२ गुना धारा खींच सकती है, जो ४८० वी पर १४,००० से २१,६०० ए के बराबर है। मुख्य ब्रेकर की तात्कालिक सेटिंग को कारखाने की मूल सेटिंग पर ही छोड़ देने पर प्रारंभिक स्थापना के दिन एक अवांछित ट्रिप होती है, जिसके बाद यह बहस शुरू हो जाती है कि क्या ट्रांसफॉर्मर दोषपूर्ण है।

यह पैकेज का वह हिस्सा है जिसे खरीदार आमतौर पर कोटेशन में देखते नहीं हैं। हमारे द्वारा रिट्रॉफिट में भेजे जाने वाले प्रत्येक यूनिट के साथ एक गणना किया गया इनरश एनवलप रूटीन टेस्ट रिपोर्ट के साथ संलग्न किया जाता है, ताकि ठेकेदार ट्रक के पहुँचने से पहले शॉर्ट-टाइम डिले सेट कर सके या पॉइंट-ऑन-वेव क्लोजिंग को निर्दिष्ट कर सके। वर्मॉन्ट के एक स्कूल प्रोजेक्ट में विद्युत विनिर्देशन में कंप्रेसरों के लॉक्ड-रोटर ऐम्प्स का उल्लेख किया गया था, लेकिन जमा की गई कट शीट्स में केवल रेटेड-लोड ऐम्प्स का उद्धरण दिया गया था। आपूर्ति से तीन सप्ताह पहले सबमिटल समीक्षा ने इस असंगति का पता लगाया, जबकि जनवरी में एक सुबह ६ बजे के स्टार्टअप के समय नहीं।

 

इन्वर्टर कंप्रेसरों से उत्पन्न हार्मोनिक्स और वे वाइंडिंग पर क्या प्रभाव डालते हैं

इन्वर्टर-चालित स्क्रॉल और स्क्रू कंप्रेसर लाइन-कनेक्टेड मोटरों की तरह व्यवहार नहीं करते हैं। उनके फ्रंट एंड गैर-साइनसॉइडल धारा खींचते हैं, जो आमतौर पर आंशिक भार पर कुल हार्मोनिक धारा विकृति का २५% से ४०% होती है, और यह स्पेक्ट्रम अतिरिक्त एडी-करंट नुकसान और स्थानीय तापन के रूप में वाइंडिंग में प्रवेश करता है। ए ड्राई टाइप ट्रांसफॉर्मर केवल केवीए के आधार पर चुनी गई इकाई, जब संयंत्र ३०% क्षमता पर होता है, तो उसके नामपट्ट द्वारा निर्दिष्ट तापमान से अधिक गर्म हो जाएगी।

दो कार्यान्वयन योग्य उत्तर हैं। एक, के-रेटेड इकाई का निर्दिष्टीकरण—जहाँ कुछ ड्राइव मौजूद हों, तो के-४, और जहाँ वीआरएफ बाहरी इकाइयाँ या बड़े वीएफडी पैक प्रभुत्वशाली हों, तो के-१३; या दो, सामान्य इकाई का हार्मोनिक हानि कारक विधि का उपयोग करके डीरेट करना। दोनों वैध हैं; प्रश्न को अनदेखा करना नहीं है, विशेष रूप से वीआरएफ प्रणालियों में, जहाँ बीस छोटी इन्वर्टर इकाइयाँ एक ही वितरण बिंदु पर अपना विकृति योगदान देती हैं।

द्वितीयक प्रभाव हल्के भार पर अग्रगामी शक्ति गुणांक है। डीसी-लिंक संधारित्र, जब संयंत्र एक सामान्य दिन पर २०% पर निष्क्रिय होता है, तो वोल्टेज के सापेक्ष धारा को अग्रगामी कर देते हैं, अतः एक हीट पंप विद्युतीकरण के लिए ट्रांसफॉर्मर जो ०.९३ पश्चगामी पर निर्दिष्ट की गई है, वह अब ०.८५ अग्रगामी पर कार्य करती है। कुछ तुरंत विफल नहीं होता, लेकिन उपयोगिता मीटरिंग, संधारित्र बैंक और जनरेटर समानांतर नियंत्रण अजीब तरीके से व्यवहार करने लगते हैं। इसे मीटर पठन पर उपयोगिता इंजीनियर को पहले ही बता दें।

 

शीत जलवायु, आपातकालीन ऊष्मा और स्टेजिंग समस्या

मानक वायु-स्रोत इकाइयाँ -12°C से कम तापमान पर अपनी नामांकित क्षमता का 55% से 65% तक प्रदान करती हैं। शीत-जलवायु इकाइयाँ 70% से 80% क्षमता बनाए रखती हैं और COP को लगभग 1.8 के पास रखती हैं। जो भी क्षमता का अंतर हो, वह प्रतिरोध ऊष्मा द्वारा पूरा किया जाता है, और प्रतिरोध ऊष्मा भार के चरणों के रूप में आती है। 120 kW का एक बैकअप बैंक, जो चार 30 kW के चरणों में व्यवस्थित है, 480 V पर प्रत्येक चरण में 36 A की वृद्धि करता है। अकेले, यह कुछ भी नहीं है। लेकिन एक ही संकेत पर सभी चारों का सक्रिय होना एक सेकंड से भी कम समय में 120 kW का चरण-परिवर्तन है, और जिस ट्रांसफॉर्मर का आकार ठीक गणना के अनुसार किया गया हो, उसके पास इसका कोई उत्तर नहीं होता।

डिफ्रॉस्ट छुपा हुआ शिखर है। रिवर्स-साइकिल डिफ्रॉस्ट के दौरान कंप्रेसर चलते रहते हैं, जबकि इमारत के लूप से ऊष्मा निकाली जाती है, और आठ मॉड्यूल वाले एक संयंत्र में 2°C के आर्द्र सुबह में क्रमिक डिफ्रॉस्ट हो सकता है। एक साथ होने वाले डिफ्रॉस्ट के मामले के लिए डिज़ाइन करें, स्थायी-अवस्था क्षमता सारणी के लिए नहीं, और पुनः प्रारंभ करने की आवेश धारा की गणना भी उसी गणना में शामिल करें।

आवरण और वातावरण को ठंडे मौसम के विनिर्देशों की तुलना में अधिक ध्यान देने की आवश्यकता होती है। -25°C पर डी-एनर्जाइज़्ड ड्राई-टाइप वाइंडिंग पर संघनन, जिसके बाद तेज़ सुबह का लोड रैंप होता है, एक वास्तविक विफलता का मार्ग है; स्पेस हीटर और एक थर्मोस्टैट जो वास्तव में कार्य करता हो, वैकल्पिक विशेषताएँ नहीं हैं। उसी जलवायु में तेल से भरे पैड-माउंट ट्रांसफार्मर के लिए, तरल पौर पॉइंट और ठंडी शुरुआत की श्यानता को विनिर्देश में शामिल किया जाना चाहिए, फुटनोट में नहीं।

 

विनिर्देश से शिपमेंट तक: हम क्या निर्माण करते हैं और क्या परीक्षण करते हैं

रयान इलेक्ट्रिक एक है UL सूचीबद्ध ट्रांसफॉर्मर आपूर्तिकर्ता रयान इलेक्ट्रिक जियांगसू में 120,000 वर्ग मीटर की सुविधा में 1,500 kVA वर्ग की इकाइयों का निर्माण कर रहा है, जिसमें 180+ उत्पादन और परीक्षण उपकरणों के सेट और 37 पेटेंट हैं। 2023 से ईटन के संयुक्त उद्यम भागीदार के रूप में, हम उन्हीं हानि और प्रतिबाधा अनुशासन का पालन करते हैं जिनका उत्तर अमेरिका के बड़े OEM लागू करते हैं, और हम नियमित परीक्षण डेटा का सारांश नहीं बनाते, बल्कि उसे प्रकाशित करते हैं।

प्रत्येक इकाई IEEE C57.12.90 नियमित क्रम के अनुसार संचालित होती है: वाइंडिंग प्रतिरोध, अनुपात, ध्रुवता, बिना भार के हानि, भार के तहत हानि, प्रतिबाधा, आरोपित वोल्टेज और प्रेरित वोल्टेज, और डिज़ाइन पर तापमान वृद्धि प्रकार का परीक्षण। प्रतिबाधा को निर्दिष्ट मान के ±7.5% के भीतर रखा जाता है, जो एक उपयोगिता द्वारा सेवा अपग्रेड को मंजूरी देने से पहले दोष धारा का अध्ययन करते समय महत्वपूर्ण होता है। यही अध्ययन यह भी कारण है कि एक ड्राई टाइप ट्रांसफॉर्मर उद्धरण में प्रतिबाधा को स्पष्ट रूप से बताना चाहिए, बजाय इसे कारखाने के डिफ़ॉल्ट पर छोड़ने के।

प्रमाणन वह स्थान है जहाँ एक UL सूचीबद्ध ट्रांसफॉर्मर आपूर्तिकर्ता या तो दस्तावेज़ रखता है या नहीं रखता है। शुष्क प्रकार की सामान्य उद्देश्य इकाइयों के लिए UL 1561, कनाडा के लिए CSA C22.2 No. 66, और दोनों बाज़ारों पर लागू होने पर cULus। ओंटारियो कैंपस पर उपयोगिता ने नामपट्टिका पर CSA चिह्न को स्पष्ट रूप से पठनीय और श्रृंखला संख्या के लिए ट्रेस करने योग्य परीक्षण रिपोर्ट की आवश्यकता व्यक्त की। दोनों वस्तुएँ शिपिंग लिफाफे में थीं, और निरीक्षण पहली विज़िट पर सफल रहा।

 

 

वितरण स्वीकृत आरेखों के बाद १६ सप्ताह तक चला, जिसमें मालिक के तृतीय-पक्ष निरीक्षक ने नियमित परीक्षणों का अवलोकन किया। हमारे उद्घाटन नोट के बाद, चरणबद्ध प्रतिरोध तापन को दो-चरण नियंत्रण के लिए पुनः वायर किया गया, और बैकअप सक्रियण पर मापी गई सेवा डिप ३.९% से घटकर १.८% रह गई। इस परिवर्तन की लागत एक कॉन्टैक्टर और एक विद्युत मिस्त्री के दो घंटे के समय की थी।

 

अगला चरण

यदि आप कोई गैस-गरम की गई इमारत को परिवर्तित कर रहे हैं, तो चार चीज़ें भेजें: डिज़ाइन-डे हीटिंग लोड जिसके पीछे क्षमता सारणी हो, कंप्रेसर का नामांकित-लोड और लॉक्ड-रोटर करंट, बनाए रखे गए इमारत लोड, और आवरण का वातावरण। हम गणना किए गए किलोवोल्ट-एम्पियर, भविष्यवाणी की गई वोल्टेज डिप, उपलब्ध दोष धारा और एक K-फैक्टर सिफारिश के साथ एक आकार निर्धारण शीट लौटाते हैं, आमतौर पर दो कार्यदिवसों के भीतर।

कृपया UL सूचीबद्ध ट्रांसफॉर्मर आपूर्तिकर्ता एक साथ दस्तावेज़ सेट के लिए अनुरोध करें: नियमित परीक्षण रिपोर्ट, UL या CSA सूचीकरण संदर्भ, और एक प्रतिबाधा सहिष्णुता विवरण। उपयोगिता समीक्षक इन तीनों के लिए पूछते हैं, और इन्हें तैयार रखना किसी भी मूल्य वार्ता की तुलना में सेवा अपग्रेड की स्वीकृति को कहीं अधिक त्वरित कर देता है।

लेखक के बारे में — यह लेख रायन इलेक्ट्रिक की ट्रांसफॉर्मर इंजीनियरिंग टीम द्वारा लिखा गया है, जो जियांगसू, चीन में स्थित एक UL/CSA-प्रमाणित निर्माता और इटन का संयुक्त उद्यम भागीदार है, जो उत्तर अमेरिका, मध्य पूर्व, दक्षिण पूर्व एशिया और अफ्रीका में डेटा केंद्र, ऊर्जा भंडारण, नवीकरणीय ऊर्जा, स्वास्थ्य सेवा और ऊर्जा आपूर्ति परियोजनाओं के लिए शुष्क-प्रकार, तेल-आधारित और पैड-माउंटेड ट्रांसफॉर्मर की आपूर्ति करता है।