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각각 60MW 규모의 네 개 홀, 현장 근처를 지나는 기존 송전선로 전압인 13.8kV를 제공하는 유틸리티, 그리고 단락 용량 계산을 수행하기 이전에 주문된 스위치기어 패키지. 6개월 후, 설비 배치가 전기실 공간에 맞지 않게 되었고, 피더 수는 두 배로 증가했으며, 480V 버스에서의 허용 단락 전류는 반품이 불가능한 설비의 정격을 초과하게 되었다. 이러한 문제들은 모두 변압기 고장과는 무관하였다. 캠퍼스는 구리, 스위치기어, 바닥 면적 등에서 발생할 비용을 계산하기도 전에 중간 전압 등급을 선택하였다.
A데이터센터 변압기 일반적으로는 단일 라인의 마지막 항목으로 간주되며, 34.5kV를 480Y/277V로 변환하는 비율이다. 실제로, 1차 전압 등급은 케이블 일정표, 스위치기어 정격, 아크 플래시 분석, 그리고 2024년 이후에는 미국 에너지 효율 규제 범위까지 영향을 미치는 시스템 차원의 결정이다. 개념 설계 단계에서 올바르게 설정하는 데는 공학 검토 1주일이 소요되지만, 잘못 결정하면 스위치기어 재주문이 필요하게 된다.
다음은 당사가 고객과 함께 두 클래스를 비교하는 방식, 견적을 제시하기 전에 요청하는 수치, 그리고 장치가 25년간 성능을 발휘할지 아니면 3년 차에 보증 분쟁이 될지를 결정하는 세 가지 사양 요소입니다.
데이터 센터 변압기 사양이 전압 등급에서 시작되는 이유
변압비는 첫 번째 조정 요소이며, 순전히 산술적인 값입니다. 주어진 MVA에 대해 전류는 전압에 반비례하여 감소합니다. 60 MW 홀은 13.8 kV에서는 약 2,510 A를, 34.5 kV에서는 약 1,004 A를 소비합니다. 이 2.5대 1 비율은 유틸리티 연결 지점과 유닛 변전소 사이의 모든 피더 전류 용량, 각 피더당 병렬 배선 수, 그리고 그 위에 설치된 케이블 트레이 폭에도 반영됩니다.
고장 전류는 반대 방향으로 흐른다. 계량기 뒤에 500 MVA 전원이 있는 경우, 13.8 kV 버스에서의 단락 고장 시 고장 전류는 약 20.9 kA이며, 34.5 kV에서는 동일한 전원에서 약 8.4 kA를 공급한다. 낮은 고장 전류로 인해 캠퍼스는 중압 개폐 장치의 차단 정격을 낮게 설정할 수 있으며, 이는 현재 개폐 장치의 납기 기간이 변압기 납기 기간보다 더 긴 시장 상황에서 중요한 요소이다.
시작 회의에서 자주 간과되는 부분이다. 34.5 kV 장비는 물리적으로 13.8 kV 장비보다 작지 않다—안전 간격이 더 길고, 표준 기본 절연 수준(BIL)은 13.8 kV 등급의 95 kV에 비해 200 kV이므로, 캐비닛의 높이와 깊이가 더 크다. 높은 전압 등급이 가져다주는 이점은 메가와트당 전류가 줄어들고 고장 수준이 낮아지는 것이다. 이는 캠퍼스 규모에서 피더 수와 기기 정격을 줄여준다. 이 두 가지 절감 효과는 서로 다른 것이며, 케이블 일정표에는 그중 하나만 반영된다.
34.5 kV 및 13.8 kV 병렬 배치
아래 비교는 60 MW 홀과 500 MVA 사용 가능한 전원을 기준으로 합니다. 입력값 중 하나라도 변경되면 결론이 달라질 수 있으므로, 견적을 제출하기 전에 유틸리티의 단락 사고 서신을 요청합니다. 중압 트랜스포머 캠퍼스용.
홀의 전류, 버스에서의 단락 수준, 절연 수준, 피더 수, 스위치기어 설치 면적은 모두 연동되어 변화합니다. 피더 수를 절반으로 줄인 캠퍼스의 경우, 변압기 자체보다는 케이블 및 단자 비용에서 절감 효과를 얻는 경우가 일반적입니다.
| 파라미터(60 MW 홀) | 13.8 kV | 34.5 kV |
| 홀 전체 부하 시 전류 | 약 2,510 A | 약 1,004 A |
| 단락 전류(500 MVA 전원 기준) | 약 20.9 kA | ~8.4 kA |
| 표준 기본 절연 수준 | 95 kV | 200 kV |
| 홀당 주급전선로 수 | 더 많은 병렬 배선 | 적은 배선 |
| 개폐장치 간격 | 더 짧고, 더 많은 캐비닛 | 더 길고, 적은 캐비닛 |
어느 열도 단독으로 우위를 점하지 못한다. 전력 회사가 13.8 kV만 공급할 수 있다면, 캠퍼스 내부에서 34.5 kV로 승압하여 그 전압 수준으로 분배할 수는 있지만, 매번 전압 변환 시 변압기가 추가되며, 이로 인해 약 1퍼센트의 출력 손실이 발생하고, 유지보수해야 할 장비가 하나 더 늘어난다. 이러한 타협은 가정하기보다는 모델링해 보는 것이 더 가치 있다.
480 V 버스에서 일어나는 현상을 결정하는 것은 임피던스다.
퍼센티지 임피던스는 변압기 임피던스 단순한 비율을 넘어서 보호 문제로 전환되는 지점이다. 2,000 kVA 용량의 장치가 5.75퍼센트 임피던스를 가지며 480Y/277 V 이차측을 갖는 경우, 케이블 임피던스와 모터 기여분을 고려하기 이전의 이차측 단자에서의 볼티드 고장 전류는 약 41.8 kA이다: 2,000,000 ÷ (1.732 × 480 × 0.0575).
임피던스를 6.5퍼센트로 높이면 전류 값은 약 37 kA로 감소한다. 구매자들이 이를 안전성 향상으로 해석하기도 하지만, 자동으로 그렇다고 볼 수는 없다. 아크 플래시 에너지는 전류와 차단 시간을 함께 고려해야 하므로, 상위 보호 장치의 순간 트립 임계값보다 낮은 고장 전류가 발생하면 아크 지속 시간이 오히려 길어져 위험 수준이 높아질 수 있다. 따라서 아크 플래시 분석은 일반적인 값이 아니라 실제 장치에 대해 수행해야 하며, 작업 기준은 NFPA 70E 현재 판 2027년판에서 정의된다.
다른 절반은 변압기 임피던스 허용 오차이다. 보증된 임피던스는 일반적으로 ±7.5퍼센트 범위 내에서 유지되므로, 5.75퍼센트로 주문한 두 대의 장치는 극단 상황에서 거의 15퍼센트까지 차이 날 수 있다. 이 두 장치를 병렬로 연결하면, 임피던스 불일치로 인해 정격 용량에 도달하기 훨씬 이전부터 순환 전류와 부하 불균형이 발생한다. 설계 시 병렬 운전이 필수적이라면, 명목상 값만 제시하는 대신 임피던스 허용 범위를 명시해야 한다.
2권선, 3권선 또는 1차 선택식
세 가지 배치 방식이 대부분의 캠퍼스 설계를 커버한다. 두 권선 유닛 서브스테이션은 각 건물마다 하나의 변압기를 사용하는 방식으로, 보호가 가장 간단하고 교체도 가장 용이하다. 세 권선 유닛은 하나의 1차측을 공유하면서 두 개의 2차측 버스로 전력을 공급하는 방식으로, 중전압 스위치기어와 케이블을 줄일 수는 있지만 건물들 간에 전기적으로 결합되므로, 한쪽 2차측에서 차단이 발생하면 보호 계획이 이에 대비되어 있지 않다면 양쪽 모두 정전된다. 프라이머리-셀렉티브 방식은 두 개의 유틸리티 전원을 선택기(셀렉터)를 통해 하나의 변압기에 공급하는 방식으로, 전원 중복성은 확보되지만 변압기 자체의 중복성은 전혀 없다.
티어 III 또는 티어 IV 토폴로지에서는 일반적으로 선택이 이미 정해진다. 중복성은 전원 측뿐만 아니라 반드시 변압기 측에도 확보되어야 한다. 각각 2,000 kVA 용량의 두 대의 변압기를 약 50퍼센트 부하로 운전하는 것이, 2,000 kVA 용량의 한 대를 정격 부하로 운전하는 것보다 열 발생이 적다. 이는 무부하 손실이 코어 크기에 비례하지만, 부하 손실은 전류의 제곱에 비례하기 때문이다. 추가 비용은 구리가 아니라 두 번째 코어에 발생한다.
예산이 제한적인 경우, 정직한 타협은 현장에 설치된 예비 장치보다 창고에 보관된 예비 장치를 확보하는 것이다. 34.5 kV 장치가 생산 대기열에서 1년 가까이 머무를 수 있는 시장에서는, 선반 위의 예비 장치 확보는 전기적 결정이 아니라 일정 관리 측면의 결정이다. 건식 트랜스포머 생산 대기열에서 1년 가까이 머무를 수 있는 34.5 kV 장치가 있는 시장에서는, 선반 위의 예비 장치 확보는 전기적 결정이 아니라 일정 관리 측면의 결정이다.
고조파, K-팩터 및 중성 도체
서버 전원 공급 장치의 성능은 향상되었으나, 여전히 선형 특성을 갖지 않는다. 활성 전력 인자 보정 기능을 갖춘 현대식 스위칭 모드 전원 공급 장치는 피크 계수가 높고 7차 이상까지 확장되는 홀수 고조파 스펙트럼을 가지며 전류를 인입한다. 3차, 9차, 15차 등 삼중 고조파는 상쇄되지 않고 중성선에 중첩되어, 중성선이 해당 상선보다 더 큰 전류를 운반할 수 있다.
AK-팩터 변압기 해당 스펙트럼이 권선에 유발하는 추가 와전류 손실 및 누설 손실을 견딜 수 있도록 정격되어 있다. K-13은 사무실 및 데이터 부하가 혼합된 환경에 적용되며, K-20은 고밀도 서버 전원 장치가 집중된 홀에 일반적으로 선택되는 등급이다. 그러나 K 등급은 버스의 전압 왜곡을 줄이지 않는다. 이는 시스템 차원의 문제로, IEEE 519 기준에 따라 69 kV 이하 시스템의 공통 결합 지점에서 총 고조파 왜곡률 5퍼센트를 계획 기준으로 삼으며, 다중 펄스 정류기, 능동 필터 또는 더 큰 중성선을 통해 해결한다.
데이터 센터용 변압기의 당사 사양 기본값은 최소 K-13 권선, 200퍼센트 중성선 용량, 그리고 일반적인 K 등급이 아닌 실측 스펙트럼을 기반으로 한 고조파 손실 계산을 포함한다. 이 계산을 통해 해당 부하 조건에서 2,000 kVA 규격 프레임이 실제로 2,000 kVA 성능을 발휘할 수 있는지를 판단할 수 있다.
DOE 2029 라인은 정확히 34.5 kV에 위치한다.
미국의 효율성 규제는 대부분의 캠퍼스 팀이 늦게나마 인지하게 되는 경계선을 설정한다. 10 CFR 431.192에 따라 정의된 배전 변압기는 입력 전압이 34.5 kV 이하이고, 출력 전압이 600 V 이하이며, 60 Hz 정격을 가지며, 액체 침투식 장치의 경우 용량이 10~2,500 kVA 사이이고, 건식 장치의 경우 15~2,500 kVA 사이이다. 건식 트랜스포머 해당 정의와 준수 시한은 미국 에너지부 .
에 의해 공표된다. 이로 인해 두 가지 결과가 발생한다. 첫째, 34.5 kV에서 480Y/277 V로 변압하는 유닛 서브스테이션은 배전 변압기에 해당하므로 효율성 표준을 충족해야 하며, 반면 34.5 kV에서 4.16 kV로 변압하는 유닛은 전력 변압기에 해당하므로 해당 표준에서 제외된다. 둘째, 2024년 최종 규정에서 개정된 기준은 2029년 4월 23일 이후에 제조되는 장치에 적용되므로, 2029년 또는 2030년에 가동을 시작하는 캠퍼스는 입찰서에 명시되지 않더라도 이미 새 효율성 표준에 부합하도록 사양을 정하고 있는 셈이다.
준수는 주로 코어 강재를 통해 달성된다. 2029년 무부하 손실 한계를 충족시키려면 일반적으로 더 큰 코어, 고품질 결정 배향 강재 또는 비정질 재료, 그리고 더 무거운 단위 제품이 필요하다. 이는 운송 중량, 바닥 하중 및 그 아래에 설치되는 구조용 강재에도 영향을 준다. 오늘 작성된 입찰서에서 2029년 기준표에 따른 손실 사양을 포함하지 않으면, 이는 차후 변경 명령서로 이어질 가능성이 높다. 모든 입찰자에게 두 가지 기준표(기존 및 2029년)에 대한 견적을 제출하도록 요청하여, 발주 전에 차이를 명확히 확인할 수 있도록 해야 한다.
우리가 제작하는 것과 그 검증 방식
라이언 일렉트릭은 2007년부터 장쑤성 하이안에 위치한 12만 제곱미터 규모의 공장에서 변압기를 제조해 왔으며, 건식 및 액체 침지식 설계 분야에서 180여 대의 생산 및 시험 장비와 37건의 특허를 보유하고 있다. 당사 제품은 UL, CSA, IEEE, IEC, DEKRA 인증 기준에 따라 제작되며, CNAS 인증 시험소에서 시험을 실시한다. 2023년부터는 이턴(Eaton)과의 조인트 벤처 파트너로서 운영되고 있다.
34.5 kV 등급 건식 트랜스포머 , 이 전압에서 중요한 시험은 협상이 불가능합니다. 200 kV 기본 절연 수준에서의 임펄스 내성 시험은 권선 절연 조정을 입증합니다. 캐스트 레진 절연체의 부분 방전은 정격 전압의 1.5배에서 10 pC 이하(또는 그 이상)로 유지되어야 합니다. 50 pC에서 여유 있게 통과하는 단위는 공장 인수 시험에서는 여전히 통과할 수 있지만, 실제 운전 중에는 추적 현상이 발생할 수 있습니다. 온도 상승은 지정된 주변 온도에서 절연 등급 여유를 확인하며, 변압비, 임피던스 및 음압 레벨은 트럭에 실린 단위가 설계 검토 시 분석된 모델과 일치함을 확인합니다.
34.5 kV 캠퍼스 사양이 우리 응용서 desk에 도착하면, 첫 번째 두 가지 질문은 접속 지점에서의 유틸리티 가능 단락 전류와 UPS 및 서버 부하의 측정된 고조파 스펙트럼이다. 이 두 항목은 일반적인 kVA 표에는 나타나지 않으며, 설계를 변경시킨다. 이러한 대화는 여러 프로젝트에서 단일 대형 장치에서 두 개의 소형 K-등급 장치로 전환하게 만들었고, 필요하지도 않은 K-20 권선을 구매하도록 프로젝트를 중단시키기도 했다.
이번 분기 데이터센터 변압기용 단일 계통을 고정하려면 홀 메가와트, 유틸리티 단락 편지, 부하 스펙트럼을 보내라. 우리는 두 전압 등급에 대한 나란한 비교, 중압 트랜스포머 및 개폐장치 영향, 그리고 2029년 표 대비 손실 패키지를 제공할 것이다. 여기서 시작하라: 우리 엔지니어링 팀에게 연락하세요 .
저자 소개: 이 안내서는 중국 장쑤성 하이안시에 위치한 변압기 제조업체 라이언 일렉트릭(장쑤 라이언 트랜스포머즈)의 전력 엔지니어링 팀이 작성하였다. 건식 건식 단일변전소 전 세계의 데이터 센터, 유틸리티 및 산업 프로젝트로.