Harmoninės iškraipos duomenų centrų elektros sistemose: kodėl svarbūs K-faktoriaus transformatoriai

Harmoninės iškraipos duomenų centrų elektros sistemose: kodėl svarbūs K-faktoriaus transformatoriai

Kai praeitais metais Šiaurės Virdžinijoje esantis duomenų centras įdiegė vieną GPU serverių stovą, elektrinio projektuotojo pirmausis rūpestis buvo ne galia – o harmoninės iškraipos. Dabar netiesiniai apkrovos elementai sudaro daugumą tipinės IT apkrovos profilio, ir k-faktoriaus transformatorius yra tai, kas neleidžia skirstomajai sistemai perkaisti dar prieš tai, kai stalčiai pasiekia pilną apkrovą. Štai inžinerinis šio sprendimo pagrindimas.

Iš kur kilsta harmoninės iškraipos duomenų centre

Kiekvienas impulsinis maitinimo šaltinis, UPS įėjimas, kintamosios srovės variklio valdiklis (VFD) ir GPU serveris vartoja srovę trumpais impulsais, o ne tolygiai kintama sinusine banga. Šie impulsai susideda iš pagrindinės dažnio dedamosios ir jos sveikųjų kartotinių — 3-iojo, 5-iojo, 7-iojo ir aukštesniųjų harmonikų. Kuo didesnė harmonikų dalis, tuo labiau iškreipta srovės bangos forma, o iškraipymas matuojamas kaip bendrasis harmonikų iškraipymas (THD).

Trys kartotiniai harmonikai — 3-iasis, 9-asis, 15-asis — yra duomenų centro ypatinga problema. Žvaigždės jungtyje jie neutraliame laidininke nesunaikinami, o sudedami. Dažna situacija, kai stipriai apkrautame 208Y/120 V skydelyje neutralinės fazės srovė yra didesnė nei fazės srovė, o būtent tokia sąlyga peršildo standartinius transformatorius ir neutralines autobusines juostas. Leistinų ribų projektavimo nuoroda yra IEEE 519 , kuri nustato THD tikslus bendrojo jungties taško atžvilgiu.

Kodėl standartiniai transformatoriai peršyla dėl harmonikų apkrovos

Harmonikai transformatoriams daro žalą dviem būdais. Pirma, sūriųjų srovių nuostoliai apvijose ir konstrukcinėse dalyse didėja maždaug proporcingai dažniui kvadratu – penktoji harmonika 300 Hz dažniu sukelia apytiksliai 25 kartus didesnius sūriųjų srovių nuostolius nei tokia pati srovė 60 Hz dažniu. Antra, harmonikų srovės sukelia papildomą šilumos išsiskyrimą šerdyje ir korpuso talpykloje. Bendras poveikis: standartinis transformatorius, veikiantis 100 % nominaliąja apkrova, gali veikti gerokai virš savo saugaus šiluminio ribos, nepaleisdami jokių apsaugų.

Čia įeina K faktorius. K – tai reitingavimas, nusakantis, kiek harmonikų srovės transformatorius gali išlaikyti, neviršydama leistinos temperatūros pakilimo ribos. K-1 reiškia tik sinusinės bangos apkrovą; K-13 ir K-20 yra dažniausiai pasirenkami duomenų centrų ir pramoninių variklių valdymo sistemoms. Šių reitingų atitinkamo apkrovos sumažinimo metodika apibrėžta ANSI C57.110 standarte ir tiksliai nurodo projektuotojui, kokią apkrovą konkretus transformatorius gali nešti esant tam tikram harmonikų spektrui.

Štai dalis, kurią dažniausiai praleidžia dauguma pirkėjų: K-klasės konstrukcija – tai ne tik storesnis laidininkas. Ji reiškia mažesnius sūkurinių srovių nuostolius apvijose, didesnę arba specialią neutraliąją apviją ir dažnai žemesnį projektuotą temperatūros pakilimą – paprastai 150 °C pakilimo klasė ar geresnė – todėl įrenginys veikia šaltai net tada, kai apkrova yra netolygi.

K-koeficientas prieš Delta–Žvaigždė: du būdai valdyti harmonikas

Koeficientas	K-klasės transformatorius	Delta–Žvaigždė jungtis
Trikartės (3-iosios / 9-osios) harmonikos	Įvertintas jų nešti	Užblokuotos pirminėje pusėje
Neutralusis laidininkas	Suprojektuotas harmonikų srovei	Standartinis matmenų nustatymas
Kainos skirtumas	Vidutinis (5–15 %)	Mažas
Geriausias pasirinkimas	IT, UPS, kintamosios dažnio valdymo įrenginių apkrovos	Mišrios apkrovos, maitinimo linijos izoliacija
UL sertifikavimo	UL 1561 su K reitingu	UL 1561 standartinis projektavimas

Abu požiūriai sprendžia skirtingas problemas. Delta–žvaigždės transformatorius neleidžia trečiosios eilės harmonikoms grįžti į aukštesnės pakopos šaltinį; K reitingo vienetas atlaiko jau esančias apkrovoje harmonikas. Rimtame duomenų centre dažnai naudojami abu sprendimai: delta–žvaigždės transformatorius įvesties vietoje ir K reitingo vienetai prie stalčių eilučių. Nė vienas iš jų negali būti pakeistas kitu.

Kaip nurodyti K reitingo transformatorių savo kitam statybų projektui

Pradėkite vertindami K lygį iš apkrovos, o ne atvirkščiai. Bendrosios biurų ir mišrių komercinių apkrovų reikšmė paprastai yra K-4; duomenų centrų, medicinos vaizdavimo įrangos ir stiprių UPS apkrovų – K-13; pramonės objektuose su daug kintamosios dažnio valdymo įrenginių arba didelės tankumo GPU eilutėse gali prireikti K-20. Jei apkrovos profilis nežinomas, prieš priimant sprendimą išmatuokite srovės spektrą panašioje veikiančioje įstaigoje.

Tada parinkite kVA su atsarga sausosios tipų transformatoriams duomenų centrams papildoma apkrova paprastai nurodoma 80–85 % nuo nominaliosios galios, kad būtų palikta šiluminė atsarga harmoninės apkrovos dedamajai. Patvirtinkite, kad UL sertifikuoto transformatoriaus tiekėjo gali dokumentuoti K reitingą pagal UL 1561 standartą ir gali parodyti jums bandymų ataskaitą tiksliai tam konkrečiam dizainui — K reitingas, nurodytas techniniame apraše, nėra tas pats, kas įrodytas bandymų patalpoje.

Ką mes tikriname prieš išsiunčiant K reitingo vienetą

Mūsų gamykloje K reitingo vienetas praeina tą pačią bandymų seką kaip ir standartinis vienetas — apvijų santykis, tuščiosios eigos ir apkrovos nuostoliai, dielektrinis bandymas — taip pat dar du harmonikoms specifinius bandymus. Temperatūros kilimo bandymas atliekamas su K reitingo srovės profiliu, o neutraliosios apvijos patikrinimas vykdomas esant jos nustatytai harmoninei srovei, o ne tik nominaliajai srovei. Gautieji matavimų rezultatai įtraukiami į bandymų ataskaitą, kuri siunčiama kartu su vienetu.

Vienas pavyzdys lieka mūsų atmintyje: Pietryčių Azijos kolokacijos operatorius nurodė K-13 vienetus 2,4 MW pastatymui. Pateikėme 112,5 kVA vienetus su per dideliais neutraliais terminalais, atlikome harmonikų profilio temperatūros pakilimo bandymą, o įdiegimo inžinierius patvirtino, kad apvijų temperatūros atitiko ataskaitoje nurodytas reikšmes tik keliomis laipsnio laipsniais. Tai ir yra tai, ką k-faktoriaus transformatorius pirkimas turėtų jaustis – jokių netikėtumų įjungus apkrovą.

Planuojate duomenų centrą arba didelės tankumo IT pastatymą? Išsiųskite mums savo apkrovos profilį ir harmonikų įvertinimą, o mes patvirtinsime K lygį, nustatysime kVA dydį ir grąžinsime UL sertifikuotą techninę pasiūlymą. Gaukite nemokamą techninę pasiūlymą per mūsų kontaktų puslapį.