34,5 kV prieš 13,8 kV. Vidutinės įtampos transformatoriaus pasirinkimas duomenų centrų kompleksams

Keturios salės po 60 MW kiekvienoje, naudingumo įmonė, siūlanti 13,8 kV, nes ši įtampa jau yra laiduojama pro vietos plotą, ir jungiklių įranga, užsakyta dar prieš tai atliekant gedimo skaičiavimus. Šešis mėnesius vėliau įranga nebetelpa į elektros patalpą, maitinimo linijų skaičius padvigubėjo, o leistinasis gedimo srovės dydis 480 V magistralėje viršija įrangos nominaliąją vertę, kurią grąžinti nebegalima. Nė vienas iš šių dalykų nebuvo susijęs su transformatoriaus gedimu. Kampusas pasirinko vidutinės įtampos klasę dar prieš apskaičiuodamas, kokia kaina tai kainuos vario laidams, jungiklių įrangai ir grindų plotui.

Aduomenų centro transformatorius dažniausiai laikoma vienos eilutės paskutiniu elementu – santykis, kuris 34,5 kV įtampą keičia į 480Y/277 V. Praktikoje pirminės įtampos klasė yra sisteminis sprendimas, kuris paveikia laidų tvarkaraščius, jungiklių įrangos charakteristikas, lankinės iškrovos tyrimus ir, nuo 2024 m., JAV energijos naudingumo reguliavimo taikymo sritį. Teisingas pasirinkimas konceptualiojo etapo metu reikalauja vienos savaitės inžinerinių darbų. Klaidingas pasirinkimas reiškia jungiklių įrangos pakartotinį užsakymą.

Toliau pateikiama, kaip mes klientams palyginame šias dvi klases, kokie skaičiai reikalingi prieš pateikiant pasiūlymą ir trys techninės specifikacijos, kurios nusprendžia, ar įrenginys veiks penkiasdešimt metų arba taps garantinio sprendimo objektu trečiaisiais metais.

 

 

Kodėl duomenų centro transformatoriaus specifikacija prasideda nuo įtampų klasės

Transformatoriaus perdavimo santykis yra pirmasis reguliavimo elementas ir tai gryna aritmetika. Duotajam MVA srovė mažėja atvirkščiai proporcingai įtampai. 60 MW salės įtampa 13,8 kV sukelia apytiksliai 2510 A srovę, o 34,5 kV – apytiksliai 1004 A. Šis 2,5 prie 1 santykis atsispindi kiekviename maitinimo laidininke tarp naudingumo taško ir vieneto transformatorinės pastotės srovės talpoje, kiekviename maitinimo laidininke esančių lygiagrečių laidų skaičiuje bei kabelių dėžutės pločiui virš jų.

Avarinės srovės kryptis keičiama. Esant 500 MVA šaltiniui už skaitiklio, tiesioginė avarija 13,8 kV magistralėje yra apytiksliai 20,9 kA; 34,5 kV lygyje tas pats šaltinis sukuria apytiksliai 8,4 kA. Mažesnė avarinė srovė leidžia universitetui naudoti žemesnį pertraukimo reitingą vidutinės įtampos jungiklių įrangoje, kas yra svarbu rinkoje, kur jungiklių įrangos pristatymo laikas ilgesnis nei transformatorių pristatymo laikas.

Štai ta dalis, kuri dažnai praleidžiama pradžios susitikime. 34,5 kV įranga fiziškai nėra mažesnė už 13,8 kV įrangą – tarpai yra ilgesni, o standartinis pagrindinis izoliacijos lygis yra 200 kV prieš 95 kV 13,8 kV klasės įrangai, todėl skydeliai yra aukštesni ir gilesni. Aukštesnė klasė suteikia mažesnę srovę vienam megavatui ir žemesnį avarinės srovės lygį, dėl ko sumažėja tiekimo linijų skaičius bei įrenginių reitingai universiteto mastu. Tai du skirtingi taupymo būdai, tačiau tik vienas iš jų atsispindi laidų sąraše.

 

34,5 kV ir 13,8 kV šalia vienas kito

Žemiau pateikta palyginimo analizė remiasi 60 MW patalpomis ir 500 MVA galima šaltiniu. Pakeitus bet kurį iš šių duomenų, išvada gali pasikeisti, todėl prieš pateikdami pasiūlymą prašome pateikti naudotojo elektros tinklo avarinio srovės laišką vidutinio sprendimo transformatorius kamputyje.

Patalpų srovė, avarinė srovė magistralėje, izoliacijos lygis, maitinimo linijų skaičius ir jungiamųjų įrenginių užimama plotas keičiasi kartu. Kamputyje, kuriame maitinimo linijų skaičius sumažinamas perpus, dažniausiai taupoma laiduose ir jų prijungimuose, o ne patyname transformatoriuje.

Parametras (60 MW patalpos)	13,8 kV	34,5 kV
Srovė pilnu patalpų apkrova	~2510 A	~1004 A
Avarinė srovė, 500 MVA šaltinis	~20,9 kA	~8,4 kA
Standartinis pagrindinis izoliacijos lygis	95 kV	200 kV
Pagrindiniai maitinimo laidai viename salėje	Daugiau lygiagrečių linijų	Mažiau linijų
Skirstomųjų įrenginių tarpai	Trumpesnės ir daugiau skylių	Ilgesni, mažiau kabinų

Ne viena iš stulpelių nepelnia pati sau. Jei tiekimo įmonė gali tiekti tik 13,8 kV įtampą, universiteto miestelis vis tiek gali vidinėje sistemoje padidinti įtampą iki 34,5 kV ir skirstyti ją šiuo lygiu – tačiau kiekvienas įtampos keitimas reikalauja transformatoriaus, sukelia apytiksliai vieno procento nuostolius nuo perduodamos galios ir prideda dar vieną priemonę, kurią reikia prižiūrėti. Šis kompromisas vertas modeliuoti, o ne priimti kaip duotybę.

 

Impedancija nulemia, kas vyksta 480 V magistralėje

Procentinė impedancija yra ten, kur transformatoriaus varža impedancija nustoja būti santykiu ir pradeda būti apsaugos problema. Pavyzdžiui, 2 000 kVA transformatorius su 5,75 procentų impedancija ir 480Y/277 V antrine įtampa turi apytiksliai 41,8 kA užstrigusiosios srovės reikšmę prie antrinės grandinės galų, prieš pridedant laidų impedanciją ir variklių indėlį: 2 000 000 padalinta iš (1,732 × 480 × 0,0575).

Padidinus varžą iki 6,5 procento srovė sumažėja iki maždaug 37 kA. Kartais pirkėjai tai supranta kaip saugumo pagerėjimą. Tačiau tai ne visada taip. Įvykio energija priklauso nuo srovės ir nutraukimo laiko kartu, todėl mažesnė avarinė srovė, esanti žemiau viršutinio įrenginio momentinio išjungimo slenksčio, gali padidinti lanko trukmę ir padidinti pavojų. Todėl lanko išlydžio tyrimas turi būti atliekamas konkrečiam įrenginiui, o ne tipinėms vertėms; darbo taisyklės yra NFPA 70E , dabartinė 2027 m. leidimo versija.

Kita pusė transformatoriaus varža istorijos – tolerancija. Užtikrinta varža paprastai palaikoma ±7,5 procento ribose, todėl du vienetai, užsakyti su 5,75 procentų varža, kraštutiniais atvejais gali skirtis beveik 15 procentų. Jei šiuos du vienetus prijungsite lygiagrečiai, jų neatitikimas sukels cirkuliuojančiąją srovę ir nelygią apkrovą dar prieš pasiekiant vardinę apkrovą. Jei projektavime numatyta lygiagreti veikla, nurodykite varžos intervalą, o ne tik nominalią vertę.

 

Dviejų ritinių, trijų ritinių ar pirminio parinkimo

Trys išdėstymo variantai apima daugumą kampus projektų. Dviejų apvijų vienetinė transformatorinė pastotė – vienas transformatorius vienam korpusui – paprasčiausia apsaugoti ir lengviausia pakeisti. Tryjų apvijų vienetinė transformatorinė pastotė priima vieną aukštąją įtampą ir maitina dvi žemesnės įtampos magistralės, todėl sumažėja vidutinės įtampos jungiklių įranga ir laidai, tačiau korpusai elektriškai susiję – jei vienoje žemosios įtampos magistralėje įvyksta avarinis išjungimas, abi magistralės išsijungia, nebent apsaugos sistema yra specialiai suprojektuota šiam atvejui. Pirminės įtampos pasirinkimo (primary-selective) schema į vieną transformatorių įveda du tiekimo šaltinius per selektorinį įrenginį: tai užtikrina tiekimo šaltinio atsarginį variantą, bet visiškai neužtikrina transformatoriaus atsarginio varianto.

Tier III arba Tier IV topologijai sprendimas dažniausiai nustatomas automatiškai. Atsarginis variantas turi būti įrengtas ties transformatoriumi, o ne tik ties tiekimo šaltiniu. Du po 2000 kVA transformatoriai, kiekvienas apkraunamas maždaug pusės nominalios galios, veikia šaltesni nei vienas 2000 kVA transformatorius, veikiantis pilna apkrova, nes tuščiosios eigos nuostoliai auga proporcingai šerdies dydžiui, o apkrovos nuostoliai – kvadratiškai proporcingai srovei. Papildomos išlaidos susijusios su antrąja šerdimi, o ne su vario kiekiu.

Kai biudžetas ribotas, sąžiningas kompromisas – atsarginis vienetas sandėlyje, o ne įdiegtas atsarginis vienetas. Rinkoje, kur 34,5 kV sautasis transformatorius gali stovėti gamybos eilėje visą metus, ant lentynos esantis atsarginis vienetas – tai grafiko sudarymo sprendimas, o ne elektros techninis sprendimas.

 

Harmonikos, K-faktorius ir neutralusis laidininkas

Serverių maitinimo šaltiniai pagerėjo, tačiau jie nepasidarė tiesiniai. Šiuolaikinis impulsinis maitinimo šaltinis su aktyvia galios koeficiento korekcija srovę ima didelio viršūnių faktoriaus ir nelyginės harmonikų spektru, kuris siekia daug toliau nei septintoji harmonika. Triplinės harmonikos – trečioji, devintoji, penkioliktoji – neutraliame laidininke susideda, o ne kompensuoja viena kitos, todėl neutralusis laidininkas gali perduoti didesnę srovę nei jam priklausantis fazinis laidininkas.

AK-faktoriaus transformatorius įvertintas kaip gebantis išlaikyti papildomą sūriųjį ir šalinį nuostolį, kurį šis spektras sukelia apvijose. K-13 skirtas mišriam biurų ir duomenų apkrovos naudojimui; K-20 dažniausiai pasirenkamas patalpai, pilnai užpildytai tankiais serverių maitinimo šaltiniais. K reitingas nesumažina įtampų iškraipymo magistralėje. Tai sistemos problema, kurią reglamentuoja IEEE 519 standarto 5 procentų bendro harmoninio iškraipymo planavimo lygis bendrame jungties taške sistemoms iki 69 kV įtampos ir kurią galima išspręsti naudojant daugiapulsio lygintuvus, aktyviuosius filtrus arba didesnį neutralų laidą.

Mūsų techninės specifikacijos numatytoji reikšmė duomenų centro transformatoriui – mažiausiai K-13 apvija, 200 procentų neutralus laidininkas ir harmoninių nuostolių skaičiavimas, atliekamas remiantis išmatuotu spektru, o ne bendru K reitingu. Būtent šis skaičiavimas parodo, ar 2000 kVA galios transformatorius tikrai turi 2000 kVA galios esant šiai apkrovai.

 

 

DOE 2029 linija yra būtent 34,5 kV įtampos

JAVS efektyvumo reglamentas nustato ribą, kurią dauguma universitetų komandų sužino vėluodamos. Skirstomasis transformatorius, kaip apibrėžta 10 CFR 431.192, turi įėjimo įtampą 34,5 kV arba mažesnę, išėjimo įtampą 600 V arba mažesnę, 60 Hz naudojimui skirtą įrenginį ir galios talpą nuo 10 iki 2500 kVA skystajame izoliuotuose vienetais arba nuo 15 iki 2500 kVA sausuojuose vienetais. sautasis transformatorius apibrėžtis ir atitikties terminai paskelbti JAV Energetikos departamente .

Iš to seka du dalykai. 34,5 kV į 480Y/277 V vienetinė transformatorinė pastotė yra skirstomasis transformatorius ir privalo atitikti efektyvumo lentelę, o 34,5 kV į 4,16 kV vienetas yra galios transformatorius ir nepatenka į šią lentelę. Be to, 2024 m. priimtos pakeistos normos taikomos vienetams, pagamintiems nuo 2029 m. balandžio 23 d., todėl universiteto, kuris įsijungs 2029 arba 2030 m., techninės specifikacijos jau numato naująją lentelę, net jei konkursinis dokumentas to nenurodo.

Atitikimas įprastai pasiekiamas naudojant pagrindinį plieną. 2029 m. tuščiosios eigos nuostolių ribų laikymasis dažniausiai reiškia didesnį šerdies dydį, geresnį grūdėtą ar amorfinį medžiagą ir sunkesnį vienetą – tai keičia vežimo svorį, grindų apkrovą bei po juo esančią konstrukcinę plieninę konstrukciją. Šiandien parengta paraiška be nuostolių paketo, remiantis 2029 m. lentelės reikšmėmis, yra tik laukianti datos pakeitimų užsakymas. Paprašykite kiekvieno siūlymo pateikėjo nurodyti abi lentelles, kad skirtumas būtų matomas prieš užsakymo išdavimą, o ne po jo.

 

Ką mes gaminame ir kaip tai patikriname

Ryan Electric gamina transformatorius nuo 2007 m. savo 120 000 m² gamybos įmonėje Haiane, Dziansu provincijoje, kurioje yra daugiau nei 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei 37 patentai sausųjų ir skystuojuose tirpikliuose aušinamų konstrukcijų srityje. Vienetai gaminami pagal UL, CSA, IEEE, IEC ir DEKRA standartus su CNAS akredituotais bandymais, o nuo 2023 m. įmonė veikia kaip Eaton bendroji įmonė.

34,5 kV klasės sautasis transformatorius , bandymai, kurie turi reikšmės šiuo įtampos lygiu, yra neperžengiami. Impulsinės įtampos atlaikymo bandymas 200 kV pagrindinio izoliacijos lygio sąlygomis patvirtina apvijų izoliacijos derinimą. Dalinis išlydis lietinėje dėžėje ribojamas iki 10 pC arba geriau esant 1,5 kartų didesnei nominaliajai įtampai; vienetas, kuris nedėmesingai išlaiko 50 pC, vis tiek išlaikys gamyklinį priėmimo bandymą, tačiau eksploatacijoje gali pradėti kaupti nuosėdas. Temperatūros kilimas patvirtina izoliacijos klasės saugos ribą nurodytomis aplinkos sąlygomis, o santykis, varža ir garso lygis patvirtina, kad transportuojamame viename atitinka tyrimų metu nagrinėtas modelis.

Kai kai kV universiteto teritorijos specifikacija pasiekia mūsų paraiškų priėmimo stalą, pirmieji du klausimai yra: kokia yra naudojamos elektros energijos tiekimo įmonės trumpojo jungimo srovė jungties taške ir koks yra matuoto harmonikų spektro UPS bei serverių apkrovoje. Nė vienas iš šių duomenų paprastai nerodomas tipinėje kVA lentelėje, tačiau abu veikia projektavimą. Toks pokalbis jau ne vieną kartą pakeitė projektą – vietoj vieno didelio transformatoriaus buvo pasirinkta dviejų mažesnių K-klasės transformatorių pora, o kartais buvo sustabdyti projektai, kuriems nebuvo reikalingas K-20 apvijos variantas.

Jei šį ketvirtį užšaldysite vieną eilutę duomenų centro transformatoriui, priskirkite patalpų megavatus, naudojamos elektros energijos tiekimo įmonės trumpojo jungimo laišką ir apkrovos spektrą. vidutinio sprendimo transformatorius ir jungiklių įrangos pasekmės bei nuostolių paketas pagal 2029 m. lentelę. Pradėkite čia: susisiekite su mūsų inžinerijos komanda .

 

Apie autorių: Šis vadovas parašytas Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers) energetikos inžinerijos komandos – transformatorių gamintojo, įsikūrusio Haian mieste, Džiansu provincijoje, Kinijoje, tiekiančio sausosios rūšies sausųjų ir skysčiuose panardinamų bei vienetinių transformatorių duomenų centrų, komunalinių ir pramonės projektams visame pasaulyje.