Transformatoriai tropinėms klimato sąlygoms: nurodymai dėl didelės drėgmės, 35 °C aplinkos temperatūros ir kondensacijos

Prieš dvi savaites EPC pirkėjas iš Džohoro mums išsiuntė specifikaciją 2000 kVA lietinio izoliacinio transformatoriaus naujam duomenų centrų kompleksui. Popieriuje ji atrodė kaip kiekvienas kitas mūsų pašto dėžutėje esantis užklausa. Projektinė aplinkos temperatūra buvo nurodyta kaip 40 °C – beveik žodis žodinai nukopijuota iš Teksaso šablono. Šablone nebuvo nurodyta ta klimato dalis, kuri čia iš tikrųjų sukelia gedimus: 32 °C paros vidurkis, santykinė drėgmė virš 90 % ir rasos taškas, kuris daugumą metų naktų viršija neaptrauktų metalinių paviršių temperatūrą. Nurodant transformatorius tropinėms klimato sąlygoms tai nėra temperatūros pratimas. Tai drėgmės pratimas su pridedama šilumos sąlyga.

 

Kodėl Transformatorius tropinėms klimato sąlygoms Tai ne dykumų vienetas su mažesniu šilumos kiekiu

Dykumų eksploatacija lengvai apibūdinama: aukščiausia aplinkos temperatūra, dulkių kiekis, UV spinduliavimas ir didelis temperatūros svyravimas tarp karštos dienos ir vėsios nakties. Tropinės eksploatacijos sąlygos atrodo minkštesnės techninėje dokumentacijoje, tačiau yra žymiai sunkesnės izoliacijai.

Pusryčių Azijoje esančioje vietoje temperatūra gali pasiekti tik 34 °C, kur kas žemesnę nei įprasta Pietų Arabijos įlankos vietoje – 50 °C. Tačiau kasdienė vidutinė temperatūra kelis mėnesius iš eilės laikoma 30–32 °C ribose, o naktį ji sumažėja tik 3–5 K. Įrenginys niekada negauna ilgo vėsaus atsigavimo laikotarpio, kuris leistų apvijoms atšalti ir sulėtintų izoliacijos senėjimą. Šiluminis tarnavimo laikas priklauso nuo vidutinės temperatūros ir apvijų karščiausios vietos, o ne nuo aukščiausios temperatūros reikšmės, nurodytos vietos ataskaitoje.

Paklausa pusė paaiškina, kodėl tai šiuo metu yra svarbu. Džohoro duomenų centrų galia per dvylika mėnesių beveik padvigubėjo ir 2025 m. antrojo ketvirčio pabaigoje pasiekė 5,8 GW, o laisvų vietų liko tik 1,1 %, tuo tarpu Azijoje ir Ramiajame vandenyne pirmąją to paties metų pusę buvo paskelbta beveik 13 GW naujų projektų, kas sudaro 160 % augimo lyginant su praėjusiais metais. Žr. Knight Frank tyrimo rezultatus, kuriuos pranešė Xinhua . Kiekvienam iš tų kampus reikia transformatorių, kurie veiktų tokiomis klimatinėmis sąlygomis, o ne pagal standartinį šabloną.

Tik čia standartų sistema įrodymo savo naudingumą. IEC 60076-2:2011 nustato skystybe aušinamų transformatorių temperatūros kilimo ribas ir šiluminio bandymo metodus, kuriais jos patvirtinamos; 2011 m. leidime į reikalavimus buvo įtraukta apvijų karščiausios vietos temperatūros kilimo riba – būtent šis skaičius nulemia, kiek greitai popierinis izoliacinis sluoksnis praranda mechaninę stiprybę. Visas standarto taikymo sritis pateikta IEC internetinėje parduotuvėje, IEC 60076-2 puslapyje . Antroji tropinės eksploatacijos sąlyga – drėgmė – visiškai neturi jokių temperatūros kilimo nuostatų.

 

Dizaino aplinka: ką iš tikrųjų reiškia 35 °C

Kiekvienas tropinis specifikacijos dokumentas turėtų nurodyti du skaičius: maksimalią aplinkos temperatūrą ir mėnesio vidurkį. Dauguma užklausų, kurias gauname, nurodo tik pirmąjį skaičių. Įrenginys, kurio maksimali aplinkos temperatūra yra 35 °C, bet kurioje nenurodytas vidurkis, yra nepilna užsakymo forma, nes šiluminio veikimo skaičiavimui būtina remtis būtent vidurkiu.

Čia taip pat pasirodo, kad sausosios tipo standartas tapo naudingesnis, nei daugelis pirkėjų supranta. IEC 60076-11:2018 taikomas sausosios tipo elektros energijos transformatoriams, kurių įrenginių aukščiausia įtampa yra ne daugiau kaip 72,5 kV ir kurių bent viena apvija yra virš 1,1 kV; antrojo leidimo metu buvo įvestos naujos klimatinės klasės ir pirmą kartą aiškiai nustatyta ryšys tarp įrengimo vietos ir aplinkos klasės, kuriai turi būti suprojektuotas transformatorius. Šio dokumento taikymo sritis ir pakeitimai santraukoje pateikti IEC internetinėje parduotuvėje, IEC 60076-11 puslapyje paprastais žodžiais tariant: dabartinis standartas reikalauja nurodyti, kur vienetas bus naudojamas, o ne leidžia specifikacijai tiesiog nukopijuoti skaičių iš kito žemyno.

Štai palyginimas, kurį naudojame vidinėms analizėms, kai pirkėjas dar neturi vietos tyrimo duomenų. Tai tik orientaciniai projektavimo diapazonai, o ne išmatuoti vietos duomenys, tačiau jie parodo, kodėl tropinės sąlygos negali būti kainuojamos remiantis švelnių klimatų šablonu.

Projektavimo įvestis	Švelnus (Centrinė Europa)	Nykstančiosios dykumos (Gulfas)	Tropinis (Rytų Pietryčių Azija)
Maksimali aplinkos temperatūra	35 °C	48–50 °C	34–36 °C
Mėnesio vidutinė aplinkos temperatūra	20–25 °C	30–35 °C	30–32 °C
Naktinis temperatūros kritimas	10–15 K	12–18 K	3–5 K
Santykinė drėgmė	60–75 %	20–40 %	80–95 %
Pagrindinis įtampa	Krovinės ciklinės apkrovos	Šiluminė ir dulkių veika	Kondensacija ir šiluminė veika
Tipiškas gedimo būdas	Apvijų senėjimas	Izoliacija ir aušinimas	Drėgmė, korozija, dalinė išlydis

Kai pateikiame pasiūlymą vienetui Johore, Ho Chi Minh City arba Džakartoje, šiluminio bandymo skaičiavimas atliekamas remiantis vietovės mėnesio vidurkiu, o korpuso bei šildytuvo rinkinys įkainojamas kartu su juo. Pirkėjai, kurie praleidžia šį žingsnį, dažniausiai supranta skirtumą pirmąją monsūnų sezoną, o ne gamykloje.

 

Kondensacija: gedimo būdas, kuris niekada nepasirodo techninėse sąlygose

Perskaitę tropinio gedimo ataskaitą pastebėsite, kad sekos beveik visada vienodos. Dieną į korpusą patenka šiltas, drėgnas oras. Tamsėjant plieno ir apvijų paviršiai atšyla greičiau nei aplink juos esantis oras, todėl ore esanti drėgmė kondensuojasi ant šaltiausio galimo paviršiaus. Vanduo kaupiasi terminalų dėžutėse, teka palei izoliacijos nuotėkio kelius, o alyvoje panardintose įrenginyse su išnaudotu kvėpavimo vožtuvu jis galiausiai pasiekia alyvą.

Elektriniai požymiai pasireiškia savaitėmis vėliau. Izoliacijos varža mažėja, atsiranda dalinės išlytos veikla ir apvijų temperatūra kyla be akivaizdžios apkrovos priežasties.

 

 

Kiekvienas tropinis vienetas, kuris palieka mūsų gamyklą, kaip standartinė įranga gauna kondensacijos rinkinį. Kiekvienas vienetas tiekiamas su erdvės šildytuvais ir termostatu, prijungtu prie atskiro pagalbinio maitinimo šaltinio, todėl korpusas visada palaikomas keliais laipsniais aukščiau aplinkos temperatūros, kai transformatorius yra išjungtas – būtent tai vyksta duomenų centro rezervinėje maitinimo linijoje arba sezoninės apkrovos skirstomajame įrenginyje, kai kitaip būtų padaryta žala. Terminalų dėžutės yra tarpinėmis užsandarintos ir turi savo prieškondensacinis šildytuvas . Izoliacijos varža registruojama po vienos minutės ir po dešimties minučių rutininio bandymo metu, todėl poliarizacijos indeksas įrašomas dar prieš supakuojant vienetą.

Na nafta panardintuose įrenginiuose svarbiausias sprendimas – naftos išsaugojimo sistema. Hermetiškai užsandarintas bakas visiškai neleidžia naftai susilieti su drėgnu oru; konzervatoriaus tipo konstrukcija su kvarco gelio orlaiviu priklauso nuo to, kad šis orlaivis būtų tinkamai priežiūrimas. Tropinėse vietovėse su nedidelėmis techninės priežiūros komandomis mes nukreipiame pirkėjus į sandarią konstrukciją, nebent naftos kiekis tikrai reikalauja konzervatoriaus.

 

Apvalkalas, apsaugos laipsnis (IP) ir medžiagos drėgname ore

Drėgmė sukuria projektavimo konfliktą, kuris vidutinėje klimato juostoje niekada nepasireiškia. Jūs norite apvalkalo, kuris būtų sandarus prieš drėgną orą, tačiau sandarus sausojo tipo apvalkalas riboja oro srautą, kuris nuveda šilumą nuo apvijų, ir priverčia transformatorių sumažinti galios naudojimą . Todėl prieškondensacinis šildytuvas ir filtruotas ventiliatorius dažniausiai turi būti suprojektuoti kartu, o ne nustatomi atskirai.

Mes šį konfliktą išsprendžiame vienu iš dviejų būdų. Mažesniems įrenginiams parenkamas aukštesnio apsaugos laipsnio (IP) apvalkalas, filtruota ventilacija ir šildymo įranga, priimdami nedidelį transformatorių sumažinti galios naudojimą tolyginio veikimo režimu. Dideliems vienetais įrengiamas orui pralaidus apsauginis gaubtas su vabzdžių tinkleliu, teigiamos nusausinimo kryptys, vidiniai apsauginiai tinklai aplink apvijas ir šildytuvai, parinkti pagal korpuso tūrį, kad būtų išlaikytas oro srautas, tuo pat metu išvengiant stovinčio vandens ir vabzdžių patekimo.

Korozija – kita lėta gedimo priežastis. Karštojo lydymo cinkuoti rėmai, nerūdijantys tvirtinimo elementai ir pasirinkta apsauginė danga, atitinkanti nustatytą korozijos kategoriją, ilgiau užtikrina tarnavimo trukmę musoninėje klimato zonoje nei storesnė dažų danga. Verta žinoti: IEC 60076-11:2018 sąrašai ISO 12944-6 tarp savo normatyvinių nuorodų, todėl korozijos apsaugos kategorija jau yra įtraukta į sausosios tipo transformatorių aptarimą, o ne laikoma papildoma galimybe.

Sausio tipo ir aliejuje panardintų transformatorių pasirinkimas patys keičiasi tropinėse zonose. Lietos dėžės apvijos yra atsparios drėgmei, tuo tarpu atviros popierinės izoliacijos – ne, todėl Pietryčių Azijoje vidiniuose jungiklių skyriuose dominuoja lietos dėžės ir VPI (vakuumo impregnavimo) transformatoriai. Lauke ekonomiškesnis sprendimas virš maždaug 5 MVA vis dar yra aliejuje panardintas transformatorius su sandaria talpa ir tinkamai nurodyta paviršiaus apdaila.

 

Reikalautini bandymų įrodymai ir sertifikatai

Atransformatorius tropinėms klimato sąlygoms neturėtų būti priimami tik remiantis sertifikatu. Reikalaukite dokumentų, kurie tai patvirtina:

• Šiluminio bandymo įrašas su nurodyta aplinkos temperatūros prielaida
• Standartinio bandymo metu gautos izoliacijos varžos ir poliarizacijos indekso reikšmės
• Sausojo tipo transformatorių dalinės išlyginimo matavimai
• Aliejuje panardintų transformatorių aliejaus drėgmės kiekis ppm vienetais prieš pripildant ir po apdorojimo
• Nurodytos paviršiaus apdailos korozijos kategorija

Sertifikavimo metu sausųjų transformatorių Šiaurės Amerikoje sąrašai vertinami pagal UL 1561 arba UL 1562 standartus, o Kanadoje – taikomus CSA reikalavimus. Mūsų paties laboratorija yra sertifikuota pagal CNAS reikalavimus ir turi dvi 35 kV ir 110 kV bandymų patalpas, todėl įprasti bandymai ir šiluminiai veikimo bandymai atliekami ir dokumentuojami vidinėje laboratorijoje; trečiosios šalies stebėtojai gali dalyvauti šiuose bandymuose.

 

Kaip mes gaminame tropinėms sąlygoms pritaikytus transformatorius „Ryan Electric“

„Ryan Electric“ gamina transformatorius nuo 2007 m. iš 120 000 m² gamybos ploto ir šiuo metu eksportuoja į daugiau nei 80 šalių Pietryčių Azijoje, Artimuosiuose Rytuose, Afrikoje ir Amerikoje. Duomenų centrų ir energetikos projektų vykdymas didelės drėgmės sąlygomis nulėmė tropinio paketo sukūrimą kaip standartinę konfigūraciją, o ne kaip specialią: liejamosios droselės arba VPI apvijos, sandarios ir šildomos prijungimo dėžutės, erdvės šildytuvai bei prieškondensacinis šildytuvas grandinė, prijungta prie atskiro papildomo maitinimo šaltinio, vabzdžių tinklu apsaugota ventiliacija su teigiamą nuotekų nutekėjimą užtikrinančia sistema ir paviršiaus danga, parenkama atsižvelgiant į vietovės korozijos kategoriją.

Nuo 2023 m. veikiame kaip Eaton bendradarbiavimo partneriai, kurie заведė į gamybos įmonę skaitmeninę gamybos liniją ir antrąją technologinių procesų kontrolės sistemą. Pirkėjui, gyvenančiam drėgname klimato regione, tai praktiškai reiškia trumpesnį laikotarpį tarp techninės specifikacijos parengimo ir projektavimo peržiūros, nes korpuso, šildytuvo ir paviršiaus apdorojimo sprendimai patvirtinami tos pačios komandos, kuri gaminą apvijas.

Jei jūsų projektas yra bet kurioje vietoje, kur santykinė drėgmė visus metus daugumą laiko viršija 80 %, priskirkite mums vietos aplinkos charakteristikas, o mes atlikime šiluminius ir drėgmės skaičiavimus prieš pateikdami kVA kainą. Praneškite mums vidutinį mėnesinį rodiklį, maksimalų rodiklį bei tai, ar įrenginys bus veikiamas visus metus ar tik sezoniškai. Šie trys atsakymai įtakoja projektą labiau nei kVA reikšmė.

Ar pirkiate transformatorius tropinėms klimato sąlygoms duomenų centro komplekso, naudingumo transformatorinės arba pramoninės įmonės atveju mūsų programinės inžinerijos specialistai pateiks šiluminio veikimo patikrinimą, korpuso ir šildytuvo pasiūlymą bei bandymų įrodymų sąrašą, kuris reikalingas jūsų projektui. Susisiekite su komanda per Ryan Electric kontaktų puslapį pateikdami savo vietos duomenis.

 

Apie autorių. Šį straipsnį parengė Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) programinės inžinerijos komanda, kuri remia EPC rangovus, energijos tiekėjus ir duomenų centrų kūrėjus, renkant transformatorius drėgnoms ir aukštos aplinkos temperatūros sąlygoms Pietryčių Azijoje, Viduriniuose Rytuose ir Afrikoje. Komanda užsiima izoliacinėmis sistemomis, korpusų projektavimu ir gamykliniais bandymais tropinėms ir dykuminėms sąlygoms.