Harmonisko izkropļojumu datu centru enerģijas sistēmās: Kāpēc ir svarīgi K-faktora transformatori

Harmonisko izkropļojumu datu centru enerģijas sistēmās: Kāpēc ir svarīgi K-faktora transformatori

Kad pagājušajā gadā Ziemeļviržīnijā esošs datu centrs pievienoja rindu GPU serveru rāmjiem, elektroprojektētāja pirmais uzmanības objekts nebija jaudas ietilpība — tas bija harmoniskie izkropļojumi. Ne lineārie slodzes tagad dominē tipiskajā IT slodzes profilā, un k-faktora transformators ir tas, kas liek sadalīšanas sistēmai nesasilt pirms pat rāmjiem sasniedz pilnu slodzi. Šeit ir inženierzinātniskais pamatojums šim lēmumam.

No kurienes datu centrā rodas harmoniskie izkropļojumi

Katrs impulsu barošanas avots, UPS ieejas, maināmās strāvas pārveidotājs (VFD) un GPU serveris patērē strāvu īsos impulss, nevis gludā sinusoidālā viļņā. Šie impulsi sastāv no pamatfrekvences un tās veselu skaitļu reizinājumiem — trešajiem, piektajiem, septītajiem un augstākajiem harmoniskajiem komponentiem. Jo augstāka ir harmonisko komponentu saturis, jo vairāk strāvas vilnis ir izkropļots, un izkropļojumu mēra kā kopējo harmonisko izkropļojumu (THD).

Trīskāršie harmoniskie komponenti — trešais, devītais, piecpadsmitais — ir datu centru īpaša problēma. Zvaigznē savienotā sistēmā tie neizlīdzinās neitrālajā vadā; tie summējas. Bieži vien neitrālā vada strāva ir lielāka par fāžu strāvu smagi slodzītā 208Y/120 V paneļa neitrālajā vadā, kas tieši rada pārkarsēšanos standarta transformatoriem un neitrālajām barošanas plāksnēm. Pieļaujamās robežvērtības projektēšanas atsauce ir IEEE 519 , kas nosaka THD mērķvērtības kopīgā pieslēguma punktā.

Kāpēc standarta transformatori pārkarsst harmonisko slodžu ietekmē

Harmonikas ietekmē transformatorus divos veidos. Pirmkārt, vērpu strāvas zudumi tinumos un konstruktīvajās daļās palielinās aptuveni proporcionāli frekvences kvadrātam — piektā harmonika 300 Hz frekvencē rada aptuveni 25 reizes lielākus vērpu strāvas zudumus nekā tā pati strāva 60 Hz frekvencē. Otrkārt, harmonisko strāvu komponentes rada papildu sasilšanu serdes un korpusa daļās. Kopējais efekts ir tāds, ka standarta transformators, kas darbojas 100 % nominālā slodzē, var darboties ievērojami virs savas drošās termiskās robežas, neizraisot nekādu aizsardzības aktivizāciju.

Šeit ienāk K-faktors. K ir vērtība, kas norāda, cik lielu harmonisko strāvu transformators var izturēt, nepārsniedzot savu temperatūras pieauguma robežu. K-1 nozīmē tikai sinusoidālas strāvas ekspluatāciju; K-13 un K-20 ir visbiežāk izvēlētās vērtības datu centriem un rūpnieciskajām piedziņām. Šo vērtību pamatā esošā slodzes samazināšanas metode ir definēta ANSI C57.110 standartā, un tā precīzi norāda projektētājam, cik lielu slodzi konkrēts transformatora dizains var izturēt pie noteiktas harmonisko komponentu spektra sadalījuma.

Šeit ir daļa, ko lielākā daļa pircēju izlaiž: K-reitings konstrukcija nav tikai biezāks vadītājs. Tā nozīmē zemākas vērpuļstrāvas zudumu tinumos, lielāku vai atsevišķu neitrālo tinumu un bieži vien zemāku projektēto temperatūras pieaugumu — parasti 150 °C vai labāks — tāpēc ierīce darbojas auksta pat tad, ja slodze ir nestabila.

K-reitings pret Delta-Zvaigzne: divi veidi, kā apstrādāt harmonikas

Faktors	K-reitings transformators	Delta-Zvaigzne savienojums
Trīskāršās (3./9.) harmonikas	Paredzēts, lai izturētu tās	Bloķēts no primārās puses
Neitrālais vadītājs	Izmērots harmonikas strāvai	Standarta izmēri
Cenas piemaksas	Vidējs (5–15%)	Mazs
Labākā izvēle	IT, UPS, VFD slodzes	Jauktas slodzes, barošanas līnijas izolācija
UL sertifikācijai	UL 1561 ar K reitingu	UL 1561 standarta konstrukcija

Abas pieejas risina dažādas problēmas. Delta-zvaigzne transformators aptur trešās kārtas harmonikas no atgriešanās augšupvirzienā pie barošanas avota; K reitinga vienība iztur jau esošās slodzēs esošās harmonikas. Seriozai datu centra būvei projektētāji bieži izmanto abus risinājumus — delta-zvaigzni pie barošanas ieejas un K reitinga vienības pie rindām ar aprīkojumu. Neviens no tiem neaizstāj otru.

Kā norādīt K reitinga transformatoru savai nākamajai būvei

Sāciet, novērtējot K līmeni no slodzes, nevis otrādi. Vispārējām biroju un jauktām komerciālām slodzēm piemērots K-4; datu centriem, medicīniskajai attēlošanai un lielai UPS saturai — K-13; rūpnieciskām slodzēm ar daudz VFD vai augstas blīvuma GPU rindām var būt pamatots K-20. Ja slodzes profils nav zināms, pirms galīgas izvēles izmēriet strāvas spektru salīdzināmā esošā objektā.

Tad sakārtojiet kVA ar rezervi. K-13 reitinga datcentru sausā tipa transformatoriem slodzes parasti norāda 80–85 % no nominālvērtības, lai atstātu siltuma rezervi harmonisko komponentu slodzei. Apstipriniet, ka UL sertificēti transformatoru piegādātāji var dokumentēt K reitingu saskaņā ar UL 1561 standartu un var parādīt testa ziņojumu tieši šim dizainam — K reitingu, kas norādīts datu lapā, nav tas pats, kas pierādīts testu telpā.

Ko mēs pārbaudām pirms K reitingotā vienības nosūtīšanas

Mūsu rūpnīcā K reitingotai vienībai tiek veikta tā pati pārbaudes secība kā standarta vienībai — tinumu attiecība, tukšgaitas un slodzes zudumi, dielektriskā izolācijas izturība — plus divas lietas, kas ir specifiskas harmoniskajām svārstībām. Temperatūras pieauguma tests tiek veikts pie K reitingotā strāvas profila, un neitrālā tinuma pārbaude tiek veikta pie tās vērtētās harmoniskās strāvas, nevis tikai pie nominālvērtības. Izmērītie rādītāji tiek iekļauti testa ziņojumā, kas tiek nosūtīts kopā ar vienību.

Viens piemērs mums paliek prātā: viens Dienvidaustrumāzijas kolokācijas operators noteica K-13 vienības 2,4 MW lielai būvei. Mēs piegādājām 112,5 kVA vienības ar pārlieku lieliem neitrālajiem kontaktiem, veicām harmonisko komponentu profila temperatūras paaugstinājuma testu, un ievadīšanas inženieris apstiprināja, ka tinumu temperatūras atbilst ziņojumā norādītajām vērtībām ar dažu grādu precizitāti. Tas ir tas, kāds k-faktora transformators pircējam jājūtas — bez nevienas pārsteiguma slodzes ieslēgšanas brīdī.

Plānojat datu centra vai augstas blīvuma IT infrastruktūras būvi? Nosūtiet mums savu slodzes profilu un harmonisko komponentu novērtējumu, un mēs apstiprināsim K līmeni, noteiksim kVA lielumu un nosūtīsim UL sertificētu tehnisko piedāvājumu. Iegūstiet bezmaksas tehnisko piedāvājumu caur mūsu kontaktu lapu.