34,5 kV pret 13,8 kV — vidsprieguma transformatora izvēle datu centru kompleksiem

Četri zāles, katrā pa 60 MW, elektroenerģijas piegādātājs, kas piedāvā 13,8 kV, jo šī līnija jau iet gar objekta vietu, un slēdžu aprīkojuma komplekts, kas pasūtīts pirms kāds veicis avārijas strāvas aprēķinus. Sešus mēnešus vēlāk izvietojums vairs neatbilst elektrotelpai, barošanas līniju skaits ir divkāršojies, un pieejamā avārijas strāva 480 V barošanas līnijā pārsniedz aprīkojuma nominālvērtību, ko nevar atgriezt. Neviens no šiem jautājumiem nebija saistīts ar transformatora bojājumu. Kampus izvēlējās vidsprieguma klasi, pirms tika aprēķināts, ko šī izvēle izmaksās vara, slēdžu aprīkojumā un grīdas platībā.

Adatu centra transformators parasti tiek uzskatīts par pēdējo vienīgo līniju elementu — attiecība, kas pārvērš 34,5 kV par 480Y/277 V. Praksē primārā sprieguma klase ir sistēmas lēmums, kas ietekmē kabeļu grafikus, slēdžu aprīkojuma nominālvērtības, loka izlādes pētījumus un, kopš 2024. gada, arī ASV efektivitātes regulējuma darbības jomu. Pareiza izvēle konceptuālajā stadijā prasa vienu nedēļu inženierdarba. Nepareiza izvēle prasa slēdžu aprīkojuma atkārtotu pasūtīšanu.

Tālāk ir aprakstīts, kā mēs klientiem salīdzinām divas klases, kādi skaitļi mums nepieciešami pirms piedāvājuma sagatavošanas un trīs specifikācijas punkti, kas nosaka, vai ierīce darbosies divdesmit piecus gadus vai arī trešajā gadā radīs garantijas problēmu.

 

 

Kāpēc datu centra transformatora specifikācija sākas ar sprieguma klasi

Transformatora attiecība ir pirmais regulēšanas elements, un tā ir vienkārša aritmētika. Dotam MVA strāva samazinās apgriezti proporcionāli spriegumam. 60 MW zāle patērē aptuveni 2510 A pie 13,8 kV un aptuveni 1004 A pie 34,5 kV. Šī 2,5 pret 1 attiecība parādās katras barošanas līnijas strāvas izturībā starp elektroenerģijas piegādes pieslēguma punktu un vienības transformatora staciju, katras barošanas līnijas paralēlo laidnu skaitā un kabeļu caurules platumā virs tām.

Avarijas strāva plūst pretējā virzienā. Ar 500 MVA avotu aiz skaitītāja vietaa 13,8 kV barošanas mezglā notiekoša cietā savienojuma avarija ir aptuveni 20,9 kA; 34,5 kV līmenī tas pats avots nodrošina aptuveni 8,4 kA. Zemāka avarijas strāva ļauj kampusam izmantot zemāku izslēgšanas jaudu vidsprieguma slēdžu aprīkojumā, kas ir svarīgi tirgū, kur slēdžu aprīkojuma piegādes laiks ir garāks nekā transformatoru piegādes laiks.

Šeit ir tā daļa, ko bieži nepamanīs sākuma sapulcē. 34,5 kV aprīkojums fiziski nav mazāks par 13,8 kV aprīkojumu — attālumi ir lielāki, un standarta pamata izolācijas līmenis ir 200 kV pret 95 kV 13,8 kV klasei, tāpēc šūnas ir augstākas un dziļākas. Augstāka klase nodrošina zemāku strāvu uz megavatu un zemāku avarijas līmeni, kas samazina barošanas līniju skaitu un ierīču jaudas parametrus kampusa mērogā. Tas ir divi atsevišķi ietaupījumi, un tikai viens no tiem redzams kabeļu grafikā.

 

34,5 kV un 13,8 kV blakus viens otram

Zemāk redzamajā salīdzinājumā izmantots 60 MW liels telpas objekts un 500 MVA pieejamais avots. Mainot kuru katru no ievadlielumiem, secinājums var mainīties, tāpēc mēs pirms vidējā sprieguma transformatora piedāvājuma izstrādes lūdzam sniegt elektroenerģijas uzņēmuma avārijas raksturojumu. vidējā sprieguma transformators kampus.

Strāva telpas objektam, avārijas līmenis barošanas paneļa līmenī, izolācijas līmenis, barošanas līniju skaits un sakaru aprīkojuma aizņemtā vieta mainās kopā. Kampus, kurš samazina barošanas līniju skaitu par pusi, parasti ietaupa vairāk kabeļos un pievienojumos nekā pašā transformatorā.

Parametrs (60 MW telpas objekts)	13,8 kV	34,5 kV
Strāva pie pilnas telpas objekta slodzes	~2510 A	~1004 A
Avarijas strāva, 500 MVA avots	~20,9 kA	~8,4 kA
Standarta pamatizolācijas līmenis	95 kV	200 kV
Primārie barošanas vadi katrā zālē	Vairāk paralēlu vadu	Mazāk vadu
Iekārtu atstatumi	Īsāki, vairāk kabinetu	Garāki, mazāk kabinetu

Ne viena no kolonnām neatrodas uzvarētāja pozīcijā. Ja elektroenerģijas piegādātājs nodrošina tikai 13,8 kV, kampus joprojām var paaugstināt iekšēji līdz 34,5 kV un izplatīt to šajā līmenī — taču katrs paaugstinājums pievieno transformatoru, aptuveni vienu procentu zudumu caurplūdē un vēl vienu aktīvu, ko nepieciešams uzturēt. Šo kompromisu vērts modelēt, nevis pieņemt kā pašsaprotamu.

 

Pretestība nosaka notiekošo 480 V barā

Procentuālā pretestība ir tā vieta, kur transformatora impedances attiecība pārstāj būt attiecība un sāk būt aizsardzības problēma. Pieņemsim 2000 kVA vienību ar 5,75 % pretestību un 480Y/277 V sekundāro spriegumu. Sekundāro termināļu piespiedu īsslēguma strāva pirms kabeļa pretestības un dzinēju ieguldījuma pievienošanas ir aptuveni 41,8 kA: 2 000 000 dalīts ar (1,732 × 480 × 0,0575).

Paaugstinot pretestību līdz 6,5 procentiem, strāva samazinās aptuveni līdz 37 kA. Iepērātāji reizēm šo interpretē kā drošības uzlabojumu. Tomēr tas nav automātiski tāds. Incidenta enerģija ir atkarīga gan no strāvas, gan no izslēgšanas laika, tāpēc zemāka avārijas strāva, kas paliek zem augšupvietotā ierīces momentānās izslēgšanās sliekšņa, var pagarināt loka ilgumu un palielināt bīstamību. Tāpēc loka uzliesmojuma pētījumu jāveic pret faktisko vienību, nevis pret tipisku vērtību; darba noteikumi ir izklāstīti NFPA 70E , pašreizējā izdevuma 2027. gads.

Otra puse no transformatora impedances vēstures ir pieļaujamā novirze. Garantētā pretestība parasti tiek uzturēta ar precizitāti ±7,5 procenti, tāpēc divas vienības, kas pasūtītas ar 5,75 procentu pretestību, galējos gadījumos var atšķirties viena no otras gandrīz par 15 procentiem. Ja šīs divas vienības tiek savienotas paralēli, to neatbilstība izraisa riņķojošo strāvu un nevienlīdzīgu slodzi jau daudz pirms kāda no tām sasniedz nominālo jaudu. Ja dizains paredz paralēlu darbību, jānorāda pretestības diapazons, nevis tikai nominālā vērtība.

 

Divinu, trīsvinu vai primārā izvēles

Trīs izkārtojumi aptver lielāko daļu kampus projektēšanas. Divvinu vienības transformators ir viens transformators katrā ēkā — vienkāršākais aizsardzībai un vieglākais nomainīšanai. Trīsvinu vienība ņem vienu primāro barošanu un piegādā divas sekundārās barošanas līnijas, kas samazina vidējā sprieguma slēdžu iekārtas un kabeļus, bet elektriski savieno ēkas — vienas sekundārās līnijas izslēgšanās izslēdz abas, ja tikai aizsardzības shēma nav tam paredzēta. Primārā izvēles izkārtojums ievada divas komunālās barošanas līnijas vienā transformatorā, izmantojot izvēles ierīci: avota redundance, bet nekāda transformatora redundance.

Tier III vai Tier IV topoloģijai lēmumu parasti pieņem jau iepriekš. Redundance jānodrošina pie transformatora, ne tikai pie barošanas avota. Divi 2000 kVA transformatori, kuriem katram slodze ir aptuveni puse no nominālvērtības, darbojas vēsāk nekā viens 2000 kVA transformators pilnas slodzes apstākļos, jo tukšgaitas zudumi ir proporcionāli serdes izmēram, bet slodzes zudumi ir proporcionāli strāvas kvadrātam. Papildu izmaksas rodas otrās serdes dēļ, nevis vara dēļ.

Turībā, kad budžets ir ierobežots, godīgs kompromiss ir rezerves vienība noliktavā, nevis uzstādīta rezerves vienība. Tirgū, kur 34,5 kV sauss tipa transformators var gaidīt ražošanas rindā gadu ilgi, rezerves vienība plauktā ir grafika izvēle, nevis elektriska izvēle.

 

Harmonikas, K-faktors un neitrālais vadītājs

Serveru barošanas avoti ir uzlaboti, bet tie nav kļuvuši lineāri. Mūsdienu maiņstrāvas režīma barošanas avots ar aktīvo jaudas koeficienta korekciju pieprasa strāvu ar augstu virsotnes faktoru un nepāra harmoniku spektru, kas aptver vairāk nekā septīto harmoniku. Trīskāršās harmonikas — trešā, devītā, piecpadsmitā — summējas neitrālajā vadītājā, nevis atceļ viena otru, tāpēc neitrālais vadītājs var pārvadīt lielāku strāvu nekā fāzes vadītājs, kam tas pieder.

AK-faktora transformators ir novērtēts, lai izturētu papildu vērpu un izkliedēto zudumu, ko šis spektrs rada tinumos. K-13 attiecas uz jauktu biroju un datu slodzi; K-20 parasti tiek izvēlēts zālei, kas pilna ar blīvi serveru barošanas iekārtām. K klase NEsamazina sprieguma izkropļojumu barošanas līnijā. Tas ir sistēmas problēma, kuru reglamentē IEEE 519 standarta 5 procentu kopējā harmonisko svārstību plānošanas līmenis kopīgajā savienojuma punktā sistēmās ar spriegumu līdz 69 kV vai zem tā, un to risina, izmantojot daudzimpulsu vienvirziena strāvas pārveidotājus, aktīvos filtrus vai lielāku neitrālo vadu.

Mūsu datu centra transformatora standarta specifikācija ir K-13 tinums kā minimālais prasījums, 200 procentu neitrālais vadītājs un harmonisko zudumu aprēķins, kas veikts, pamatojoties uz izmērīto spektru, nevis vispārīgu K skaitli. Šis aprēķins norāda, vai 2000 kVA izmērs patiešām atbilst 2000 kVA jaudai šajā slodzē.

 

 

DOE 2029 līnija atrodas tieši 34,5 kV spriegumā

ASV efektivitātes regulējums iezīmē robežu, kuru lielākā daļa kampus komandu atklāj vēlu. Sadalīšanas transformators, kā definēts 10 CFR 431.192, ir iekārta ar ieejas spriegumu 34,5 kV vai mazāku, izejas spriegumu 600 V vai mazāku, 60 Hz reitingu un jaudu no 10 līdz 2500 kVA šķidruma iemērktām vienībām vai no 15 līdz 2500 kVA sauss tipa transformators vienībām. Definīcija un atbilstības termiņi publicēti ASV Enerģētikas departamentā .

Izriet divas sekas. 34,5 kV līdz 480Y/277 V vienības transformators ir sadalīšanas transformators un tam jāatbilst efektivitātes tabulai, kamēr 34,5 kV līdz 4,16 kV vienība ir spēka transformators un tā ārpus šīs tabulas. Un 2024. gada galīgajā noteikumā pieņemtās grozītās prasības attiecas uz vienībām, kas ražotas 2029. gada 23. aprīlī vai pēc tam, tāpēc kampus, kurš tiek aktivizēts 2029. vai 2030. gadā, jau norāda jaunajā tabulā, neatkarīgi no tā, vai iepirkuma dokumentos tas ir norādīts vai nē.

Atbilstība tiek iegādāta galvenokārt kodola tērauda veidā. 2029. gada bezslodzes zudumu robežvērtību izpilde parasti nozīmē lielāku kodolu, labāku grauda orientētu vai amorfā materiāla izmantošanu un smagāku vienību — kas maina transportēšanas svaru, grīdas slodzi un zemāk esošo konstrukcijas tēraudu. Pieteikums, kas šodien ir sagatavots bez zudumu pakotnes salīdzinājumā ar 2029. gada tabulu, ir pārmaiņu pasūtījums, kas gaida savu datumu. Lūdziet katru piedāvātāju norādīt abas tabulas, lai delta būtu redzama pirms pasūtījuma izdošanas, nevis pēc tam.

 

Ko mēs ražojam un kā to pārbaudām

Ryan Electric ražo transformatorus kopš 2007. gada no 120 000 m² lielas rūpnīcas Haiānā, Dzjansu provincē, kurā ir vairāk nekā 180 ražošanas un testēšanas iekārtu komplekti un 37 patentu reģistrācijas saistībā ar sausajiem un šķidruma iemērktajiem dizainiem. Vienības tiek ražotas atbilstoši UL, CSA, IEEE, IEC un DEKRA prasībām, ar CNAS akreditētu testēšanu, un kopš 2023. gada uzņēmums darbojas kā Eaton kopuzņēmuma partneris.

34,5 kV klasei sauss tipa transformators , testi, kas ir būtiski šajā spriegumā, nav izrunājami. Impulsu izturība pie 200 kV pamata izolācijas līmeņa pierāda tinumu izolācijas koordināciju. Daļējās izlādes uz lietās rezinas tiek ierobežotas līdz 10 pC vai labāk pie 1,5 reižu nominālā sprieguma; vienība, kas viegli iztur 50 pC, joprojām izpildīs rūpnīcas pieņemšanas testu, bet ekspluatācijas laikā tā var veidot vadošus ceļus. Temperatūras pieaugums apstiprina izolācijas klases rezervi norādītajā apkājēs temperatūrā, bet attiecība, pretestība un trokšņa līmenis apstiprina, ka vienība uz kravas automašīnas atbilst izpētītajam modelim.

Kad 34,5 kV kampusa specifikācija nonāk mūsu lietošanas birojā, pirmie divi jautājumi ir par pieejamo avārijas strāvu pieslēguma punktā un par UPS un serveru slodzes izmērīto harmonisko spektru. Neviens no šiem parametriem parasti netiek norādīts tipiskajā kVA tabulā, taču abi ietekmē projektēšanu. Šīs diskusijas rezultātā vairāki projekti ir pārejuši no viena liela transformatora uz diviem mazākiem K-reitingu transformatoriem, kā arī ir novērstas situācijas, kad projekti būtu maksājuši par K-20 tinumu, kas tiem nebija nepieciešams.

Ja šajā ceturksnī jūs apstiprināt vienas līnijas shēmu datu centra transformatoram, nosūtiet mums halles megavatus, elektroenerģijas piegādātāja avārijas strāvas vēstuli un slodzes spektru. vidējā sprieguma transformators un izmaiņas sakaru aprīkojumā, kā arī zudumu paketi salīdzinājumā ar 2029. gada tabulu. Sāciet šeit: sazinieties ar mūsu inženieru komandu .

 

Par autoru: Šo rokasgrāmatu sagatavoja enerģētikas inženieru komanda uzņēmumā Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), transformatoru ražotājs, kas atrodas Haiānā, Dzjansu provincē, Ķīnā, un piegādā sausā tipa sausos, šķidruma iemērktos un vienības apakšstaciju transformatorus datu centriem, komunālajām un rūpnieciskajām projektām visā pasaulē.