veri Merkezi Kampüsleri İçin Orta Gerilim Dönüşüm Cihazı Seçimi: 34,5 kV Karşı 13,8 kV

Her biri 60 MW kapasiteli dört salon, sahaya zaten geçen hat nedeniyle 13,8 kV sağlayan bir şebeke ve henüz kısa devre hesabı yapılmadan sipariş edilen bir anahtarlama ekipmanı paketi. Altı ay sonra düzen, elektrik odasına sığmamakta, besleyici sayısı iki katına çıkmakta ve 480 V barasında mevcut kısa devre akımı, iade edilemeyen ekipmanın değerini aşıyor. Bunların hiçbiri transformatör arızası değildi. Kampüs, bakır, anahtarlama ekipmanı ve zemin alanı açısından bu seçimin maliyetini hesaplamadan önce orta gerilim sınıfını belirlemişti.

K veri merkezi transformatörü genellikle tek çizgideki son öğe olarak ele alınır; bu oran, 34,5 kV’u 480Y/277 V’a dönüştürür. Uygulamada birincil gerilim sınıfı, kablo programları, anahtarlama ekipmanı değerleri, ark parlaklığı analizleri ve 2024 yılından beri ABD verimlilik düzenlemelerinin kapsamına kadar uzanan bir sistem kararıdır. Kavram aşamasında doğru seçim yapmak bir haftalık mühendislik çalışması gerektirir. Yanlış seçim ise anahtarlama ekipmanı yeniden siparişi anlamına gelir.

Bunun ardından, iki sınıfı müşterilerle nasıl karşılaştırdığımızı, fiyat teklifi vermeden önce talep ettiğimiz rakamları ve birimin yirmi beş yıl boyunca çalışıp çalışmayacağını ya da üçüncü yılda garanti anlaşmazlığına dönüşüp dönüşmeyeceğini belirleyen üç teknik özellik noktasını açıklıyoruz.

 

 

Neden Bir Veri Merkezi Trafo Özelliği Gerilim Sınıfı ile Başlar

Trafo oranı ilk kuvvet koludur ve tamamen aritmetiktir. Belirli bir MVA değeri için akım, gerilimle ters orantılı olarak düşer. 60 MW’lık bir salon, 13,8 kV’te yaklaşık 2.510 A ve 34,5 kV’te yaklaşık 1.004 A çeker. Bu 2,5’e 1 oran, şebeke bağlantı noktası ile ünite trafo istasyonu arasındaki her besleme hattının akım taşıma kapasitesinde, her besleme hattı için paralel hat sayısında ve bu hatların üzerindeki kablo tepsisinin genişliğinde kendini gösterir.

Aralık akımı diğer yönde hareket eder. Sayacın arkasında 500 MVA’lık bir kaynak olduğunda, 13,8 kV barasında gerçekleşen kısa devre yaklaşık 20,9 kA’dir; aynı kaynak 34,5 kV’te yaklaşık 8,4 kA sağlar. Daha düşük kısa devre akımı, kampüsün orta gerilim anahtarlama donanımında daha düşük kesme kapasitesi kullanmasına olanak tanır; bu durum, anahtarlama donanımı tedarik süresinin transformatör tedarik süresinden daha uzun olduğu bir piyasada önem taşır.

Bu kısım açılış toplantısında genellikle gözden kaçar. 34,5 kV donanımı, 13,8 kV donanımından fiziksel olarak daha küçük değildir — açıklıklar daha uzundur ve standart temel yalıtım seviyesi, 13,8 kV sınıfı için 95 kV iken 200 kV’dir; bu nedenle hücreler daha yüksektir ve daha derindir. Daha yüksek sınıfın sağladığı şey, megavat başına daha düşük akım ve daha düşük kısa devre seviyesidir; bu da kampüs ölçeğinde besleme hatlarının sayısını ve cihazların kapasitelerini azaltır. Bu iki farklı tasarruftur ve yalnızca biri kablo çizelgesinde görünür.

 

34,5 kV ve 13,8 kV Yan Yana

Aşağıdaki karşılaştırma, 60 MW’lık bir salonu ve 500 MVA’lik bir kaynak kapasitesini kullanır. Giriş değerlerinden herhangi birini değiştirdiğinizde sonuç değişebilir; bu nedenle teklif vermeden önce şebeke arıza mektubunu talep ederiz. orta gerilim transformer bir kampüs için.

Salonun akımı, baradaki arıza seviyesi, yalıtım seviyesi, besleyici sayısı ve anahtarlama ekipmanının yeri birlikte değişir. Besleyici sayısını yarıya indiren bir kampüs genellikle tasarrufu transformatörde değil, kabloda ve bağlantı noktalarında sağlar.

Parametre (60 MW’lık salon)	13,8 kV	34,5 kV
Tam salon yükündeki akım	~2.510 A	~1.004 A
Arıza akımı, 500 MVA’lik kaynak	~20,9 kA	~8,4 kA
Standart temel yalıtım seviyesi	95 kV	200 kV
Her salon başına birincil besleme hatları	Daha fazla paralel hat	Daha az hat
Anahtarlama ekipmanı açıklıkları	Daha kısa, daha fazla hücre	Daha uzun, daha az kabin

Hiçbir sütun tek başına kazanmaz. Şebeke yalnızca 13,8 kV sağlayabiliyorsa, bir kampüs yine de içsel olarak 34,5 kV’ye yükseltip bu seviyede dağıtım yapabilir — ancak her dönüşüm bir transformatör ekler, yaklaşık olarak iletimin %1’ini kayıplara uğratır ve bakım için ek bir varlık oluşturur. Bu denge, varsayımdan ziyade modellemeyle değerlendirilmeye değerdir.

 

480 V Barasında Neler Olacağını Empedans Belirler

Yüzde empedansın geçerli olduğu nokta şudur: transformatör empedansı oran olmaktan çıkıp koruma sorunu haline gelir. 5,75 yüzde empedansa sahip, 480Y/277 V ikincil gerilimli 2.000 kVA’lik bir ünite düşünün. Kablo empedansı ve motor katkısı eklenmeden önce ikincil uçlardaki sabit kısa devre akımı yaklaşık 41,8 kA’dır: 2.000.000 ÷ (1,732 × 480 × 0,0575).

Empedansı %6,5 seviyesine çıkarın ve değer yaklaşık 37 kA’ye düşer. Alıcılar bunu bazen güvenlik kazancı olarak yorumlar. Ancak bu otomatik olarak böyle değildir. Olay enerjisi, akım ve kesme süresi birlikte belirlenir; dolayısıyla üst akım koruma cihazının anlık açma eşiğinin altında kalan daha düşük kısa devre akımı, ark süresini uzatarak tehlikeyi artırabilir. Bu nedenle, ark patlaması analizi, tipik bir değer yerine gerçek üniteye karşı yapılmalıdır; çalışma kuralları NFPA 70E , geçerli baskı 2027.

Diğer yarısı transformatör empedansı tolerans konusudur. Garantili empedans genellikle ±%7,5 aralığında tutulur; bu nedenle %5,75 empedanslı iki ünite sipariş edildiğinde, uç değerlerde birbirleriyle neredeyse %15 oranında fark gösterebilir. Bu iki üniteyi paralel bağladığınızda, empedans uyumsuzluğu, her ikisi de anma değerine ulaşmadan çok önce dolaşım akımı oluşturur ve yük dağılımını eşitsiz hâle getirir. Tasarımınız paralel çalışma bağımlılığına dayanıyorsa, yalnızca nominal değeri değil, empedans penceresini de belirtmelisiniz.

 

İki Sargılı, Üç Sargılı veya Birincil Seçmeli

Üç düzenleme, çoğu kampüs tasarımını kapsar. İki sargılı birim trafo, her bina için bir trafo kullanır; bu, korunması en kolay ve değiştirilmesi en basit seçenektir. Üç sargılı birim trafo, birincil besleme alır ve iki ikincil bara besler; bu durum orta gerilim anahtarlama ekipmanlarını ve kabloyu azaltır ancak binaları elektriksel olarak birbirine bağlar — yani bir ikincil barada açma meydana gelirse, koruma sistemi buna özel olarak tasarlanmadıkça her iki bina da kesilir. Birincil-seçmeli düzenleme ise iki şebeke beslemesini bir seçici üzerinden tek bir trafonun girişine getirir: kaynak yedekliliği sağlanır ancak trafo yedekliliği hiç yoktur.

Tier III veya Tier IV topolojisi için karar genellikle sizin için önceden belirlenmiştir. Yedeklilik yalnızca kaynaktan değil, aynı zamanda trafo seviyesinde de sağlanmalıdır. Her biri yaklaşık yarı yükte çalışan iki adet 2.000 kVA’lık ünite, tam yükte çalışan tek bir 2.000 kVA’lık üniteden daha soğuk çalışır; çünkü boşta kayıp çekirdek boyutuyla orantılıdır, yük kaybı ise akımın karesiyle orantılıdır. Farklılık, ikinci çekirdekte oluşur; bakırda değil.

Bütçe kısıtlı olduğunda, dürüst bir uzlaşma, monte edilmiş bir yedek üniteden ziyade depoda bir yedek ünite tutmaktır. 34,5 kV'lik bir ürünün üretim sırasında bir yıl bekleyebileceği bir piyasada bir raf üzerindeki yedek, elektriksel değil; zamanlama kararıdır. kuru tip transformatör bir ürünün üretim kuyruğunda bir yıl boyunca bekleyebileceği bir piyasada bir raf üzerindeki yedek, elektriksel değil; zamanlama kararıdır.

 

Harmonikler, K-Faktörü ve Nötr İletken

Sunucu güç kaynakları gelişmiştir ancak doğrusal hâle gelmemiştir. Aktif güç faktörü düzeltmesine sahip modern bir anahtarlamalı mod güç kaynağı, yüksek tepe faktörüne ve yedinciyi aşan tek harmonik spektrumuna sahip akım çeker. Üçlü harmonikler — üçüncü, dokuzuncu, on beşinci — nötrde birbirini iptal etmek yerine toplanır; bu nedenle nötr, kendisine ait faz iletkeninden daha fazla akım taşıyabilir.

K K-faktörlü trafo sargılarda oluşan ekstra örtük ve dağılma kayıplarına dayanacak şekilde derecelendirilmiştir. K-13, karma ofis ve veri yükünü kapsar; K-20 ise yoğun sunucu güç kaynaklarıyla doldurulmuş bir salon için genellikle tercih edilen seçenektir. Bir K derecelendirmesi, bara üzerindeki gerilim bozulmasını azaltmaz. Bu, bir sistem sorunudur ve 69 kV veya daha düşük seviyedeki sistemler için IEEE 519 standardında ortak bağlantı noktasında %5 toplam harmonik bozulma planlama seviyesiyle yönetilir; bu sorun, çok darbeli doğrultucular, aktif filtreler veya daha büyük bir nötr ile çözülür.

Veri merkezi transformatörleri için belirttiğimiz varsayılan özellik, en az bir K-13 sargısı, %200 nötr ve genel bir K sayısı yerine ölçülen spektruma karşı yapılan harmonik kayıp hesabıdır. Bu hesaplama, 2.000 kVA’lık bir çerçeve boyutunun bu yükle gerçekten 2.000 kVA’lık bir çerçeve olup olmadığını gösterir.

 

 

DOE 2029 Hattı Tam Olarak 34,5 kV’te Yer Alır

ABD verimlilik düzenlemesi, çoğu kampüs ekibinin geç fark ettiği bir sınır çizer. 10 CFR 431.192’de tanımlandığı üzere, bir dağıtım transformatörü, 34,5 kV veya daha düşük giriş gerilimine, 600 V veya daha düşük çıkış gerilimine, 60 Hz frekans değerine sahip olmalı ve sıvı yalıtımlı üniteler için kapasitesi 10 ile 2.500 kVA arasında, gaz yalıtımlı üniteler için ise 15 ile 2.500 kVA arasında olmalıdır. kuru tip transformatör tanım ve uyum tarihleri, ABD Enerji Bakanlığı .

Tarafından yayımlanmıştır. İki sonuç doğar. 34,5 kV’tan 480Y/277 V’a dönüştüren bir ünite alt istasyonu, bir dağıtım transformatörüdür ve verimlilik tablosuna uymak zorundadır; buna karşılık 34,5 kV’tan 4,16 kV’a dönüştüren bir ünite güç transformatörüdür ve bu kapsamın dışındadır. Ayrıca 2024 yılında kabul edilen nihai kurala göre revize edilen standartlar, 23 Nisan 2029 tarihinden itibaren üretilen ünitelere uygulanacaktır; dolayısıyla 2029 veya 2030 yılında enerjilendirme işlemi yapılacak bir kampüs, ihale belgesinde açıkça belirtilmese bile zaten yeni verimlilik tablosuna göre teknik şartname hazırlamaktadır.

Uyumluluk, çoğunlukla temel çelikte sağlanır. Yük altında olmama kayıpları için 2029 yılı sınırlarını karşılamak genellikle daha büyük bir çekirdek, daha iyi tane yönelimli veya amorfin malzeme ve daha ağır bir ünite anlamına gelir; bu da taşıma ağırlığını, zemin yükünü ve altındaki yapısal çeliği değiştirir. Bugün, 2029 yılı tablosuna göre kayıp paketi içermeyen bir teklif, tarih bekleyen bir değişiklik emri gibidir. Her teklif vericiden her iki tabloya göre fiyat teklifi isteyin, böylece satın alma siparişi öncesi fark görünür hâle gelir, değil sonra.

 

Ne Üretiyoruz ve Nasıl Doğruluyoruz

Ryan Electric, kuru tip ve sıvı daldırma tipi tasarım alanlarında 37 adet patentiyle, 120.000 m²’lik bir tesiste, Jiangsu eyaletinin Haian şehrinde 2007 yılından beri transformatör üretmektedir; üretim ve test ekipmanlarından 180’den fazla sete sahiptir. Üniteler, UL, CSA, IEEE, IEC ve DEKRA standartlarına uygun olarak üretilir ve CNAS akredite testlerine tabi tutulur; ayrıca şirket, 2023 yılından beri Eaton ile ortak girişim ortağı olarak faaliyet göstermektedir.

34,5 kV sınıfı için kuru tip transformatör , bu gerilimde önemli olan testler pazarlık konusu değildir. 200 kV temel yalıtım seviyesindeki darbe dayanımı, sargı yalıtım koordinasyonunu kanıtlar. Döküm reçine yalıtımda kısmi deşarj, anma geriliminin 1,5 katında 10 pC veya daha iyi düzeyde tutulur; 50 pC’de kolayca geçen bir ünite, fabrika kabul testini yine de geçebilir ancak işletme sırasında iz bırakabilir. Sıcaklık yükselmesi, belirtilen ortam sıcaklığında yalıtım sınıfı payını doğrular; oran, empedans ve ses düzeyi ise kamyon üzerindeki ünitenin analiz edilen modelle aynı olduğunu teyit eder.

34,5 kV’luk bir kampüs spesifikasyonu uygulama masamıza ulaştığında ilk iki soru, bağlantı noktasındaki şebeke kısa devre akımı ve UPS ile sunucu yükünün ölçülen harmonik spektrumudur. Bunlardan hiçbiri tipik bir kVA tablosunda yer almaz ve her ikisi de tasarımı etkiler. Bu tartışma, tek büyük bir ünitenin yerine iki adet daha küçük K dereceli üniteye geçilmesine neden olmuş; ayrıca gerekmeyen bir K-20 sarım için projelerin ödeme yapmasını engellemiştir.

Bu çeyrek içinde bir veri merkezi transformatörü için tek hat diyagramını sabitliyorsanız, bize salonun megavat değerini, şebeke kısa devre mektubunu ve yük spektrumunu gönderin. Her iki gerilim sınıfı için yan yana karşılaştırma, orta gerilim transformer ve anahtarlama ekipmanları sonuçlarını ve 2029 tablosuna göre kayıp paketini sağlayacağız. Başlamak için buraya tıklayın: mühendislik ekibimize ulaşın .

 

Yazar Hakkında: Bu kılavuz, Çin’in Jiangsu eyaletindeki Haian şehrinde bulunan ve kurutma tipi sıvı soğutmalı ve birim trafo istasyonu transformatörleri sağlayan Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers) adlı transformatör üreticisinin güç mühendisliği ekibi tarafından hazırlanmıştır. veri merkezlerine, kamu hizmeti kuruluşlarına ve endüstriyel projelere dünya çapında.