شرح تصنيف المحولات الديناميكية: كيف تسمح IEC 60076-7 لوحدة بقدرة 2000 كيلو فولت أمبير بحمل 2400 كيلو فولت أمبير

اتصل بنا أحد مشغلي المواقع المشتركة في شمال فيرجينيا في الربيع الماضي بسبب مشكلة لا علاقة لها بجودة المحولات. هُممحول النوع الجاف لمركز البياناتتم تحديد حجم الخدمة عند 2000 كيلو فولت أمبير، ودفع تحديث وحدة معالجة الرسومات الطلب المقاس إلى 1820 كيلو فولت أمبير، واقتصر حجم الإطار التالي على 44 أسبوعًا. لن توافق الأداة المساعدة على ترقية الخدمة قبل الربع الثالث التالي. وكان سؤالهم ضيقًا: هل يمكن لهذه الوحدة أن تحمل أكثر من اللوحة الخاصة بها دون طهي العزل؟

ما الذي يقيسه تصنيف المحولات الديناميكية فعليًا

لوحة الاسم kVA هي رقم واحد مرتبط بمجموعة واحدة من الشروط. بموجب IEC 60076-2، تكون هذه الظروف بحد أقصى 40 درجة، ومتوسط ​​يومي 30 درجة ومتوسط ​​سنوي 20 درجة، مع ارتفاع متوسط ​​للملفات 65 كلفن وارتفاع النقطة الساخنة 80 كلفن لوحدة زيت ONAN. قم بشراء هذا المحول لموقع يبلغ فيه المتوسط ​​السنوي 21 درجة وتستمر الذروة اليومية لمدة أربع ساعات، وقد توقفت اللوحة بالفعل عن وصف ما يمكن أن تفعله الوحدة.

تصنيف المحولات الديناميكيةيستبدل هذا الرقم الفردي بحساب حراري. يأخذ النموذج قياس البيئة المحيطة، وتيار الحمل، ودرجة حرارة الزيت العلوي، وتدرج النقطة الساخنة المتعرجة، وثوابت الوقت الحراري للوحدة المحددة، ثم يحلل درجة حرارة النقطة الساخنة ساعة بساعة. IEC 60076-7 هودليل تحميل المحولاتبالنسبة للوحدات المغمورة بالزيت، تغطي المواصفة IEC 60076-12 التحميل من النوع الجاف، ومكافئات IEEE هي C57.91 وC57.96. ويتم نشر هذه الوثائق من خلاللجنة محولات IEEE PES، والتي تحافظ على مجموعات العمل وراء كلا الدليلين.

هذا هو الجزء الذي يفتقده معظم المشترين: DTR ليس قسيمة إذن للتحميل الزائد. إنها طريقة لإثبات المدة التي يمكن فيها النجاة من الحمل الزائد حراريًا، وتنتج رقمًا أقل بقدر ما تنتج رقمًا أعلى. وفي موقع تبلغ درجة حرارته 40 درجة في الخليج، فإن نفس النموذج الذي يمنح سعة إضافية بنسبة 18% في فيرجينيا سيأخذ 8% من السعة الإضافية.

الأرقام الثلاثة التي تحدد التقييم

يتم تقليل كل حساب DTR إلى ثلاثة أرقام، ويجب أن يطلب المحدد جميع الأرقام الثلاثة كتابيًا قبل قبول أي مطالبة بالسعة.

درجة حرارة النقطة الساخنة.بالنسبة للورق الذي تمت ترقيته حراريًا، تتعامل المواصفة IEC 60076-7 مع 98 درجة باعتبارها النقطة الساخنة التي توفر عمر عزل طبيعي، مع 140 درجة كسقف للطوارئ يتم قياسه بالساعات، وليس بالأسابيع. تكون النقطة الساخنة دائمًا أكثر سخونة من الزيت العلوي من خلال تدرج اللف، وهذا هو السبب في أن درجة حرارة الزيت وحدها لا تثبت أبدًا أن الوحدة آمنة.

معدل الشيخوخة.يتضاعف عمر العزل لكل 6 كيلو فوق النقطة الساخنة المرجعية. تعتبر هذه القاعدة وحشية من الناحية العملية: فالوحدة التي تعمل بقوة 18 كلفن ساخنة تنتج ثلاثة أضعاف عمر الوحدة المرجعية، وبالتالي فإن عمر التصميم الذي يبلغ 30 عامًا يصبح 10 سنوات من الهامش الحقيقي.دليل تحميل المحولاتالجداول موجودة بدقة بحيث يتم حساب هذه التجارة بدلا من اكتشافها أثناء اختبار الغاز المذاب.

ثابت الزمن الحرارييستغرق النفط من 2.5 إلى 4 ساعات للوصول إلى حالة مستقرة على وحدة بحجم التوزيع؛ يستجيب اللف نفسه خلال 5 إلى 15 دقيقة. هذه الفجوة هي السبب في أن رحلة 150% التي تستمر لمدة 20 دقيقة عادة ما تكون قابلة للنجاة بينما لا يمكن النجاة من 125% لمدة ست ساعات. أي بائع يقتبس نسبة تحميل زائد واحدة بدون مدة لا يقتبس أي شيء.

الأرقام المذكورة أعلاه تشير إلى وحدة ONAN بقدرة 2000 كيلو فولت أمبير عند درجة حرارة محيطة تبلغ 22 درجة تقريبًا، تم إنشاؤها من النموذج الأسي القياسي. يجب أن تأتي الأرقام الحقيقية من بيانات التشغيل الحراري للوحدة الفعلية في المصنع، وليس من جدول عام.

لماذا تعتبر مراكز البيانات الموطن الطبيعي لتقييم المحولات الديناميكية

لا تقوم مجموعات تدريب الذكاء الاصطناعي بتحميل المحولات بنفس الطريقة التي يقوم بها مبنى المكاتب. يمكن أن يتحرك الطلب من 35% إلى 95% خلال نافذة دفعة واحدة، ويظل ثابتًا هناك لساعات، ثم ينخفض ​​عندما ينقل المجدول المهمة. إن تصنيف لوحة الاسم المصمم حول حمولة صناعية ثابتة يهدر معظم تلك المساحة الحرارية، ومحول النوع الجاف لمركز البياناتاستجاب السوق من خلال التبريد المرحلي: وحدة من الراتنج المصبوب بقدرة تتراوح من 2500 كيلو فولت أمبير إلى 3125 كيلو فولت أمبير مع تشغيل المراوح، وهو ما يمثل زيادة بنسبة 25% يمكن للعميل التحكم فيها.

كما أن التصميمات من النوع الجاف تجعل القياس أسهل. توفر مستشعرات PT100 المدمجة في الملف ذو الجهد المنخفض مدخلاً مباشرًا للنقطة الساخنة بدلاً من المدخلات المحسوبة، ولا يوجد برنامج لأخذ عينات الزيت يمكن الجدال حوله. في مصنعنا، نقوم بتضمين ثلاثة عناصر PT100 لكل مرحلة بالإضافة إلى عنصر احتياطي واحد، وبالنسبة لوحدات الراتنج المصبوب، فإننا نقدم مسبارًا من الألياف الضوئية مصبوبًا مباشرة على سطح اللف.

لا يزال يتعين على التوافقيات أن تدخل النموذج. يثير التيار غير الجيبي خسائر دوامية متعرجة، والنموذج الحراري المبني على خسائر جيبية 50 هرتز سوف يقلل من توقع النقطة الساخنة على حافلة تغذيها UPS مع THD مرتفع. ولهذا السبب ينتمي عامل K أو عامل الخسارة التوافقي إلى بيانات الإدخال، وليس في الحاشية السفلية.

ما لا يستطيع DTR فعله

يتم تجاهل أربعة حدود في محادثات المبيعات، وكل واحدة منها تكلف شخصًا ما مشروعًا. لا أحد منهم هو سبب لتخطي أتصنيف المحولات الديناميكيةيذاكر. إنها الحدود التي يجب على الدراسة احترامها.

يتم تثبيت مقاومة الدائرة القصيرة عن طريق الممانعة وتدعيم الملفات، وليس عن طريق الإرتفاع الحراري. الوحدة المعتمدة للحمل المستمر بنسبة 130% لها نفس واجب الخطأ كما كان من قبل. تعد إعدادات الحماية قيدًا ثانيًا: يتم ضبط الصمامات والمرحلات وسعة الكابلات جميعًا على تيار لوحة الاسم، لذا فإن برنامج DTR الذي لم يخبر أحد مهندس الحماية عنه سوف يتعطل بسبب حمل زائد زائف قبل أن يحصل على السعة الإضافية.

الامتثال للكفاءة هو الثلث. يجب أن تستوفي الوحدات التي يتم شحنها إلى الولايات المتحدة معايير الحفظ في الولايات المتحدة10 CFR 431 الجزء الفرعي ك، تم اختباره عند حمل 50%، وصفحة برنامج محولات التوزيع DOEتؤكد أن المعايير المعدلة تنطبق على الوحدات المصنعة في 23 أبريل 2029 أو بعده. لا يغير التصنيف الديناميكي الكفاءة المعتمدة على لوحة الاسم، ولا يحول التصميم غير المتوافق إلى تصميم متوافق.

والرابع هو الفيزياء. لا يتحسن انخفاض الجهد، وبدء تشغيل المحرك، وتنظيم الجهد، لأن الملف يمكن أن يأخذ المزيد من الحرارة. في أحد الاستفسارات في تكساس العام الماضي، طلب منا أحد مهندسي المصانع التصديق على 200% لمدة أربع ساعات على وحدة من الراتنج المصبوب بقدرة 1500 كيلو فولت أمبير. عاد النموذج بنقطة ساخنة تبلغ 148 درجة ومعدل تقادم يصل إلى 300x. اقترحنا 125% بالإضافة إلى مرحلة المروحة بدلاً من ذلك، الأمر الذي كلف جزءًا صغيرًا من ترقية المفاتيح الكهربائية التي كان يحاول تجنبها.

كيفية تحديد الأجهزة التي تدعم التصنيف الديناميكي

A تصنيف المحولات الديناميكيةويعيش البرنامج أو يموت بناءً على جودة البيانات، ويجب تصميم معظم هذه البيانات في المصنع.

• أجهزة استشعار متعرجة: ثلاثة عناصر PT100 لكل مرحلة في الملف LV، وواحد احتياطي، بالإضافة إلى مسبار النقطة الساخنة من الألياف الضوئية على وحدات الراتنج المصبوب.
• اختبار التشغيل الحراري للمصنعوفقًا للمواصفة IEC 60076-2 في خطوات تحميل متعددة، لذلك يتم قياس ارتفاع الزيت العلوي وتدرج النقطة الساخنة وثوابتي الوقت بدلاً من افتراضهما.
• التحكم في مرحلة التبريديتم توصيله بمرحل رقمي مزود بمخرج Modbus أو IEC 61850، لذلك يتم تسجيل انتقال AN/AF ويكون مرئيًا لنظام إدارة المباني.
• لوحة اسم مزدوجة: تم وضع علامة على كل من تصنيفات AN وAF، مع قائمة UL 1561 أو UL 1562 وعلامة cULus صالحة في كل تصنيف.
• حزمة البيانات الحراريةتم تسليمه مع تقرير الاختبار: أس الزيت، وأس اللف، وثوابت الزمن، وملف النموذج المستخدم لإنتاج جدول التصنيف.

هذا هو الجزء من العمل الذي يكون فيه مشروعنا المشترك لعام 2023 مع إيتون أقل أهمية من منطقة الاختبار. إن المصنع الذي تبلغ مساحته 120.000 مترًا مربعًا والذي يحتوي على أكثر من 180 مجموعة من المعدات و37 براءة اختراع هو ما يتيح لنا إجراء عملية تشغيل حراري على وحدة مخصصة وتسليم الثوابت الحرارية المُقاسة بدلاً من تقديرات الكتالوج. يتم التعامل مع الشهادة بموجب برامج UL وCSA من خلال اختبار شهود DEKRA، لذا فإن التصنيف المزدوج الذي نضع علامة عليه هو التصنيف الذي تم التحقق منه بالفعل.

مثال عملي: 2000 كيلو فولت أمبير في شمال فيرجينيا

العودة إلى مشغل الموقع المشترك. المدخلات: 2000 كيلو فولت أمبير أونان، ارتفاع 65 كلفن، تم قياس متوسط ​​درجة الحرارة المحيطة بالصيف 22 درجة مع ذروة 30 درجة لمدة أربع ساعات، عامل الحمولة 1.10 لمدة 16 ساعة و0.55 طوال الليل، وقت الزيت العلوي ثابت 3.1 ساعة من التشغيل الحراري.

أعاد النموذج نقطة ساخنة تبلغ 101 درجة عند 110% ومعدل تقادم يبلغ 1.4x، وهو داخل عمر التصميم البالغ 20 عامًا بمجرد تضمين فترة التبريد الليلية. عند 120% لمدة ست ساعات، وصلت النقطة الساخنة إلى 108 درجة وبلغ التقادم 3.2x، ولا يزال مقبولاً لجسر مدته خمس سنوات ولكن ليس لعمر الأصول. أطلقنا 118% مستمرًا مع نافذة مدتها أربع ساعات بنسبة 120%، وأضفنا مرحلة ثانية للمروحة، وكتبنا ملف تعريف الحمل في منطق التتابع بحيث تتخلص الوحدة من حمل التبريد غير الحرج إذا تجاوزت درجة الحرارة المحيطة 34 درجة.

هذه هي النسخة الصادقة منتصنيف المحولات الديناميكية: ما يقرب من 350 كيلو فولت أمبير من السعة القابلة للاستخدام التي تم استردادها في وحدة تم تركيبها بالفعل، ومحدودة بحد النقطة الساخنة وموثقة بشكل جيد بما يكفي للبقاء على قيد الحياة بعد مراجعة التأمين. إنها ليست سعة مجانية، وليست طريقة لتخطي قائمة الانتظار البالغة 44 أسبوعًا لحجم الإطار التالي.

إذا كنت تحمل رقم نمو الحمل الذي لم يعد يناسب لوحة الاسم، فأرسل إلينا ملف تعريف التحميل والسجل المحيط وتقرير الاختبار الحالي. سيقوم فريق التطبيق لدينا بتشغيلتصنيف المحولات الديناميكيةقم بالحساب مقابل بيانات الوحدة الفعلية الخاصة بك وأخبرك بما يمكن أن يستغرقه الملف، بما في ذلك عندما تكون الإجابة لا شيء.

عن المؤلف

تمت كتابة هذه المقالة بواسطة فريق هندسة التطبيقات التابع لشركة Ryan Electric، والذي يدعم مواصفات المحولات واختبار المصنع والتشغيل لمراكز البيانات والمرافق والمشاريع الصناعية في جميع أنحاء أمريكا الشمالية والشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا. قامت شركة Ryan Electric بتصنيع المحولات منذ عام 2007 في منشأة تبلغ مساحتها 120 ألف متر مربع تضم أكثر من 180 مجموعة من معدات الإنتاج والاختبار، كما حصلت على 37 براءة اختراع، وهي شريك في مشروع مشترك لشركة Eaton منذ عام 2023. ويتم بناء الوحدات وإدراجها ضمن برامج UL وCSA وIEEE وIEC وDEKRA. بالنسبة للحسابات الحرارية الخاصة بالمشروع، اتصل بالفريق من خلال ryantransformers.com.