În urmă cu două veri, o fabrică de procesare a alimentelor din Midwest ne-a chemat aproximativ 750 kVAtransformator de tip uscatcare continua să-și declanșeze releul de supratemperatura. Managerul fabricii a fost frustrat deoarece ampermetrul panoului arăta 62% din sarcina plăcuței de identificare - unitatea părea pe jumătate inactivă. Când unul dintre inginerii noștri a efectuat un sondaj privind calitatea puterii, imaginea s-a schimbat: unitățile cu frecvență variabilă care alimentau șase extrudere trăgeau curent distorsionat cu aproximativ 34% total.distorsiuni armonice, iar punctul fierbinte întortocheat urca peste 150 de grade în după-amiezele de vară. Transformatorul nu era supradimensionat. A fost sub-evaluat în liniște pentru curentul care curge de fapt prin el.
De ce curenții armonici supraîncălzesc un transformator
O plăcuță de identificare a transformatorului este calculată pe ipoteza unui curent sinusoidal curat de 60 Hz.Sarcini neliniare- VFD, sisteme UPS, drivere LED, încărcătoare EV și capete frontale redresor - consumă curent în impulsuri scurte, mai degrabă decât unde sinusoidale netede. Acea formă de undă distorsionată este un teanc de unde sinusoidale la multipli ai frecvenței fundamentale: ordinul 5 (300 Hz), 7 (420 Hz), 11 și 13 domină de obicei.
Pagubele se manifestă în pierderi prin derulare. Pierderea de sarcină într-un transformator are două părți: pierderea I²R care se scalează cu curentul RMS și pierderea prin curenți turbionari care se scalează cu frecvența. Pierderea turbioare în înfășurări crește aproximativ cu pătratul ordinului armonic - o armonică a cincea la 30% din mărimea fundamentală crește acea componentă a pierderii turbioare cu un factor de (0,30 × 5)² ≈ 2,3. Efectele de piele și de proximitate împing curentul suplimentar în regiuni mici ale conductorilor, motiv pentru care o sarcină distorsionată creează puncte fierbinți locale pe care un ampermetru nu le dezvăluie niciodată. Iată partea pe care majoritatea cumpărătorilor o lipsesc: totaldistorsiuni armonicepoate arăta modest și totuși să gătească o șansă, deoarece comenzile a 5-a și a 7-a se află exact acolo unde penalitatea de pierdere este cea mai mare.
Pentru că distorsiunea se limitează în sine,IEEE 519-2022este referința pe care o folosesc inginerii pentru a judeca cât de mult curent armonic ar trebui să tolereze un sistem electric în punctul de cuplare comună. Stabilește limitele de curent în funcție de ordinea armonică și de raportul de scurtcircuit al sistemului - și este documentul cu care trebuie măsurat studiul armonic înainte de a cumpăra un transformator, nu după.
Ce înseamnă de fapt un factor de evaluare a transformatorului K
A transformator cu factor Knu este o mașină diferită de o unitate standard de tip uscat - este aceeași familie de transformatoare cu înfășurări concepute pentru a elimina căldura turbionă suplimentară creată de curenții armonici. Evaluarea K, recunoscută de UL sub UL 1561 și calculată cu metoda înIEEE C57.110, cântărește fiecare curent armonic din sarcină cu pătratul ordinului său și exprimă rezultatul ca un singur număr: K-1 pentru un design simplu de sarcină liniară, apoi K-4, K-9, K-13, K-20, K-30, K-40 și K-50.
K-13 este ratingul pe care îl indicăm cel mai des în fabricile industriale, deoarece îndrumările furnizorului îl tratează de obicei ca fiind potrivit atunci când cota neliniară a sarcinii se apropie de 75%. K-4 acoperă podele comerciale generale cu iluminat și unități UPS mici. K-20 și mai sus aparțin sarcinii grele ale convertorului - concentrații mari UPS, cuptoare cu arc și sarcini electrochimice de redresor - și ar trebui confirmate cu un calcul bazat pe spectru, mai degrabă decât cu o presupunere. Ca punct de plecare, iată maparea prin care ghidăm cumpărătorii:
| Profil de încărcare tipic | Evaluare K sugerată |
| Birou general: iluminat, PC-uri, UPS-uri mici | K-4 |
| Comercial: lifturi, pompe VFD, camere UPS | K-13 |
| Industriale: MCC-uri grele, extrudere, compresoare | K-13 |
| Centru de date: comutare de înaltă densitate, UPS mare | K-13 la K-20 |
| Grave: cuptoare cu arc, redresoare electrolitice | K-30 la K-50 |
Numărul K nu este o instrucțiune de derating - este o țintă de proiectare pentru înfășurare. Un transformator standard forțat să alimenteze aceeași sarcină fie funcționează mai fierbinte decât permite clasa sa de creștere a temperaturii sau trebuie să fie redus sub plăcuța de identificare, iar reducerea unei unități standard este uneori răspunsul mai ieftin. Ambele căi sunt legitime. Greșeala este să alegeți oricare dintre acestea fără să vă uitați mai întâi la spectrul de încărcare.
IEEE C57.110: Metoda din spatele evaluării
IEEE C57.110-2018 - Practica recomandată pentru stabilirea capacității transformatoarelor de distribuție și de putere de tip uscat și imersat în lichid atunci când furnizează curenți de sarcină nesinusoidali - este calculul din spatele etichetei. Ediția actuală este disponibilă de laMagazin de standarde IEEE. Metoda definește un factor de pierdere armonică, scris de obicei FHL, care compară pierderea turbioară totală în înfășurare sub spectrul dumneavoastră măsurat cu pierderea turbioară la curentul sinusoidal nominal, apoi transformă acel factor într-un curent admisibil: fie kVA maxim pe care o unitate standard îl poate transporta pentru spectrul dumneavoastră, fie proiectul K de care are nevoie o nouă unitate.
Utilizarea metodei necesită o singură bucată de date pe care o deține numai producătorul: pierderea prin curent turbionar a înfășurării exprimată ca procent din pierderea I²R. De aceea, o cotație serioasă pentru un proiect cu armonici grele ar trebui să includă procentul de pierderi turbioare a transformatorului și un FHL calculat pentru sarcina dvs. - nu doar un număr K pe o fișă de date. Când un client ne trimite un studiu armonic cu RFQ-ul său, returnăm calculul în ambele sensuri, ca proiect cu rating K și ca proiect standard deratat, astfel încât comparația este construită pe numere reale.
Un avertisment din domeniu: evaluările K de pe plăcuța de identificare sunt atribuite la un spectru definit, iar plantele reale se deplasează. Dacă adăugați unități mai târziu, rulați din nou sondajul. Am înlocuit unitățile care au fost evaluate corect cu K-9 la punerea în funcțiune și au depășit cinci ani mai târziu, când a intrat în funcțiune a doua linie de producție.
Unde vedem că eșuează pe teren
Înapoi la acea fabrică de procesare a alimentelor. Sondajul a arătat o distorsiune totală a curentului de 34%, dominată de armonicile a 5-a și a 7-a de la unitățile extruderului, iar penalizarea calculată pentru pierderea turbioare a pus capacitatea reală a unității aproape de 70% din plăcuța de identificare - ceea ce se potrivea aproape exact cu declanșările neplăcute. Am înlocuit unitatea standard de 750 kVA cu un K-13transformator de tip uscatde același rating, iar alarmele de temperatură s-au oprit. Sarcina nu se schimbase. Înfășurarea a fost în cele din urmă construită pentru curentul pe care îl transporta de fapt.
Al doilea model este mai silențios. O fabrică de ambalare din Mexic ne-a cerut să cotăm o unitate K-13, apoi a întrebat de ce nu pot cumpăra pur și simplu o unitate standard și o reducere cu 30%. Ei puteau - și pentru datoria lor, derating plus un filtru armonic activ pe cel mai prost alimentator a fost măsurabil mai ieftin. Ideea nu este că transformatoarele clasificate K sunt întotdeauna răspunsul. Ideea este că nimeni nu ar trebui să decidă fără calculul spectrului și al pierderilor, deoarece atât proiectarea K, cât și calea de derating depind de numere, nu de opinii.
Cum să specificați un transformator cu factor K: Lista de verificare a cererii de cerere
Dacă cumpărați o unitate de tip uscat pentru o fabrică sau o clădire cu unități, sisteme UPS sau încărcătoare, activitatea de specificare are loc înainte ca cererea de solicitare să iasă. Cinci articole acoperă cea mai mare parte:
- Rulați sau solicitați mai întâi studiul armonic.Măsurați distorsiunea curentului la magistrala transformatorului perIEEE 519-2022și înregistrați TDD plus ordinele dominante - de obicei al 5-lea, al 7-lea, al 11-lea și al 13-lea.
- Lăsați furnizorul să calculeze K din spectrul dvs.Trimiteți studiul cu RFQ. AK a ales pentru că o altă fabrică a folosit-o este o presupunere îmbrăcată în inginerie.
- Comparați evaluarea K cu standardul redus la costul total.Prețul de cumpărare, amprenta, pierderile și filtrul de care este posibil să aveți nevoie în orice caz aparțin comparației.
- Confirmați că certificarea se potrivește cu designul.Pentru America de Nord, întrebați dacă unitatea cu clasificare K are o listă UL conform UL 1561 - sau certificarea CSA - pentru designul exact, nu doar pentru familia de produse.
- Solicitați clasa de creștere a temperaturii și calculul FHL în pachetul de testare.Apoi, inginerul dumneavoastră poate verifica evaluarea în loc să aibă încredere pe o plăcuță de identificare.
Și ține ușa deschisă pentru filtrare. Dacă sarcina dominantă este un grup VFD mare, un filtru activ în fața unui transformator standard poate învinge o unitate de K-30 la preț. Cităm comparația în orice caz - acea onestitate este mai ieftină decât transformatorul greșit.
Luarea lui Ryan Electric
Ryan Electric a construit transformatoare de tip uscat și immerse în lichid în instalația noastră de 120.000 m² din Jiangsu din 2007 șitransformator cu factor Kconstrucțiile - rășină turnată și VPI - sunt o parte standard a gamei. În calitate de partener în joint venture Eaton cu certificări UL, CSA, IEEE și DEKRA în portofoliul nostru, tratăm întrebarea K ca pe un calcul. Trimiteți-ne profilul dvs. de încărcare și vom rula numerele de pierdere C57.110 înainte de a vă angaja la un design.
Dacă specificațitransformatoare de tip uscatpentru o unitate cu VFD, camere UPS, încărcătoare EV sau orice altă sarcină neliniară, partajați datele kVA, clasa de tensiune și armonice prinryan-transformers.com- inginerii noștri vor reveni cu recomandarea K, calculul pierderilor și un program realist. Sau, dacă datele spun că o unitate standard plus un filtru este cea mai inteligentă cumpărare, vă vom spune și asta.
Despre autor:Acest articol a fost scris de echipa de ingineri de la Ryan Electric, un partener Eaton joint venture și producător de transformatoare certificat UL/CSA din Jiangsu, China, deservind clienți industriali, comerciali și de utilități din America de Nord, America Latină, Asia de Sud-Est și Orientul Mijlociu.
