Fa dos estius una planta de processament d'aliments al mig oest ens va trucar uns 750 kVAtransformador de tipus secque no parava de disparar el seu relé de sobretemperatura. El director de la planta es va sentir frustrat perquè l'amperímetre del panell mostrava el 62% de la càrrega de la placa d'identificació: la unitat semblava mig inactiva. Quan un dels nostres enginyers va realitzar una enquesta de qualitat de l'energia, la imatge va canviar: les unitats de freqüència variable que alimentaven sis extrusores tiraven de corrent distorsionat amb aproximadament un 34% total.distorsió harmònica, i el punt calent sinuós pujava més de 150 graus a les tardes d'estiu. El transformador no estava sobredimensionat. Va ser tranquil·lament infravalorat pel corrent que hi circulava.
Per què els corrents harmònics sobreescalfen un transformador
La placa d'identificació d'un transformador es calcula a partir del supòsit d'un corrent sinusoïdal net de 60 Hz.Càrregues no lineals- VFD, sistemes UPS, controladors LED, carregadors de vehicles elèctrics i extrems frontals del rectificador: treuen corrent en polsos curts en lloc d'ones sinusoïdals suaus. Aquesta forma d'ona distorsionada és una pila d'ones sinusoïdals a múltiples de la freqüència fonamental: normalment dominen els ordres 5è (300 Hz), 7è (420 Hz), 11è i 13è.
Els danys es mostren en pèrdues per sinuos. La pèrdua de càrrega en un transformador té dues parts: la pèrdua I²R que s'escala amb el corrent RMS i la pèrdua per corrents de Foucault que s'escala amb la freqüència. La pèrdua de remolí als bobinatges creix aproximadament amb el quadrat de l'ordre harmònic: un 5è harmònic al 30% de la magnitud fonamental augmenta aquest component de la pèrdua de remolí en un factor de (0,30 × 5)² ≈ 2,3. Els efectes de la pell i la proximitat empenyen el corrent addicional a petites regions de conductors, per això una càrrega distorsionada crea punts calents locals que un amperímetre mai revela. Aquesta és la part que es perden la majoria dels compradors: totaldistorsió harmònicapot semblar modest i tot i així cuinar un sinuós, perquè la cinquena i la setena ordre se situen exactament on la penalització de pèrdua és més alta.
Perquè la distorsió es limita a si mateix,IEEE 519-2022és la referència que fan servir els enginyers per jutjar quant de corrent harmònic hauria de tolerar un sistema elèctric en el punt d'acoblament comú. Estableix els límits actuals per ordre harmònic i per la relació de curtcircuits del sistema, i és el document amb el qual s'ha de mesurar el vostre estudi harmònic abans de comprar un transformador, no després.
Què significa realment una qualificació de transformador de factor K
A Transformador de factor Kno és una màquina diferent d'una unitat de tipus sec estàndard: és la mateixa família de transformadors amb bobinatges dissenyats per eliminar la calor extraordinària creada pels corrents harmònics. La qualificació K, reconeguda per UL sota UL 1561 i calculada amb el mètode aIEEE C57.110, pondera cada corrent harmònic de la càrrega pel quadrat del seu ordre i expressa el resultat com un nombre únic: K-1 per a un disseny de càrrega lineal senzill, després K-4, K-9, K-13, K-20, K-30, K-40 i K-50.
K-13 és la qualificació que comentem amb més freqüència a les plantes industrials, perquè la guia del proveïdor sol tractar-la com a adequada quan la quota no lineal de la càrrega s'acosta al 75%. K-4 cobreix pisos comercials generals amb il·luminació i unitats SAI petites. K-20 i superior pertanyen a un servei pesat del convertidor (grans concentracions de SAI, forns d'arc i càrregues del rectificador electroquímic) i s'ha de confirmar amb un càlcul basat en l'espectre en lloc d'una suposició. Com a punt de partida, aquí teniu el mapa pel qual passem els compradors:
| Perfil de càrrega típic | Valoració K suggerida |
| Oficina general: il·luminació, ordinadors, SAI petits | K-4 |
| Comercials: ascensors, bombes VFD, sales de SAI | K-13 |
| Industrial: MCC de gran accionament, extrusores, compressors | K-13 |
| Centre de dades: commutació d'alta densitat, SAI gran | K-13 a K-20 |
| Severs: forns d'arc, rectificadors electrolítics | K-30 a K-50 |
El nombre K no és una instrucció de reducció, sinó que és un objectiu de disseny per al bobinatge. Un transformador estàndard obligat a alimentar la mateixa càrrega funciona més calent del que permet la seva classe d'augment de temperatura o s'ha de reduir per sota de la placa d'identificació, i la disminució de la capacitat d'una unitat estàndard de vegades és la resposta més barata. Tots dos camins són legítims. L'error és triar qualsevol d'ells sense mirar primer l'espectre de càrrega.
IEEE C57.110: el mètode darrere de la qualificació
IEEE C57.110-2018 -, la pràctica recomanada per establir la capacitat del transformador de distribució i potència submergida en líquids i de tipus sec quan es subministren corrents de càrrega no sinusoïdals: és el càlcul darrere de l'etiqueta. L'edició actual està disponible a laBotiga d'estàndards IEEE. El mètode defineix un factor de pèrdua harmònica, normalment escrit FHL, que compara la pèrdua total de remolí del bobinat sota l'espectre mesurat amb la pèrdua remota al corrent sinusoïdal nominal, i després converteix aquest factor en un corrent admissible: el kVA màxim que pot portar una unitat estàndard per al vostre espectre o el disseny K que necessita una nova unitat.
L'ús del mètode requereix una dada que només té el fabricant: la pèrdua de corrent de Foucault del bobinatge expressada com a percentatge de la seva pèrdua I²R. És per això que una cotització seriosa per a un projecte harmònic pesat hauria d'incloure el percentatge de pèrdua de remolí del transformador i un FHL calculat per a la vostra càrrega, no només un número K en un full de dades. Quan un client ens envia un estudi harmònic amb la seva RFQ, tornem el càlcul en ambdós sentits, com a disseny amb qualificació K i com a disseny estàndard reduït, de manera que la comparació es basa en nombres reals.
Una advertència del camp: les qualificacions K de la placa d'identificació s'assignen a un espectre definit i les plantes reals es desplacen. Si afegiu unitats més tard, torneu a executar l'enquesta. Hem substituït unitats que tenien una classificació correcta de K-9 a la posada en marxa i que van superar cinc anys després quan es va posar en línia una segona línia de producció.
On el veiem fracassar al camp
Tornem a aquella planta de processament d'aliments. L'enquesta va mostrar una distorsió de corrent total del 34%, dominada pels harmònics 5 i 7 de les unitats d'extrusora, i la penalització calculada per pèrdues de remolí va situar la capacitat real de la unitat a prop del 70% de la placa d'identificació, la qual cosa va coincidir amb les molèsties gairebé exactament. Hem substituït la unitat estàndard de 750 kVA per una K-13transformador de tipus secde la mateixa qualificació i les alarmes de temperatura es van aturar. La càrrega no havia canviat. El bobinatge es va construir finalment per al corrent que realment portava.
El segon patró és més tranquil. Una planta d'envasament a Mèxic ens va demanar cotitzar una unitat K-13 i després va preguntar per què no podien comprar una unitat estàndard i reduir-la un 30%. Podien, i per al seu deure, la disminució de la potència més un filtre harmònic actiu al pitjor alimentador era mesurablement més barat. La qüestió no és que els transformadors amb classificació K sempre siguin la resposta. La qüestió és que ningú hauria de decidir sense l'espectre i el càlcul de pèrdues, perquè tant el disseny K com el camí de desclassament depenen dels números, no de les opinions.
Com especificar un transformador de factor K: llista de verificació de RFQ
Si esteu comprant una unitat de tipus sec per a una planta o edifici amb unitats, sistemes UPS o carregadors, el treball d'especificació es produeix abans que s'acabi la RFQ. Cinc articles en cobreixen la major part:
- Executeu o sol·liciteu primer l'estudi harmònic.Mesura la distorsió de corrent al bus del transformador perIEEE 519-2022i registreu el TDD més les ordres dominants, normalment el 5è, 7è, 11è i 13è.
- Deixeu que el proveïdor calculi la K a partir del vostre espectre.Envieu l'estudi amb la RFQ. AK va triar perquè una altra planta l'utilitzava és una conjectura vestida d'enginyeria.
- Compareu la qualificació K amb l'estàndard rebaixat en el cost total.El preu de compra, la petjada, les pèrdues i el filtre que necessiteu de qualsevol manera pertanyen a la comparació.
- Confirmeu que la certificació coincideix amb el disseny.Per a Amèrica del Nord, pregunteu si la unitat amb classificació K té una llista UL sota la certificació UL 1561 - o la certificació CSA, per al disseny exacte, no només per a la família de productes.
- Demaneu la classe d'augment de temperatura i el càlcul FHL al paquet de prova.Aleshores, el vostre enginyer pot verificar la qualificació en lloc de confiar en una placa d'identificació.
I manteniu la porta oberta al filtratge. Si la càrrega dominant és un clúster VFD gran, un filtre actiu davant d'un transformador estàndard pot superar una unitat de K-30 de preu. Citem la comparació de qualsevol manera: aquesta honestedat és més barata que el transformador equivocat.
La presa de Ryan Electric
Ryan Electric ha construït transformadors de tipus sec i submergits en líquid a la nostra instal·lació de 120.000 m² a Jiangsu des del 2007 iTransformador de factor Kles construccions (resina fosa i VPI) són una part estàndard de la gamma. Com a soci d'empresa conjunta d'Eaton amb certificacions UL, CSA, IEEE i DEKRA a la nostra cartera, tractem la pregunta K com un càlcul. Envieu-nos el vostre perfil de càrrega i executarem els números de pèrdua C57.110 abans de comprometreu-vos amb un disseny.
Si estàs especificanttransformadors de tipus secper a una instal·lació amb VFD, sales de SAI, carregadors de vehicles elèctrics o qualsevol altra càrrega no lineal, compartiu les vostres dades de kVA, classe de tensió i harmònics mitjançantryan-transformers.com- Els nostres enginyers tornaran amb la recomanació K, el càlcul de pèrdues i un calendari realista. O, si les dades diuen que una unitat estàndard més un filtre és la compra més intel·ligent, també us ho direm.
Sobre l'autor:Aquest article va ser escrit per l'equip d'enginyers de Ryan Electric, un soci d'empresa conjunta d'Eaton i fabricant de transformadors certificat UL/CSA a Jiangsu, Xina, que serveix a clients industrials, comercials i de serveis públics a Amèrica del Nord, Amèrica Llatina, el sud-est asiàtic i l'Orient Mitjà.
