Veri merkezleri ölçek ve hesaplama yoğunluğu açısından genişlemeye devam ettikçe, elektrik sistemleri giderek daha zorlu gereksinimlerle karşı karşıya. Yüksek yoğunluklu BT yükleri, sürekli çalışma, sıkı kullanılabilirlik hedefleri, enerji verimliliği gereksinimleri ve hızlı yük büyümesi, transformatörlerin seçilme şeklini değiştiriyor. Bir transformatör sadece voltajı dönüştüren bir cihaz değildir. Kapasitesi, harmonik performansı, kayıpları, impedansı, soğutma yöntemi ve kurulum koşulları, tüm veri merkezi güç dağıtım sisteminin güvenilirliğini, işletim maliyetini ve termal performansını doğrudan etkileyebilir.

Birçok geleneksel ticari veya endüstriyel tesisten farklı olarak, veri merkezleri sunucular, UPS sistemleri, değişken frekans sürücüleri, soğutma ekipmanları ve anahtarlanmış mod güç kaynakları da dahil olmak üzere elektronik ve güç elektronik yüklerin büyük bir oranını içerir. Bu yükler harmonik akımlar ve ek trafo kayıpları getirebilir. Aynı zamanda, veri merkezleri normalde 7/24 çalışır, bu da trafo kayıplarındaki nispeten küçük farkların bile 10, 15 veya 20 yıllık bir çalışma dönemi boyunca önemli bir enerji tüketimine dönüşebileceği anlamına gelir. Bu nedenle trafo seçim süreci sadece başlangıç satın alma fiyatını değil, aynı zamanda yük özelliklerini, yedek, verimliliği, termal performansı, kısa devre gereksinimlerini ve gelecekteki genişlemeyi de dikkate almalıdır.

1. Kurulum Ortamına Göre Transformatör Tipini Seçin

Kuru tip transformatörler genellikle kapalı veri merkezi dağıtımı için kullanılır çünkü yalıtım yağı içermezler ve bu nedenle yağla dolu ekipmanlarla ilişkili sızıntı ve yağ yangını risklerinden kaçınırlar. Transformatörün veri merkezi binasının içinde veya yakınında kurulması gerektiğinde özellikle uygundurlar.

Bununla birlikte, her veri merkezinin kuru tip bir transformatör kullanması gerektiği sonucuna varmak yanıltıcı olurdu. Yağla batırılmış transformatörler teknik ve ekonomik olarak birçok açık alt istasyon ve büyük orta voltajlı dağıtım sistemleri için uygun kalmaktadır. Son seçim, kurulum yerini, yangın koruma gereksinimlerini, mevcut alan, trafo kapasitesini, verimliliğini, soğutma koşullarını, bakım gereksinimlerini ve yerel düzenlemeleri dikkate almalıdır.

Kapalı tesisler için, kuru tip transformatörler genellikle uygun sıcaklık yükselme sınırları, muhafaza koruması, havalandırma ve soğutma düzenlemeleri ile seçilmelidir. Bir transformatör tamamen bakımsız olarak tanımlanmamalıdır. Düzenli muayene ve temizleme gerekli kalırken, zorlu hava soğutma sistemleri fanlara, kontrollere ve alarmlara ek dikkat gerektirir.

2. Tam Tesis Yükünden Transformatör Kapasitesini Hesaplayın

Transformatör kapasitesi, sadece IT yükünü transformatörün kVA derecesi ile karşılaştırarak seçilmemelidir. Bir veri merkezinin elektrik talebi ayrıca soğutma sistemleri, UPS kayıpları, pompalar, fanlar, aydınlatma, yangın koruma sistemleri, güvenlik sistemleri ve diğer yardımcı yükleri de içerir.

Faydalı bir başlangıç noktası, BT yükü ve Güç Kullanımı Etkililiği (PUE) arasındaki ilişkidir:

Toplam tesis gücü ≈ IT yükü × PUE

Gerekli trafo görünür gücü daha sonra toplam tesis gücü ve çalışma gücü faktöründen tahmin edilebilir:

Gerekli kVA ≈ Toplam tesis gücü / Güç faktörü

Örneğin, bir kenar veri merkezinin 300 kW BT yükü ve 1,30 tasarım PUE''si olduğunu varsayalım. Tahmini toplam tesis gücü yaklaşık olarak:

300 kW × 1,30 = 390 kW

Tasarım güç faktörü 0,95 ise, ilgili görünen güç yaklaşık olarak:

390 / 0.95 ≈ 411 kVA

Bu nedenle bir 500 kVA trafo, bu varsayımlar altında makul bir çalışma marjı sağlayacaktır, gerçek seçim hala projenin yedek yapılandırmasına, harmonik performansa, ortam koşullarına ve gelecekteki genişleme gereksinimlerine tabidir.

Bu yaklaşım, her projeye sabit %20 veya %25 boş kapasite kuralı uygulamaktan daha güvenilirdir. Gelecek kapasite, beklenen BT büyüme oranı, planlanan genişleme aşamaları, ekipman değiştirme stratejisi ve yedek gereksinimlerden belirlenmelidir.

3. Parmak Kuralına göre K-Faktörü Seçmek Yerine Harmonik Akımları Değerlendirin

Harmonikler, veri merkezi trafo seçiminde en önemli konulardan biridir. UPS sistemleri, sunucu güç kaynakları, değişken frekans sürücüleri ve diğer elektronik yükler sinüsoid olmayan akımlar üretebilir. Bu harmonik akımlar trafo sarmalarında ve yapısal bileşenlerde ek kayıpları artırır ve daha yüksek sıcaklık artışına neden olabilir.

K faktörlü transformatörler, harmonik yükün ek termal kapasiteyi garanti ettiği yerlerde kullanılabilir. Bununla birlikte, K13 veya K20, modern veri merkezleri için evrensel özellikler olarak kabul edilmemelidir.

Uygun K faktörü veya transformatör harmonik tasarımı gerçek yük profilinden ve harmonik spektrumdan belirlenmelidir. Özellikle mühendis, geleneksel altı darbeli düzeltici UPS sistemleri ile geliştirilmiş giriş düzeltmesi veya aktif ön uç teknolojisini kullanarak modern UPS sistemleri arasında ayırt yapmalıdır. Giriş akım dalga şekilleri önemli ölçüde farklı olabilir.

Bu nedenle, trafo seçimi ideal olarak ölçülen veya belirtilen akım THD (THDi), bireysel harmonik siparişler, beklenen yük yüzdesi ve uygulanabilir harmonik sınırları dikkate almalıdır. Transformatör üreticisi daha sonra sonuçlanan ek kayıpları ve sıcaklık artışını değerlendirebilir ve standart bir tasarımın, K faktörlü tasarımın veya diğer termal optimizasyonun uygun olup olmadığını belirleyebilir.

Ayrıca belirtilen bir harmonik değer de açıkça belirlenmelidir. Örneğin, "%70 THD" değerin voltaj THD veya akım THD''ye atıfta olup olmadığını, ölçüldüğü yeri ve hangi çalışma koşulları altında belirtmediği sürece eksiktir. Bir projenin gerçekten çok yüksek THDi''si varsa, transformatör derecelendirmesi sona erdirilmeden önce harmonik spektrumu gözden geçirilmelidir.

4. Transformatör Kapasitesini Yedeklik Mimarlığı ile eşleştirin

Transformatör kapasitesi veri merkezinin kullanılabilirlik mimarisinden ayrılamaz. N+1, 2N ve dağıtılmış redundans yapılandırmaları farklı kapasite gereksinimlerine sahiptir.

N+1 sisteminde, mevcut transformatörler normalde normal çalışma yükü için gerekli sayının ötesinde ek bir ünite içerir. Daha sonra tasarım, kalan ekipmanın trafo arızasından sonra veya planlanan bakım sırasında gerekli kritik yükü sağlamaya devam edebileceğini doğrulamalıdır.

2N sistemi farklıdır. Normalde iki bağımsız güç yolu sağlar ve her yolun kullanılabilirlik felsefesi ve tasarım kriterlerine bağlı olarak gerekli kritik yükü desteklemesi gerekebilir.

Bu nedenle, trafo boyutu sadece normal çalışma yüküne dayanmamalıdır. Mühendisler ayrıca ekipman arızası, bakım koşulları, besleyici kesintileri ve diğer tanımlanmış tek hata senaryoları için acil durum hesaplamaları yapmalıdır.

Yararlı bir tasarım sorusu sadece şu değil:

Her trafo normal çalışma sırasında ne kadar yük taşır?

İşte:

Belirlenen en kötü durum arızasından sonra kalan her güç yolunun hangi yükü taşıması gerekir?

Bu ayrım özellikle transformatörler çift kablolu BT ekipmanlarına hizmet veren bağımsız A ve B güç sistemlerine bağlandığında önemlidir.

5. Yüksüz, Yük ve Harmonik Kayıpları Düşünün

Veri merkezleri sürekli çalıştığından, trafo verimliliği sadece nominal yükde değil, beklenen tüm yük profilinde değerlendirilmelidir.

Transformatör kayıpları geniş olarak yüksiz kayıplara ve yükle ilgili kayıplara bölünebilir. Yüksüz kayıplar, trafo enerjilendiğinde, yük düşük olduğunda bile meydana gelir. Yük kayıpları akım ile artar ve bu nedenle gerçek yükleme profilinden çok etkilenir.

Veri merkezleri için, harmonik akımlar da ek kayıplar üretebilir. Sonuç olarak, iki transformatör arasındaki karşılaştırma sadece isim plakası verimliliğini değil, aynı zamanda:

• yük kaybı olmadan;

• yük kaybı;

• harmonik ile ilgili ek kayıp;

• beklenen yıllık çalışma saatleri;

• Tipik ve zirve yükleme koşulları.

Biraz daha yüksek başlangıç satın alma fiyatına sahip bir trafo, kayıpları uzun yıllar boyunca sürekli olarak daha düşük ise daha düşük toplam sahiplik maliyetine sahip olabilir.

Transformatör kayıpları da veri merkezinin soğutma yükünün bir parçası olarak kabul edilmelidir. Neredeyse tüm elektrik kayıpları sonunda ısıya dönüşür ve bu da binanın soğutma sistemi tarafından kaldırılmalıdır. Bu nedenle, trafo kayıplarını azaltmak, trafo tarafından doğrudan tüketilen elektriğin ötesinde ikincil bir enerji tasarrufu sağlayabilir.

6. Sistem Parametresi Olarak Kısa Devre Impedansını Seçin

Kısa devre impedansı, genel elektrik sistemi tasarımının bir parçası olarak belirlenmesi gereken başka bir parametredir.

Daha yüksek bir trafo impedansı genellikle ikincil taraftaki mevcut kısa devre akımını azaltır. Bu, gerekli kısa devre dayanımını ve aşağıdaki ekipmanların kesici derecelerini azaltmaya yardımcı olabilir. Bununla birlikte, aşırı impedansı voltaj düşüşünü artırabilir ve hassas yükleri veya büyük motor ve soğutma sisteminin başlangıç ​​koşullarını etkileyebilir.

Daha düşük bir impedansa daha iyi voltaj düzenlemesi sağlar ancak daha yüksek hata akımına neden olabilir. Bu nedenle son impedansın hizmet hatası seviyesi, trafo kapasitesi, anahtar aletleri dereceleri, otobüs çubuğuna dayanıklılık yeteneği, koruma ayarları ve izin verilen voltaj düşüşü ile koordine edilmesi gerekir.

Veri merkezi uygulamaları için doğru soru, bir transformatörün “yüksek” veya “düşük” impedansa sahip olup olmaması değil. Doğru soru, impedansının tam dağıtım sistemi için uygun olup olmadığıdır.

7. Soğutmaya, Sıcaklık Artışına ve Havalandırmaya Dikkat Edin

Transformatör odasının kendisi termal tasarımın bir parçasıdır.

Kuru tip transformatörler doğal hava soğutması veya zorlu hava soğutması kullanabilir. Fanlar ek kapasite elde etmek için kullanıldığında, tasarım doğal soğutma derecesi ile zorlu hava derecesi arasında açık bir ayırt yapmalıdır. Fan arıza alarmları ve uygun izleme de sistem kapasitesi için daha yüksek bir derecenin önemli olduğu yerlerde dikkate alınmalıdır.

Havalandırma da aynı derecede önemlidir. Transformatör kayıpları ısıya dönüştürülür ve yetersiz havalandırma, transformatörün etrafındaki gerçek ortam sıcaklığını artırabilir ve termal marjını azaltabilir.

Bu nedenle tasarım, maksimum ortam sıcaklığını, kurulum yüksekliğini, havalandırma kapasitesini, muhafaza düzenini, sıcaklık artışı gereksinimini ve mevcut kurulum alanını dikkate almalıdır.

Yüksek yoğunluklu veri merkezleri için bu faktörler nominal kVA derecesi kadar önemli olabilir.

8. Gürültü ve Koruma Gereksinimlerini Düşünün

Transformatör gürültüsü normalde veri merkezi elektrik tasarımında dikkate alınan ilk sorun değildir, ancak trafo işgal edilen alanlara veya hassas ekipman alanlarına yakın kurulduğunda önemli olabilir.

Bu nedenle proje özellikleri gerektiğinde kabul edilebilir ses seviyelerini tanımlamalıdır.

Diğer kurulum gereksinimleri, muhafaza koruması, yangın performansı, çevresel koşullar, sismik gereksinimler, nem, yükseklik ve izleme içerebilir. Trafo sadece standart bir katalog derecelendirmesinden seçilmek yerine gerçek kurulum ortamı için tasarlanmalıdır.

9. Vaka Çalışması 1: 300 kW Kenar Veri Merkezi

300 kW BT yükü olan küçük veya orta boyutlu bir kenar veri merkezi düşünün. Tesis değişken frekanslı soğutma ekipmanı ve N+1 güç mimarisi kullanır.

Tasarım PUE 1.30 ve beklenen güç faktörü 0.95 olduğunu varsayalım.

Tahmini toplam tesis gücü şunlardır:

300 × 1.30 = 390 kW

İlgili görünen güç yaklaşık olarak:

390 / 0.95 = 411 kVA

Bu varsayımlar altında, bir 500 kVA kuru tipi transformatör makul bir çalışma marjı sağlar. Bununla birlikte, uygunluğu hala N + 1 acil durum gereksinimine, harmonik spektrumuna, ortam sıcaklığına, gelecekteki genişleme planına ve kısa devre seviyesine göre onaylanmalıdır.

Projenin önemli bir doğrusal olmayan yükü varsa, trafo yalnızca 500 kVA isim plakası temelinde seçilmemelidir. Mühendislik ekibi THDi ve harmonik spektrumu incelemeli ve ek harmonik termal kapasitenin veya K faktörlü bir tasarımın gerekli olup olmadığını belirlemelidir.

Bu yaklaşım, sadece sabit bir yedek kapasite yüzdesi uygulamaktan daha iyi bir denge sağlar.

10. Vaka Çalışması 2: 160 MVA Yüksek Yoğunluklu Hesaplama Merkezi

Yaklaşık 160 MVA yüklü bir kapasiteye sahip büyük ölçekli bir bilgisayar merkezi, çok farklı bir tasarım zorluğu sunar.

Bu ölçekte, trafo seçimi orta voltajlı dağıtım mimarisi, hata seviyeleri, yedek felsefesi, verimlilik hedefleri ve tesisin fiziksel bölgelendirmesi ile yakından bağlantılıdır. Tüm kuruluşu bir trafo yükü olarak ele almak yerine, güç sistemi farklı elektrik bölgelerine hizmet veren birden fazla trafo grubuna bölünebilir.

Trafo özellikleri daha sonra düşük yüksüz ve yük kayıpları, uygun kısa devre impedansı, harmonik termal performans, soğutma yöntemi ve redundans gereksinimleri de dahil olmak üzere birkaç parametre etrafında optimize edilmelidir.

Uzun beklenen çalışma ömrü olan 7/24 tesis için, yaşam döngüsü maliyeti ilk trafo satın alma fiyatından daha önemli olabilir. Yaşam döngüsü karşılaştırması, trafo satın alma maliyetini, yıllık enerji kayıplarını, elektrik tarifelerini, beklenen yükleme profilini, bakım maliyetlerini, soğutma etkisini ve beklenen hizmet ömrünü içermelidir.

Bir proje, 20 yıl boyunca toplam sahiplik maliyetinde% 14 azalma gibi belirli bir yaşam döngüsü tasarrufu talep ediyorsa, bu rakam projenin gerçek yük profili, elektrik fiyatı, trafo kaybı verileri, çalışma saatleri ve temel çizgi yapılandırması ile desteklenmelidir. Bu girişler olmadan sabit bir yüzde tasarrufu genel bir endüstri sonucu olarak sunulmamalıdır.

11. Pratik bir Seçim Süreci

Yeni bir veri merkezi projesi için, trafo seçimi mantıksal bir dizide yaklaşılabilir.

İlk olarak, mevcut ve gelecekteki BT yükünü belirleyin ve beklenen PUE''yi belirleyin. Daha sonra, toplam tesis yükünü hesaplayın ve tasarım güç faktörünü kullanarak görünür güce dönüştürün.

Ardından redundans mimarisini tanımlayın ve gerekli arıza ve bakım senaryoları altında trafo kapasitesini doğrulayın. Bundan sonra, standart termal tasarım, K faktörü yeteneği veya ek harmonik deratasyonun gerekli olup olmadığını belirlemek için doğrusal olmayan yükü ve harmonik spektrumu analiz edin.

Mühendis daha sonra yük kaybı, yük kaybı, soğutma gereksinimleri, sıcaklık artışı, kısa devre impedansı ve kurulum koşullarını değerlendirmelidir. Son olarak, seçilen transformatör geçerli elektrik standartlarına, yangın ve bina gereksinimlerine, koruma koordinasyonuna ve projenin yaşam döngüsü maliyet hedeflerine göre kontrol edilmelidir.

Bu süreç, veri merkezi trafo seçiminde en yaygın hatalardan birini önler: yalnızca kVA dayalı bir trafo seçmek.

Sonuç

Bir veri merkezi için bir trafo seçmek, trafo derecesini mevcut yükle eşleştirmekten daha fazlasını gerektirir. Tasarım, tam tesis yükünü, UPS ve doğrusal olmayan yük özelliklerini, harmonik akımları, redundans mimarisini, kısa devre gereksinimlerini, soğutma koşullarını, enerji kayıplarını ve gelecekteki genişlemeyi göz önünde bulundurmalıdır.

Kuru tip trafo, yağsız inşaat ve yangın güvenliği avantajları nedeniyle kapalı veri merkezi dağıtımı için pratik bir çözümdür, ancak son trafo tipi her zaman kurulum koşulları ve sistem gereksinimlerine göre belirlenmelidir.

Küçük kenar veri merkezleri için öncelik, kapasite, harmonik performans, maliyet ve gelecekteki genişleme arasında uygun bir denge sağlamaktır. Büyük ölçekli bilgisayar tesisleri için, yaşam döngüsü enerji tüketimi, orta voltaj mimarisi, yedek, hata akımı yönetimi ve trafo kaybı performansı giderek daha önemli hale geliyor.

Bu nedenle en güvenilir yaklaşım, transformatörü izole bir ekipman parçası olarak değil, tam veri merkezi elektrik sisteminin bir parçası olarak ele almaktır. Doğru seçilmiş bir trafo, güç sistemi güvenilirliğini artırabilir, uzun vadeli enerji tüketimini azaltabilir, termal yönetimi basitleştirebilir ve veri merkezinin gelecekteki büyümesi için yeterli kapasite sağlayabilir.

Gençlik Transformatör Co., Ltd.