Installazione del trasformatore di tipo a secco: dimensionamento della ventilazione della stanza prima dell'atterraggio dell'unità

A luglio, un appaltatore di Phoenix ci ha chiamato riguardo a un'unità di tipo a secco da 2.000 kVA che aveva fatto scattare l'allarme della temperatura dell'avvolgimento al 60% del carico sin dalla prima settimana calda. Il trasformatore è risultato pulito. La stanza no: una casa elettrica in stile container con due feritoie da 24 pollici, una delle quali sigillata con schiuma contro la polvere del deserto.

Quella chiamata è il motivo per cui esiste questo articolo.Installazione del trasformatore di tipo a seccoviene revisionato per le distanze, il raggio di curvatura del cavo e gli ancoraggi sismici, e quasi mai revisionato per l'aria. Successivamente le porte si chiudono, l'unità funziona e l'unico mezzo di raffreddamento di cui dispone, l'aria della stanza, inizia a riscaldarsi.

Ecco la parte che manca alla maggior parte degli acquirenti: un trasformatore di tipo secco non viene fornito con un sistema di raffreddamento che puoi girare e ispezionare. Viene fornito con una stanza.

Perché l'installazione del trasformatore a secco non funziona nella stanza e non nella bobina

Un'unità immersa nell'olio scarica le sue perdite nell'olio, quindi nei radiatori, solitamente all'aperto. UNtrasformatore in resinanon ha radiatore. Gli avvolgimenti sono incapsulati, l'involucro è ventilato e ogni kilowatt di perdita viene scaricato nell'aria che si muove oltre il nucleo e le bobine. Quell'aria è il dissipatore di calore e la sua temperatura è l'unica variabile nella valutazione che la fabbrica non può controllare.

IEEE C57.12.01 stabilisce le basi: temperatura ambiente massima di 40 gradi e, per un progetto con aumento di 150 gradi su un sistema di isolamento di 220 gradi, un aumento medio dell'avvolgimento di 150 K al carico nominale. Leggi che come contratto sono consentiti 40 gradi di aria in ingresso e 150 K di aumento. Cambia il primo numero e il secondo smetterà di essere vero. In una stanza a 52 gradi, l'avvolgimento è circa 12 K più caldo alla stessa corrente e il punto più caldo si sposta verso il limite rispetto al quale è stato valutato il sistema di isolamento. Il metodo per assegnare un numero a questo valore è la guida IEEE per la temperatura del punto più caldo nelle unità di tipo a secco, e il codice di test dietro ogni cifra di aumento della temperatura è stato rivisto nel settembre 2026.

Entrambi i documenti meritano di essere conservati accanto alla presentazione: ilCodice di prova IEEE C57.12.91-2026 per trasformatori a seccoe ilGuida ai punti più caldi IEEE C57.134-2024. Nessuno dei due dimensionerà le feritoie per te, ma sono la base che qualsiasi recensore utilizzerà quando la stanza diventa calda.

Fase uno: leggere le perdite sulla targhetta, non i kVA

Il numero che ti serve non è 2.000 kVA. È la perdita totale in kilowatt al carico effettivamente previsto, ed è già in due pezzi sulla targhetta. La perdita a vuoto viene fissata nel momento in cui il nucleo viene energizzato. La perdita di carico varia con il quadrato della corrente, quindi a metà carico è un quarto del valore nominale.

Prendiamo una tipica unità da 2.000 kVA: 3,1 kW di perdita a vuoto e 16,9 kW di perdita di carico alla corrente nominale. Si tratta di 20,0 kW di dissipazione del calore a pieno carico, ovvero circa 68.000 BTU/h, ed è il numero di cui ha bisogno l'ingegnere meccanico.

Due correzioni prima che qualcuno porti quel tavolo a un fornitore di persiane. Innanzitutto, la perdita di carico è indicata ad una temperatura di riferimento indicata nel rapporto di prova, comunemente 75 gradi o 85 gradi; alla temperatura operativa reale la resistenza dell'avvolgimento è maggiore e anche la perdita lo è, quindi considerare la figura della targhetta come un pavimento. In secondo luogo, la stanza non vede solo il trasformatore. I quadri di media tensione, le busway, i VFD e l'illuminazione respingono tutti il ​​calore nello stesso volume e in un sistema di solito aggiungiamo da 5 a 15 kW per i vicini prima di consegnare un numero all'appaltatore HVAC.

Passaggio due: converti i kilowatt in CFM

Il calcolo del flusso d'aria è una riga aritmetica. Nelle unità imperiali, BTU/h equivale a 1,08 volte CFM per l'aumento della temperatura dell'aria in grado F, quindi CFM equivale a 3.160 volte kW diviso per l'aumento in grado F. Nel sistema metrico, i metri cubi al secondo equivalgono a kW diviso per 1,206 volte l'aumento in K. Questo è l'interoventilazione della sala trasformatoridimensionamento e ci vogliono cinque minuti una volta ottenuta la cifra della perdita.

Per l'unità da 20 kW, un aumento della stanza di 10 gradi F (5,6 K) richiede circa 6.320 CFM, un aumento di 15 gradi F richiede 4.210 CFM e un aumento di 20 gradi F richiede 3.160 CFM. Quale utilizzare viene deciso dalla temperatura esterna di progetto, non dalle preferenze. Se l'aria arriva direttamente dall'esterno, l'aumento che ti puoi permettere è di 40 gradi meno l'ambiente di progetto. Un giorno di progettazione a Phoenix a 43 gradi non lascia nulla: una stanza con sola aria esterna non può sostenere affatto la base di 40 gradi, motivo per cui i siti desertici aggiungono un raffreddamento meccanico o accettano un declassamento documentato. Un sito in Ohio con un ambiente di design a 32 gradi ha 8 K con cui lavorare e può rimanere solo all'aria aperta.

Ora il dettaglio che affonda la maggior parte delle stanze. Una feritoia viene venduta in base alla dimensione nominale, ma l'aria si muove solo attraverso la sua area libera, in genere dal 45 al 50% della dimensione nominale. Due feritoie da 24 x 24 pollici danno 8 piedi quadrati nominali e circa 3,6 piedi quadrati liberi, che a 500 fpm superano 1.800 CFM. La stanza della Fenice nel paragrafo iniziale necessitava di 6.320 CFM e aveva circa un terzo dell'area libera richiesta. Il trasformatore non è mai stato un problema.

La stessa logica si applica al percorso di soccorso. L'aria che entra deve uscire, attraverso un'apertura almeno della stessa zona libera, dal lato opposto della stanza, con un percorso sia alto che basso in modo che lo strato caldo a livello del soffitto possa fuoriuscire. I sottosquadri delle porte e gli attraversamenti dei cavi non costituiscono un percorso di soccorso, così come non lo è una serranda tagliafuoco chiusa.

La posizione del codice è volutamente inutile su questo punto. Sezione 450.9 delCodice elettrico nazionale NFPA 70richiede una ventilazione adeguata per il raffreddamento del trasformatore e si ferma lì, senza CFM e senza aumento di temperatura. Questa non è una svista: l'adeguato dipende dalle perdite, dall'ambiente di progettazione e dallo spazio, proprio per questo motivo la cifra deve provenire dal progetto e non dal codice.

Il raffreddamento tramite ventola aggiunge capacità e aggiunge calore

Molti acquirenti pagano per la potenza del raffreddamento con ventola perché sembra capacità libera: lo stesso core, 2.000 kVA di base e 2.500 kVA con le ventole in funzione. A farne le spese è la stanza. La perdita di carico varia con la corrente al quadrato, quindi alla potenza nominale della ventola la perdita di carico va da 16,9 kW a circa 26,4 kW, e i motori delle ventole aggiungono circa 1,5 kW. La dissipazione del calore sale da 20 kW a circa 31 kW, con un aumento del 55% del flusso d'aria per il 25% in più di kVA. Se la ventilazione è stata dimensionata in base alla valutazione di base, il giorno in cui si avviano le ventole è il giorno in cui la stanza si surriscalda.

Il carico armonico si comporta allo stesso modo. La corrente non sinusoidale aumenta le perdite parassite dell'avvolgimento ben oltre il valore di 60 Hz e un'unità con classificazione K o declassata respinge comunque quel calore extra nella stessa stanza. Laddove il trasformatore condivide lo spazio con le linee VFD, gli azionamenti rappresentano spesso una fonte di calore maggiore del trasformatore a carico parziale e nessuno li include nel calcolo delle alette.

Cosa fa una stanza affamata all'avvolgimento

I sintomi arrivano in un ordine prevedibile. I sensori di avvolgimento leggono valori più alti rispetto alla curva di test di fabbrica a carico parziale. La fase di allarme sul relè di avvolgimento inizia a vibrare nel pomeriggio e si ripristina durante la notte. Quindi l'unità scatta in un giorno in cui il carico non è cambiato, perché è cambiata l'ambiente.

Il danno è più lento dell’allarme. L'invecchiamento termico dell'isolamento raddoppia all'incirca ogni 6-8 K sopra il punto caldo nominale, quindi 12 K di temperatura ambiente aggiuntiva non sono un problema di 12 K, ma un problema di durata. La resina colata aggiunge un'ulteriore modalità di guasto: il ciclo termico rompe l'incapsulamento, una fessura diventa un sito di scarica parziale e la scarica parziale all'interno di un avvolgimento fuso non si rimargina da sola. L'unità continua a funzionare, i test peggiorano progressivamente e si guasta in un momento scelto da nessuno.

Su unoinstallazione di trasformatori a seccosiamo stati richiamati in Texas, tre unità da 1.500 kVA condividevano una stanza di 12 x 6 metri con un unico metro quadrato di feritoia. Entro la terza estate le unità venivano mantenute a circa l'80% della targa grazie alla propria protezione degli avvolgimenti. La soluzione non era un nuovo trasformatore. Si trattava di 14 piedi quadrati di area libera aggiuntiva e di una serranda di scarico, installata in due giorni.

Cosa inserire nella specifica

Se stai scrivendo le specifiche o rivedendo una proposta, questi sei elementi regolano il lato aria prima che l'unità venga costruita:

• Perdite al carico previsto, non solo di targa: a vuoto e perdite di carico da preventivo, con indicata la temperatura di riferimento.

• Progettare l'ambiente all'interno della stanza, preso dal progetto locale a bulbo secco, più qualsiasi guadagno solare attraverso il tetto.

• Se verrà utilizzata la valutazione dei fane, in tal caso, la cifra di perdita più elevata che ne deriva.

• Aumento della stanza target, tipicamente da 5 a 8 K, che imposta il CFM.

• Area libera dalle feritoie, in piedi quadrati, dimensione non nominale, con il percorso di rilievo riportato sul disegno.

• Impostazioni allarme e intervento temperatura avvolgimento, scritto nel foglio di messa in servizio, quindi la prima estate non è una sorpresa.

Ventilazione della sala trasformatoriil dimensionamento appartiene al set di disegni elettrici, accanto al programma del trasformatore, non solo al set meccanico dove l'elettricista non lo cercherà mai. Il nostro stabilimento di Jiangsu gestisce 120.000 mq di spazio produttivo con oltre 180 set di attrezzature principali e 37 brevetti, e ogni preventivo di tipo secco lascia con dati di perdita per punto di carico, perché questo è l'input di cui ha bisogno la progettazione della stanza. In qualità di partner della joint venture Eaton dal 2023, partecipiamo anche alle revisioni delle proposte di candidatura in Nord America abbastanza spesso da sapere quale domanda viene per prima.

Raramente è l'impedenza. Quando un appaltatore statunitense ci invia una richiesta di offerta per atrasformatore in resina, i nostri ingegneri hanno imparato a chiedere il disegno della stanza prima di chiedere la gamma di rubinetti, perché un'unità da 2.000 kVA in una stanza sottodimensionata è un'unità da 1.600 kVA con una richiesta di garanzia allegata.

Ordina l'aria con l'unità

Installazione del trasformatore di tipo a seccoè un lavoro a due discipline che di solito viene concesso come un unico contratto e rivisto come nessuno. Il pacchetto elettrico presuppone che la stanza sia ventilata, il pacchetto meccanico presuppone che il trasformatore sia raffreddato ad aria e quindi che il problema sia di qualcun altro, e il proprietario lo scopre a luglio.

La correzione non costa quasi nulla in fase di progettazione e molto in seguito. Invia le dimensioni della stanza e l'ambiente di design con la tua prossima richiestaryan-transformers.come restituiremo la tabella delle perdite, la cifra del flusso d'aria e l'area della feritoia con il preventivo, in modo che l'appaltatore meccanico effettui il dimensionamento rispetto a numeri reali anziché a una targhetta.

Informazioni sull'autore

Questo articolo è stato scritto dal team di ingegneri di Ryan Electric, un produttore di trasformatori con sede a Jiangsu, Cina, che costruisce trasformatori a secco e immersi in olio certificati UL, cULus, CSA e IEC per servizi pubblici, data center e progetti industriali in Nord America, Medio Oriente, Sud-est asiatico e Africa.