ترانسفورماتورهای استاندارد ای‌آی‌تی‌ئی با نصب روی پایه برای شارژ خودروهای الکتریکی و ارتقای شبکه

زیرساخت توزیع برق در آمریکای شمالی در حال تحول عمیقی است. به‌کارافتادن قدیمی تجهیزات برق‌رسانی، گسترش توسعه‌های تجاری، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و گسترش سریع شبکه‌های شارژ خودروهای الکتریکی، نیازهای جدیدی را برای تجهیزات قابل‌اطمینان توزیع متوسط‌ولتاژ ایجاد کرده‌اند.

با سرمایه‌گذاری شرکت‌های برق‌رسانی و توسعه‌دهندگان در توزیع زیرزمینی برق، استاندارد ای‌آی‌تی‌ئی تранسفورماتورهای مونتاژ شده بر روی پاد به مؤلفه‌ای ضروری از زیرساخت الکتریکی مدرن تبدیل شده‌اند.

برخلاف ترانسفورماتورهای معمولی که روی ستون‌ها نصب می‌شوند، ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه در سطح زمین و در داخل پوشش‌های امن و مقاوم در برابر دستکاری غیرمجاز قرار می‌گیرند. این ترانسفورماتورها اتصالی کارآمد بین سیستم‌های توزیع زیرزمینی متوسط‌ولتاژ و بارهای الکتریکی پایین‌ولتاژ فراهم می‌کنند و در عین حال به دسترسی شرکت‌های تأمین انرژی، ایمنی عمومی و قابلیت نگهداری بلندمدت کمک می‌کنند.

برای مهندسان شرکت‌های تأمین انرژی، پیمانداران EPC، توزیع‌کنندگان تجهیزات الکتریکی و اپراتورهای تجاری شارژ خودروهای الکتریکی (EV)، انتخاب ترانسفورماتور مناسب تنها با تطبیق ولتاژ و رتبه kVA کافی نیست. مهندسان باید استانداردهای مربوطه IEEE/ANSI، پیکربندی‌های ورودی، عملکرد حرارتی، هماهنگی سیستم‌های حفاظتی، یکپارچگی پوشش و شرایط عملیاتی خاص محل را ارزیابی کنند.

این راهنمای فنی مشخصات حیاتی و ملاحظات مهندسی مرتبط با انتخاب ترانسفورماتورهای سه‌فاز نصب‌شده روی پایه برای پروژه‌های توزیع زیرزمینی آمریکای شمالی و شارژ تجاری خودروهای الکتریکی (EV) .

۱. چرا تранسفورماتورهای مونتاژ شده بر روی پاد موردی برای مدرن‌سازی شبکه‌های آمریکای شمالی

۱.۱ نقش فزایندهٔ توزیع زیرزمینی برق

توزیع زیرزمینی برق به‌طور گسترده‌ای در مناطق مسکونی آمریکای شمالی، پروژه‌های توسعهٔ تجاری، پارک‌های صنعتی و زیرساخت‌های شهری استفاده می‌شود.

اگرچه توزیع زیرزمینی معمولاً هزینه‌های اولیهٔ ساخت بالاتری نسبت به سیستم‌های هوایی دارد، اما در کاربردهای مناسب مزایای متعددی ارائه می‌دهد:

• کاهش مواجههٔ رساناهای اصلی با باد، شاخه‌های افتاده و برخی خطرات مرتبط با آب‌وهوایی.

• بهبود ظاهر بصری در مناطق تجاری و مسکونی.

• کاهش تداخل‌های ناشی از فاصلهٔ لازم بین خطوط هوایی.

• ادغام انعطاف‌پذیر با تسهیلات تجاری و زیرساخت‌های برقی.

• دسترسی به تجهیزات در سطح زمین برای کارکنان مؤهل شرکت‌های برق‌رسانی.

با این حال، توزیع زیرزمینی خطرات قطعی برق را از بین نمی‌برد. خرابی کابل‌ها، سیل، تخریب عایق و از کار افتادن تجهیزات همچنان مسائل مهم مهندسی محسوب می‌شوند.

ترانسفورماتورهای توزیع نصب شده بر روی پاد به‌عنوان رابط‌های حیاتی بین فیدرهای متوسط‌ولتاژ زیرزمینی و سیستم‌های الکتریکی ثانویه‌ای که ساختمان‌ها، تجهیزات صنعتی و ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV) را تغذیه می‌کنند، عمل می‌کنند.

۱٫۲ بارهای الکتریکی جدید، نیازهای ترانسفورماتورها را تغییر داده‌اند

شبکه‌های توزیع سنتی عمدتاً بر اساس پروفایل‌های بار نسبتاً قابل پیش‌بینی در بخش‌های مسکونی و تجاری طراحی شده‌اند.

امروزه شرکت‌های توزیع باید شرایط پیچیده‌تری از عملیات را نیز پذیرا باشند، از جمله:

• توسعه‌های تجاری با تراکم بالا.

• مراکز داده و تأسیسات صنعتی.

• تولید پراکنده انرژی خورشیدی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری.

• پلازاها و ایستگاه‌های تجاری شارژ خودروهای الکتریکی (EV).

• فلوت‌های حمل‌ونقل الکتریکی.

• افزایش تقاضا برای نظارت و اتوماسیون شبکه.

این کاربردها ملاحظات جدیدی را در زمینه ظرفیت ترانسفورماتور، تغییرپذیری بار، پیرشدن حرارتی، تنظیم ولتاژ و هماهنگی سیستم‌های حفاظتی به همراه دارند.

به‌عنوان مثال، یک ایستگاه تجاری شارژ مجهز به چندین شارژر سریع جریان مستقیم ۳۵۰ کیلووات ممکن است نیازمند ظرفیت ترانسفورماتور بسیار بیشتری نسبت به یک مرکز خرده‌فروشی معمولی باشد.

در نتیجه، انتخاب ترانسفورماتور باید هم تقاضای فعلی برق و هم گسترش واقع‌بینانه‌ای که در آینده قابل پیش‌بینی است را در نظر بگیرد.

۲. آشنایی با استانداردهای آی‌ای‌ای‌ای و اِی‌ان‌اس‌آی برای ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه

رعایت استانداردهای شمال آمریکا که در مورد آن قابل اعمال است، یکی از مهم‌ترین ملاحظات در زمان مشخص‌کردن ترانسفورماتور نصب‌شده روی پایه محسوب می‌شود.

سری استانداردهای آی‌ای‌ای‌ای سی۵۷، الزامات و راهنمایی‌هایی را در زمینه ساخت، عملکرد، آزمون و کاربرد ترانسفورماتورها تعیین می‌کند.

۲.۱ استانداردهای کلیدی آی‌ای‌ای‌ای برای ترانسفورماتورهای توزیعی نصب‌شده روی پایه

استاندارد	دامنه اصلی	اهمیت مهندسی
آی‌اِی‌اِی‌ئی سی۵۷.۱۲.۳۴	ترانسفورماتورهای توزیعی نصب‌شده روی پایه، سه‌فاز، ۶۰ هرتز، با سیال عایق	مشخصات الکتریکی، ساختار و الزامات عملکرد
آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۲۲	ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در مایع با قابلهای نصب‌شده روی پد، سه‌فاز و ۶۰ هرتز	الزامات مربوط به پیکربندی‌های ترانسفورماتوری قابل اعمال
IEEE C57.12.28	پایداری پوسته تجهیزات نصب‌شده روی پد	مقاومت در برابر دستکاری، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری پوسته
IEEE C57.12.00	الزامات عمومی برای ترانسفورماتورهای توزیع، توان و تنظیم‌کننده غوطه‌ور در مایع	الزامات عمومی الکتریکی و عملکردی
IEEE C57.12.90	روش‌آزمون برای ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در مایع	تأیید عملکرد الکتریکی و عایقی
آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۹۱	راهنمای باردهی برای ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن معدنی	ارزیابی بار حرارتی و پیرشدن عایق
آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۷۰	علامت‌گذاری ترمینال‌ها و اتصالات	شناسایی اتصالات و چیدمان ترمینال‌ها

یادداشت مهندسی: استانداردهای آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۲۲ و آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۳۴ به پیکربندی‌های مختلف ترانسفورماتور اشاره دارند و جایگزین‌پذیر نیستند. مهندسان باید قبل از خرید، استاندارد قابل اعمال، ویرایش آن، رده ولتاژ و چیدمان تجهیزات را تأیید کنند.

۲٫۲ چرا یکپارچگی پوشش در آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۲۸ اهمیت دارد

ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پد اغلب در مکان‌هایی که برای عموم قابل دسترس هستند — از جمله پارکینگ‌های تجاری، مجموعه‌های مسکونی و ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV) — نصب می‌شوند.

در نتیجه، طراحی پوشش یک عامل اساسی ایمنی محسوب می‌شود.

استاندارد آی‌ای‌ای‌ای سی۵۷٫۱۲٫۲۸ الزامات یکپارچگی پوشش‌دهندهٔ تجهیزات نصب‌شده روی پایه را مشخص می‌کند، از جمله مقاومت در برابر ورود غیرمجاز و شرایط محیطی تعیین‌شده.

ملاحظات مهم طراحی شامل موارد زیر است:

• ساختار کابینت مقاوم در برابر دستکاری.

• درهای دسترسی امن و امکانات قفل‌کردن.

• مواد مقاوم در برابر خوردگی و پوشش‌های محافظ.

• یکپارچگی مکانیکی اجزای پوشش‌دهنده.

• جداسازی مناسب کابینت‌ها و ترتیبات دسترسی.

برای نصب‌های ساحلی، مهندسان باید علاوه بر سایر موارد، مواجهه با نمک، رطوبت، عملکرد پوشش‌ها و مقاومت بلندمدت در برابر خوردگی را نیز ارزیابی کنند.

رعایت استاندارد آی‌ای‌ای‌ای سی۵۷٫۱۲٫۲۸ باید با اسناد طراحی مربوطه و شواهد آزمایشی پشتیبانی شود. الزامات پروژه‌محور در زمینهٔ پوشش یا آزمایش پاشش نمک ممکن است فراتر از حداقل‌های تعیین‌شده در این استاندارد باشد.

۲٫۳ الزامات تأییدیهٔ یو‌ال، سی‌اس‌ای و شرکت‌های تأمین انرژی

خرید ترانسفورماتور در آمریکای شمالی ممکن است شامل چند الزام انطباق مجزا باشد.

این‌ها شامل استانداردهای طراحی آی‌اِی‌اِی‌ئی/آنسی، الزامات مربوط به گواهی‌نامه‌های ایمنی یا فهرست‌بندی، مشخصات شرکت‌های توزیع برق و قوانین برق محلی می‌شوند.

ترانسفورماتوری که بر اساس استانداردهای آی‌اِی‌اِی‌ئی طراحی شده است، به‌طور خودکار گواهی‌نامهٔ ال‌ال (UL) یا گواهی‌نامهٔ سی‌اس‌ای (CSA) ندارد.

همچنین، رعایت یک استاندارد منتشرشده لزوماً تأیید نهایی توسط شرکت توزیع برق خاصی را تضمین نمی‌کند.

پیش از خرید، تیم‌های پروژه باید موارد زیر را تأیید کنند:

1. استانداردها و ویرایش‌های مربوطهٔ آی‌اِی‌اِی‌ئی/آنسی.

2. پیکربندی‌های ترانسفورماتوری که توسط شرکت توزیع برق تأیید شده‌اند.

3. گواهی‌نامه‌ها یا ارزیابی‌های اجباری از طرف سازمان‌های مستقل.

4. الزامات کارایی وزارت انرژی ایالات متحده.

5. نیازمندی‌های نظارتی کانادا و الزامات استانی مرتبط.

6. گزارش‌های آزمون کارخانه‌ای و اسناد فنی پشتیبان.

برای ترانسفورماتورهای وارداتی، این الزامات باید در مرحلهٔ درخواست پیشنهاد قیمت (RFQ) به‌جای پس از تحویل تجهیزات روشن شوند.

۳. مشخصات حیاتی برای ترانسفورماتورهای زیرزمینی تранسفورماتورهای توزیع

انتخاب ترانسفورماتور مناسب نیازمند تصمیم‌گیری‌های هماهنگ دربارهٔ رده‌بندی‌های الکتریکی، آرایش فیدرها، سیستم‌های عایق‌بندی و دستگاه‌های حفاظتی است.

۳.۱ ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه با فید حلقه‌ای در مقابل فید شعاعی

دو آرایش رایج اتصال ولتاژ بالا، فید شعاعی و فید حلقه‌ای هستند.

پیکربندی فید شعاعی

ترانسفورماتور فید شعاعی از یک فیدر اولیهٔ تنها تغذیه می‌شود.

این آرایش معمولاً در مواردی که ترانسفورماتور در انتهای یک مدار توزیع قرار دارد یا اتصالات فیدر جایگزین لازم نیست، به‌کار می‌رود.

مزایا:

• آرایش فیدر نسبتاً ساده.

• تعداد کمتری نقطهٔ اتصال کابل اولیه.

• برای بارهای تجاری مستقل مناسب است.

• پیچیدگی تجهیزات و نصب احتمالاً کمتر است.

با این حال، خرابی یا قطعی در فیدر تأمین‌کننده می‌تواند تأمین برق تجهیزات پایین‌دست را مختل کند.

پیکربندی فیدر حلقه‌ای

ترانسفورماتور فیدر حلقه‌ای اتصالات کابل اولیه‌ای فراهم می‌کند که امکان ادامهٔ مدار توزیع از محل ترانسفورماتور را می‌دهد.

بسته به طراحی شبکهٔ شرکت برق و تجهیزات سوئیچینگ نصب‌شده، این پیکربندی می‌تواند امکان بخش‌بندی و ترتیب‌های جایگزین تأمین برق را فراهم کند.

مزایا:

• انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی فیدرهای زیرزمینی.

• پشتیبانی از سوئیچینگ و بخش‌بندی توسط شرکت برق.

• احتمال بهبود بازیابی خدمات.

• برای محوطه‌های تجاری و سیستم‌های توزیع چندترانسفورماتوری مناسب است.

به‌طور مهمی، پیکربندی حلقه‌ای تغذیه به‌خودی‌خود تأمین خدمات بی‌وقفه را تضمین نمی‌کند. افزونگی به توپولوژی کلی شبکه، روش جابجایی و منبع جایگزین موجود بستگی دارد.

عامل انتخاب	تغذیه شعاعی	غذا دادن حلقه‌ای
چیدمان فیدر اصلی	تامین ورودی تک‌شاخه	اتصالات فیدر ورودی و خروجی
کاربرد معمول	بارهای انتهایی خط	شبکه‌های زیرزمینی با چندین ترانسفورماتور
پیچیدگی نصب	معمولاً کمتر	معمولاً بالاتر
انعطاف‌پذیری در بخش‌بندی	محدود	بیشتر با جابجایی مناسب
توانایی بازیابی	وابسته به شبکه بالادستی	قابلیت پشتیبانی از بازیابی فیدر جایگزین را دارد
کاربردهای رایج	تسهیلات تجاری کوچک	شبکه‌های توزیع برق شرکت‌های تأمین‌کننده، محوطه‌های دانشگاهی و توسعه‌های تجاری

پیشنهاد انتخاب: در پروژه‌های توزیع برق شرکت‌های تأمین‌کننده که نیاز به بخش‌بندی فیدر دارند، باید پیکربندی‌های فیدر حلقه‌ای ارزیابی شوند؛ در حالی که نصب‌های تجاری مستقل ممکن است از طرح‌های فیدر شعاعی بهره‌مند شوند.

۳٫۲ ظرفیت و انتخاب ولتاژ ترانسفورماتور

ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه در محدودهٔ وسیعی از رده‌بندی‌ها موجود هستند که این امر بستگی به طراحی، ردهٔ ولتاژ، نیازهای خنک‌کنندگی و قابلیت‌های سازنده دارد.

رده‌بندی‌های رایج ترانسفورماتورهای توزیع سه‌فاز عبارتند از:

• 75 کیلوولت‌آمپر

• ۱۵۰ کیلوولت‌آمپر

• ۳۰۰ کیلوولت‌آمپر

• ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر

• ۷۵۰ کیلوولت‌آمپر

• ۱٬۰۰۰ کیلوولت‌آمپر

• ۱۵۰۰ کیلوولت‌آمپر

• ۲۰۰۰ کیلوولت‌آمپر

• ۲٬۵۰۰ کیلوولت‌آمپر

طراحی‌های سفارشی با ظرفیت بالاتر نیز ممکن است در دسترس باشند، مشروط بر اینکه با استانداردهای قابل اعمال و نیازهای پروژه سازگار باشند.

سیستم‌های رایج ولتاژ متوسط آمریکای شمالی شامل ۱۳٫۸ کیلوولت، ۲۴٫۹۴ کیلوولت و ۳۴٫۵ کیلوولت هستند، هرچند ولتاژ پیچشی واقعی ترانسفورماتور باید با ولتاژ اسمی سیستم شرکت توزیع برق و روش اتصال به زمین آن مطابقت داشته باشد.

گزینه‌های رایج ولتاژ ثانویه عبارتند از:

ولتاژ ثانویه	کاربردهای رایج
۲۰۸Y/۱۲۰ ولت	ساختمان‌های تجاری و بارهای الکتریکی کوچک‌تر
۴۸۰Y/۲۷۷ ولت	تسهیلات صنعتی، ساختمان‌های تجاری بزرگ و زیرساخت‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV)
۶۰۰Y/۳۴۷ ولت	برخی نصب‌های تجاری و صنعتی در کانادا
پیکربندی های سفارشی	کاربردهای اختصاصی شرکت‌های توزیع برق و صنعتی

انتخاب رده ولتاژ باید با در نظر گرفتن هماهنگی عایق‌بندی، سطح پایه عایق‌بندی ضربه‌ای (BIL)، اتصال به زمین و مشخصات تجهیزات شرکت توزیع انرژی انجام شود.

۳٫۳ طراحی بدون رویهٔ باز و محافظت اولیه

برای کاربردهای توزیع زیرزمینی، معمولاً پیکربندی ترانسفورماتورهای بدون رویهٔ باز تعیین می‌شود.

چیدمان‌های بدون رویهٔ باز از اتصالات اولیهٔ جداشدنی و عایق‌دار استفاده می‌کنند تا در عملیات مجاز، مواجهه با اجزای زیر ولتاژ را کاهش دهند.

لوازم جانبی رایج ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• اتصال‌دهنده‌های آرنج قابل قطع بار یا غیرقابل قطع بار.

• سربازهای اولیه و حفره‌های سربازه.

• صاعقه‌گیرها.

• مجموعه‌های فیوز نوع بِی-او-نت.

• فیوزهای پشتیبان محدودکنندهٔ جریان.

• نشانگرهای دمای روغن.

• سنجش‌کننده‌های سطح مایع.

• وسایل اطمینان از ایمنی در برابر فشار زیاد.

• اتصال به زمین.

تجهیزات حفاظتی باید با وسایل حفاظتی بالادستی و بارهای الکتریکی پایین‌دستی هماهنگ باشند.

استفاده از تجهیزات بدون قسمت باز (دِد-فرانت) خطرات الکتریکی را از بین نمی‌برد. برای قطع و وصل، آزمایش و نگهداری باید رویه‌های مربوط به شرکت توزیع برق و الزامات ایمنی الکتریکی را رعایت کرد.

۴. ترانسفورماتورهای مهندسی نصب‌شده روی زمین برای شارژ سریع خودروهای الکتریکی در محیط‌های تجاری

زیرساخت شارژ تجاری خودروهای الکتریکی ویژگی‌های عملیاتی را ایجاد می‌کند که با بسیاری از بارهای توزیع متعارف تفاوت دارد.

ترانسفورماتوری که یک ایستگاه شارژ سریع جریان مستقیم را تغذیه می‌کند، باید بتواند تقاضای توان بالا، ویژگی‌های تبدیل شارژرها، نوسانات احتمالی بار و گسترش ظرفیت در آینده را تحمل کند.

۴.۱ محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور برای شارژ سریع جریان مستقیم

در نظر بگیرید که یک ایستگاه شارژ تجاری خودروهای الکتریکی با چهار دستگاه شارژ سریع جریان مستقیم ۳۵۰ کیلوواتی مجهز است.

بیشینه توان خروجی ترکیبی جریان مستقیم برابر است با:

۴ × ۳۵۰ کیلووات = ۱۴۰۰ کیلووات

با فرض بازدهی نمونه‌ای دستگاه شارژ ۹۵ درصد و ضریب توان سمت جریان متناوب ۰٫۹۹:

توان ظاهری مورد نیاز:

کیلوولت‌آمپر ترانسفورماتور = ۱۴۰۰ ÷ (۰٫۹۵ × ۰٫۹۹)

≈ ۱۴۸۹ کیلوولت‌آمپر

این مثال نشان می‌دهد که یک ترانسفورماتور ۱۵۰۰ کیلوولت‌آمپری هنگامی که هر چهار دستگاه شارژ در حداکثر توان خروجی خود کار می‌کنند، به ظرفیت اسمی خود نزدیک می‌شود.

با این حال، انتخاب نهایی ترانسفورماتور باید عوامل دیگری را نیز در نظر بگیرد:

• مشخصات ورودی تولیدکننده دستگاه شارژ.

• نیاز همزمان به شارژ

• مدیریت انرژی سایت و کنترل‌های اشتراک بار

• تجهیزات کمکی و بارهای تأسیسات

• دمای محیط و شرایط نصب

• محدودیت‌های بار دهی ترانسفورماتور

• گسترش ظرفیت شارژ در آینده

یک ترانسفورماتور ۲۰۰۰ کیلوولت‌آمپر ممکن است در برخی طراحی‌ها ظرفیت اضافی فراهم کند، اما نباید بدون ارزیابی مهندسی بار به‌صورت خودکار انتخاب شود.

انتخاب ترانسفورماتور با ظرفیت بیش از حد نیز هزینه سرمایه را افزایش می‌دهد و می‌تواند مصرف انرژی کل در حالت بی‌بار را، بسته به طراحی ترانسفورماتور، افزایش دهد.

۴٫۲ اعوجاج هارمونیک و گرم‌شدن ترانسفورماتور

شارژرهای سریع جریان مستقیم از مبدل‌های الکترونیک قدرت برای تبدیل توان الکتریکی جریان متناوب به خروجی جریان مستقیم تنظیم‌شده استفاده می‌کنند.

این مبدل‌ها ممکن است جریان‌های هارمونیکی را به سیستم توزیع وارد کنند.

جریان‌های هارمونیکی می‌توانند تلفات جریان گردابی در پیچش‌های ترانسفورماتور، تلفات پراکنده و دمای کاری را افزایش دهند.

پروفایل واقعی هارمونیک‌ها به‌طور قابل‌توجهی به توپولوژی شارژر، اصلاح ضریب توان، فیلترینگ و شرایط کاری بستگی دارد.

شارژرهای مدرن با انتهای فعال ورودی ممکن است تحت شرایط کاری مشخص‌شده، اعوجاج نسبتاً کمی در جریان ورودی نشان دهند.

بنابراین، مهندسان نباید فرض کنند که هر ترانسفورماتور شارژ خودروهای الکتریکی (EV) نیازمند رتبه‌بندی خاصی از نوع K-factor است.

بلکه انتخاب ترانسفورماتور باید شامل موارد زیر باشد:

• طیف هارمونیکی جریان ورودی شارژر.

• میزان کل اعوجاج جریان هارمونیکی (THDi).

• ملاحظات کیفیت توان بر اساس استاندارد IEEE 519 در نقطه اتصال مشترک.

• ویژگی‌های تلفات پراکنده و تلفات پیچشی ترانسفورماتور.

• محاسبات حرارتی سازنده

• شرایط عملیاتی خاص محل

ترانسفورماتورهای با رتبه‌بندی K-factor یکی از رویکردهای احتمالی برای مدیریت بار هارمونیک است، اما اصطلاح K-factor معمولاً با کاربردهای خاص ترانسفورماتورهای خشک مرتبط است.

برای ترانسفورماتورهای پد-مونتد پر شده با مایع، ارزیابی افت هارمونیک مستند یا طراحی حرارتی خاص کاربرد مناسب‌تر از مشخص‌کردن K-4 یا K-13 بدون محاسبات پشتیبان است.

۴٫۳ بار پویا و عملکرد حرارتی

تقاضای شارژ خودروهای الکتریکی (EV) هنگام اتصال، قطع اتصال یا تنظیم توان شارژ خودروها تغییر می‌کند.

هرچند الکترونیک قدرت شارژرها عموماً جریان ورودی را کنترل می‌کند نه اینکه جریان‌های راه‌اندازی غیرکنترل‌شده‌ای شبیه موتور تولید کند، با این حال چندین شارژر با توان بالا می‌توانند تغییرات قابل توجهی در بار ایجاد کنند.

بنابراین عملکرد حرارتی ترانسفورماتور باید با استفاده از پروفایل‌های واقع‌بینانه تقاضای شارژ ارزیابی شود.

ملاحظات کلیدی شامل:

دمای نقطه داغ سیم‌پیچ: دمای بیش از حد می‌تواند پیرشدگی عایق را تسریع کند.

دمای روغن در بالاترین نقطه: دمای روغن نشان‌دهنده‌ی مهمی از شرایط حرارتی کارکرد ترانسفورماتور است.

چرخه‌بندی بار: تکرار چرخه‌های بارگیری و خنک‌سازی بر رفتار حرارتی ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارد.

شرایط محیطی: دمای بالای تابستانی و جریان هوا محدود می‌تواند حاشیه‌های حرارتی قابل‌استفاده را کاهش دهد.

استاندارد IEEE C57.91 راهنمایی‌هایی برای ارزیابی بارگیری و پیرشدگی عایق در ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن معدنی منطبق با آن ارائه می‌کند.

برای مراکز بزرگ شارژ، نمودارهای بار ساعتی یا زیرساعتی می‌توانند در مقایسه با تخمین تنها بیشترین تقاضا، اندازه‌گیری دقیق‌تری از ترانسفورماتور فراهم کنند.

۴٫۴ بازده انرژی و کاهش تلفات بدون بار

ایستگاه‌های شارژ EV ممکن است حتی در زمان‌هایی که تقاضای شارژ پایین است، به‌طور مداوم زیر ولتاژ قرار داشته باشند.

در نتیجه، تلفات بدون بار ترانسفورماتور در طول سال به هزینه‌های عملیاتی اضافه می‌شوند.

طراحان ترانسفورماتور معمولاً دو فناوری اصلی را ارزیابی می‌کنند:

فولاد الکتریکی جهت‌دار دانه‌ای (GOES/CRGO)

فولاد الکتریکی جهت‌دار دانه‌ای معمولی راه‌حلی گسترده و پذیرفته‌شده ارائه می‌دهد که عملکرد مغناطیسی قابل پیش‌بینی، انعطاف‌پذیری در ساخت و ویژگی‌های هزینه‌ای مشخصی دارد.

هسته‌های فلزی آمورف

مواد هسته‌ای آمورف می‌توانند اتلاف توان در حالت بی‌باری را نسبت به برخی طرح‌های معمولی هسته به‌طور قابل توجهی کاهش دهند.

با این حال، عملکرد واقعی به کل طرح ترانسفورماتور بستگی دارد، از جمله هندسه هسته، ساخت سیم‌پیچ، چگالی شار کاری و فرآیندهای تولید.

تیم‌های تأمین باید اتلاف توان در حالت بی‌باری و بار را بر اساس مقادیر تضمین‌شده مقایسه کنند، نه اینکه صرفاً بر اساس توصیف مواد هسته استناد کنند.

ارزیابی جامع باید هزینه کل مالکیت (TOC) را در نظر بگیرد که شامل هزینه خرید، اتلاف توان در حالت بی‌باری، اتلاف توان در حالت بار، قیمت برق و عمر مورد انتظار عملیاتی می‌شود.

۴٫۵ پایش هوشمند زیرساخت شارژ خودروهای الکتریکی

مراکز بزرگ تجاری شارژ خودروهای الکتریکی ممکن است از پایش وضعیت ترانسفورماتور بهره‌مند شوند.

بسته به کاربرد، امکانات نظارتی می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• اندازه‌گیری دمای روغن.

• نشان‌دهنده سطح مایع.

• نظارت بر فشار.

• اندازه‌گیری جریان بار.

• هشدارهای دما.

• رابط‌های ارتباطی از راه دور.

این توابع می‌توانند از نگهداری پیشگیرانه حمایت کرده و شفافیت عملیاتی را بهبود بخشند.

با این حال، معماری ارتباطی، امنیت سایبری، ادغام با شبکه‌های توزیع برق و نیازمندی‌های نظارت از راه دور باید در مرحله مهندسی پروژه تعریف شوند.

۵. روغن معدنی در مقابل روغن‌های عایق استر طبیعی

انتخاب مایع عایق‌کننده بر رفتار حرارتی ترانسفورماتور، ملاحظات ایمنی در برابر آتش، نیازهای نگهداری و عملکرد زیست‌محیطی آن تأثیر می‌گذارد.

روغن معدنی همچنان به‌طور گسترده‌ای در ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در مایع به‌دلیل عملکرد اثبات‌شده و ویژگی‌های هزینه‌ای آن استفاده می‌شود.

مایعات استر طبیعی گزینه‌ای جایگزین برای برخی کاربردها فراهم می‌کنند، به‌ویژه در مواردی که ایمنی بالاتر در برابر آتش یا ملاحظات زیست‌محیطی اهمیت دارند.

پارامتر	روغن معدنی	مایع استر طبیعی
استفاده صنعتی	به‌طور گسترده‌ای ایجاد شده است	استفاده رو به افزایش در برخی کاربردها
نقطه احتراق	معمولاً پایین‌تر	معمولاً بسیار بالاتر
قابلیت تجزیه زیستی	معمولاً کمتر	معمولاً بالاتر
رفتار در برابر رطوبت	ویژگی‌های مرسوم روغن معدنی	جذب رطوبت و رفتار عایقی متفاوت
هزینه اولیه مایع	معمولاً کمتر	معمولاً بالاتر
کاربردهای معمول	توزیع برق شهری و تجاری	نصب‌های حساس به آتش و محیط‌زیست

مایعات استر طبیعی می‌توانند عملکردی با نقطه اشتعال بالا ارائه دهند، اما باید طراحی ترانسفورماتور، سازگاری مایع، رویه‌های نگهداری و الزامات مربوط به حفاظت در برابر آتش را به‌صورت همزمان ارزیابی کرد.

برای ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی که در مجاورت ساختمان‌ها یا مناطق عمومی قرار دارند، مهندسان باید پیش از انتخاب مایع عایق، مقررات آتش‌نشانی مربوطه، فواصل نصب، اقدامات حفاظتی برای جلوگیری از نشت و الزامات شرکت توزیع انرژی را بررسی کنند.

استفاده از مایع استر طبیعی را نباید به‌عنوان راه‌حلی برای حذف کامل الزامات حفاظت در برابر آتش یا انطباق زیست‌محیطی در نظر گرفت.

۶. انتخاب ترانسفورماتور نصب‌شده روی پایه برای پروژه‌های آمریکای شمالی

برای مهندسان شرکت‌های توزیع انرژی و تیم‌های تدارکات EPC، به‌کارگیری فرآیند مشخصات‌دهی ساختاریافته می‌تواند ابهام‌های فنی را کاهش داده و از عدم تطابق گران‌قیمت تجهیزات جلوگیری کند.

۶.۱ فهرست چک‌شده پیشنهادی برای مشخصات فنی

مشخصات فنی	اطلاعات مورد نیاز
کاربرد	توزیع برق شرکت‌های توزیع، ساختمان‌های تجاری، شارژ خودروهای الکتریکی یا صنعتی
ظرفیت نامی	کیلوولت‌آمپر / مگاولت‌آمپر
فرکانس	60 هرتز
ولتاژ اولیه	ولتاژ اسمی و ولتاژ سیم‌پیچ تعیین‌شده توسط شرکت توزیع انرژی
ولتاژ ثانویه	۴۸۰Y‏/۲۷۷ ولت، ۲۰۸Y‏/۱۲۰ ولت یا سایر مقادیر
رده ولتاژ و BIL	بر اساس نیازمندی‌های شرکت توزیع برق و هماهنگی عایقی
پیکربندی تغذیه	تغذیه حلقه‌ای یا تغذیه شعاعی
اتمام‌دهنده اولیه	بدون‌خطر یا جایگزین مشخص‌شده
مایع عایق	روغن معدنی یا جایگزین تأییدشده
چیدمان سیستم خنک‌کنندگی	نشان‌دهنده خنک‌کنندگی برای ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در مایع
مقاومت	درصد تعیین‌شده توسط پروژه و شرکت توزیع برق
حفاظت	فیوزها، سرعت‌گیرها و نیازمندی‌های قطع و وصل
جعبه‌بندی	نیازمندی‌های استاندارد آی‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۲۸ در موارد قابل اعمال
بهره‌وری	نیازمندی‌های اِدُو، کانادا یا شرکت‌های توزیع برق
نظارت	مقررات مربوط به دما، فشار و ارتباطات
مستندات	نقشه‌ها، گزارش‌های آزمون و مدارک اثبات انطباق

۶٫۲ چرا امپدانس ترانسفورماتور اهمیت دارد

امپدانس ترانسفورماتور بر جریان اتصال کوتاه، تنظیم ولتاژ و هماهنگی دستگاه‌های حفاظتی تأثیر می‌گذارد.

ترانسفورماتور با امپدانس پایین‌تر ممکن است در شرایط بارگیری خاص، تنظیم ولتاژ را بهبود بخشد، اما می‌تواند جریان اتصال کوتاه قابل دسترس را افزایش دهد.

ترانسفورماتور با امپدانس بالاتر می‌تواند جریان اتصال کوتاه را کاهش دهد، اما افت ولتاژ تحت بار را افزایش می‌دهد.

بنابراین، امپدانس باید با کل سیستم الکتریکی هماهنگ شود و نه به‌صورت مستقل انتخاب گردد.

برای کاربردهای شارژ خودروهای الکتریکی، مهندسان باید افت ولتاژ را در حین عملیات با بار بالا ارزیابی کنند و اطمینان حاصل کنند که جریان نقص موجود در محدودهٔ رتبه‌بندی قطع‌کنندگی تجهیزات پایین‌دستی باقی می‌ماند.

۶٫۳ آزمون‌های کارخانه‌ای و مستندسازی کیفیت

تضمین کیفیت ترانسفورماتور باید شامل آزمون‌های دوره‌ای مناسب و رویه‌های بازرسی مستندشده باشد.

بسته به نوع ترانسفورماتور و استاندارد اعمال‌شده، آزمون‌های کارخانه‌ای ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ‌ها.

• تأیید نسبت و قطبیت.

• تلفات بدون بار و جریان مغناطیس‌کننده.

• تلفات بار و امپدانس.

• آزمون دی‌الکتریک با ولتاژ اعمال‌شده.

• آزمون با ولتاژ القایی.

• آزمون نشتی برای تجهیزات پر از مایع.

خریدار ممکن است آزمون‌های اضافی نوع، طراحی یا ویژه‌ای را درخواست کند.

مدارک پذیرش کارخانه باید به‌وضوح واحد آزموده‌شده، استانداردهای اعمال‌شده، معیارهای پذیرش و نتایج اندازه‌گیری‌شده را مشخص کنند.

برای پروژه‌های آمریکای شمالی، خریداران باید موجود بودن نقشه‌ها، اطلاعات پلاک شناسایی، دستورالعمل‌های راه‌اندازی و مدارک مناسب برای بازبینی توسط شرکت‌های برق یا نهادهای ذی‌صلاح را نیز تأیید کنند.

۷. جیانگسو دینگ‌شین الکتریک: راه‌حل‌های ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه با سفارشی‌سازی

جیانگسو دینگ‌شین الکتریک تولیدکننده‌ی ترانسفورماتورهای قدرت با بیش از ۳۰ سال تجربه در صنعت است و راه‌حل‌های ترانسفورماتور توزیع و قدرت را برای بازارهای بین‌المللی ارائه می‌دهد.

محصولات این شرکت شامل موارد زیر می‌شوند:

• ترانسفورماتورهای توزیع تک‌فاز نصب‌شده روی ستون.

• ترانسفورماتورهای توزیع غوطه‌ور در روغن.

• ترانسفورماتورهای توزیع نصب‌شده روی پایه.

• ترانسفورماتورهای توزیع خشک.

• ترانسفورماتورهای قدرت غوطه‌ور در روغن.

• زیرساخت‌های پیش‌ساخته.

• ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه برای سیستم‌های فتوولتائیک.

برای پروژه‌های آمریکای شمالی، دینگ‌شین می‌تواند با مشتریان همکاری کند تا نیازهای خاص ترانسفورماتور را ارزیابی کرده و مشخصات تجهیزات سفارشی را توسعه دهد.

۷٫۱ مهندسی ترانسفورماتور مبتنی بر کاربرد

پروژه‌های مختلف نیازمند پیکربندی‌های الکتریکی و مکانیکی متفاوتی هستند.

یک پروژه توزیع زیرزمینی برق ممکن است به اتصالات اولیه استاندارد، آرایش‌های قطع و وصل و لوازم جانبی تأییدشده توسط شرکت‌های توزیع برق اولویت دهد.

یک پروژه تجاری شارژ خودروهای الکتریکی ممکن است تأکید بیشتری بر توزیع ثانویه با ظرفیت بالا، عملکرد تلفات بار، ارزیابی هارمونیک‌ها و نظارت حرارتی داشته باشد.

یک نصب انرژی تجدیدپذیر ممکن است نیازهای اضافی‌ای را شامل جریان توان دوطرفه، اتصال به زمین و هماهنگی سیستم‌های حفاظتی به همراه داشته باشد.

بحث‌های مهندسی دینگ‌شین می‌توانند موارد زیر را پوشش دهند:

• نیازمندی‌های پروژه‌محور ولتاژ و ظرفیت.

• آرایش پیچش و اتصال ترانسفورماتور.

• ابعاد پوشش و پیکربندی مکانیکی.

• گزینه‌های مایع عایق.

• آرایش اتصالات اولیه و ثانویه.

• نیازمندی‌های نظارت و لوازم جانبی.

• انتظارات آزمون کارخانه‌ای و مستندسازی.

در دسترس‌بودن نهایی محصول و انطباق آن باید در مقابل مشخصات فنی توافق‌شده تأیید شود.

۷٫۲ پشتیبانی از پروژه‌های EPC و توزیع آمریکای شمالی

برای خرید ترانسفورماتور بین‌المللی، ارتباطات فنی هم‌قدر توانایی تولید است.

خریداران آمریکای شمالی باید در ابتدای فرآیند تأمین، کاربرد مورد نظر، مشخصات فنی شبکه، استانداردهای اعمال‌شده و الزامات نصب را ارائه دهند.

درخواست پیشنهاد فنی کامل به روشن‌سازی سازگاری تجهیزات و شناسایی مسائل احتمالی مربوط به تأیید قبل از تولید کمک می‌کند.

دینگ‌شین از بحث‌ها با شرکت‌های توزیع برق، پیمانکاران EPC، توزیع‌کنندگان تجهیزات برقی و توسعه‌دهندگان زیرساخت‌های تجاری که به دنبال راه‌حل‌های ترانسفورماتوری متناسب با پروژه هستند، حمایت می‌کند.

برای پروژه‌هایی که نیازمند پیکربندی‌های IEEE/ANSI هستند، اسناد انطباق و الزامات آزمون باید پیش از تأیید سفارش تعیین و تأیید شوند.

۸. پرسش‌های متداول دربارهٔ ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایهٔ استاندارد IEEE

ترانسفورماتور نصب‌شده روی پایهٔ استاندارد IEEE چیست؟

ترانسفورماتور نصب‌شده روی پایهٔ استاندارد IEEE نوعی ترانسفورماتور توزیع در سطح زمین است که بر اساس الزامات مربوطهٔ IEEE در زمینهٔ رتبه‌بندی‌های الکتریکی، ساختار، آزمون و پیکربندی پوشش طراحی شده است.

استانداردهای مربوطه بستگی به نوع ترانسفورماتور، رده ولتاژ و کاربرد دارد.

تفاوت ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه با تغذیه حلقه‌ای و تغذیه شعاعی چیست؟

ترانسفورماتور با تغذیه شعاعی از طریق یک آرایش تکی فیدر اولیه، انرژی دریافت می‌کند.

ترانسفورماتور با تغذیه حلقه‌ای، اتصالاتی را فراهم می‌کند که امکان ادامه مدار توزیع زیرزمینی از محل ترانسفورماتور را فراهم می‌سازد و در صورت طراحی مناسب، گزینه‌های اضافی برای سوئیچینگ و بخش‌بندی را پشتیبانی می‌کند.

برای ایستگاه شارژ تجاری خودروهای الکتریکی (EV)، چه اندازه ترانسفورماتوری لازم است؟

ظرفیت ترانسفورماتور به توان شارژرها، بازده ورودی AC، ضریب توان، تقاضای همزمان، بارهای کمکی و برنامه‌های گسترش بستگی دارد.

به‌عنوان مثال، چهار شارژر ۳۵۰ کیلوواتی که به‌صورت همزمان کار می‌کنند، ممکن است تحت فرضیات نشان‌داده‌شده با بازده ۹۵ درصد و ضریب توان ۰٫۹۹، حدود ۱۴۸۹ کیلوولت‌آمپر ظاهری نیاز داشته باشند.

تعیین نهایی اندازه ترانسفورماتور نیازمند ارزیابی دقیق بارهای الکتریکی است.

آیا استانداردهای IEEE C57.12.28 و IEEE C57.12.34 یکسان هستند؟

خیر. استاندارد آی‌ای‌ای‌ای‌ئی C57.12.28 الزامات مربوط به یکپارچگی پوشش تجهیزات نصب‌شده روی پایه را مشخص می‌کند.

استاندارد آی‌ای‌ای‌ای‌ئی C57.12.34 الزامات مربوط به ترانسفورماتورهای توزیع سه‌فاز غوطه‌ور در مایع و نصب‌شده روی پایه را تعیین می‌کند.

هر دو ممکن است در یک پروژهٔ خاص ترانسفورماتور مرتبط باشند، اما هر کدام الزامات متفاوتی را پوشش می‌دهند.

آیا ترانسفورماتورهای نصب‌شده روی پایه می‌توانند از مایع عایق استر طبیعی استفاده کنند؟

بله. برخی از ترانسفورماتورهای پر شده از مایع و نصب‌شده روی پایه را می‌توان برای استفاده از مایع‌های عایق استر طبیعی طراحی کرد.

ترانسفورماتور باید برای مایع انتخاب‌شده به‌گونه‌ای مهندسی شود که سازگاری مواد، ویژگی‌های حرارتی، عملکرد دی‌الکتریک و استانداردهای اعمال‌شده به‌درستی در نظر گرفته شوند.

آیا ترانسفورماتورهای شارژ خودروهای الکتریکی (EV) نیازمند طراحی مقاوم در برابر هارمونیک‌ها هستند؟

لازم نیست.

الزامات مربوط به هارمونیک‌ها به ویژگی‌های ورودی تجهیزات شارژ و سیستم برق کلی بستگی دارد.

مهندسان باید طیف هارمونیک شارژر، تلفات ترانسفورماتور و شرایط عملیاتی حرارتی را پیش از تعیین مقررات طراحی ویژه مربوط به هارمونیک‌ها ارزیابی کنند.

۹. نتیجه‌گیری: ساخت زیرساخت توزیع زیرزمینی و زیرساخت شارژ خودروهای الکتریکی قابل اعتماد

مدرن‌سازی شبکه در آمریکای شمالی و گسترش تجاری تجهیزات شارژ خودروهای الکتریکی (EV)، تقاضا برای ترانسفورماتورهای توزیع نصب‌شده روی پایه (pad-mounted) با قابلیت اطمینان، کارایی بالا و مناسب برای کاربردهای خاص را افزایش داده است.

برای شرکت‌های توزیع برق، پیمانکاران EPC و توسعه‌دهندگان زیرساخت شارژ، انتخاب موفق ترانسفورماتور به عوامل متقابل متعددی بستگی دارد:

• انتخاب صحیح استانداردهای IEEE/ANSI.

• پیکربندی مناسب تغذیه حلقه‌ای (loop-feed) یا تغذیه شعاعی (radial-feed).

• تطابق دقیق ظرفیت و ولتاژ.

• هماهنگ‌سازی سیستم‌های حفاظت الکتریکی.

• ارزیابی عملکرد حرارتی و هارمونیکی.

• طراحی مناسب پوشش محافظ (enclosure) و مایع عایق.

• آزمایش کارخانه و اسناد پروژه تأیید شده‌اند.

ترانسفورماتوری که به‌درستی مشخص‌شده باشد می‌تواند قابلیت اطمینان توزیع را بهبود بخشد، بهره‌وری عملیاتی بلندمدت را پشتیبانی کند و خطرات نصب و نگهداری را کاهش دهد.

درخواست مشخصات سفارشی ترانسفورماتور نوع پد-مونتد

آیا در آمریکای شمالی قصد ارتقای توزیع زیرزمینی یا اجرای پروژهٔ شارژ سریع خودروهای الکتریکی (EV) در محیط تجاری را دارید؟

شرکت جیانگسو دینگ‌شین الکتریک تولید ترانسفورماتورهای مبتنی بر پروژه و پشتیبانی از سفارشی‌سازی را برای کاربردهای بین‌المللی در حوزهٔ توزیع برق ا utilities و تجاری ارائه می‌دهد.

ولتاژ پروژه، ظرفیت مورد نیاز، پیکربندی فید، استانداردهای اعمال‌شونده و نقشه‌های فنی خود را با تیم مهندسی ما به اشتراک بگذارید.

با شرکت دینگ‌شین الکتریک تماس بگیرید تا نیازهای ترانسفورماتور نوع پد-مونتد خود را مطرح کنید و درخواست نقل‌قول فنی سفارشی (RFQ) دهید.