マイクログリッド変圧器選択ガイド: キャンパスおよびデータセンターのマイクログリッドのサイジング、インピーダンス、接地

マイクログリッド変圧器は、その寿命の半分を通常の配電業務に費やし、残りの半分は、通常の配電変圧器では指定されていなかったこと、つまり商用ブレーカーを開いた状態で施設全体を維持することに費やします。私たちの受信トレイに届いた仕様書のほとんどは、前半部分のみを説明しています。

プロジェクト エンジニアが当社にリクエストを送信したとき、マイクログリッド変圧器、通常、kVA 番号は 1 ページ目にあります。孤立故障電流、中性点接地配置、およびインバータが電圧低下に耐えるかどうかを決定するインピーダンスは、通常は欠落しています。これら 3 つの項目がこのガイドの内容です。

マイクログリッド変圧器は小型の配電変圧器ではありません

マイクログリッドは、相互接続された負荷と分散型エネルギー リソースのグループであり、グリッドに対して単一の制御可能なエンティティとして動作します。また、重要なことに、グリッドから切断して稼働を続けることもできます。この定義は米国エネルギー省のグリッド研究プログラムに由来しており、これに続くすべての仕様の違いの起源となっています。

通常の配電変圧器は、一次側に電源が 1 つあります。あマイクログリッド変圧器は、共通結合点が閉じている間のユーティリティと、それが開いた後のオンサイト生成とストレージの 2 つで動作する必要があります。その 1 つの変化が、保護調整、接地、インピーダンス、負荷を通じて波及します。

この背景にある商業的圧力は、もはやニッチな話ではありません。 2026 年 6 月の分析で、DOE 電力局は、米国のデータセンターの総電力使用量が 2014 年の 58 TWh から 2023 年には 176 TWh に増加し、2028 - までに 325 ～ 580 TWh に達すると予測されており、個々のサイトは最大 4.5 GW を要求しており、ほぼ州全体の平均需要に相当します。配電と送電の拡大はそのペースに追いつくことができないため、同じ分析では、マイクログリッドを非常に大きな負荷に電力を供給するためのより迅速なルートとして位置づけています。完全な分析:DOE 電力局 - マイクログリッド、大規模電力負荷および送電網サポート.

アイランド モード用のマイクログリッド変圧器のサイジング

ここがほとんどの購入者が見逃している部分です。公共料金の請求書に基づいてサイズ設定されたユニットは、電力網が供給を支援する負荷の一致に応じてサイズ設定されます。アイランドモードでも同様マイクログリッド変圧器設備全体をそれ自体で伝送し、同時に変圧器の磁化突入電流と、遷移後に始動するあらゆるものの始動電流も吸収します。

この作業方法は、単一の需要数値ではなく、負荷ブロックの調査です。

• 連続ブロック- 照明、HVAC、IT またはプロセス負荷が決して止まらない。
• 断続的なブロック- チラー、コンプレッサー、ポンプは 1 日を通して循環します。
• モーター始動ブロック- 最大のモーターと、同時に始動できるモーター。
• 充電ブロック- コントローラーがいつでも呼び出すことができるバッテリー ストレージまたは EV 負荷。

次に、現実的なダイバーシティ係数を適用して、変圧器がすでに連続ブロックを保持している間に最大のモーターが始動するという最悪のケースを確認します。ロックローター電流が 6 倍の 300 馬力モーターは、最初のサイクルでは 480 V で約 2,200 A を消費しますが、その電流は背後にユーティリティのないシステムのどこかから供給される必要があります。

インピーダンスは、サイジングと保護が衝突する部分です。 480 V 二次電圧で 5.75% のインピーダンスにある 1,500 kVA ユニットは、約 31 kA の利用可能な故障電流 (1,500 kVA ÷ (√3 × 0.48 kV × 0.0575)) を供給します。電圧調整を強化するためにインピーダンスを 4% にトリミングすると、同じユニットが約 45 kA を供給します。下流のすべてのブレーカー、バスバー、およびアークフラッシュ ラベルは、一致するように定格を再設定する必要があります。

接地: 島の断層電流を決定する決定

ユーティリティ ブレーカーが開くと、ユーティリティが提供した接地基準も一緒に残ります。 NEC 250.30 の要求に従って、マイクログリッドが独自の接地導体を備えた個別に派生したシステムにならない限り、島の保護装置には地絡と通常の動作を区別する信頼できる方法がありません。

ほぼすべてのプロジェクトをカバーする 3 つの取り決め:

• しっかりと接地された Y 端子- 最も単純で最大の故障電流。アイランド負荷に比べて変圧器が大きい場合にのみ有効です。
• 低抵抗接地- NGR は、地絡電流を定義されたレベル (通常は 5 ～ 400 A) に制限するため、絶縁故障がアークフラッシュ現象にまで拡大することはありません。
• ジグザグ接地変圧器- デルタシステム上に人工ニュートラルを作成し、島が地上基準を持つようにします。

当社のエンジニアがマイクログリッド仕様に関して最初にチェックするのは、kVA ではありません。それは、中性点接地の配置がインバータまたは保護リレー方式の故障検出設定と一致しているかどうかです。そこに不一致があると、図面上では完璧に見えるシステムが生成されますが、最初の実際の障害でトリップします。

高調波とライドスルー: インバーターが仕様を変更する場所

インバータベースのリソースは、同期発電機のように動作しません。マイクログリッドは個別のスイッチング ステップで電流を注入し、変圧器が公共ネットワークよりも電気的に電源に近い位置にあるため、マイクログリッドはその高調波成分を集中させます。 IEEE 519 では、ほとんどのバスで電圧の全高調波歪みを 5% に制限しており、経験則ではなく高調波研究によって K 定格が必要かどうかが決まります。マイクログリッド変圧器.

インピーダンスはライドスルーにも影響します。 IEEE 1547-2018 では、分散型エネルギー リソースが、最初のエクスカーションでトリップするのではなく、定義された電圧および周波数の外乱を乗り越えることを要求しています。変圧器のインピーダンスが高いと、モーターの始動時や故障時に電圧降下が深くなり、インバーターが保持するように構成されているライドスルーエンベロープの外側に共通結合点が押し出される可能性があります。機器の注文後ではなく、テーブル上のその曲線を使用してインピーダンスを設定します。規格の概要:IEEE 1547 シリーズ - DER 相互接続.

のためにデータセンター用乾式変圧器キャンパス アプリケーションとキャンパス アプリケーションの 2 つのルールは、ほぼすべてのジョブに適用されます。1 つは、敏感な電子機器がバスを共有する場合、1 次と 2 次の間に静電シールドを追加すること、そして、高調波調査で重要な 3 次および 5 次高調波成分が示された場合は、K-1 ではなく K-13 定格に移行することです。カプセル化されたキャスト樹脂設計により、屋内で液体火災負荷を発生させることなく両方に対応できます。

認定、テスト、およびユーティリティが実際に読み取る内容

北米のプロジェクトでは通常、書類手続きによって承認が決まります。乾式ユニットは通常、UL 1561 に準拠していますが、液体充填ユニットおよびパッド取り付けユニットは UL 1562 に従い、カナダのサイトでは cULus リストおよび CSA C22.2 に準拠しています。効率は、該当する DOE 配電変圧器規格を満たさなければなりません。次に、比率、極性、インピーダンス、巻線抵抗、誘電体テスト、さらにプロトタイプ設計の温度上昇テストなどのルーチンテストレポートがあり、これはコンサルティングエンジニアが提出物に署名する前に実際に読むものです。

を使って作業するUL 認定変圧器サプライヤーリクエストに応じてそのファイルを作成できるため、数週間を節約できます。 Ryan Electric は、180+ セットの生産設備と 37 件の特許を備えた 120,000 平方メートルの施設で乾式ユニットと油浸ユニットを構築し、UL、CSA、IEEE、DEKRA 認証を取得しており、2023 年からイートンの合弁パートナーとして運営されています。データセンター用乾式変圧器これは、テスト レポートと認定ファイルが 3 回のフォローアップ メールの後ではなく、ユニットに同梱されることを意味します。

実際の仕様のウォークスルーはどのようなものなのか

私たちが見積もった東南アジアのキャンパスプロジェクトでは、購入者の最初の文書は、1 台の 2,000 kVA 変圧器と 1,600 kW の設置負荷を示す単線図でした。その中には、ユーティリティフィーダーが開いたときに何が起こるかについては何も書かれていませんでした。私たちの返答には 3 つの質問がありました。最大のモーターは何ですか、中性点接地方式は何ですか、インバーターはどのようなライドスルー曲線を保持するように設定されていますか?

答えによって順序が変わりました。 1 台の 2,000 kVA ユニットではアイランド モードで 80% の負荷がかかり、モーター始動のためのヘッドルームがほとんど残らないため、設計は 2 台の 1,250 kVA ユニットに移行し、インピーダンスは 5.75% に固定、低抵抗接地は 400 A、電子負荷に給電するセクションには K-13 巻線を使用しました。合計kVAが上がりました。変更指示はゼロになりました。

それが商売だマイクログリッド変圧器仕様は実際に作成されています。運に依存しない試運転週間に対して、わずかに大きく、より慎重に文書化されたユニットです。

マイクログリッド変圧器の指定

最初にアイランドモードのケースを作成し、次にトランスのサイズを作成します。単線図、最大モーター、接地意図、認証対象をお送りください。としてUL 認定変圧器サプライヤーそしてパッドマウントトランスメーカー社内のテスト施設を使用して、インピーダンスの推奨事項、負荷ブロック解析、希望ではなく現実を反映したスケジュールを返します。ここから始めてください:ライアントランスフォーマー.com.

実際の障害下でも持ちこたえるマイクログリッドは、インピーダンス、接地、認証が一緒に決定されたものです。この決定は、発注前が最も安く、試運転後が最も高価になります。

著者について:この記事は、中国江蘇省の変圧器メーカーであり、2023 年からイートンの合弁パートナーである Ryan Electric のエンジニアリング チームによって執筆されました。同社は、北米、東南アジア、中東、アフリカのデータ センター、再生可能エネルギー、公益事業、産業の顧客に UL および CSA 認定の乾式変圧器、油入変圧器、およびパッドマウント変圧器を供給しています。