變壓器（Transformer）¶
從 市電進線 進來的是中壓（台灣常見 22.8 kV 或 11.4 kV），伺服器吃的是 220/380 V。變壓器就是中間那一階。它沒有活動零件，卻是電力鏈上唯一會改變「單位」的節點——上游的安培和下游的安培差一個數量級，不能相加。它同時決定下游短路電流有多大，往下所有斷路器的規格都得跟著走。
六格¶
拓撲位置¶
上游中壓開關設備（dc-03），下游低壓主配電盤（dc-07）→ UPS（dc-08）→ PDU（dc-11）。機房通常不只一階：主變壓器在受電室，PDU 內建變壓器是第二階。台灣若一次降到 380/220 V，PDU 可能不含變壓器——這直接改變模型裡電力鏈的層數。
容量單位¶
kVA（不是 kW）——變壓器只搬視在功率。銘牌值量測於環境 40 °C、正弦波負載，機房兩個條件都不成立，所以實際可用 = 銘牌 × 降載係數。
冗餘表達¶
N+1 不是把負載除以 2，兩台各自都要能單獨扛全載。2N 則是兩條獨立路徑各吃自己那條的全載。
遙測介面¶
乾式與油浸式的點位完全不同，這對建模很重要：
| 型式 | 主要點位 | 告警門檻 |
|---|---|---|
| 乾式 dry | 繞組溫度（熱電偶／NC 溫度開關）、風扇啟停 | 180–200 °C |
| 油浸 liquid | 頂層油溫、WTI、油位、壓力釋放 | 60–90 °C（油溫） |
共通點位是二次側電壓／電流／kVA／負載率，協定多為 Modbus RTU/TCP 加乾接點。油浸式另有溶解氣體分析 DGA——那是人工週期性資料，不是即時串流。
故障域¶
它掉了下游整段全黑，沒有秒級自動繞道。UPS 撐住 IT 幾分鐘，但冷卻多半不在 UPS 上。更關鍵的是交期以週甚至月計——MTTR 極長，在可用性計算裡的權重遠大於故障率。
維護特性¶
紅外線熱像（帶電可做）、清潔與鎖固扭力（需停電）、油浸式加驗油。NEMA 提到機房不能停，維護時線路常保持帶電——「維護中」不等於「已隔離」，兩個狀態要分開。
關鍵數字與計算¶
一、kVA 換安培
⚠️ 地區差異：英文資料幾乎都算 480 V，同樣 1500 kVA 只有 1,804 A。電流差 21 %，匯流排與電纜規格完全不同，美規數字不能照抄。
二、阻抗 %Z 決定下游短路電流
這就是下游斷路器 kAIC 的最低門檻。 %Z 低一點（銅繞組、低溫升、高 K-factor 都會壓低 %Z）效率好，但短路電流變大、下游設備變貴。真實的取捨。
三、降載後的可用容量
注意：不能選 1000 kVA（1000 × 0.9 = 900 < 972）。算出來卡在兩個標準規格之間很常見，也是模型要同時存銘牌值與降載值的原因。
四、空載損失是永遠在燒的
損失分空載損失（鐵損，通電就有，與負載無關）與負載損失（銅損，正比 I²）。示意數字：1500 kVA 乾式，空載 3.5 kW、滿載銅損 15 kW，35 % 負載時
這 5.3 kW 是設施耗電但不是 IT 耗電，全進 PUE 分子。而且 2N 架構下那台「閒置」的變壓器照樣在燒空載損失——冗餘不是免費的。
常見誤解¶
-
以為容量夠就等於能供這麼多負載，但實際上銘牌是 40 °C 正弦波條件下的值。機房負載幾乎全非線性，要嘛降載 0.85–0.90，要嘛買 K-factor 機。直接拿銘牌規劃機櫃數會超載。
-
以為 N+1 是兩台各扛一半，但實際上每台都必須能單獨扛全載。N+1 買的是「可以拆一台下來」，不是「兩台分工」。這個誤解會讓容量計算錯一倍。
-
以為 %Z 是效率指標、越低越好，但實際上它同時決定二次側短路電流。%Z 減半、短路電流加倍，下游每顆斷路器的 kAIC 要求跟著上升。它是系統參數，不是這台設備的私事。
來源分歧：諧波到底有多嚴重¶
- NEMA US 80017-2023：諧波對變壓器壽命「影響很小」，真正決定壽命的是絕緣溫度，而溫度主要由負載率驅動。只有負載達 80 % 以上才需指定 K4/K9/K13。
- 廠商與顧問文獻（Eaton、CalcPanel）：機房負載本質非線性，一律建議 K-13 / K-20，或對標準機施加 0.85–0.90 降載。
差別是真金白銀。這正是該問設計單位的題目：實際負載率落在多少？長期 40–50 % 的話 NEMA 說法站得住；規劃就要吃到 80 %，那得聽廠商的。
對資料模型的意涵¶
-
它是唯一的單位轉換節點，兩側都要顯性表達：
primary_voltage/secondary_voltage/rated_kva/impedance_pct。拓撲上的容量一律用 kVA 傳遞，不要用安培——安培跨過變壓器就失去可比性，把上下游安培相加的邏輯都是 bug。 -
銘牌值與可用值分開，可用值用算的。 存
rated_kva、temp_rise_class、k_factor，usable_kva做成 computed property；硬寫成欄位，日後改一個係數就得全表回填。 -
告警門檻不能是全域常數。 同一條規則套兩種變壓器，一種永遠不觸發、一種永遠在叫。門檻必須綁在設備型式上。
-
impedance_pct是跨設備約束的來源。 它算出的短路電流要能驗證下游斷路器的kaic_rating——模型第一次出現「A 的欄位決定 B 的合法性」。另外no_load_loss_kw應該必填，否則備援設備被當成 0 耗電，PUE 報表偏樂觀。
該問 facility 的問題¶
- 主變壓器幾台、各多少 kVA、%Z 多少？算出的短路電流，下游斷路器 kAIC 有沒有覆蓋？
- 乾式還是油浸式、溫升等級幾度？溫度告警門檻設幾度、誰設的？會不會是沿用預設值？
- 有沒有指定 K-factor？沒有的話設計負載率預估多少？（接上面的來源分歧）
動手練習（30–40 分鐘）¶
延續 dc-01 的 UtilitySource 往下游接一個節點。實作 Transformer，並寫出「短路電流 vs 下游斷路器」的驗證規則。
@dataclass
class Transformer:
id: str
upstream_id: str # 接到 UtilitySource.id
rated_kva: float
primary_voltage: float # 22800
secondary_voltage: float # 380
impedance_pct: float # 5.75
cooling_type: str # "dry" | "liquid"
k_factor: int | None = None # None = 標準型，需諧波降載
no_load_loss_kw: float = 0.0
# TODO 四個 property：secondary_fla / available_fault_current
# / usable_kva（k_factor 為 None 時套 0.90）
# / temp_alarm_threshold -> (warning, critical)，依 cooling_type 查表
def validate_downstream_breaker(tx, breaker_kaic) -> tuple[bool, str]:
"""遮斷容量夠不夠？回傳 (是否合格, 理由)"""
驗收標準——用 1500 kVA / 380 V / 5.75 % / dry：secondary_fla ≈ 2279 A、available_fault_current ≈ 39.6 kA、usable_kva（k_factor=None）= 1350、temp_alarm_threshold =(180, 200)；validate_downstream_breaker(tx, 35_000) 應不合格、(tx, 50_000) 合格。
加分題：寫 check_n_plus_one(load_kva, transformers)，驗證「每台都能單獨扛全載」——不是把負載除以台數。
明天
dc-03會插進UtilitySource與Transformer之間，你會第一次處理「在既有兩點間插入節點」——今天把upstream_id留成 id 參照，不要寫死成 parent 物件。
自我檢核¶
Q1. 1000 kVA、二次側 380 V、%Z = 4 %。額定電流與可用短路電流各是多少？
答案
I = 1,000,000 ÷ (1.732 × 380) ≈ 1,519 A；1,519 ÷ 0.04 ≈ 38 kA
這台比 1500 kVA / 5.75 % 那台容量小、短路電流卻差不多——因為 %Z 更低。容量大小不能拿來推短路電流。
Q2. N+1 兩台變壓器，總負載 800 kVA，每台銘牌至少要多少？
答案
每台都要 ≥ 800 kVA（再加降載與裕度），不是 400 kVA。任一台退出時另一台要獨力扛全載。除以台數會讓整套容量規劃錯一倍。
Q3. 「乾式告警 180–200 °C、油浸式 60–90 °C」這件事，會讓你的資料模型長出什麼？
答案
至少三樣：cooling_type 分類欄位、綁在型式上的門檻表（不是全域常數）、能依型式取門檻的告警規則。
延伸：這是「告警門檻屬於設備型式而非系統」的第一個例子，ASHRAE 熱環境 class（topic-08）、UPS 電池溫度都會重複同一結構。
下一張：dc-03 中壓開關設備（MV switchgear）