سيكون من المستحيل عليك شراء محول يتناسب مع الحجم الذي حسبته حيث يتم تصنيع المحولات في فئات kVA المحددة بناءً على معايير الصناعة. الأمر متروك لك لاختيار واحد من الفئات الموجودة التي ستلبي احتياجاتك. اتخاذ قرار خاطئ بشأن الحجم سيؤدي إما إلى إنفاق المال على الطاقة التي لن يتم استخدامها أو إلى تشغيل المحول تحت ظروف الحمل الزائد مما يجعله معيبًا في وقت أبكر مما تم حسابه.
تختلف أنظمة التصنيف للمحولات الجافة للتوزيع أحادية الطور وثلاثية الطور عن بعضها البعض. تشمل تصنيفات الأحادية الطور: 1، 1.5، 2، 3، 5، 7.5، 10، 15، 25، 37.5، 50، 75، 100، 167، 250، 333 و500 kVA بينما تلك الخاصة بالمعدات ثلاثية الطور هي 15، 30، 45، 75، 112.5، 150، 225، 300، 500، 750، 1000، 1500، 2000 و2500 kVA وفقًا لمعايير ANSI/IEEE C57.12.01 وNEMA ST-20. خذ، على سبيل المثال، المحول ثلاثي الطور بقدرة 150 kVA. يمكن لهذه الوحدة أن توفر 180 A و416 A عند جهدي 480 V و208Y/120 V، على التوالي. يتم حساب تصنيفات الجهد للمحولات عند حوالي 75-80% من الجهد المقنن عند تحديد نسبة الحمل ويتم تقريبها إلى أقرب قدرة قياسية.
لماذا توجد الأحجام القياسية على الإطلاق
يعتبر السلم قرارًا تصنيعيًا تحول إلى معيار صناعي. يتم تصنيع مكونات مثل مبادلات الحرارة، والمحولات، والتجهيزات وفقًا لأطر محددة، وبالتالي فإن التصنيفات القياسية متاحة بسهولة كعناصر مخزنة بينما يجب أن يكون كل ما بينهما عملاً مخصصًا.
هناك ثلاث طرق يتم من خلالها الكشف عن هذا الاختلاف. أولاً، وقت التسليم. يمكن شحن محولة قياسية بقدرة 112.5 kVA في وضع تشغيل خلال بضعة أسابيع أو من المخزون. ومع ذلك، فإن هذا ليس هو الحال بالنسبة لمحولة ثلاثية الطور بقدرة 100 kVA، التي تقع بين حجمين قياسيين ويجب شحنها كطلب خاص. السعر. تكلف الوحدة المخصصة مثل تكلفة الوحدة القياسية ولكنها تتحمل تكاليف إضافية تتعلق بتصميمها وإنتاجها. قطع الغيار. المصنع الذي يستخدم الأحجام القياسية يحتاج فقط إلى الاحتفاظ بنوع واحد من قطع الغيار التي يمكن أن تخدم عدة تركيبات.
السلم ليس بديهيًا كما قد يعتقد المرء، ولهذا السبب يرتكب الناس أخطاء في استخدامه. مقياس التصنيف ثلاثي الطور باستخدام القيم القياسية ليس نظامًا قياسيًا كما يمكن رؤيته في السلم. القيم هنا تتراوح من 75 kVA إلى 112.5 kVA ثم إلى 150 kVA. في الواقع، 112.5 هو ناتج 75 kVA مضروبًا في 1.5، وهو ما يتوافق مع منطق نمو الحمل المستخدم من قبل الخدمات التجارية. وبالتالي، من المستحيل الحصول على تصميم قياسي لمحولة ثلاثية الطور بقدرة 100 kVA، على الرغم من أن ذلك هو ما يعتقده معظم الناس.
السلم أحادي الطور
| كيلو فولت أمبير (kVA) | FLA عند 240 V | FLA عند 480 V | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 A | 1 A | دائرة التحكم، طاقة الإشارة |
| 1.5 | 3 A | 1 A | محولة التحكم، جرس الباب |
| 3 | 5 A | 3 A | التحكم في الآلات، إضاءة صغيرة |
| 5 | 8 A | 4 A | HVAC صغير، لوحة مخرج واحدة |
| 10 | 7 A | 8 A | خدمة سكنية، متجر صغير |
| 15 | 5 A | 3 A | تجاري صغير، تركيب عمودي |
| 25 | 2 A | 1 A | متعدد العائلات، مبنى صغير |
| 37.5 | 3 A | 1 A | وحدة تجزئة، مضخة بئر |
| 50 | 3 A | 2 A | تجاري متوسط |
| 75 | 5 A | 3 A | تجاري كبير، مصنع صغير |
| 100 | 7 A | 3 A | لوحة فرعية صناعية |
| 167 | 8 A | 9 A | توزيع مثبت على قاعدة |
| 250 | 1,041.7 أ | 8 A | مغذي توزيع المرافق |
الأمبيرات الكاملة للتحميل أحادي الطور هي ببساطة kVA × 1,000 ÷ الفولتات. من المهم التحقق من الحجم الفعلي الذي يتناسب مع كل خطوة قبل قطع فتحة في الجدار، وأبعاد الحاوية للتصنيفات الأصغر، والتي هي تلك التي تنتهي في خزانة أو دولاب، موضحة مع أبعاد المحول 112.5 kVA كحالة مرجعية.
السلم ثلاثي الطور
يتضمن تحويل قراءات الأمبير لمقياس الطور في الأنظمة ثلاثية الطور القسمة على √3 أيضًا. وهذا يعني أن التيارات ثلاثية الطور أقل أيضًا لكل طور على نفس kVA. الجدول التالي يوضح الفولتات الأولية والثانوية الأكثر شيوعًا المستخدمة في أمريكا الشمالية: 480 فولت و 208Y/120 فولت.
| كيلو فولت أمبير (kVA) | FLA الأولية عند 480 فولت | FLA الثانوية عند 208 فولت | ما تغذيه عادةً |
|---|---|---|---|
| 15 | 0 أ | 6 أ | HVAC صغير، لوحة مستأجر واحد |
| 30 | 1 أ | 2 أ | وحدة تجزئة، مطعم |
| 45 | 1 أمبير | 8 أ | مكتب صغير، ورشة عمل |
| 75 | 2 أ | 0 أ | تجاري متوسط، جناح مدرسة |
| 112.5 | 3 أ | 0 أ | مستودع، تصنيع صغير |
| 150 | 4 أ | 0 أ | مصنع صناعي متوسط |
| 225 | 6 أ | 0 أ | جناح مستشفى، مبنى حرم جامعي |
| 300 | 8 أ | 0 أ | مجمع تجاري كبير |
| 500 | 4 أ | 1,388.0 أ | قاعة بيانات، تصنيع ثقيل |
| 750 | 1 أ | 2,082.0 أ | حرم صناعي |
| 1,000 | 1,202.8 أ | — | محطة فرعية للمرافق، جهد متوسط |
هناك جانبين يبرزان في الجدول. الأول هو أن التيار الثانوي يزيد بحوالي 2.31 مرة عن التيار الأولي، مما يعكس نسبة الفولتات 480/208، وبالتالي يعطي اتساقًا في الحسابات. القلق الثاني هو أنه بمجرد الوصول إلى معلمة تصنيفات kVA، لا توجد قيمة 400 kVA مذكورة في مواصفات ANSI.
يتم تحويل الأحمال من الأمبيرات إلى kVA من خلال إجراء نفس الحسابات بالترتيب المعاكس، لذا فإن أفضل طريقة للتعرف على هذا التحويل هي دراسة أحد التطبيقات الحقيقية. هذا المثال العملي لمحول 45 kVA بالأمبيرات يحسب الأرقام لكل من الاتصالات أحادية وثلاثية الطور.
الكفاءة المطلوبة مقابل الكفاءة التي تطلبها
تحتاج إلى اتباع أربع خطوات بالترتيب المذكور أدناه.
- خذ الحمل المتصل بالكيلو فولت أمبير، وليس بالكيلو واط. قسم الكيلو واط على عامل القدرة. الحمل الذي يبلغ 120 كيلو واط مع عامل قدرة 0.85 يساوي 141 kVA، مما يعني أن أي محول بحجم 120 سيكون محملاً بشكل زائد من البداية.
- تطبيق عوامل الطلب. المادة 220 من NEC تنظم الحساب للخدمات السكنية والتجارية حيث لا يعمل كل شيء في نفس الوقت. تجاهل عوامل الطلب يزيد الحمل بشكل غير ضروري.
- ضع في اعتبارك بدء المحرك. في حالة الأحمال المحركة، يجب عليك إضافة 25% من التيار الكامل لأكبر محرك إلى إجمالي حسابك باستخدام NEC 430 من أجل حساب كل من بدء التشغيل والتسارع.
- استهدف تحميل 75%-80% عند هذا الطلب، مع التقريب بعد ذلك. المحول الذي يعمل عند 100% من سعته لا يوفر هامش أمان للأيام الحارة، أو لزيادة الأحمال في العام المقبل، ويكون له عمر أقصر من المحول الذي يعمل عند 75%. التشغيل عند أقل من 50% يؤدي إلى المشكلة المعاكسة حيث تهيمن خسائر عدم الحمل وتكون منحنى الكفاءة ضعيفًا، مما يعني تكاليف حقيقية على مدى فترة تشغيل المشروع.
دعنا نقدم مثالاً. حسب مصنع صغير 96 kVA بعد أخذ عوامل الطلب في الاعتبار. من خلال إضافة 25% من محرك بقدرة 30 kW، تكون النتيجة حوالي 110 kVA. التصنيف القياسي ثلاثي الطور التالي هو 112.5 kVA، مما يعني أن معدل التحميل هو 98%، وهو كثير جدًا. الإجابة الصحيحة هي 150 kVA عند تحميل 73%.
أزواج الجهد التي تأتي كمعيار
سلم kVA هو جانب واحد فقط من المعيار. تركيبة الجهد هي النصف الآخر، وهناك حالات قليلة فقط في أمريكا الشمالية.
- 480 دلتا إلى 208Y/120 تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التجارية، مع توفر جميع التصنيفات من 15 kVA إلى 300 kVA. يوفر حياديًا للأحمال 120 V ويمكّن الإضاءة بجهد 277 V.
- جهد 480 دلتا إلى 240 دلتا لا يحتاج إلى حيادي. حقيقة عدم وجود حيادي هي اعتبار تصميم، وليست خطأ، مما قد يربك بعض الأشخاص الذين يعتقدون أن جهد 240 V يمكن استخدامه لتغذية أحمال 120 V.
- المحولات من 600 إلى 480 أكثر شيوعًا في المعدات الكندية المصنعة للولايات المتحدة، التي تستخدم أحجام قياسية لبناة الآلات.
- جهد 240 دلتا إلى 208Y/120 فولت لا يُرى كثيرًا، ولكنه يُستخدم أحيانًا في المنشآت المُحسّنة عندما تتلقى المعدات القديمة إمدادات طاقة جديدة.
جميع التركيبات الأخرى هي طلبات مخصصة أو منتجات مختلفة تمامًا. حيث يحتاج المشروع إلى زوج محدد من المهام بدلاً من تركيبة مخزنة، يتم تحديد الوحدة بدلاً من طلبها، وحجم مخصص مثل محول خفض جهد 150 kVA هو النوع الذي يتم بناؤه وفقًا للمشروع بدلاً من اختياره من قائمة.
تقليل التصنيف: درجة الحرارة، الارتفاع، والتوافقيات
| الحالة | التأثير على الكيلو فولت أمبير القابل للاستخدام | ماذا تفعل |
|---|---|---|
| البيئة فوق 40°C | مُخفض؛ القواعد المنشورة تتراوح من 0.33–0.5% لكل درجة مئوية | استخدم منحنى تقليل التصنيف الخاص بالشركة المصنعة، وليس قاعدة عامة |
| الارتفاع فوق 1,000 م | فعالية تبريد مُخفضة | تقليل التصنيف حسب الشركة المصنعة؛ تهوية الحاوية |
| حمل غني بالتوافقيات | مُخفض؛ خسائر الدوامة ترتفع أسرع من التيار الأساسي | حدد عامل K بدلاً من تقليل تصنيف وحدة قياسية |
| مغلقة بدون تهوية | مُخفض؛ الحاوية هي البيئة الحقيقية | صمم الحاوية، وليس فقط المحول |
| تحميل مستمر 100% | لا يوجد هامش؛ تسريع شيخوخة العزل | صمم لـ 75–80% |
هناك حاجة إلى الحذر عندما يتعلق الأمر بحرارة البيئة. هناك العديد من القواعد العامة، من 0.33% إلى 0.5% لكل درجة فوق 40°C، على الرغم من أنها تختلف عند 50°C. الطريقة الجيدة الوحيدة لمعرفة ذلك هي الاطلاع على رسم تقليل التصنيف من الشركة المصنعة لنظام العزل المحدد، حيث أن تقليل تصنيف وحدة تعمل عند 150°C يختلف عن تلك التي تأخذ ارتفاعًا قدره 80°C.
التوافقيات هي أكثر ما يتم تجاهله في تقليل التصنيف، لأن كل شيء يبدو طبيعيًا على مقياس المشبك. على سبيل المثال، المحول الذي يمد محركات بستة نبضات يتعرض لتيارات ترددية تجعل الملفات والنواة تعمل بحرارة أعلى مما تشير إليه الكيلو فولت أمبير. الوزن والحجم الفعلي لتصنيف أكبر، حيث تعيش الكتلة الحرارية فعليًا، يتم تغطيته جنبًا إلى جنب مع وزن المحول 500 kVA الأرقام.
المقاومة والتيار القصير
النسبة المئوية للمقاومة (%Z) هي نسبة انخفاض الجهد أثناء الحمل الكامل إلى الجهد المُصنّف وتوضح مقدار التيار القصير المتاح.
في الممارسة العملية، تحتوي المحولات التوزيعية على %Z يتراوح من 2% إلى 5.75%. كلما زاد تصنيف المحول، زادت قيمة %Z. توفر المحولات ذات القيمة الأقل من %Z تنظيم جهد أفضل في نفس الوقت الذي يمكّن فيه الحد الأقصى من التيار القصير من التوصيل. بدوره، تحد القيم الأعلى من %Z من التيار القصير وتبسط تنسيق حماية التيار الزائد.
تغيير تصنيف المحول دون تعديل جدول اللوحة أمر محفوف بالمخاطر. التغيير من 112.5 kVA إلى 150 kVA دون تغيير قيمة %Z يعني زيادة مقدار التيار القصير المتاح وبالتالي وضع قاطع 10 kA في خطر لأنه قد يعمل عند تيار أعلى مما تم تصميمه له.
الأحجام التي يطلبها الناس فعليًا
تتكون خمسة تصنيفات من معظم الحجم، والسبب في ذلك عملي بدلاً من تقني.
- 45 kVA هو الافتراضي للتجاري الصغير - مستأجر واحد أو ورشة عمل أو مكتب صغير مع لوحة 200 A عند 208Y/120 V.
- 75 kVA يُستخدم لمطعم أو وحدة تجزئة مع معدات مطبخ، وهو متاح بشكل شائع.
- 5 kVA يمكن أن يخدم مستودع أو موقع تصنيع خفيف، وهو البديل القياسي لـ 100 kVA المفقودة.
- 150 kVA يُستخدم كتصنيف صناعي متوسط قياسي وهو الخيار الأكثر شيوعًا عندما تضيف المنشأة نوبة ثانية.
- 300 و 500 kVA هي الأحجام التجارية الأكبر وأحجام قاعات البيانات، حيث تنتقل القرار من الكتالوج إلى الطلب الهندسي ويتغير شكل محادثة السعر، حيث الانتشار في تسعير المحولات عبر التصنيفات يظهر.
قراءة لوحة الاسم
Six parameters determine whether the unit is what you requested.
kVA rating and the number of phases. Primary and secondary voltages including the connection like 480 V delta/208Y120 V. Temperature rise, which is generally 80°C, 115°C or 150°C. Insulation class which usually happens to be 180°C or 220°C. %Z. And taps, often ±2 × 2.5% on the primary winding.
Taps on the high side are the usual configuration of a transformer used for step-down duty because it is at high side where the supply voltage changes. A transformer with taps on the low side is manufactured for step-up application which is completely different animal although the kVA rating is the same.
الأسئلة الشائعة
What are the standard transformer kVA sizes?
The standard ratings available for single-phase transformers include 1, 1.5, 2, 3, 5, 7.5, 10, 15, 25, 37.5, 50, 75, 100, 167, 250, 333 and 500 kVA. Three-phase transformers on the other hand produce 15, 30, 45, 75, 112.5, 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000 and 2500 kVA. The sequence mentioned above is detailed in ANSI/IEEE C57.12.01 and NEMA ST-20 and this sequence is strictly adhered to with regards to stock availability.
Is there a 100 kVA three-phase transformer?
Not in the context of a standard rating. The ANSI three-phase range includes ratings of between 75 kVA and 112.5 kVA, meaning a three-phase unit with a rating of 100 kVA must either have been custom-made or ordered incorrectly. There is a standard size of single-phase 100 kVA that causes most of the confusion.
How do I convert kVA to amps?
The formula for single-phase is amps = kVA x 1000 / volts. The formula for three-phase is amps = kVA x 1000 / (volts x 1.73). For instance, a 150 kVA three-phase system at 480 V gives 180 A, whereas the same system will give 416 A at 208 V.
Should I size a transformer at 100% of load?
The formula for single-phase is amps = kVA x 1000 / volts. The formula for three-phase is amps = kVA x 1000 / (volts x 1.73). For instance, a 150 kVA three-phase system at 480 V gives 180 A, whereas the same system will give 416 A at 208 V.
المراجع
- Hammond Power Solutions — Standard kVA Ratings and Selection Data
- SGB-SMIT Group — Transformer Ratings and Technical Data
- UL Solutions — Transformer Listing and Marking
- NFPA 70 — National Electrical Code, Articles 220, 430 and 450
- وزارة الطاقة الأمريكية — معايير كفاءة المحولات التوزيعية
الخاتمة
Determining transformer size is more of an art rather than a science. The following steps delineate the one to take in order to arrive at the conclusion. To begin with one needs to determine the kVA load. After ensuring load factors one has to consider the starting of engines and take 75 to 80 percent capacity for next larger size.There are two points that can render correct transformer sizing incorrect, namely ambient temperature and fault current rating of panel to which transformer ratings belong.