Es wird unmöglich sein, einen Transformator zu kaufen, der der Größe entspricht, die Sie berechnet haben, da Transformatoren in den spezifischen kVA-Kategorien gemäß den Industriestandards hergestellt werden. Es liegt an Ihnen, diejenige unter den vorhandenen Kategorien auszuwählen, die Ihren Bedürfnissen entspricht. Eine falsche Größenentscheidung führt entweder dazu, dass Sie Geld für die nicht genutzte Leistung ausgeben müssen oder dass Ihr Transformator unter Überlastbedingungen arbeitet und früher als berechnet defekt wird.
Die Bewertungssysteme für trockene Verteilungstransformatoren für einphasige und dreiphasige Systeme unterscheiden sich voneinander. Die Bewertungen der einphasigen Transformatoren umfassen: 1, 1,5, 2, 3, 5, 7,5, 10, 15, 25, 37,5, 50, 75, 100, 167, 250, 333 und 500 kVA, während die für die dreiphasigen Geräte 15, 30, 45, 75, 112,5, 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000 und 2500 kVA gemäß ANSI/IEEE C57.12.01 und NEMA ST-20 sind. Nehmen wir zum Beispiel den 150 kVA dreiphasigen Transformator. Dieses Gerät kann 180 A und 416 A bei Spannungen von 480 V und 208Y/120 V liefern. Die Spannungsbewertungen für die Transformatoren werden bei etwa 75-80% der Nennspannung berechnet, um den Ladeprozentsatz zu bestimmen, und auf die nächstgelegene Standardleistung gerundet.
Warum Standardgrößen überhaupt existieren
Ladder ist eine Herstellungsentscheidung, die zu einem Branchenstandard wurde. Komponenten wie Wärmetauscher, Transformatoren und Armaturen werden gemäß festgelegten Rahmen hergestellt, und somit sind Standardwerte leicht als Lagerartikel verfügbar, während alles dazwischen eine Sonderanfertigung sein muss.
Es gibt drei Möglichkeiten, wie sich dieser Unterschied zeigt. Erstens, Vorlaufzeit. Ein Standardtransformator von 112.5 kVA kann innerhalb weniger Wochen oder aus dem Lager versendet werden. Dies gilt jedoch nicht für einen 100 kVA dreiphasigen Transformator, der zwischen den beiden Standardgrößen liegt und als Sonderbestellung versendet werden muss. Preis. Eine Sonderanfertigung kostet so viel wie eine Standardausführung, hat jedoch zusätzliche Kosten für Design und Produktion. Ersatzteile. Ein Werk, das nur Standardgrößen verwendet, muss nur einen Typ von Ersatzteilen vorrätig halten, der für mehrere Installationen dienen kann.
Ladder ist nicht so intuitiv, wie man denken könnte, und deshalb machen die Leute Fehler bei seiner Verwendung. Die dreiphasige Bewertungsmaßstab mit Standardwerten ist kein Standardsystem, wie es in der Ladder zu sehen ist. Die Werte hier reichen von 75 kVA bis 112.5 kVA und dann bis 150 kVA. Tatsächlich ist 112.5 das Produkt von 75 kVA multipliziert mit 1.5, was der Logik des Lastwachstums entspricht, die von kommerziellen Dienstleistungen verwendet wird. Daher ist es unmöglich, ein Standarddesign für einen 100 kVA dreiphasigen Transformator zu erhalten, obwohl die meisten Leute das denken.
Die Einphasenleiter
| nämlich | FLA bei 240 V | FLA bei 480 V | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 A | 1 A | Steuerkreis, Signalstrom |
| 1.5 | 3 A | 1 A | Steuertransformator, Türglocke |
| 3 | 5 A | 3 A | Maschinensteuerung, kleine Beleuchtung |
| 5 | 8 A | 4 A | Kleine HVAC, Einzelsteckdose |
| 10 | 7 A | 8 A | Wohnservice, kleiner Laden |
| 15 | 5 A | 31,3 A | Kleine Gewerbe, Pfostenmontage |
| 25 | 104,2 A | 52,1 A | Mehrfamilienhaus, kleines Gebäude |
| 37.5 | 156,3 A | 78,1 A | Einzelhandelseinheit, Brunnenpumpe |
| 50 | 208,3 A | 104,2 A | Mittleres Gewerbe |
| 75 | 312,5 A | 156,3 A | Großes Gewerbe, kleine Fabrik |
| 100 | 416,7 A | 208,3 A | Industrieller Unterverteiler |
| 167 | 695,8 A | 347,9 A | Bodenmontage-Verteilung |
| 250 | 041,7 A | 520,8 A | Versorgungsnetz-Verteilungsleitung |
Einphasen-Vollaststrom ist einfach kVA × 1.000 ÷ Volt. Die physikalische Größe, die mit jeder Stufe verbunden ist, sollte überprüft werden, bevor eine Wandöffnung geschnitten wird, und die Gehäuseabmessungen für die kleineren Nennwerte, die in einem Schrank oder einer Abstellkammer enden, sind mit dem 112,5 kVA Transformatorabmessungen als Referenzfall aufgeführt.
Die Dreiphasenleiter
Die Umrechnung für Phasen-Amperemessungen von dreiphasigen Systemen beinhaltet ebenfalls eine Division durch √3. Das bedeutet, dass die dreiphasigen Ströme pro Phase bei demselben kVA ebenfalls niedriger sind. Die folgende Tabelle zeigt die beliebtesten Primär- und Sekundärspannungen, die in Nordamerika verwendet werden: 480 V und 208Y/120 V.
| nämlich | Primäre FLA bei 480 V | Sekundäre FLA bei 208 V | Was es normalerweise versorgt |
|---|---|---|---|
| 15 | 18,0 A | 41,6 A | Kleine HVAC, ein Mieterpanel |
| 30 | 36,1 A | 83,2 A | Einzelhandelseinheit, Restaurant |
| 45 | 54,1 A | 124,8 A | Kleines Büro, Werkstatt |
| 75 | 90,2 A | 208,0 A | Mittlerer Gewerbebereich, Schultrakt |
| 112.5 | 135,3 A | 312,0 A | Lagerhaus, kleine Fertigung |
| 150 | 180,4 A | 416,0 A | Mittleres Industrieunternehmen |
| 225 | 270,6 A | 624,0 A | Krankenhausflügel, Campusgebäude |
| 300 | 360,8 A | 832,0 A | Großes Handelskomplex |
| 500 | 601,4 A | 388,0 A | Datenhalle, schwere Fertigung |
| 750 | 902,1 A | 082,0 A | Industriecampus |
| 1,000 | 202,8 A | — | Versorgungsunterstation, Mittelspannung |
Es gibt zwei Aspekte, die in der Tabelle hervorstechen. Der erste ist, dass der Sekundärstrom ungefähr 2,31-mal höher ist als der Primärstrom, was das Spannungsverhältnis 480/208 widerspiegelt und somit Konsistenz in den Berechnungen gibt. Die zweite Sorge ist, dass es, sobald man zu den kVA-Nennwerten kommt, keinen Wert von 400 kVA in den ANSI-Spezifikationen gibt.
Die Umrechnung von Lasten von Ampere in kVA erfolgt, indem die gleichen Berechnungen in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, sodass der beste Weg, mehr über diese Umrechnung zu erfahren, darin besteht, eine der realen Anwendungen zu untersuchen. Dieses Beispiel eines 45 kVA Transformators in Ampere führt die Zahlen sowohl für einphasige als auch für dreiphasige Anschlüsse.
Die kVA, die Sie benötigen, im Vergleich zu den kVA, die Sie bestellen
Sie müssen vier Schritte in der unten aufgeführten Reihenfolge befolgen.
- Nehmen Sie die angeschlossene Last in kVA, nicht in kW. Teilen Sie kW durch den Leistungsfaktor. Eine Last von 120 kW mit einem Leistungsfaktor von 0,85 entspricht 141 kVA, was bedeutet, dass jeder Transformator, der auf 120 dimensioniert ist, von Anfang an überlastet wäre.
- Wenden Sie Nachfragefaktoren an. Artikel 220 des NEC regelt die Berechnung für Wohn- und Gewerbedienste, da nicht alles gleichzeitig betrieben wird. Das Ignorieren von Nachfragefaktoren erhöht die Last unnötig.
- Berücksichtigen Sie den Motorstart. Im Falle von Motorlasten sollten Sie 25% des Nennstroms des größten Motors zu Ihrer Gesamtsumme hinzufügen, um sowohl den Start- als auch den Beschleunigungsstrom gemäß NEC 430 zu berücksichtigen.
- Streben Sie bei dieser Nachfrage eine 75%-80%-Belastung an und runden Sie anschließend auf. Ein Transformator, der mit 100% seiner Kapazität betrieben wird, bietet keinen Sicherheitsmargen für heiße Tage, für steigende Lasten im nächsten Jahr und hat eine kürzere Lebensdauer als einer, der mit 75% arbeitet. Der Betrieb unter 50% führt zu dem gegenteiligen Problem, bei dem die Leerlaufverluste dominieren und die Effizienzkurve schlecht ist, was reale Kosten über den Zeitraum des Projektbetriebs bedeutet.
Lassen Sie uns ein Beispiel machen. Ein kleines Werk hat nach Berücksichtigung der Nachfrageschätzungen 96 kVA berechnet. Durch Hinzufügen von 25% eines 30 kW Motors ergibt sich ein Wert von etwa 110 kVA. Die nächste dreiphasige Standardbewertung ist 112,5 kVA, was bedeutet, dass die Belastungsrate 98% beträgt, was zu viel ist. Die richtige Antwort ist 150 kVA bei 73%-Belastung.
Spannungspaare, die Standard sind
Die kVA-Leiter sind nur ein Aspekt des Standards. Die Spannungs Kombination ist die andere Hälfte, und es gibt nur wenige Fälle in Nordamerika.
- 480 Delta zu 208Y/120 wird häufig in kommerziellen Anwendungen verwendet, wobei alle Bewertungen von 15 kVA bis 300 kVA verfügbar sind. Es bietet einen Neutralleiter für 120 V Lasten und ermöglicht die Beleuchtung mit 277 V.
- Die 480 Delta zu 240 Delta Spannung benötigt keinen Neutralleiter. Die Tatsache, dass es keinen Neutralleiter gibt, ist eine Designüberlegung, kein Fehler, was einige Menschen verwirren kann, die denken, dass die 240 V Spannungsausgabe verwendet werden kann, um 120 V Lasten zu versorgen.
- Die 600 zu 480 Transformatoren sind in kanadischen Geräten, die für die USA hergestellt werden, häufiger, die Standardgrößen für Maschinenbauer verwenden.
- Die 240 Delta zu 208Y/120 V Spannung ist nicht oft zu sehen, wird aber manchmal in modernisierten Anlagen verwendet, wenn alte Geräte eine neue Stromversorgung erhalten.
Alle anderen Kombinationen sind Sonderbestellungen oder völlig andere Produkte. Wo ein Projekt ein spezifisches Einsatzpaar benötigt, anstatt eine Lagerkombination, wird die Einheit spezifiziert, anstatt bestellt, und eine spezielle Größe wie ein 150 kVA Transformator mit Spannungsabfall ist die Art von Gerät, die für das Projekt gebaut wird, anstatt aus einer Liste ausgewählt zu werden.
Herabstufung: Temperatur, Höhe und Harmonische
| Zustand | Einfluss auf nutzbare kVA | Was zu tun ist |
|---|---|---|
| Umgebung über 40°C | Reduziert; veröffentlichte Faustregeln liegen bei 0,33–0,5% pro °C | Verwenden Sie die Herabstufungskurve des Herstellers, nicht eine Faustregel |
| Höhe über 1.000 m | Reduzierte Kühlwirkung | Herabstufen gemäß Hersteller; das Gehäuse belüften |
| Harmonisch reiche Last | Reduziert; Wirbelverluste steigen schneller als der Grundstrom | K-Faktor angeben, anstatt eine Standardeinheit herabzustufen |
| Eingeschlossen ohne Belüftung | Reduziert; das Gehäuse ist die tatsächliche Umgebung | Das Gehäuse dimensionieren, nicht nur den Transformator |
| Kontinuierliche 100% Belastung | Kein Spielraum; beschleunigte Isolationsalterung | Für 75–80% entwerfen |
Es ist Vorsicht geboten, wenn es um Umgebungshitze geht. Es gibt viele Faustregeln, von 0,33% bis 0,5% für jedes Grad über 40°C, obwohl sie bei 50°C variieren. Der einzige gute Weg, es zu wissen, ist, die Herabstufungsgrafik des Herstellers des jeweiligen Isolationssystems zu konsultieren, da die Herabstufung einer Einheit, die bei 150°C arbeitet, sich von der einer Einheit mit einem Temperaturanstieg von 80°C unterscheidet.
Harmonische sind die am häufigsten vernachlässigte Herabstufung, da alles auf einem Zangenmessgerät normal aussieht. Ein Transformator, der beispielsweise sechs-Puls-Antriebe versorgt, erfährt harmonische Ströme, die dazu führen, dass die Wicklungen und der Kern heißer laufen, als es die kVA anzeigen. Das Gewicht und die physische Größe einer größeren Bewertung, wo die thermische Masse tatsächlich lebt, werden zusammen mit den 500 kVA Transformatorgewicht Zahlen behandelt.
Impedanz und Fehlerstrom
Der Prozentimpedanz (%Z) ist der Anteil des Spannungsabfalls bei voller Last zur Nennspannung und zeigt an, wie viel Fehlerstrom verfügbar sein wird.
In der Praxis haben Verteilungstransformatoren eine %Z, die von 2% bis 5.75% reicht. Je höher die Transformatorbewertung ist, desto höher ist der %Z-Wert. Transformatoren mit einem niedrigeren Wert von %Z bieten eine bessere Spannungsregelung und ermöglichen gleichzeitig die Lieferung des maximalen Fehlerstroms. Höhere %Z-Werte hingegen begrenzen den Fehlerstrom und vereinfachen die Koordination des Überstromschutzes.
Die Bewertung eines Transformators zu ändern, ohne den Schaltschrankplan zu modifizieren, ist riskant. Der Wechsel von 112,5 kVA auf 150 kVA, ohne den %Z-Wert zu ändern, impliziert eine Erhöhung des verfügbaren Fehlerstroms und bringt damit einen 10 kA Schutzschalter in Gefahr, da er möglicherweise mit einem höheren Strom arbeitet, als er ausgelegt ist.
Die Größen, die die Leute tatsächlich bestellen
Insgesamt fünf Bewertungen machen den Großteil des Volumens aus, und der Grund dafür ist praktisch und nicht technisch.
- 45 kVA ist der Standard für kleine Gewerbe – ein einzelner Mieter oder eine Werkstatt oder ein kleines Büro mit 200 A Schaltschrank bei 208Y/120 V.
- 75 kVA wird für ein Restaurant oder eine Einzelhandelseinheit mit Küchenausstattung verwendet und ist allgemein verfügbar.
- 112,5 kVA kann ein Lagerhaus oder einen Standort für leichte Fertigung bedienen und ist der Standardersatz für die fehlenden 100 kVA.
- 150 kVA wird als Standardmittelwert für die Industrie verwendet und ist die gängigste Option, wenn ein Werk eine zweite Schicht hinzufügt.
- 300 und 500 kVA sind die größeren Größen für Gewerbe und Rechenzentren, wo die Entscheidung von Katalog zu ingenieurgemäßem Auftrag wechselt und sich das Preisdiskussion verändert, da die Spreizung in den Transformatorpreisen über die Bewertungen zeigt.
Lesen des Typenschilds
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.
FAQ
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.
Referenzen
- 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
- U.S. Department of Energy — Effizienzstandards für Verteilungstransformatoren
Fazit
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.