Während der 45 kVA Transformator wahrscheinlich die am weitesten verbreitete Größe von Transformatoren für den kleinen gewerblichen und leichten industriellen Sektor ist, ist es auch der Bereich, in dem viele Menschen aufgrund der Frage des tatsächlichen Stroms scheitern. Die Antwort hängt davon ab, welcher Teil des Transformators betrachtet wird, welche Spannung verwendet wird und welche Anschlüsse hergestellt werden. Um dies im Rahmen eines Echtzeitprojekts zu erklären, wird zunächst die Formel präsentiert, gefolgt von einer vollständigen Stromtabelle, dem Fall von 480 Volt, die auf 208 Volt heruntergeht, und anderen Zubehörteilen, und schließlich von häufigen Fehlern bei der Umsetzung.
Ein 45 kVA Transformator, der in einem dreiphasigen System angeschlossen ist, liefert einen Strom von 54,1 A bei 480 V, 124,9 A bei 208 V, 108,3 A bei 240 V und 43,3 A bei 600 V. Seine Leistung läuft bei einer Spannung von 240 V in einem einphasigen Stromkreis bei einem Strom von 187,5 A (genauso wie bei 120 V, was 375 A ergibt). Alle Ergebnisse können gemäß solchen Formeln erhalten werden: Amperes = kVA x 1.000 / L-L V für ausgewogene dreiphasige Systeme, Amperes = kVA x 1.000 / V für einphasige Systeme. Mit anderen Worten, wenn wir einen Transformator mit Abwärtsübersetzung betrachten, der 480-208 V Anschlüsse hat, wird seine Primärspannung einen Strom von 54,1 A erzeugen, während die Sekundärspannung einen Strom von 124,9 A erzeugt, das heißt, für niedrigere Spannungen gibt es immer einen höheren Strom.
Die einzige Formel, die Sie benötigen, und die Annahme, die darin verborgen ist
Bei einer ausgewogenen dreiphasigen Last wird der Leitungsstrom durch die Formel gegeben: I = kVA × 1.000 ÷ (√3 × VLL), wobei √3 = 1,732 ist.
Im Falle einer einphasigen Last ist kein √3 erforderlich: I = kVA × 1.000 ÷ V.
Hier spielen zwei Annahmen eine Rolle, die beide richtig sein müssen, bevor sie irgendeine Bedeutung haben können. Erstens ist es wichtig zu beachten, dass die Spannung in der Formel die Leitungs-zu-Leitungs-Spannung sein muss — zum Beispiel ist die Verwendung von 277 V (Leitung-zu-Neutral für 480Y/277) anstelle der Leitungs-zu-Leitungs-Spannung einer der häufigsten Fehler in Berechnungen. Zweitens, denken Sie daran, dass kVA der Scheinleistung entspricht und somit den Leistungsfaktor nicht berücksichtigt. Wenn Ihr Gerät Sie nach dem Leistungsfaktor während einer kVA-zu-Amper-Berechnung fragt, führt es eine unsachgemäße Operation durch. Der Leistungsfaktor spielt nur eine Rolle, wenn Sie kW (wirksame Leistung) in Amperes umrechnen, und es ist diese Unterscheidung zwischen kW und kVA, die die Menschen verwirrt, wenn sie ein Typenschild mit einer Stromrechnung vergleichen — die gleiche Unterscheidung, die für alles andere als eine ohmsche Last gilt. Dimensionierung von Transformatoren und Lastberechnungen für alles andere als eine ohmsche Last.
Vollaststromtabelle: 45 kVA bei Standardspannungen
Hier ist das Gesamtverständnis. Diese Ströme basieren auf dem Typenschildwert, nicht auf tatsächlichen Messungen; und setzen voraus, dass die Last ausgewogen ist.
| Systemspannung und Phase | Nennstrom | Wo Sie es sehen |
|---|---|---|
| 480 V, 3-phasig | 54,1 A | Primärseite eines 480–208 Abwärtswandlers; industrielle Verteilung |
| 400 V, 3-phasig | 65,0 A | IEC-Netzwerke, Exportgeräte |
| 380 V, 3-phasig | 68,4 A | Ältere IEC-Netzwerke |
| 600 V, 3-phasig | 43,3 A | Kanadische und einige industrielle Systeme |
| 240 V, 3-phasig | 108,3 A | Delta-Systeme, kleine Gewerbe |
| 208 V, 3-phasig | 124,9 A | Sekundärseite eines 480–208 Transformator; kommerzielle Schaltanlagen |
| 240 V, 1-phasig | 187,5 A | Einphasenservice, einige leichte kommerzielle Anwendungen |
| 120 V, 1-phasig | 375,0 A | Selten praktisch bei dieser Nennleistung; zur Vergleichszwecken dargestellt |
Die Tabelle muss als ein Verhältnisproblem behandelt werden, anstatt als eine Reihe von Zahlen. Wenn man die Spannung halbiert, erhöht sich der Strom automatisch um das Zweifache, was die 120 V-Spalte erschreckend erscheinen lässt, wo 45 kVA bei dieser Spannung nicht verteilt werden kann. Darüber hinaus wird beim Wechsel von Einphasen- zu Dreiphasensystemen der Strom durch 1,732 geteilt, wodurch ein 45 kVA Dreiphasentransformator pro Phase viel kleiner erscheint als der Einphasentransformator.
Der 45 kVA 480-zu-208 Fall, nebeneinander
Dies ist die Konfiguration, nach der die meisten Leute tatsächlich fragen, daher verdient sie eine eigene Behandlung.
| Parameter | Primärseite (480 V, 3-phasig) | Sekundärseite (208Y/120 V, 3-phasig) |
|---|---|---|
| Nennkapazität | 45 kVA | 45 kVA |
| Volllast-Leitungsstrom | 54,1 A | 124,9 A |
| Dauerlastbasis (125%) | 67,6 A | 156,1 A |
| Typischer Schutz | 70 A | 175 A |
| Typischer Kupferleiter (75°C Anschlüsse) | 4 AWG | 2/0 AWG |
Infolgedessen ergeben sich zwei Konsequenzen. Zum einen hat die sekundäre Seite einen größeren Einfluss auf die Kosten Ihres Leiters; die meisten Ihrer 45 kVA, die durch eine niedrigere Spannung fließen, bedeuten, dass der Strompegel um das 2,3-fache ansteigt, und somit sollte das für die Drähte notwendige Kupfer wachsen. Darüber hinaus sind die Schutzwerte der primären und sekundären Seiten keine zwei Variationen des gleichen Geräts, sondern die Ergebnisse zweier unterschiedlicher Berechnungen, die nach zwei verschiedenen Parametern durchgeführt wurden.
In diesem Fall ist die 45 kVA Einheit höchstwahrscheinlich ein Trockentransformator, da sie sich in einem Raum neben der Last in einem Schrank oder Maschinenraum befindet. Wenn Sie die Bauarten für eine spezifische Installation vergleichen, werden die praktischen Unterschiede in Gehäuse, Kühlung, Isolierklasse und wo jeder Typ rechtlich installiert werden kann, behandelt in dem Spezifikationsbereich für Trockentransformatoren — und die Wahl verändert tatsächlich den Platzbedarf, die Wärmebelastung, die Sie in den Raum abführen, und das Wartungsregime.
Leiterdimensionierung: wo 54,1 A zu einem echten Draht wird
Während der Nennstrom der Ausgangspunkt ist, ist er nicht die Antwort. Die für Transformatorstromkreise ausgewählten Leitergrößen liegen typischerweise nicht unter 125% für sowohl die primären als auch die sekundären Leiter. Nach diesem Schritt sollte die Leiterdimensionierung die Ampazitätsbewertung der Leiter bei der tatsächlichen Anschluss-Temperatur erfüllen.
- Beginnen Sie mit dem Nennstrom für die zu untersuchende Seite (54,1 A für primär und 124,9 A für sekundär bei einer 480-208 Einheit).
- Verwenden Sie den 125% Faktor, um 67,6 A und 156,1 A zu berechnen.
- Wählen Sie einen Leiter aus der entsprechenden Ampazitätsspalte, vorzugsweise 75 °C, es sei denn, es ist bekannt, dass der Anschluss bei 90 °C erfolgen kann.
- Nehmen Sie notwendige Anpassungen für die Einsatzbedingungen vor. Wettertemperaturen über 30 °C und mehr als drei Leitungsdrähte in einem Kabelkanal verringern die effektive Ampazität, daher könnte ein Leiter, der auf dem Papier ausreichend aussieht, in der Realität zu wenig sein.
- Stellen Sie sicher, dass Sie den Spannungsabfall bei langen Leitungen überprüfen. Der 125% Ampazitätsfaktor schützt den Leiter, bietet jedoch keine Garantie dafür, dass die Last genügend Spannung erhält.
Beide dieser Herabstufungsfaktoren sind genau die Art von Dingen, die übersprungen werden, wenn jemand von einem Diagramm anstatt von der Installation dimensioniert. Erhöhte Umgebungstemperaturen sind ebenfalls nicht hypothetisch — ein Transformatorraum in einem Werk ist oft der heißeste Raum im Gebäude.
Schutzdimensionierung gemäß den Transformatorregeln
Der Prozess zum Schutz von Transformatoren vor Überstrom funktioniert gemäß seinen eigenen Spezifikationen. Die allgemeine Regel für Transformatoren mit Primärströmen von 9 A und mehr ist, dass das Schutzniveau 125% des primären Nennstroms nicht überschreiten sollte und der sekundäre Schutz 125% des Nennstroms des sekundären Stroms nicht überschreiten sollte — Sie finden eine Vielzahl von Standardgrößen wie 15A, 20A, 25A, 30A, 35A, 40A, 45A, 50A, 60A, 70A, 80A, 90A, 100A, 110A, 125A, 150A, 175A, 200A usw.
Im Falle eines 45 kVA Transformators, der bei 480 V am Primärpunkt betrieben wird, ergibt der berechnete Wert ungefähr 67,6 A, was bedeutet, dass wir einen 70 A Transformator verwenden können. Bei der Bewertung des 208 V Niveaus erhalten wir den Wert von 156,1 A, was uns dazu führt, 175A zu verwenden. Bitte beachten Sie, dass der berechnete Wert von 150 A niedriger als der erforderliche Wert ist, dies nur möglich ist, wenn wir den Transformator der nächstgrößeren Größe verwenden, der die erforderlichen Zahlen nicht überschreitet. In diesem Fall sollten wir auch die zuständigen Behörden bezüglich dieses Geräts konsultieren und deren Vorschläge umsetzen.
Eine weitere Anforderung ist, dass das Gerät in der Lage sein sollte, das Niveau des Fehlerstroms an seinem Anschlusspunkt zu überstehen, was im Falle des kleinen Transformators von 45 kVA kein Problem für den sekundären Anschluss darstellen wird, jedoch viele Schwierigkeiten für den primären Anschluss verursachen kann, aufgrund der Steifheit des Dienstes. Falls der Schutzschalter nicht über eine ausreichende Ausschaltleistung verfügt, bedeutet dies, dass er nicht wie vorgesehen funktioniert, was wahrscheinlich dazu führen wird, dass der Unfall in ein Lichtbogenereignis umschlägt, wenn er ausfällt.
Einschaltstrom: warum der Schutzschalter zehnmal 54,1 A sieht
Das Einschalten eines Transformators führt dazu, dass der Kern während der ersten paar Zyklen in die Sättigung geht. Das Sättigungsniveau könnte zu magnetisierenden Einschaltströmen von anywhere zwischen 8 bis 12 mal dem Nennstrom führen, was in einigen Transformator-Designs dieses Niveau überschreiten kann. Der magnetisierende Einschaltstrom lässt nach ein paar Betriebszyklen bis zu einigen Sekunden nach. Dies ist ein normales Phänomen; es ist kein Fehler.
Dies ist aus praktischen Gründen wichtig. Erstens spielt es eine Rolle bei der Erklärung von Fehltrips, die beim Einschalten auftreten, wenn ein thermomagnetisches Gerät mit einer niedrigen sofortigen Einstellung ausgewählt wird, das ausschließlich auf dem stationären Strom basiert. Zweitens führt es dazu, dass eine Person den Schutz der Zweigleitung nicht vergrößern sollte, um Fehltrips zu vermeiden; stattdessen ist es am besten, ein Gerät auszuwählen, das eine bestimmte magnetische oder sofortige Eigenschaft hat, die den magnetisierenden Einschaltstrom übersteht, während es weiterhin den Stromkreis während seines Betriebs schützt. Einer der häufigsten Fehler in diesem Zusammenhang ist der überdimensionierte Schutzschalter, da er den Schutz mehr als 200 Millisekunden nach dem Einschalten des Transformators von der notwendigen Position ablenken kann.
Die 80% Regel und was sie wirklich beschreibt
Die Aussage “stellen Sie sicher, dass der Transformator bei acht Prozent Nennlast betrieben wird” wird oft als eine Art Vorschrift behandelt. Der Code ist in der Tat die Regel für kontinuierliche Lasten, die besagt, dass eine Last als kontinuierlich betrachtet werden kann, wenn sie drei Stunden oder länger betrieben wird. Eine solche Last wird sogar mit 125% multipliziert. Es ist dieser Prozentsatz, der der 80% Last des Transformators entspricht, die er kontinuierlich bedienen kann.
Wenn wir beispielsweise einen 45 kVA Transformator betrachten, ergibt 80% den Wert von 36 kVA kontinuierlicher Last, was bei einer Spannung von 208 ungefähr 100 A benötigt. Es ist immer besser, deutlich unter diesem Wert zu bleiben, während man mit trockenen Transformatoren in heißen elektrischen Räumen arbeitet, da dies die Aufrechterhaltung der richtigen Temperaturbedingungen gewährleistet und eine schnelle Alterung der Isolierung verhindert.
Lesen des Typenschilds, bevor Sie Leiter auswählen
Der aktuelle Bezug bezieht sich nur auf eine einzelne Zeile auf dem Typenschild, während die verbleibenden Zeilen den Inhalt ändern.
| Typenschild-Element | Warum es Ihre Entscheidung ändert |
|---|---|
| kVA-Bewertung | Legt den Nennstrom auf beiden Seiten fest; 45 kVA ist eine Standardgröße in der nordamerikanischen Serie |
| Primär- und Sekundärspannungen mit Abgriffen | Bestimmt das tatsächliche Übersetzungsverhältnis und die verfügbare Anpassung für hohe oder niedrige Versorgung |
| Wickelmaterial (Kupfer oder Aluminium) | Beeinflusst physikalische Größe, Gewicht, Verluste und Anschlussverhalten |
| Impedanz (%Z) | Notwendig für die Berechnung des Fehlerstroms und für die Schutzkoordination |
| Temperaturanstieg und Isolationsklasse | Regelt die zulässige Belastung und die erwartete Lebensdauer der Isolierung |
| K-Faktor oder harmonische Bewertung | Erforderlich, wenn die Last nicht linear ist — Antriebe, Gleichrichter, IT-Ausrüstung |
| Wickeltemperatursensoren | Bestimmt, ob Sie den thermischen Zustand überhaupt überwachen können |
Während ein Transformator mit 45 kVA möglicherweise ein Panel mit gemischten kommerziellen Anwendungen versorgt, ist es ganz anders, einen zu versorgen, der eine Bank von variablen Frequenzantrieben versorgt, unabhängig davon, dass ihre kVA-Bewertungen identisch sind. Wenn Sie die Spezifikation schreiben, anstatt sie zu lesen, sind die Parameter, die den Kauf tatsächlich einschränken — und die, nach denen die Anbieter zuerst fragen — in Transformatorenspezifikationen erklärt der Beschaffungsseite aufgeführt.
Was ein 45 kVA Transformator kostet
In Bezug auf das Budget liegt der Standardpreis für einen 45 kVA Transformator bei etwa ein paar Tausend Dollar. Die Kosten für den Kauf eines solchen hängen von vielen Faktoren ab, wie dem Material, das zum Wickeln der Drähte verwendet wird, der Art des Gehäuses, seinen Spezifikationen und ob zusätzliche Funktionen wie elektrostatische Abschirmungen oder K-Bewertungen benötigt werden. In Bezug auf die Budgetanforderungen sind pad-montierte und ölgefüllte Modelle dieser Art deutlich teurer. Das oben Genannte ist nur ein ungefährer Preis für das Gerät allein; das Budget muss auch die Kosten für primäre und sekundäre Schutzvorrichtungen, Verkabelung, Montage, Belüftung und Tests umfassen.
Das vollständige Bild, wohin das Geld bei der Beschaffung von Transformatoren fließt — und wie viel davon das Gerät im Vergleich zu allem anderen ist — ist in dem Transformator-Kostenleitfaden aufgeführt.. An Zubehör zu sparen, um ein kleines Transformator-Budget zu schützen, ist eine falsche Wirtschaftlichkeit, da der Schutz dafür sorgt, dass der Fehler im Gehäuse bleibt, anstatt ihn in ein Feuer zu verwandeln.
Wo ein 45 kVA Gerät tatsächlich eingesetzt wird
510 VA wird häufig als Transformatorgröße verwendet, wenn es darum geht, 415 V in 230 V/115 V für die Versorgung eines kleinen gewerblichen Schaltschranks, wie zum Beispiel für Einzelhandelsausstattungen, Restaurants, gemietete Bereiche, Geschäfte, kleine Maschinengruppen oder Beleuchtungssockel in einem leicht industriellen Bereich, herunterzutransformieren. Diese Art von Last wird auch häufig verwendet, um bestimmte Lasten zu isolieren oder separat abgeleitete Systeme in diesen Bereichen zu etablieren.
Es gibt einen grundlegenden Grund, warum 511 VA in diesem speziellen Markt heraussticht: Es erfüllt die Anforderungen des kleinen Gewerbes und ist zudem die geeignete Größe für die Installation in einem wand- oder bodenmontierten Gehäuse und ist eine Einheit für die Lieferung durch eine Person. Wenn Sie kartieren, wo ein Transformator dieser Größe in einem Verteilungsschema sitzt, Grundlagen der Verteilungstransformatoren ist der richtige Referenzrahmen, da die Entscheidungen stromaufwärts und stromabwärts bestimmen, was “45 kVA” sein muss.
Häufig gestellte Fragen
Welche Drahtgröße benötige ich für einen 45 kVA Transformator?
Bestimmen Sie den Nennstrom auf der betreffenden Seite und nehmen Sie 125% dieses Stroms. Anschließend muss der Leiter ausgewählt werden, der der anwendbaren Ampacity-Tabelle basierend auf der tatsächlichen Temperatur entspricht, bei der dieser Leiter enden wird. Zum Beispiel erhält man in einem 480–208 V System 67,6 A für die Primärseite (verwenden Sie einen 4 AWG Leiter bei 75°C) und 156,1 A auf der Sekundärseite (verwenden Sie einen 2/0 AWG Leiter bei 75°C). Danach müssen Abwertungen aufgrund von Umgebungstemperatur und Leiteranzahl angewendet werden, und der Spannungsabfall muss überprüft werden.
Wie konvertiere ich 45 kVA in Ampere?
Für dreiphasige Berechnungen: Beginnen Sie, indem Sie 45 mit 1.000 multiplizieren, um eine VA von 45.000 zu erhalten. Um den Strom zu bestimmen, nehmen Sie nun die 45.000 VA und teilen sie durch 1,732 multipliziert mit der Spannung zwischen den Phasen. In diesem Fall, zum Beispiel, wenn Sie eine Spannung zwischen den Phasen von 480 V hätten, hätten Sie 45.000 geteilt durch 831,4, was 54,1 A ergibt. Für einphasige Berechnungen ist es eine einfache Division von 45.000 durch die anwendbare Spannung. Daher würden Sie im vorherigen Beispiel 45.000 nehmen und durch 240 teilen, um eine Stromstärke von 187,5 A zu erhalten.
Wie viele Ampere hat ein 50 kVA Transformator in 3-Phasen?
60,1 A bei 480 V, 120,3 A bei 240 V und 138,8 A bei 208 V. Die Methode bleibt gleich – teilen Sie einfach 50.000 durch 1,732 mal die Spannung zwischen den Phasen – das ist der Grund für den erhöhten Strom für eine 50 kVA Einheit von ungefähr 11% im Vergleich zu einer 45 kVA Einheit, bei gleicher Spannungsstufe.
Wie viele Ampere kann ein 40 VA Transformator verarbeiten?
Hier haben wir es mit etwas anderem zu tun: 40 VA sind tatsächlich vierzig Volt-Ampere, nicht Kilovolt-Ampere, und diese sind im Allgemeinen sehr kleine Steuertransformatoren. Mit einer Sekundärspannung von 24 V würde uns 40 VA einen Strom von 1,7 A liefern, und bei 120 V als Primärspannung beträgt der Stromverbrauch 0,33 A. Das Ergebnis ist ähnlich; die Zahl, die wir teilen, ist 40 anstelle von 40.000, und Steuertransformatoren werden tendenziell mit einem zusätzlichen Spielraum für Einschaltströme ausgelegt, die durch Relais oder Schütze im selben Stromkreis verursacht werden.
Kann ich einen 45 kVA Transformator bei 100% Last kontinuierlich betreiben?
Er wird seine Nennleistung beibehalten, jedoch beschleunigt häufige Nutzung bei voller Last, insbesondere in wärmeren Regionen, das Altern der Isolierung und verringert somit seine Lebensdauer. Idealerweise wird empfohlen, die kontinuierliche Last auf etwa 80% der Nennleistung zu begrenzen (in unserem Fall entspricht das etwa 36 kVA für ein 45 kVA Set).
Ändert sich die 45 kVA Nennleistung mit der Spannung?
Nein, kVA ist auf beiden Seiten gleich, was der ganze Grund ist, Transformatoren in Scheinleistung zu bewerten. Was sich jedoch ändert, ist der Strom, da die Spannung abnimmt, aber der Strom zunimmt, wodurch das Produkt konstant bleibt, wenn man die Verluste berücksichtigt. Deshalb hat ein 45 kVA Transformator einen Primärstrom von 54,1 A und einen Sekundärstrom von 124,9 A.
Referenzen
- Eaton — Referenzdaten für Stromverteilungssysteme
- Schneider Electric — Tabellen für den Nennstrom von Transformatoren
- NFPA 70 — National Electrical Code, Artikel 450 und Artikel 240
- UL Solutions — UL 1561 Trockentransformatoren
- IEEE — C57 Serien Transformator Standards
Fazit
Fünfundvierzig kVA bedeutet einen kleinen Wert, aber viele Berechnungen sind damit verbunden. Bei 480 V auf der Leitungsseite entspricht dies 54,1 A; bei 208 V, 124,9 A; bei 240 V (einphasig), 187,5 A. Die Formel ist immer die gleiche, was bedeutet, dass kVA multipliziert mit 1.000 und dividiert durch 1,732 multipliziert mit der Leitungs-zu-Leitungs-Spannung für ausgewogene 3-Phasen-Systeme verwendet wird. Faktoren, die zu falschen Berechnungen führen, stammen jedoch immer aus drei gleichen Arten von Fehlern: den Wert von Leitungs-zu-Neutral in die Berechnung von Leitungs-zu-Leitungs einzufügen; den Leistungsfaktor in die Berechnung von kVA einzubeziehen, wenn dies nicht erforderlich ist; die Annahme zu treffen, dass die volle Laststromstärke den Durchmesser des Leiters bedeutet.
Wenn Sie es richtig machen, wäre der Rest einfach: Wenden Sie die 125%-Regel sowohl für Leitungs-zu-Neutral als auch für Leitungs-zu-Leitungs an, reduzieren Sie entsprechend den tatsächlichen Bedingungen, entwerfen Sie den Schutz basierend auf dem berechneten Wert, nicht auf dem Einschaltwert, und überprüfen Sie das Typenschild auf die Parameter, die tatsächlich eine Rolle im Systemdesign spielen — Impedanz, Temperaturanstieg, k-Faktor und Abgriffe. Sobald Sie die Berechnungen richtig durchführen, würde der 45 kVA Transformator 30 Jahre lang geräuschlos im Schrank arbeiten und die Dinge tun, wie in den Berechnungen angegeben.