Sarà impossibile per te acquistare un trasformatore che corrisponda alla dimensione che hai calcolato poiché i trasformatori sono prodotti nelle specifiche categorie kVA in base agli standard del settore. Sta a te scegliere quello tra le categorie esistenti che soddisferà le tue esigenze. Prendere una decisione errata sulla dimensione porterà a dover spendere soldi per la potenza che non verrà utilizzata o a far funzionare il tuo trasformatore in condizioni di sovraccarico, diventando difettoso prima della data calcolata.
I sistemi di classificazione per i trasformatori di distribuzione a secco per monofase e trifase differiscono l'uno dall'altro. Le classificazioni di quelli monofase includono: 1, 1.5, 2, 3, 5, 7.5, 10, 15, 25, 37.5, 50, 75, 100, 167, 250, 333 e 500 kVA, mentre quelle per l'attrezzatura trifase sono 15, 30, 45, 75, 112.5, 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000 e 2500 kVA secondo ANSI/IEEE C57.12.01 e NEMA ST-20. Prendiamo, ad esempio, il trasformatore trifase da 150 kVA. Questa unità può erogare 180 A e 416 A a tensioni di 480 V e 208Y/120 V, rispettivamente. Le tensioni nominali per i trasformatori sono calcolate a circa 75-80% della tensione nominale per determinare la percentuale di carico e arrotondate al wattaggio standard più vicino.
Perché esistono standard di dimensioni
La scala è una decisione di produzione che è diventata uno standard del settore. Componenti come scambiatori di calore, trasformatori e raccordi sono prodotti secondo telai stabiliti, e quindi le classificazioni standard sono facilmente disponibili come articoli di magazzino, mentre tutto ciò che sta in mezzo deve essere un lavoro su misura.
Ci sono tre modi in cui questa differenza si manifesta. Primo, il tempo di consegna. Un trasformatore standard da 112.5 kVA può essere spedito in modalità operativa in poche settimane o da magazzino. Tuttavia, questo non è il caso per un trasformatore trifase da 100 kVA, che si colloca tra le due dimensioni standard e deve essere spedito come ordine speciale. Prezzo. Un'unità personalizzata costa tanto quanto una standard ma ha costi aggiuntivi sostenuti per la sua progettazione e produzione. Parti di ricambio. Un impianto che utilizza solo dimensioni standard deve mantenere solo un tipo di ricambio che può servire più installazioni.
La scala non è così intuitiva come si potrebbe pensare, ed è per questo che le persone commettono errori nel suo utilizzo. La scala di classificazione trifase che utilizza valori standard non è un sistema standard come si può vedere nella scala. I valori qui vanno da 75 kVA a 112.5 kVA e poi a 150 kVA. Infatti, 112.5 è il prodotto di 75 kVA moltiplicato per 1.5, che corrisponde alla logica di crescita del carico utilizzata dai servizi commerciali. Pertanto, è impossibile ottenere un design standard per un trasformatore trifase da 100 kVA, anche se è ciò che la maggior parte delle persone pensa.
La scala monofase
| kVA | FLA a 240 V | FLA a 480 V | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 A | 1 A | Circuito di controllo, potenza del segnale |
| 1.5 | 3 A | 1 A | Trasformatore di controllo, campanello |
| 3 | 5 A | 3 A | Controllo macchina, illuminazione piccola |
| 5 | 8 A | 4 A | Piccolo HVAC, pannello a singolo uscita |
| 10 | 7 A | 8 A | Servizio residenziale, piccolo negozio |
| 15 | 5 A | 3 A | Piccolo commerciale, montaggio su palo |
| 25 | 2 A | 1 A | Multi-familiare, piccolo edificio |
| 37.5 | 3 A | 1 A | Unità commerciale, pompa per pozzo |
| 50 | 3 A | 2 A | Commerciale medio |
| 75 | 5 A | 3 A | Commerciale grande, piccola fabbrica |
| 100 | 7 A | 3 A | Sottopannello industriale |
| 167 | 8 A | 9 A | Distribuzione a montaggio su basamento |
| 250 | 041,7 A | 8 A | Alimentatore di distribuzione per utility |
Gli ampere a carico pieno monofase sono semplicemente kVA × 1.000 ÷ volt. La dimensione fisica che accompagna ogni gradino vale la pena controllarla prima di tagliare un'apertura nel muro, e le dimensioni dell'involucro per le valutazioni più piccole, che sono quelle che finiscono in un armadio o in un ripostiglio, sono indicate con il dimensioni del trasformatore da 112,5 kVA come caso di riferimento.
La scala trifase
La conversione per le letture dell'amperometro di fase dei sistemi trifase comporta anche la divisione per √3. Ciò significa che le correnti trifase sono anche inferiori per fase sullo stesso kVA. La seguente tabella mostra le tensioni primarie e secondarie più popolari utilizzate in Nord America: 480 V e 208Y/120 V.
| kVA | FLA primario a 480 V | FLA secondario a 208 V | Cosa alimenta di solito |
|---|---|---|---|
| 15 | 18,0 A | 41,6 A | Piccolo HVAC, pannello di un inquilino |
| 30 | 36,1 A | 83,2 A | Unità commerciale, ristorante |
| 45 | 54,1 A. | 124,8 A | Piccolo ufficio, laboratorio |
| 75 | 90,2 A | 208,0 A | Commerciale medio, ala scolastica |
| 112.5 | 135,3 A | 312,0 A | Magazzino, piccola produzione |
| 150 | 180,4 A | 416,0 A | Stabilimento industriale medio |
| 225 | 270,6 A | 624,0 A | Ala ospedaliera, edificio del campus |
| 300 | 360,8 A | 832,0 A | Grande complesso commerciale |
| 500 | 601,4 A | 388,0 A | Sala dati, produzione pesante |
| 750 | 902,1 A | 082,0 A | Campus industriale |
| 1,000 | 202,8 A | — | Sottostazione di utilità, media tensione |
Ci sono due aspetti che spiccano nella tabella. Il primo di questi è che la corrente secondaria è approssimativamente 2,31 volte maggiore della corrente primaria, il che riflette il rapporto di tensione 480/208, dando così coerenza nei calcoli. La seconda preoccupazione è che una volta che si arriva al parametro delle valutazioni kVA, non esiste un valore di 400 kVA fornito nelle specifiche ANSI.
La conversione dei carichi da ampere a kVA si ottiene eseguendo gli stessi calcoli in ordine inverso, quindi il modo migliore per apprendere questa conversione è esaminare una delle applicazioni reali. Questo esempio pratico di un trasformatore da 45 kVA in ampere esegue i calcoli sia per connessioni monofase che trifase.
Il kVA di cui hai bisogno rispetto al kVA che ordini
Devi seguire quattro passaggi nell'ordine elencato di seguito.
- Prendi il carico connesso in kVA, non in kW. Dividi i kW per il fattore di potenza. Un carico di 120 kW con un fattore di potenza di 0,85 equivale a 141 kVA, il che significa che qualsiasi trasformatore dimensionato su 120 sarebbe sovraccarico fin dall'inizio.
- Applica i fattori di domanda. L'articolo 220 del NEC regola il calcolo per i servizi residenziali e commerciali poiché non tutto funziona simultaneamente. Ignorare i fattori di domanda aumenta inutilmente il carico.
- Tieni conto dell'avviamento del motore. In caso di carichi motore, dovresti aggiungere 25% della corrente a pieno carico del motore più grande al tuo totale utilizzando il NEC 430 per tenere conto sia dell'avviamento che dell'accelerazione.
- Punta a un caricamento di 75%-80% a questa domanda, arrotondando successivamente. Un trasformatore che opera a 100% della sua capacità non offre margine di sicurezza per i giorni caldi, per carichi crescenti l'anno prossimo, e ha una vita più breve rispetto a uno che lavora a 75%. Operare al di sotto di 50% comporta il problema opposto in cui le perdite a vuoto dominano e la curva di efficienza è scarsa, il che significa costi reali nel periodo di operazione del progetto.
Facciamo un esempio. Un piccolo impianto ha calcolato 96 kVA dopo aver preso in considerazione i fattori di domanda. Aggiungendo 25% di un motore da 30 kW, il risultato è di circa 110 kVA. La prossima classificazione standard trifase è 112,5 kVA, il che significa che il tasso di caricamento è 98%, che è troppo. La risposta corretta è 150 kVA a un caricamento di 73%.
Coppie di tensione che vengono standard
La scala kVA è solo un aspetto dello standard. La combinazione di tensione è l'altra metà, e ci sono solo pochi casi in Nord America.
- 480 delta a 208Y/120 è ampiamente utilizzato nelle applicazioni commerciali, con tutte le classificazioni disponibili da 15 kVA a 300 kVA. Fornisce neutro per carichi a 120 V e consente l'illuminazione con 277 V.
- La tensione 480 delta a 240 delta non ha bisogno di un neutro. Il fatto che non ci sia un neutro è una considerazione progettuale, non un errore, che può confondere alcune persone che pensano che l'uscita di tensione a 240 V possa essere utilizzata per alimentare carichi a 120 V.
- I trasformatori da 600 a 480 sono più comuni nelle attrezzature canadesi prodotte per gli Stati Uniti, che utilizzano dimensioni standard per i costruttori di macchine.
- La tensione 240 delta a 208Y/120 V non è spesso vista, ma a volte è utilizzata in strutture aggiornate quando le vecchie attrezzature ricevono una nuova alimentazione.
Tutte le altre combinazioni sono ordini personalizzati o prodotti completamente diversi. Dove un progetto necessita di una coppia di doveri specifica piuttosto che di una combinazione di magazzino, l'unità è specificata piuttosto che ordinata, e una dimensione dedicata come un trasformatore riduttore da 150 kVA è il tipo di cosa che viene costruita per il progetto piuttosto che scelta da un elenco.
Derating: Temperatura, Altitudine e Armoniche
| Condizione | Effetto sul kVA utilizzabile | Cosa fare |
|---|---|---|
| Ambiente sopra 40°C | Ridotto; le regole empiriche pubblicate variano da 0.33–0.5% per °C | Utilizza la curva di derating del produttore, non una regola empirica |
| Altitudine sopra 1.000 m | Efficacia di raffreddamento ridotta | Derating per il produttore; ventilare l'involucro |
| Carico ricco di armoniche | Ridotto; le perdite per correnti parassite aumentano più rapidamente della corrente fondamentale | Specificare il fattore K invece di derating di un'unità standard |
| Chiuso senza ventilazione | Ridotto; l'involucro è il vero ambiente | Dimensionare l'involucro, non solo il trasformatore |
| Caricamento continuo a 100% | Nessun margine; invecchiamento accelerato dell'isolamento | Progettare per 75–80% |
È necessario prestare attenzione quando si tratta di calore ambientale. Ci sono molte regole empiriche, da 0.33% a 0.5% per ogni grado sopra 40°C, anche se variano con 50°C. L'unico modo sicuro per sapere è consultare il grafico di derating del produttore del particolare sistema di isolamento, poiché il derating di un'unità che funziona a 150°C è diverso da quello di un'unità che subisce un aumento di 80°C.
Gli armonici sono il derating più spesso trascurato, perché tutto sembra normale su un misuratore a pinza. Un trasformatore, ad esempio, che alimenta azionamenti a sei impulsi sperimenta correnti armoniche che fanno sì che gli avvolgimenti e il nucleo funzionino a temperature più elevate di quanto indicato dai kVA. Il peso e le dimensioni fisiche di una valutazione più grande, dove risiede effettivamente la massa termica, sono trattati insieme ai peso del trasformatore da 500 kVA dati.
Impedenza e Corrente di Guasto
La percentuale di impedenza (%Z) è la proporzione della caduta di tensione durante il carico completo rispetto alla tensione nominale e indica quanta corrente di guasto sarà disponibile.
In pratica, i trasformatori di distribuzione hanno un %Z che varia da 2% a 5.75%. Maggiore è la valutazione del trasformatore, maggiore è il valore di %Z. I trasformatori con un valore di %Z più basso forniscono una migliore regolazione della tensione, consentendo al contempo di erogare la massima corrente di guasto. A sua volta, valori più elevati di %Z limitano la corrente di guasto e semplificano il coordinamento della protezione da sovracorrente.
Cambiare la valutazione di un trasformatore senza modificare il programma del pannello è rischioso. Cambiare da 112.5 kVA a 150 kVA senza cambiare il valore di %Z implica aumentare la quantità di corrente di guasto disponibile e quindi mettere in pericolo un interruttore da 10 kA poiché potrebbe funzionare a correnti superiori a quelle per cui è progettato.
Le Dimensioni Che Le Persone Ordinano Effettivamente
Un totale di cinque valutazioni costituisce la maggior parte del volume, e il motivo è pratico piuttosto che tecnico.
- 45 kVA è il valore predefinito per piccole attività commerciali – un singolo inquilino o un laboratorio o un piccolo ufficio con pannello da 200 A a 208Y/120 V.
- 75 kVA è utilizzato per un ristorante o un'unità commerciale con attrezzature da cucina, ed è comunemente disponibile.
- 5 kVA può servire un magazzino o un sito di produzione leggera, ed è il sostituto standard per il mancante 100 kVA.
- 150 kVA è utilizzato come valutazione industriale media standard ed è l'opzione più comune quando un impianto sta aggiungendo un secondo turno.
- 300 e 500 kVA sono le dimensioni commerciali e di sala dati più grandi, dove la decisione passa da un ordine da catalogo a un ordine ingegnerizzato e la conversazione sui prezzi cambia forma, poiché la diffusione nei prezzi dei trasformatori tra le valutazioni lo dimostra.
Leggere la Targa
Sei parametri determinano se l'unità è quella che hai richiesto.
Valutazione in kVA e numero di fasi. Tensioni primarie e secondarie inclusa la connessione come 480 V delta/208Y120 V. Aumento di temperatura, che è generalmente 80°C, 115°C o 150°C. Classe di isolamento che di solito è 180°C o 220°C. %Z. E tap, spesso ±2 × 2.5% sull'avvolgimento primario.
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.
Riferimenti
- 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
- Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti — Standard di Efficienza dei Trasformatori di Distribuzione
Conclusione
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.