산업 표준에 따라 변압기는 특정 kVA 범주로 제조되기 때문에 계산한 크기에 해당하는 변압기를 구매하는 것은 불가능합니다. 귀하의 요구를 충족할 수 있는 기존 범주 중에서 선택하는 것은 귀하에게 달려 있습니다. 잘못된 크기를 결정하면 사용되지 않을 전력에 대해 돈을 지출하거나 변압기가 과부하 조건에서 작동하여 예상보다 더 빨리 고장날 수 있습니다.
단상 및 삼상용 건식 배전 변압기의 정격 시스템은 서로 다릅니다. 단상 변압기의 정격은 1, 1.5, 2, 3, 5, 7.5, 10, 15, 25, 37.5, 50, 75, 100, 167, 250, 333 및 500 kVA를 포함하며, 삼상 장비의 정격은 ANSI/IEEE C57.12.01 및 NEMA ST-20에 따라 15, 30, 45, 75, 112.5, 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000 및 2500 kVA입니다. 예를 들어, 150 kVA 삼상 변압기를 들 수 있습니다. 이 장치는 각각 480 V 및 208Y/120 V의 전압에서 180 A 및 416 A를 공급할 수 있습니다. 변압기의 전압 정격은 부하 비율을 결정할 때 정격 전압의 약 75-80%에서 계산되며 가장 가까운 표준 와트로 반올림됩니다.
표준 크기가 존재하는 이유
사다리는 제조 결정이 산업 표준으로 발전한 것입니다. 열교환기, 변압기 및 피팅과 같은 구성 요소는 설정된 프레임에 따라 제조되므로 표준 정격이 재고 품목으로 쉽게 제공됩니다. 그러나 그 사이의 모든 것은 맞춤 작업이어야 합니다.
이 차이가 드러나는 세 가지 방법이 있습니다. 첫째, 리드 타임. 5 kVA의 표준 변압기는 몇 주 이내에 운영 모드로 배송되거나 재고에서 배송될 수 있습니다. 그러나 100 kVA 삼상 변압기는 두 개의 표준 크기 사이에 위치하므로 특별 주문으로 배송되어야 합니다. 가격. 맞춤형 장치는 표준 장치와 동일한 비용이지만 설계 및 생산에 추가 비용이 발생합니다. 예비 부품. 표준 크기만 사용하는 공장은 여러 설치에 사용할 수 있는 한 종류의 예비 부품만 유지하면 됩니다.
사다리는 사람들이 생각하는 것만큼 직관적이지 않으며, 그래서 사람들이 사용 중에 오류를 범합니다. 표준 값을 사용하는 삼상 정격 스케일은 사다리에서 볼 수 있듯이 표준 시스템이 아닙니다. 여기의 값은 75 kVA에서 112.5 kVA로, 그리고 150 kVA로 이동합니다. 사실, 112.5는 75 kVA에 1.5를 곱한 결과로, 상업 서비스에서 사용하는 부하 증가 논리에 해당합니다. 따라서 대부분의 사람들이 생각하는 것처럼 100 kVA 삼상 변압기에 대한 표준 설계를 얻는 것은 불가능합니다.
단상 사다리
| 사실 | 240 V에서의 FLA | 480 V에서의 FLA | 일반적인 사용 |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 A | 1 A | 제어 회로, 신호 전원 |
| 1.5 | 3 A | 1 A | 제어 변압기, 초인종 |
| 3 | 5 A | 3 A | 기계 제어, 소형 조명 |
| 5 | 8 A | 4 A | 소형 HVAC, 단일 아울렛 패널 |
| 10 | 7 A | 8 A | 주거 서비스, 소형 상점 |
| 15 | 5 A | 3 A | 소형 상업, 기둥 장착 |
| 25 | 2 A | 1 A | 다가구, 소형 건물 |
| 37.5 | 3 A | 1 A | 소매 유닛, 우물 펌프 |
| 50 | 3 A | 2 A | 중형 상업용 |
| 75 | 5 A | 3 A | 대형 상업용, 소형 공장 |
| 100 | 7 A | 3 A | 산업용 서브 패널 |
| 167 | 8 A | 9 A | 패드 장착 배전 |
| 250 | 1,041.7 A | 8 A | 유틸리티 배전 피더 |
단상 전부하 전류는 간단히 kVA × 1,000 ÷ 전압입니다. 벽 개구부가 절단되기 전에 각 단계에 해당하는 물리적 크기를 확인하는 것이 중요하며, 작은 정격에 대한 인클로저 치수는 다음과 같이 설정됩니다. 5 kVA 변압기 치수 기준 사례로서.
삼상 사다리
삼상 시스템의 상 전류계 판독값 변환은 √3으로 나누는 것도 포함됩니다. 이는 삼상 전류가 동일한 kVA에서 각 상당으로도 낮다는 것을 의미합니다. 다음 표는 북미에서 사용되는 가장 인기 있는 1차 및 2차 전압을 보여줍니다: 480 V 및 208Y/120 V.
| 사실 | 480 V에서의 1차 FLA | 208 V에서의 2차 FLA | 일반적으로 공급하는 것 |
|---|---|---|---|
| 15 | 0 A | 6 A | 소형 HVAC, 한 세대 패널 |
| 30 | 1 A | 2 A | 소매점, 레스토랑 |
| 45 | 1 A | 8 A | 소형 사무실, 작업장 |
| 75 | 2 A | 0 A | 중형 상업, 학교 동 |
| 112.5 | 3 A | 0 A | 창고, 소형 제조 |
| 150 | 4 A | 0 A | 중형 산업 공장 |
| 225 | 6 A | 0 A | 병원 동, 캠퍼스 건물 |
| 300 | 8 A | 0 A | 대형 상업 단지 |
| 500 | 4 A | 1,388.0 A | 데이터 홀, 중량 제조 |
| 750 | 1 A | 2,082.0 A | 산업 캠퍼스 |
| 1,000 | 1,202.8 A | — | 유틸리티 변전소, 중간 전압 |
표에서 두 가지 측면이 두드러집니다. 첫 번째는 2차 전류가 1차 전류보다 약 2.31배 더 많다는 것으로, 이는 480/208 전압 비율을 반영하여 계산의 일관성을 제공합니다. 두 번째 문제는 kVA 정격의 매개변수에 도달하면 ANSI 사양에서 400 kVA의 값이 제공되지 않는다는 것입니다.
전류를 kVA로 변환하는 것은 반대 순서로 동일한 계산을 수행하여 이루어지므로, 이 변환에 대해 배우는 가장 좋은 방법은 실제 응용 사례 중 하나를 살펴보는 것입니다. 이 작업 예시는 45 kVA 변압기의 전류 단상 및 삼상 연결 모두에 대한 수치를 계산합니다.
필요한 kVA와 주문하는 kVA
아래 나열된 순서로 네 가지 단계를 따라야 합니다.
- 연결된 부하를 kVA로 취하고, kW로는 취하지 마십시오. kW를 전력 계수로 나누십시오. 전력 계수가 0.85인 120 kW의 부하는 141 kVA에 해당하며, 이는 120으로 크기가 조정된 변압기가 처음부터 과부하가 될 것임을 의미합니다.
- 수요 계수를 적용하십시오. NEC의 220조는 주거 및 상업 서비스의 계산을 규제합니다. 모든 것이 동시에 작동하지 않기 때문입니다. 수요 계수를 무시하면 불필요하게 부하가 증가합니다.
- 모터 시작을 고려하십시오. 모터 부하의 경우, 시작 및 가속을 고려하기 위해 NEC 430을 사용하여 가장 큰 모터의 정격 전류에 25%를 추가해야 합니다.
- 이 수요에서 75%-80% 로딩을 목표로 하며, 이후 반올림합니다. 용량의 100%에서 작동하는 변압기는 더운 날, 내년의 증가하는 부하에 대한 안전 여유가 없으며, 75%에서 작동하는 것보다 수명이 짧습니다. 50% 이하에서 작동하면 무부하 손실이 지배적이 되어 효율 곡선이 좋지 않으며, 이는 프로젝트 운영 기간 동안 실제 비용을 의미합니다.
예를 들어 보겠습니다. 한 소규모 공장은 수요 요인을 고려한 후 96 kVA를 계산했습니다. 30 kW 모터의 25%를 추가하면 결과는 약 110 kVA가 됩니다. 다음 삼상 표준 정격은 112.5 kVA로, 이는 로딩 비율이 98%로 너무 많습니다. 올바른 답은 73% 로딩에서 150 kVA입니다.
표준으로 제공되는 전압 쌍
kVA 사다리는 표준의 한 측면일 뿐입니다. 전압 조합은 다른 절반이며, 북미에서는 몇 가지 경우만 존재합니다.
- 480 델타에서 208Y/120은 상업적 응용에서 널리 사용되며, 15 kVA에서 300 kVA까지 모든 정격이 제공됩니다. 이는 120 V 부하에 대한 중성을 제공하고 277 V로 조명을 가능하게 합니다.
- 480 델타에서 240 델타 전압은 중성이 필요하지 않습니다. 중성이 없다는 사실은 설계 고려 사항이지 실수가 아니며, 240 V 전압 출력을 120 V 부하에 공급할 수 있다고 생각하는 일부 사람들을 혼란스럽게 할 수 있습니다.
- 600에서 480 변압기는 미국을 위해 제조된 캐나다 장비에서 더 일반적이며, 기계 제작자를 위한 표준 크기를 사용합니다.
- 240 델타에서 208Y/120 V 전압은 자주 보이지 않지만, 구형 장비가 새로운 전원 공급을 받을 때 업그레이드된 시설에서 가끔 사용됩니다.
다른 모든 조합은 맞춤 주문이거나 완전히 다른 제품입니다. 프로젝트에서 재고 조합이 아닌 특정 작업 쌍이 필요할 경우, 장치는 주문하기보다는 지정되며, 150 kVA 스텝다운 변압기와 같은 전용 크기가 필요합니다. 150 kVA 스텝다운 변압기 는 목록에서 선택하기보다는 프로젝트에 맞게 제작되는 것입니다.
감량: 온도, 고도 및 고조파
| 상태 | 사용 가능한 kVA에 미치는 영향 | 해야 할 일 |
|---|---|---|
| 주변 온도가 40°C 이상 | 감소; 발표된 경험 법칙은 °C당 0.33–0.5%입니다. | 경험 법칙이 아닌 제조업체의 감량 곡선을 사용하십시오. |
| 고도가 1,000 m 이상 | 냉각 효과 감소 | 제조업체에 따라 감량; 인클로저를 환기하십시오. |
| 고조파가 풍부한 부하 | 감소; 와전류 손실이 기본 전류보다 더 빠르게 증가합니다. | 표준 장치의 감량 대신 K-팩터를 지정하십시오. |
| 환기가 없는 인클로저 | 감소; 인클로저가 실제 주변 환경입니다. | 변압기뿐만 아니라 인클로저의 크기를 조정하십시오. |
| 연속 100% 로딩 | 여유 없음; 절연 노화 가속 | 75–80%를 위해 설계하십시오. |
주변 열에 대한 주의가 필요합니다. 40°C 이상에서 각 도에 대해 0.33%에서 0.5%까지 다양한 경험 법칙이 있지만, 50°C에서는 다릅니다. 가장 좋은 방법은 특정 절연 시스템의 제조업체에서 제공하는 감액 그래프를 확인하는 것입니다. 150°C에서 작동하는 장치의 감액은 80°C 상승을 겪는 장치와 다릅니다.
고조파는 가장 자주 간과되는 감액 요소입니다. 클램프 미터에서 모든 것이 정상으로 보이기 때문입니다. 예를 들어, 6펄스 드라이브를 공급하는 변압기는 권선과 코어가 kVA로 표시된 것보다 더 뜨거워지게 만드는 고조파 전류를 경험합니다. 열 질량이 실제로 존재하는 더 큰 정격의 무게와 물리적 크기는 함께 다루어집니다. 500 kVA 변압기 무게 수치.
임피던스 및 고장 전류
퍼센트 임피던스 (%Z)는 전체 부하 중 전압 강하의 비율로, 정격 전압에 대한 비율이며, 얼마나 많은 고장 전류가 사용 가능한지를 나타냅니다.
실제로 배전 변압기는 %Z가 2%에서 5.75%까지 다양합니다. 변압기의 정격이 높을수록 %Z 값이 높아집니다. %Z 값이 낮은 변압기는 동일한 전압 조절을 제공하면서 최대 고장 전류를 전달할 수 있습니다. 반면, 높은 %Z 값은 고장 전류를 제한하고 과전류 보호 조정을 단순화합니다.
패널 스케줄을 수정하지 않고 변압기의 정격을 변경하는 것은 위험합니다. %Z 값을 변경하지 않고 112.5 kVA에서 150 kVA로 변경하면 사용 가능한 고장 전류의 양이 증가하고, 이로 인해 10 kA 차단기가 설계된 것보다 높은 전류에서 작동할 위험이 있습니다.
사람들이 실제로 주문하는 크기
총 다섯 가지 정격이 대부분의 볼륨을 차지하며, 그 이유는 기술적이라기보다는 실용적입니다.
- 45 kVA는 소규모 상업용의 기본값으로, 단일 세입자 또는 작업장 또는 200 A 패널이 있는 소규모 사무실에서 사용됩니다. 208Y/120 V.
- 75 kVA는 주방 장비가 있는 레스토랑이나 소매점에서 사용되며, 일반적으로 구할 수 있습니다.
- 5 kVA는 창고나 경량 제조 현장에 적합하며, 누락된 100 kVA의 표준 대체품입니다.
- 150 kVA는 표준 중간 산업 정격으로 사용되며, 공장이 두 번째 교대를 추가할 때 가장 일반적인 옵션입니다.
- 300 및 500 kVA는 더 큰 상업용 및 데이터 홀 크기로, 결정이 카탈로그에서 엔지니어링 주문으로 이동하고 가격 대화가 변화합니다. 변압기 가격이 정격에 따라 나타납니다.
명판 읽기
여섯 가지 매개변수가 장치가 요청한 것인지 여부를 결정합니다.
kVA 정격 및 상 수. 480 V 델타/208Y120 V와 같은 연결을 포함한 기본 및 보조 전압. 일반적으로 80°C, 115°C 또는 150°C인 온도 상승. 일반적으로 180°C 또는 220°C인 절연 등급. %Z. 그리고 탭, 종종 기본 권선에서 ±2 × 2.5%입니다.
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.
자주 묻는 질문
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.
참고 문헌
- 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
- 미국 에너지부 — 배급 변압기 효율 기준
결론
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.