Será impossível para você comprar um transformador que corresponda ao tamanho que você calculou, uma vez que os transformadores são fabricados nas categorias específicas de kVA com base nos padrões da indústria. Cabe a você escolher aquele entre as categorias existentes que atenderá às suas necessidades. Tomar a decisão errada sobre o tamanho levará a gastar dinheiro com a energia que não será utilizada ou a fazer com que seu transformador opere em condições de sobrecarga e se torne defeituoso antes da data calculada.
Os sistemas de classificação para transformadores de distribuição do tipo seco para monofásicos e trifásicos diferem entre si. As classificações dos monofásicos incluem: 1, 1,5, 2, 3, 5, 7,5, 10, 15, 25, 37,5, 50, 75, 100, 167, 250, 333 e 500 kVA, enquanto as dos equipamentos trifásicos são 15, 30, 45, 75, 112,5, 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000 e 2500 kVA de acordo com ANSI/IEEE C57.12.01 e NEMA ST-20. Tome, por exemplo, o transformador trifásico de 150 kVA. Esta unidade pode fornecer 180 A e 416 A em tensões de 480 V e 208Y/120 V, respectivamente. As classificações de tensão para os transformadores são calculadas em cerca de 75-80% da tensão nominal ao determinar a porcentagem de carga e arredondadas para o wattage padrão mais próximo.
Por que as Tamanhos Padrão Existem
A escada é uma decisão de fabricação que se tornou um padrão da indústria. Componentes como trocadores de calor, transformadores e conexões são fabricados de acordo com quadros definidos, e assim as classificações padrão estão facilmente disponíveis como itens em estoque, enquanto tudo o que está entre eles deve ser um trabalho personalizado.
Existem três maneiras pelas quais essa diferença se revela. Primeiro, tempo de entrega. Um transformador padrão de 112.5 kVA pode ser enviado em modo operacional em algumas semanas ou a partir do estoque. No entanto, este não é o caso de um transformador trifásico de 100 kVA, que fica entre os dois tamanhos padrão e deve ser enviado como um pedido especial. Preço. Uma unidade personalizada custa tanto quanto uma padrão, mas tem custos adicionais incorridos para seu design e produção. Peças de reposição. Uma planta que utiliza tamanhos padrão só precisa manter um tipo de peça de reposição que pode servir a várias instalações.
A escada não é tão intuitiva quanto se pode pensar, e é por isso que as pessoas cometem erros em seu uso. A escala de classificação trifásica usando valores padrão não é um sistema padrão, como pode ser visto na escada. Os valores aqui vão de 75 kVA a 112.5 kVA e depois para 150 kVA. De fato, 112.5 é o produto de 75 kVA multiplicado por 1.5, que corresponde à lógica de crescimento de carga usada por serviços comerciais. Assim, é impossível obter um design padrão para um transformador trifásico de 100 kVA, embora seja isso que a maioria das pessoas pensa.
A Escada Monofásica
| kVA | FLA a 240 V | FLA a 480 V | Uso típico |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 A | 1 A | Circuito de controle, potência de sinal |
| 1.5 | 3 A | 1 A | Transformador de controle, campainha |
| 3 | 5 A | 3 A | Controle de máquina, iluminação pequena |
| 5 | 8 A | 4 A | Pequeno HVAC, painel de saída único |
| 10 | 7 A | 8 A | Serviço residencial, pequena loja |
| 15 | 5 A | 3 A | Pequeno comercial, montado em poste |
| 25 | 104,2 A | 52,1 A | Multi-familiar, pequeno edifício |
| 37.5 | 156,3 A | 78,1 A | Unidade de varejo, bomba de poço |
| 50 | 208,3 A | 104,2 A | Médio comercial |
| 75 | 312,5 A | 156,3 A | Grande comercial, pequena fábrica |
| 100 | 416,7 A | 208,3 A | Subpainel industrial |
| 167 | 695,8 A | 347,9 A | Distribuição montada em base |
| 250 | 041,7 A | 520,8 A | Alimentador de distribuição de utilidade |
Os amperes de carga total monofásicos são simplesmente kVA × 1.000 ÷ volts. O tamanho físico que acompanha cada degrau vale a pena verificar antes que uma abertura na parede seja cortada, e as dimensões da caixa para as classificações menores, que são aquelas que acabam em um armário ou closet, estão definidas com o dimensões do transformador de 112,5 kVA como o caso de referência.
A Escada Trifásica
A conversão para leituras de amperímetro de fase de sistemas trifásicos envolve dividir por √3 também. Isso significa que as correntes trifásicas também são menores por fase no mesmo kVA. A tabela a seguir mostra as tensões primárias e secundárias mais populares usadas na América do Norte: 480 V e 208Y/120 V.
| kVA | FLA primário a 480 V | FLA secundário a 208 V | O que geralmente alimenta |
|---|---|---|---|
| 15 | 18,0 A | 41,6 A | Pequeno HVAC, painel de um inquilino |
| 30 | 36,1 A | 83,2 A | Unidade de varejo, restaurante |
| 45 | 54,1 A | 124,8 A | Pequeno escritório, oficina |
| 75 | 90,2 A | 208,0 A | Comercial médio, ala escolar |
| 112.5 | 135,3 A | 312,0 A | Armazém, pequena fabricação |
| 150 | 180,4 A | 416,0 A | Planta industrial média |
| 225 | 270,6 A | 624,0 A | Ala de hospital, prédio do campus |
| 300 | 360,8 A | 832,0 A | Grande complexo comercial |
| 500 | 601,4 A | 388,0 A | Sala de dados, fabricação pesada |
| 750 | 902,1 A | 082,0 A | Campus industrial |
| 1,000 | 202,8 A | — | Subestação de utilidade, média tensão |
Existem dois aspectos que se destacam na tabela. O primeiro deles é que a corrente secundária é aproximadamente 2,31 vezes maior que a corrente primária, o que reflete a relação de tensão 480/208, garantindo assim a consistência dos cálculos. A segunda preocupação é que, uma vez que se chega ao parâmetro das classificações de kVA, não há valor de 400 kVA fornecido nas especificações da ANSI.
A conversão de cargas de amperes para kVA é realizada efetuando os mesmos cálculos na ordem inversa, portanto, a melhor maneira de aprender sobre essa conversão é examinar uma das aplicações reais. Este exemplo prático de um transformador de 45 kVA em amperes calcula os números para conexões monofásicas e trifásicas.
O kVA que você precisa versus o kVA que você solicita
Você precisa seguir quatro etapas na ordem listada abaixo.
- Pegue a carga conectada em kVA, não em kW. Divida kW pelo fator de potência. Uma carga de 120 kW com um fator de potência de 0,85 equivale a 141 kVA, o que significa que qualquer transformador dimensionado para 120 estaria sobrecarregado desde o início.
- Aplique fatores de demanda. O Artigo 220 do NEC regula o cálculo para serviços residenciais e comerciais, uma vez que nem tudo opera simultaneamente. Ignorar fatores de demanda aumenta a carga desnecessariamente.
- Leve em consideração a partida do motor. No caso de cargas de motor, você deve adicionar 25% da corrente de carga total do maior motor ao seu total usando o NEC 430 para contabilizar tanto a partida quanto a aceleração.
- Busque uma carga de 75%-80% nesta demanda, arredondando para cima depois. Um transformador operando a 100% de sua capacidade não oferece margem de segurança para dias quentes, para cargas crescentes no próximo ano, e tem uma vida útil mais curta do que um que opere a 75%. Operar abaixo de 50% traz o problema oposto, onde as perdas em vazio dominam e a curva de eficiência é ruim, o que significa custos reais ao longo do período de operação do projeto.
Vamos fazer um exemplo. Uma pequena planta calculou 96 kVA após levar em conta os fatores de demanda. Ao adicionar 25% de um motor de 30 kW, o resultado é cerca de 110 kVA. A próxima classificação padrão trifásica é 112,5 kVA, o que significa que a taxa de carga é 98%, o que é demais. A resposta correta é 150 kVA com carga de 73%.
Pares de Tensão que Vêm como Padrão
A escada de kVA é apenas um aspecto do padrão. A combinação de tensão é a outra metade, e há apenas alguns casos na América do Norte.
- 480 delta para 208Y/120 é amplamente utilizado em aplicações comerciais, com todas as classificações disponíveis de 15 kVA a 300 kVA. Ele fornece neutro para cargas de 120 V e permite a iluminação com 277 V.
- A tensão de 480 delta para 240 delta não precisa de neutro. O fato de não haver neutro é uma consideração de design, não um erro, o que pode confundir algumas pessoas que pensam que a saída de tensão de 240 V pode ser usada para fornecer cargas de 120 V.
- Os transformadores de 600 para 480 são mais comuns em equipamentos canadenses fabricados para os EUA, que utilizam tamanhos padrão para fabricantes de máquinas.
- A tensão de 240 delta para 208Y/120 V não é frequentemente vista, mas às vezes é usada em instalações atualizadas quando equipamentos antigos recebem nova fonte de energia.
Todas as outras combinações são pedidos personalizados ou produtos completamente diferentes. Onde um projeto precisa de um par de duty específico em vez de uma combinação em estoque, a unidade é especificada em vez de encomendada, e um tamanho dedicado como um transformador de redução de 150 kVA é o tipo de coisa que é construída para o projeto em vez de escolhida em uma lista.
Redução de capacidade: Temperatura, Altitude e Harmônicos
| Condição | Efeito na kVA utilizável | O que fazer |
|---|---|---|
| Ambiente acima de 40°C | Reduzido; regras práticas publicadas variam de 0.33–0.5% por °C | Use a curva de redução de capacidade do fabricante, não uma regra prática |
| Altitude acima de 1.000 m | Eficácia de resfriamento reduzida | Reduza conforme o fabricante; ventile o invólucro |
| Carga rica em harmônicos | Reduzido; perdas por correntes de Foucault aumentam mais rapidamente do que a corrente fundamental | Especifique o fator K em vez de reduzir a capacidade de uma unidade padrão |
| Enclausurado sem ventilação | Reduzido; o invólucro é o verdadeiro ambiente | Dimensione o invólucro, não apenas o transformador |
| Carga contínua de 100% | Sem margem; envelhecimento acelerado do isolamento | Projete para 75–80% |
Há necessidade de cautela quando se trata de calor ambiente. Existem muitas regras práticas, de 0.33% a 0.5% para cada grau acima de 40°C, embora variem com 50°C. A única boa maneira de saber é consultar o gráfico de redução de capacidade do fabricante do sistema de isolamento específico, pois a redução de capacidade de uma unidade que opera a 150°C é diferente da de uma unidade que tem um aumento de 80°C.
Harmônicos é a redução de capacidade mais frequentemente negligenciada, porque tudo parece normal em um medidor de pinça. Um transformador, por exemplo, que fornece acionamentos de seis pulsos experimenta correntes harmônicas que fazem os enrolamentos e o núcleo funcionarem mais quentes do que indicado pela kVA. O peso e o tamanho físico de uma classificação maior, que é onde a massa térmica realmente reside, são cobertos juntamente com os peso do transformador de 500 kVA números.
Impedância e Corrente de Falha
A impedância percentual (%Z) é a proporção da queda de tensão durante a carga total em relação à tensão nominal e indica quanta corrente de falha estará disponível.
Na prática, transformadores de distribuição têm um %Z variando de 2% a 5.75%. Quanto maior a classificação do transformador, maior o valor de %Z. Transformadores com um valor mais baixo de %Z fornecem melhor regulação de tensão ao mesmo tempo que permitem que a corrente de falha máxima seja entregue. Por sua vez, valores mais altos de %Z limitam a corrente de falha e simplificam a coordenação da proteção contra sobrecorrente.
Mudar a classificação de um transformador sem modificar o cronograma do painel é arriscado. Mudar de 112,5 kVA para 150 kVA sem alterar o valor de %Z implica aumentar a quantidade de corrente de falta disponível e, assim, colocar um disjuntor de 10 kA em perigo, uma vez que pode operar com uma corrente superior àquela para a qual foi projetado.
Os Tamanhos que as Pessoas Realmente Pedem
Um total de cinco classificações compõe a maior parte do volume, e a razão para isso é prática, em vez de técnica.
- 45 kVA é o padrão para pequenos comércios – um único inquilino ou uma oficina ou um pequeno escritório com painel de 200 A a 208Y/120 V.
- 75 kVA é utilizado para um restaurante ou unidade de varejo com equipamentos de cozinha, e está comumente disponível.
- 112,5 kVA pode atender a um armazém ou local de fabricação leve, e é a substituição padrão para o ausente 100 kVA.
- 150 kVA é utilizado como uma classificação industrial média padrão e é a opção mais comum quando uma planta está adicionando um segundo turno.
- 300 e 500 kVA são os tamanhos comerciais e de sala de dados maiores, onde a decisão passa de catálogo para pedido projetado e a conversa sobre preços muda de forma, à medida que a variação nos preços de transformadores entre classificações shows.
Reading the Nameplate
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.
Perguntas Frequentes
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.
Referências
- 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
- Departamento de Energia dos EUA — Padrões de Eficiência de Transformadores de Distribuição
Conclusão
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.