Владелец фермы в Калифорнии получил три продукта от местного электромонтажника для работы пяти насосов орошения и холодильного склада: трансформатор, установленный на столбе, мощностью 50 кВА, трансформатор, установленный на площадке, мощностью 75 кВА, или, чтобы быть абсолютно уверенным, трансформатор мощностью 100 кВА. Разница в стоимости между этими двумя трансформаторами составила $3,200. Насосы работают на уровне напряжения 460 вольт в трехфазной конфигурации, а коммунальное предприятие предлагает только услугу 480 вольт. Друг предостерег владельца от совершения той же ошибки, что и он, когда купил трансформатор меньшей мощности и потратил шесть месяцев на преодоление проблем, связанных с мерцанием и перегревом. Ответ на вопрос о том, как выбрать правильный трансформатор, зависит от ряда факторов, таких как нагрузка, напряжение, местоположение и рост, и этот практический гид описывает процесс выбора правильного трансформатора, предоставляя необходимые расчеты.
Чтобы выбрать подходящий трансформатор, необходимо пройти несколько этапов, которые следующие: (1) Рассчитать общие требования к мощности в кВА; (2) использовать коэффициент разнообразия около 0.7–0.85, когда присутствуют смешанные нагрузки; (3) учесть 15-20% роста в будущем; (4) сопоставить напряжение питания с вашими трансформаторами; (5) выбрать трансформатор, подходящий для применения; (6) выбрать соответствующий стандарт IEC 60076.
Шаг 1: Подсчитайте вашу нагрузку в кВА
Каждое устройство, которое вы собираетесь подключить, имеет конкретную табличку, которую вы должны прочитать и записать относительно кВт или, предпочтительно, кВт и напряжения. Вам следует использовать кВА, который является видимой мощностью, для определения размера вашего трансформатора, потому что обмотки генерируют тепло из-за тока, протекающего через них, независимо от коэффициента мощности устройства. Расчет прост: кВА = кВт/коэффициент мощности (одиночная фаза), или для трехфазной нагрузки можно сказать, что кВА = (√3 * вольт * амперы) ÷ 1000
Например, 5 насосов орошения мощностью 10 кВт с коэффициентом мощности 0.85 требуют 15 ÷ 0.85 = 11.76 кВА каждый, что в сумме дает 59 кВА. Компрессор холодильного склада добавляет 6 кВА, а освещение добавляет еще 4 кВА, в итоге получаем примерно 69 кВА, что является отправной точкой и уже выше начального значения кВт.
| Оборудование | кВт | Коэффициент мощности | кВА Каждый |
|---|---|---|---|
| Насос орошения (×5) | 10 | 0.85 | 11.8 |
| Компрессор холодильного склада | 5 | 0.82 | 6.1 |
| Освещение и управление | 3.8 | 0.95 | 4.0 |
| Инструменты для мастерской (по мере необходимости) | 4 | 0.80 | 5.0 |
Не полагайтесь только на общее количество “киловатт” из памяти. Вы можете упустить некоторые элементы из списка, плюс, говоря в общем, коррекция коэффициента мощности сама по себе означает, что кВА выше суммы индивидуальных весов кВт примерно на 10-25%.
Шаг 2: Примените разнообразие и рост
Верить, что все устройства работают на максимальной нагрузке одновременно, нереалистично – именно поэтому мы должны учитывать коэффициент разнообразия. Для ферм или небольших мастерских насосы, которые включаются и выключаются вместе с другими устройствами, дают коэффициент разнообразия около 0,8. Таким образом, в нашем случае 69 kVA × 0,8 = 55 kVA. Затем нам нужно добавить резерв на рост: 15-20% является правилом в этой отрасли. Поэтому 55 × 1,18 = 65 kVA (примерно).
Таким образом, мы видим, что хотя наивный “общий” спрос кажется 69 kVA, правильно рассчитанный спрос – с учетом факторов разнообразия и роста – будет около 65 kVA, что хорошо укладывается в пределы устройства на 75 kVA. Если мы проигнорируем как факторы разнообразия, так и роста – мы в конечном итоге купим 100 kVA и заплатим дополнительно $1,500-2,500, теряя дополнительную мощность. Если игнорировать только коррекцию коэффициента мощности, мы получим выход из строя устройства на 50 kVA.
Шаг 3: Соответствие напряжения
Подходящее напряжение имеет решающее значение и является самой распространенной причиной возникновения “неправильного трансформатора”. Два напряжения:
- Первичное напряжение – через коммунальное снабжение: обычно однофазное 7200 V в сельскохозяйственных районах Северной Америки, 12,47 кВ/13,2 кВ или 11 кВ/22 кВ/33 кВ в других регионах.
- Вторичное напряжение – в соответствии с требованиями электронного устройства, которое может быть 120/240 V для однофазного, 240 V для трехфазного или от 380 до 480 V для трехфазного в зависимости от местоположения и оборудования.
Перед оформлением заказа не забудьте подтвердить коммунальное напряжение в письменной форме. Всегда учитывайте тот факт, что электрические распределения различаются в зависимости от региона, в котором вы находитесь; следовательно, трансформатор, предназначенный для 11 кВ, не будет работать хорошо с 12,47 кВ.
Шаг 4: Выберите тип для местоположения
Местоположение трансформатора сильно влияет на тип производимого трансформатора. Для небольших и средних установок доступны следующие варианты:
| Тип | Лучше всего для | Типичный диапазон | Примечания |
|---|---|---|---|
| Установленный на столбе | Сельские, фермерские, небольшие нагрузки | 5–167 кВА | Самый дешевый за kVA, собственность коммунального хозяйства |
| Установленные на площадке | Коммерческий на открытом воздухе, жилые районы | 25–2,500 кВА | На уровне земли, защищенный от вмешательства, легкий доступ |
| Сухой тип (внутренний) | Здания, мастерские, офисы | 3–1,000 кВА | Пожаробезопасный, без масла, тише |
| Сухой тип из литого смолы | Высотные здания, туннели, центры обработки данных | 100–3,150 кВА | Лучшие показатели пожарной безопасности, низкое обслуживание |
| Масляный (станционный) | Подстанции, промышленные площадки | 50 кВА–100 МВА | Лучшая устойчивость к перегрузкам, требуется масляная яма |
В случае сценария с фермой трансформатор на 75 kVA, установленный на подставке, будет выгоден, поскольку он работает снаружи и подключается к нагрузкам напрямую, требуя минимального обслуживания. Когда оборудование расположено внутри здания, требуется сухой трансформатор для обеспечения безопасности.
Шаг 5: Выберите стандартный рейтинг
Размеры трансформаторов представлены в стандартных конфигурациях; в частности, размеры 25, 37.5, 50, 75, 100, 150, 167 и 250 кВА будут использоваться в Северной Америке, в то время как на рынках IEC используются следующие размеры: 25, 50, 100, 160, 250, 315, 400 и 500 кВА. Необходимо выбрать наименьший рейтинг, который может удовлетворить проектную нагрузку; учитывая, что проектное значение составляет 65 кВА, выбор должен составить 75 кВА.
Одно предостережение: всякий раз, когда к трансформатору подключен большой двигатель, необходимо учитывать пусковой ток этого двигателя. Например, контроллер насоса мощностью 25 кВт может создать пусковой ток, который в 6 раз превышает его обычный выход (насос мощностью 25 кВт создает примерно 35 кВА), что вызывает мгновенное увеличение мощности и даже потенциальное перегрузку, если другие насосы запускаются сразу после первого. И если как минимум два насоса запустятся одновременно, мгновенная мощность превысит номинальную.
Шаг 6: Сравните стоимость и эффективность
Стоимость — это лишь одна часть уравнения. Трансформатор несет потери на протяжении всего жизненного цикла устройства. Трансформатор имеет потери без нагрузки в течение всего дня, даже когда к нему не подключена нагрузка. Например, при стоимости $0.12/кВтч, трансформатор мощностью 75 кВА производит потери без нагрузки около 250 Вт и несет потери в режиме простоя в размере $262 за один год — и это составляет $5,240 через 20 лет, что даже больше, чем первоначальная стоимость трансформатора. Всегда помните о необходимости запрашивать значения потерь без нагрузки и потерь при нагрузке при оценке полученных предложений.
| Рейтинг | Типичные потери без нагрузки (Вт) | Типичные потери при нагрузке (Вт) | Стоимость потерь за 20 лет при $0.12/кВтч (при нагрузке 75%) |
|---|---|---|---|
| 50 кВА | 130–200 | 1,100–1,500 | $24,000–$33,000 |
| 75 кВА | 180–280 | 1,500–2,100 | $34,000–$47,000 |
| 100 кВА | 220–350 | 1,900–2,700 | $44,000–$61,000 |
| 250 кВА | 450–700 | 3,900–5,500 | $92,000–$127,000 |
Сообщение здесь достаточно ясно: различия в эффективности между поставщиками одинаковых kVA могут привести к вариациям в общей стоимости на тысячи долларов. Машины с аморфным сердечником имеют потери в режиме холостого хода, которые снижены на 50–70% и, несмотря на превышение цены на 10–20%, оказываются наиболее выгодными в 20-летнем анализе затрат.
Быстрая таблица размеров
Это первоначальное исследование для типичных установок распределительных устройств (при условии, что типичный коэффициент мощности равен 0.85, разнообразие равно 0.8, рост равен 15%).
| Подключенная нагрузка (кВт) | Приблизительный рабочий kVA | Проектируемая нагрузка | Рекомендуемый номинал | Ценовой диапазон (FOB Китай) |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 24 | 22 | 25 | $1,200–$3,000 |
| 40 | 47 | 43 | 50 | $1,800–$4,500 |
| 60 | 71 | 65 | 75 | $2,400–$5,500 |
| 80 | 94 | 86 | 100 | $2,500–$6,000 |
| 150 | 176 | 162 | 160–250 | $4,500–$11,000 |
| 350 | 412 | 379 | 400–500 | $8,000–$16,000 |
Цены являются ориентировочными для масляных трансформаторов и варьируются в зависимости от спецификации, бренда и местоположения. В случае, если показание оказывается ниже предельного значения, рекомендуется взять более высокое значение, так как расходы на модернизацию составляют 15-25%, а затраты на установку неподходящего устройства приведут к сбоям в работе трансформатора.
Три самых распространенных ошибки
- Использование kW вместо kVA. Добавление kW с табличной маркировкой игнорирует коэффициент мощности, что приводит к тому, что устройство оказывается меньше необходимого на 15–25%. Всегда преобразуйте kVA = kW ÷ PF перед сравнением размеров.
- Игнорирование разнообразия и роста. Получение “полной суммы” размера приводит к лишним расходам, в то время как приобретение только текущей нагрузки не оставляет места для расширения в следующем году. Рассмотрите возможность применения 0.7–8 разнообразия или 15-20% роста.
- Неправильный класс напряжения или частота. Трансформатор на 11 кВ, подключенный к линии 12.47 кВ, неработоспособен; трансформатор, предназначенный для 50 Гц и используемый в системе 60 Гц, будет насыщаться и перегреваться. Подтвердите напряжение и частоту в письменной форме перед покупкой.
Еще одна ошибка: избегание оценки эффективности и полагание только на цену, указанную в счете как стандартную цену. Убытки, понесенные в процессе эксплуатации, влияют на стоимость оборудования в долгосрочной перспективе.
Бренды и ценовые категории
В случае малых и средних установок выбор бренда является компромиссом между стоимостью, поддержкой и документацией. Все поставщики с хорошей репутацией соответствуют IEC 60076, но они различаются в каждой из своих сервисных сетей, времени доставки и наличии данных испытаний.
| Бренд | Позиция | 50 кВА | 100 кВА | 250 кВА |
|---|---|---|---|---|
| ABB | Глобальная поддержка, полный ассортимент | $3,500–$7,000 | $5,500–$10,000 | $12,000–$20,000 |
| Сименс | Эффективность, цифровые опции | $3,500–$7,500 | $5,500–$11,000 | 1ТП4Т12,000–1ТП4Т22,000 |
| Schneider Electric | Сухие трансформаторы | $3,000–$6,500 | $5,000–$9,500 | $11,000–$18,000 |
| Итон | Соответствие требованиям Северной Америки | $2,800–$6,000 | $4,500–$9,000 | $10,000–$17,000 |
| CG Power / TBEA | Объемное ценообразование | $2,000–$4,500 | $3,000–$6,500 | $7,000–$12,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | IEC 60076, медь, испытательные отчеты | $1,800–$4,000 | 1ТП4Т2,500–1ТП4Т5,500 | $4,500–$11,000 |
Установленные названия являются надежными в современном мире и остаются стандартом для любого предприятия, где местное обслуживание имеет решающее значение. Напротив, практическое руководство выделяется по соотношению цены и качества, в частности, Jiangsu Subian Electric Power производит трансформаторы, сертифицированные по IEC 60076, в диапазоне мощностей от 10 кВА до 100 МВА, предоставляет медные обмотки в стандартной комплектации и предоставляет заводской отчет о тестировании с каждым заказом, что означает, что цифры эффективности, которые вы сравниваете на этапе 6, сопровождаются подтверждением. Для небольшого завода, фермы или мастерской, требующей два или три трансформатора, возможно возместить затраты на провода за счет того, что это сэкономит компании от $3,000 до $8,000 на каждом из устройств. Метод выбора остается идентичным для других поставщиков; единственное отличие в том, что в нашем случае у вас есть доказательство соответствия спецификациям, связанным с рассматриваемым оборудованием.
Часто задаваемые вопросы
Как я могу узнать, какой размер трансформатора мне нужен?
Сложите кВА всех нагрузок – кВт / коэффициент мощности для каждой нагрузки. Используйте коэффициент разнообразия, который составляет от 0,7 до 0,85. Добавьте 15 процентов до 20 процентов, чтобы учесть рост будущего спроса. Например, если общая нагрузка составляет 60 кВт с коэффициентом мощности 0,85, это равно 71 кВА. Затем примените разнообразие и рост будущего спроса, что приводит к 65 кВА. Таким образом, следует выбрать устройство мощностью 75 кВА.
Какой размер трансформатора мне нужен для дома?
Обычно современные дома требуют 25-50 кВА электрической мощности (для зарядки электромобилей, тепловых насосов или кондиционирования воздуха). Однако в некоторых местах дома, отапливаемые только газом, могут нуждаться всего в 10-15 кВА. Обычно коммунальные компании владеют и выбирают трансформатор, используемый для такого обслуживания. Таким образом, лучше всего проконсультироваться с вашей коммунальной службой перед покупкой.
Должен ли я купить трансформатор большего размера, чем мне нужно?
Стремитесь к целевому росту между 15% и 20%, так как любая более высокая цель негативно скажется на цене покупки примерно на 15% до 25% за дополнительный цикл, в то же время создавая непроизводственные потери в процессе.
В чем разница между трансформатором на подставке и трансформатором на столбе?
Устройства, установленные на столбе (5–167 кВА), могут быть размещены на опорах коммунальных служб в случае небольших мощностей или сельских приложений. Устройства на подставке (25–2,500 кВА) могут гордо стоять на бетонной плите на уровне земли. Выбор между двумя вариантами в основном основывается на требованиях к мощности и удобстве обслуживания в будущем, так как устройства на подставке, как правило, лучше как с точки зрения безопасности, так и обслуживания.
Сколько стоит трансформатор мощностью 75 кВА?
Стоимость распределительного трансформатора мощностью 75 кВА варьируется от $2,400 до $5,500 FOB от сертифицированных по IEC китайских производителей и составляет от $3,500 до $7,500 для глобальных брендов, в зависимости от бренда, спецификаций и регионов. Общая сумма к оплате включает фрахт и установку, которые обычно составляют от 20 до 40 процентов, а также потери, понесенные за 20 лет, в общей сложности от $34,000 до $47,000 по тарифу $0.12/kWh.
Ссылки
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы — Общие сведения — международный стандарт для рейтингов и испытаний.
- IEEE C57.12.00: Общие требования к трансформаторам с жидким заполнением — североамериканская система рейтингов и испытаний.
- NFPA 70: Национальный электрический кодекс — североамериканская справка по установке трансформаторов и защите от перегрузок.
- Electrical4U — Трансформатор — четкие объяснения размеров в кВА, потерь и типов трансформаторов.
- Eaton — Консультант по трансформаторам — калькуляторы размеров и рекомендации по выбору для практических установок.
- Wikipedia — Распределительный трансформатор — информация о типах трансформаторов на столбах, на подставках и распределительных трансформаторов.
Заключение
Процесс выбора подходящего трансформатора состоит из шести простых этапов — определите общий кВА, учтите разнообразие и рост, определите совместимость по напряжению и частоте, выберите тип установки, выберите стандартный размер и оцените эффективность и цену. Пример с фермерским хозяйством проиллюстрировал весь процесс на практике и объяснил, почему наивный ответ “просто сложите кВт” был неверным в двух аспектах — он был слишком большим, потому что разнообразие было проигнорировано, и слишком маленьким, потому что коэффициент мощности был проигнорирован.
- Полный расчет в кВА, включая выполненную коррекцию коэффициента мощности, оцененное разнообразие (0.7 до 0.85) и учтенный рост (15-20%).
- Проверьте напряжение и частоту электроснабжающей компании в письменной форме перед заказом трансформатора.
- Оцените общую стоимость владения (потери превысят цену через 20 лет).
- Проверьте результаты испытаний поставщика и параметры эффективности.