Хотя трансформатор мощностью 45 кВА, вероятно, является самым широко используемым размером трансформаторов для небольших коммерческих и легких промышленных секторов, именно здесь многие люди терпят неудачу из-за вопроса о фактическом токе. Ответ будет зависеть от того, какая часть трансформатора рассматривается, какое напряжение используется и какие соединения сделаны. Чтобы объяснить это в порядке реального проекта, сначала будет представлена формула, а затем будет приведена полная таблица токов, случай 480 вольт, снижающийся до 208 вольт и другие аксессуары, и, наконец, распространенные ошибки в реализации.
Трансформатор мощностью 45 кВА, подключенный в трехфазной системе, будет выдавать ток 54,1 А при 480 В, 124,9 А при 208 В, 108,3 А при 240 В и 43,3 А при 600 В. Его мощность будет работать при напряжении 240 В в однофазной цепи при токе 187,5 А (так же как при 120 В, производя 375 А). Все результаты могут быть получены согласно таким формулам: амперы = кВА x 1,000 / L-L В для сбалансированных трехфазных систем, амперы = кВА x 1,000 / В для однофазных систем. Другими словами, если мы возьмем понижающий трансформатор с соединениями 480-208 В, его первичное напряжение будет производить ток 54,1 А, в то время как вторичное напряжение будет генерировать ток 124,9 А, то есть для более низкого напряжения всегда существует более высокий ток.
Единственная формула, которая вам нужна, и предположение, скрывающееся внутри нее.
В сбалансированной трехфазной нагрузке линейный ток определяется формулой: I = кВА × 1,000 ÷ (√3 × VLL), где √3 = 1,732.
В случае однофазной нагрузки √3 не нужен: I = кВА × 1,000 ÷ V.
Здесь действуют два предположения, оба из которых должны быть верными, прежде чем это может иметь какое-либо значение. Во-первых, важно помнить, что напряжение в формуле должно быть линейным — например, использование 277 В (линия-нейтраль для 480Y/277) вместо линейного напряжения является одной из самых распространенных ошибок в расчетах. Во-вторых, помните, что кВА соответствует видимой мощности и, следовательно, не учитывает коэффициент мощности. Если ваше оборудование запрашивает у вас коэффициент мощности во время расчета кВА в амперы, это является неправильной операцией. Коэффициент мощности учитывается только при преобразовании кВт (реальной мощности) в амперы, и именно это различие между кВт и кВА ставит людей в затруднительное положение, когда они сравнивают табличные данные с коммунальным счетом — то же самое различие, которое проходит через расчету размеров трансформаторов и нагрузок для всего, кроме резистивной нагрузки.
Таблица полного тока: 45 кВА при стандартных напряжениях
Вот общее понимание. Эти токи основаны на значении с таблички, а не на фактическом измерении; и предполагают, что нагрузка сбалансирована.
| Напряжение системы и фаза | Ток полной нагрузки | Где вы это видите |
|---|---|---|
| 480 В, 3-фазное | 54,1 А | Первичная сторона понижающего трансформатора 480–208; промышленное распределение |
| 400 В, 3-фазное | 65,0 А | Сети IEC, экспортное оборудование |
| 380 В, 3-фазное | 68,4 А | Старые сети IEC |
| 600 В, 3-фазное | 43,3 А | Канадские и некоторые промышленные системы |
| 240 В, 3-фазное | 108,3 А | Дельта-системы, малый бизнес |
| 208 В, 3-фазное | 124,9 А | Вторичная обмотка трансформатора 480–208; коммерческие панели |
| 240 В, 1-фазный | 5 А | Однофазное питание, некоторые легкие коммерческие |
| 120 В, 1-фазный | 0 А | Редко практично при этом номинале; показано для сравнения |
Таблицу следует рассматривать как задачу пропорции, а не как ряд чисел. Когда напряжение уменьшается вдвое, ток автоматически увеличивается в два раза, что делает колонку 120 В пугающей, где 45 кВА не может быть распределено при таком напряжении. Более того, когда происходит переход от однофазного к трехфазному, ток делится на 1.732, что делает трехфазный трансформатор 45 кВА значительно меньшим по каждому плечу, чем однофазный трансформатор.
Трансформатор 45 кВА 480-to-208, рядом
Это конфигурация, о которой на самом деле спрашивают большинство людей, поэтому она заслуживает отдельного рассмотрения.
| Параметр | Первичная обмотка (480 В, 3-фазный) | Вторичная обмотка (208Y/120 В, 3-фазный) |
|---|---|---|
| Номинальная мощность | 45 кВА | 45 кВА |
| Полный ток нагрузки | 54,1 А | 124,9 А |
| На основе непрерывной нагрузки (125%) | 6 А | 1 А |
| Типичная защита | 70 А | 175 А |
| Типичный медный проводник (75°C окончания) | 4 AWG | 2/0 AWG |
В результате возникают две последствия. Во-первых, вторичная сторона приводит к тому, что стоимость вашего проводника имеет более значительное влияние; большая часть ваших 45 кВА проходит через более низкое напряжение, что означает, что уровень тока увеличивается в 2,3 раза, и, следовательно, медь, необходимая для проводов, должна увеличиваться. Более того, номиналы защиты первичной и вторичной сторон не являются двумя вариациями одного и того же устройства, а результатами двух различных расчетов, выполненных по двум различным параметрам.
В данном случае устройство на 45 кВА, скорее всего, является трансформатором сухого типа, так как оно расположено внутри помещения рядом с нагрузкой в шкафу или машинном зале. Если вы сравниваете типы конструкций для конкретной установки, практические различия в корпусе, охлаждении, классе изоляции и местах, где каждый тип может быть законно установлен, рассматриваются в диапазоне спецификаций трансформаторов сухого типа — и выбор действительно изменяет площадь, тепловую нагрузку, которую вы сбрасываете в помещение, и режим обслуживания.
Размер проводника: где 54,1 A становится реальным проводом
Хотя ток полной нагрузки является отправной точкой, это не ответ. Размеры проводников, выбранные для трансформаторных цепей, обычно не менее 125% как для первичных, так и для вторичных проводников. После этого шага размер проводника должен соответствовать номиналу проводимости проводников при фактической температуре окончания.
- Начните с тока полной нагрузки для исследуемой стороны (54,1 A для первичной и 124,9 A для вторичной на устройстве 480-208).
- Используйте коэффициент 125% для вычисления 67,6 A и 156,1 A.
- Выберите проводник из соответствующей колонки проводимости, предпочтительно 75°C, если не известно, что окончание может быть выполнено при 90°C.
- Внесите необходимые корректировки для условий использования. Температуры окружающей среды выше 30 °C и более трех проводников в канале уменьшат эффективную проводимость, поэтому проводник, который может выглядеть адекватным на бумаге, в реальной жизни может оказаться недостаточным.
- Убедитесь, что проверили падение напряжения в ожидании длинных проводок. Коэффициент проводимости 125% защитит проводник, но не гарантирует, что нагрузка будет получать достаточное напряжение.
Оба этих коэффициента снижения — это именно то, что пропускается, когда кто-то выбирает размер по таблице, а не по установке. Повышенная температура окружающей среды также не является гипотетической — шкаф для трансформатора на заводе часто является самым горячим местом в здании.
Размер защиты по правилам трансформаторов
Процесс защиты трансформаторов от перегрузки функционирует в соответствии с его собственными спецификациями. Общим правилом для трансформаторов с первичными токами 9 A и более является то, что уровень управления не должен превышать 125% от номинального первичного тока, а защита вторичной стороны не должна превышать 125% от номинального вторичного тока — вы найдете различные стандартные размеры, такие как 15A, 20A, 25A, 30A, 35A, 40A, 45A, 50A, 60A, 70A, 80A, 90A, 100A, 110A, 125A, 150A, 175A, 200A и т.д.
В случае трансформатора мощностью 45 кВА, работающего при 480 В на первичной стороне, рассчитанное значение составит примерно 67,6 А, что означает, что мы можем использовать трансформатор на 70 А. При оценке уровня 208 В мы получим значение 156,1 А, что приведет нас к использованию 175A. Обратите внимание, что если рассчитанное значение 150 А ниже требуемого значения, это будет возможно только в том случае, если мы используем трансформатор следующего размера, который не превышает требуемые значения. В этом случае нам также следует проконсультироваться с уполномоченными органами по поводу этого устройства и реализовать их рекомендации.
Еще одним требованием является то, что устройство должно выдерживать уровень токов короткого замыкания на своей точке подключения, что в случае небольшого трансформатора мощностью 45 кВА не будет проблемой для вторичного подключения, но может вызвать множество трудностей для первичного из-за жесткости обслуживания. В случае, если автоматический выключатель не имеет достаточного номинала отключения, это означает, что он работает не так, как задумано, что, вероятно, приведет к превращению аварии в дуговое событие, если он выйдет из строя.
Ток при включении: почему автоматический выключатель видит десять раз 54,1 А
Включение трансформатора вызывает насыщение сердечника в течение первых нескольких циклов. Уровень насыщения может привести к магнитным пусковым токам от 8 до 12 раз превышающим номинальный ток, что может превышать этот уровень в некоторых конструкциях трансформаторов. Магнитный пусковой ток уменьшается после нескольких циклов работы до нескольких секунд. Это нормальное явление; это не неисправность.
Это важно по практическим причинам. Во-первых, это играет роль в объяснении ложных срабатываний, которые происходят при включении, когда выбирается термомагнитное устройство с низким мгновенным значением, основанным исключительно на установившемся токе. Во-вторых, это приводит к тому, что индивидуум не должен увеличивать защиту ветви, чтобы предотвратить ложные срабатывания; вместо этого лучше выбрать устройство, которое имеет определенные магнитные или мгновенные характеристики, которые выдержат магнитный пусковой ток, продолжая защищать цепь во время ее работы. Одной из самых распространенных ошибок в этом аспекте является использование автоматического выключателя большего размера, так как это может отвлечь защиту от необходимой позиции более чем на 200 миллисекунд после включения трансформатора.
Правило 80% и что оно на самом деле описывает
Утверждение “убедитесь, что трансформатор работает на восемь процентов от номинальной нагрузки” часто рассматривается как своего рода код. Код, на самом деле, это правило непрерывной нагрузки, которое гласит, что нагрузка может считаться непрерывной при работе в течение трех часов или более. Такая нагрузка даже умножается на 125%. Именно этот процент соответствует нагрузке 80% трансформатора, которую он может обслуживать непрерывно.
Если взять трансформатор мощностью 45 кВА, например, 80% даст значение 36 кВА непрерывной нагрузки, что при напряжении 208 В составляет примерно 100 А. Всегда лучше оставаться значительно ниже этой отметки при работе с трансформаторами сухого типа в горячих электрических помещениях, так как это обеспечивает поддержание правильных температурных условий и предотвращает быстрое старение изоляции.
Чтение таблички перед выбором проводников
Настоящее относится только к одной строке на табличке, в то время как остальные строки изменяют содержание.
| Элемент таблички | Почему это меняет ваше решение |
|---|---|
| номинала кВА | Устанавливает ток полной нагрузки с обеих сторон; 45 кВА — стандартный размер в североамериканской серии |
| Первичные и вторичные напряжения с отводами | Определяет фактическое отношение витков и доступную регулировку для высокого или низкого питания |
| Материал обмотки (медь или алюминий) | Влияет на физический размер, вес, потери и поведение на клеммах |
| Импеданс (%Z) | Необходим для расчета токов короткого замыкания и для координации защиты |
| Повышение температуры и класс изоляции | Определяет допустимую нагрузку и ожидаемый срок службы изоляции |
| K-фактор или гармоническая оценка | Требуется, если нагрузка нелинейная — приводы, выпрямители, ИТ-оборудование |
| Датчики температуры обмотки | Определяет, можете ли вы вообще контролировать тепловое состояние |
Хотя трансформатор мощностью 45 кВА может обеспечивать панель с различными коммерческими приложениями, это совершенно другое, чем тот, который обеспечивает группу приводов с переменной частотой, независимо от того, что их кВА-рейтинги идентичны. Если вы пишете спецификацию, а не читаете ее, параметры, которые на самом деле ограничивают покупку — и те, о которых поставщики спрашивают в первую очередь — изложены в спецификациям трансформаторов объяснено с точки зрения закупок.
Сколько стоит трансформатор мощностью 45 кВА
В плане бюджета стандартная стоимость трансформатора мощностью 45 кВА составляет около нескольких тысяч долларов. Стоимость покупки зависит от многих факторов, таких как материал, использованный для намотки проводки, тип корпуса, его спецификации и необходимость дополнительных функций, таких как электростатические экраны или K-рейтинги. В плане бюджетных требований модели с установкой на подставке и заполненные маслом этого типа значительно дороже. Вышеуказанное — это лишь приблизительная стоимость самого устройства; бюджет также должен включать стоимость первичных и вторичных защитных устройств, проводки, монтажа, вентиляции и тестирования.
Полная картина того, куда уходят деньги при закупке трансформаторов — и сколько из них составляет само устройство по сравнению со всем остальным — изложена в руководстве по стоимости трансформаторов. Экономия на аксессуарах для защиты небольшого бюджета трансформатора — это ложная экономия, потому что защита — это то, что удерживает неисправность внутри коробки, а не превращает ее в пожар.
Где на самом деле используется устройство мощностью 45 кВА
510 VA часто упоминается как размер трансформатора, когда речь идет о понижении 415 V до 230 V/115 V для питания небольшого коммерческого щита, например, для розничной отделки, ресторана, арендованной площади, магазина, небольших групп машин или панели освещения в легкой промышленности. Этот тип нагрузки также часто используется для изоляции определенных нагрузок или создания отдельно выведенных систем в этих областях.
Существует основная причина, по которой 511 VA выделяется на этом конкретном рынке: он соответствует требованиям небольшого коммерческого спроса, а также подходит по размеру для установки в настенный или напольный шкаф и является единицей для доставки одним человеком. Если вы планируете, где трансформатор такого размера находится в схеме распределения, основах распределительных трансформаторов это правильная отправная точка, потому что решения вверх по потоку и вниз по потоку изменяют то, что должно быть “45 kVA”.
Часто задаваемые вопросы
Какой размер провода мне нужен для трансформатора на 45 кВА?
Определите полный ток нагрузки на стороне, о которой идет речь, и возьмите 125% этого тока. Затем необходимо выбрать проводник, соответствующий применимой таблице допустимых токов, на основе фактической температуры, при которой этот проводник будет подключен. Например, в системе 480–208 В для первичной стороны получается 67,6 А (используйте проводник 4 AWG при 75°C) и 156,1 А на вторичной стороне (используйте проводник 2/0 AWG при 75°C). После этого необходимо применить корректировку на окружающую среду и количество проводников, а также проверить падение напряжения.
Как мне преобразовать 45 кВА в амперы?
Для трехфазных расчетов: начните с умножения 45 на 1,000, чтобы получить VA в 45,000. Чтобы определить ток, теперь нужно взять 45,000 VA и разделить его на 1.732, умноженное на напряжение между фазами. В этом случае, например, если у вас напряжение между фазами 480 В, вы получите 45,000, разделив на 831.4, что даст 54.1 А. Для однофазных расчетов это простое деление 45,000 на применяемое напряжение. Таким образом, взяв предыдущий пример, вы возьмете 45,000 и разделите на 240, чтобы получить ток 187.5 А.
Сколько ампер у трансформатора на 50 кВА в трехфазном режиме?
1 А при 480 В, 120.3 А при 240 В и 138.8 А при 208 В. Метод остается тем же – просто разделите 50,000 на 1.732, умноженное на напряжение между фазами – это объясняет увеличенный ток для устройства на 50 кВА примерно 11% по сравнению с устройством на 45 кВА при том же уровне напряжения.
Сколько ампер может выдержать трансформатор на 40 VA?
Здесь мы имеем дело с чем-то другим: 40 VA – это на самом деле сорок вольт-ампер, а не киловольт-ампер, и это, как правило, очень маленькие контрольные трансформаторы. При вторичном напряжении 24 В, 40 VA обеспечит нам ток 1.7 А, а при 120 В в качестве первичного ток потребления составит 0.33 А. Результат схож; число, которое мы делим, составляет 40, а не 40,000, и контрольные трансформаторы, как правило, проектируются с некоторым запасом для пусковых токов, вызванных реле или контакторами, работающими в одной цепи.
Могу ли я постоянно использовать трансформатор на 45 кВА при нагрузке 100%?
Он будет поддерживать свою номинальную мощность, однако частое использование при полной нагрузке, особенно в теплых регионах, ускоряет старение изоляции, тем самым сокращая его срок службы. В идеале рекомендуется ограничить непрерывную нагрузку до около 80% от номинала (в нашем случае это около 36 кВА для установки на 45 кВА).
Меняется ли номинал 45 кВА в зависимости от напряжения?
Нет, кВА одинаковы с обеих сторон, что и является основной причиной, по которой трансформаторы оцениваются по видимой мощности. Однако изменяется ток, поскольку напряжение уменьшается, но ток увеличивается, таким образом, поддерживая постоянное произведение с учетом потерь. Вот почему трансформатор на 45 кВА имеет первичный ток 54.1 А и вторичный ток 124.9 А.
Ссылки
- Eaton — Справочные данные по системам распределения электроэнергии
- Schneider Electric — Таблицы полного тока нагрузки трансформаторов
- NFPA 70 — Национальный электрический кодекс, статья 450 и статья 240
- UL Solutions — UL 1561 Трансформаторы сухого типа
- IEEE — Стандарты трансформаторов серии C57
Заключение
Сорок пять кВА означает небольшое значение, но в него вовлечено много расчетов. При 480 В на стороне линии это равно 54,1 А; при 208 В — 124,9 А; при 240 В (однофазный) — 187,5 А. Формула всегда одна и та же, что означает, что кВА, умноженное на 1,000 и деленное на 1,732, умноженное на напряжение между фазами, используется для сбалансированных трехфазных систем. Однако факторы, вызывающие неправильные расчеты, всегда происходят из трех одинаковых типов ошибок: использование значения между фазой и нейтралью в расчете между фазами; добавление коэффициента мощности в расчет кВА, когда это не требуется; предположение, что полный ток нагрузки означает диаметр проводника.
Если вы сделаете это правильно, остальное будет просто: примените правило 125% как для линии-нейтраль, так и для линии-линия, уменьшите мощность в соответствии с фактическими условиями, спроектируйте защиту на основе рассчитанного значения, а не значения пускового тока, и проверьте табличку с параметрами, которые действительно играют роль в проектировании системы — импеданс, повышение температуры, коэффициент k и отводы. Как только вы правильно выполните расчеты, трансформатор на 45 кВА будет работать в тишине в шкафу в течение 30 лет и выполнять задачи, указанные в расчетах.