Стандартный рейтинг kVA, используемый для распределения в трехфазной электроэнергии в Северной Америке, составляет 112,5 kVA. С этим числом и требованиями Национального электрического кодекса относительно установок сухого типа его распространенность становится легко понятной. Это может показаться неожиданным фактом, но два трансформатора, которые имеют одинаковый kVA и соотношение напряжения, могут значительно отличаться по многим характеристикам, например, по объему и весу, которые могут различаться на сотни фунтов. В этой статье я предоставлю вам точные спецификации и исследую факторы, которые оказывают значительное влияние на размеры трансформаторов.
Вкратце, трехфазный трансформатор с рейтингом 112,5 kVA имеет ширину около 50–62 дюймов, глубину 44–64 дюйма и высоту 49–70 дюймов, при этом его вес составляет примерно 2,500–2,650 фунтов (1,130–1,200 кг). Например, опубликованные размеры этого трансформатора составляют 50″ × 64″ × 49″ и примерно 2,500 фунтов, 61″ × 52″ × 67″ и 61″ × 44″ × 69″. Что касается мощности, когда 480 В является первичным напряжением, подающим 208Y/120 В, первичный полный ток составляет 135A, а вторичный полный ток составляет 312A; следовательно, первичный блок на 175A и вторичный блок на 400A обеспечивают достаточную защиту в соответствии с Национальным электрическим кодексом 450.3 (B) при 125%.
Что на самом деле означает 112,5 kVA
kVA 112,5 относится к общему ряду распределения ANSI. Стандартные рейтинги варьируются от 15-30-45-75-112,5-150-225-300-500-750-1000 и выше. Это число находится между 75 и 150, что делает его популярным для коммерческих зданий, поскольку оно позволяет уровни нагрузки выше, чем может оправдать 75 kVA, без необходимости платить за ненужную мощность установки на 150 kVA.
Эта цифра также служит пороговым значением для Кодекса. Трансформаторы сухого типа мощностью менее или равной 112,5 kVA могут устанавливаться без подвала и на открытом воздухе в соответствии с NEC 450.21(A), при условии, что они расположены на расстоянии не менее одного фута от горючих материалов, если не используется изолированный барьер или полностью закрытый трансформатор (за исключением вентиляционных отверстий). Для мощностей выше 112,5 трансформатор сухого типа, расположенный внутри, должен быть установлен в трансформаторной комнате, которая будет соответствовать требованиям огнестойкости, в то время как исключения применяются к установкам с изоляционным материалом класса 155 или выше. Таким образом, переход от диапазона 112,5 kVA к диапазону 150 kVA может изменить характеристики комнаты, которую необходимо построить, а не только тип оборудования, которое будет приобретено.
Важно отметить, что представляет собой kVA с электрической точки зрения, поскольку он не равен kW. Трансформатор с номинальной мощностью 112,5 kVA производит только 112,5 kW для чисто резистивной нагрузки; на практике его выход в реальных ваттах ниже, даже несмотря на то, что обмотка потребляет всю сумму kVA. Связь и то, как подбирать размер в зависимости от реальной подключенной нагрузки, а не предполагаемой, изложены в этом объяснении что такое рейтинг трансформатора kVA.
Размеры, вокруг которых вы должны планировать
Данные цифры взяты из оригинальных данных, полученных от трехфазных трансформаторов мощностью 112,5 кВА, которые полностью самоохлаждающиеся (KNAN), имеют температурный подъем 65 °C и работают на частоте 60 Гц в соответствии со стандартами DOE 2016 и ANSI/IEEE C57.12.
| Конфигурация | Ширина | Глубина | Высота | Вес |
|---|---|---|---|---|
| 21,600Y/12,470 V → 208Y/120 V, закрытый, петлевое питание, алюминиевая обмотка | 50 дюймов | 64 дюйма | 49 дюймов | ±2,500 фунтов |
| 4,160 V → 480Y/277 V, медная обмотка | 61 дюйм | 52 дюйма | 67 дюймов | — |
| 13,200 V → 480Y/277 V, медная обмотка | 61 дюйм | 44 дюйма | 69 дюймов | — |
| Общая семья трехфазных трансформаторов, широкий выбор напряжений | — | — | — | 2,640 фунтов |
Преобразовано в рабочий диапазон для спецификации:
| Параметр | Планируемый диапазон |
|---|---|
| Ширина | 50–62 дюйма (1,270–1,575 мм) |
| Глубина | 44–64 дюйма (1,120–1,625 мм) |
| Высота | 49–70 дюймов (1,245–1,780 мм) |
| Вес | 2,500–2,650 фунтов (1,130–1,200 кг) |
| Вместимость масла или жидкости | Примерно 115 US галлонов в конструкции с герметичным баком |
| Потребление без нагрузки | Около 200 Вт |
| Потери при полной нагрузке | Около 1,300–1,500 Вт |
| Импеданс | 3.10–5.75% |
| Уровень звука | Около 55 дБА |
При сравнении размеров трансформаторов больше беспокойтесь о их формах, чем о цифрах. Трансформатор с размерами 50 дюймов в ширину, 64 дюйма в длину и 49 дюймов в высоту имеет широкую и низкую форму, в то время как трансформатор с размерами 61 дюйм в длину, 44 дюйма в ширину и 69 дюймов в высоту имеет узкую и высокую форму. Хотя их рейтинг кВА одинаковый — 112,5, один из них можно разместить под окном, а другой — нет. Таким образом, процесс планировки участка должен основываться на чертеже в техническом паспорте, а не на рейтинге кВА.
Шесть переменных, которые влияют на цифры
Понимая разброс цифр, вы можете оценить сумму до поступления предложения.
- Первичное напряжение и BIL. Первичное напряжение 4160 вольт требует умеренной изоляции, в то время как заземленное звездообразное первичное напряжение 21600 вольт имеет BIL 95 кВ. Увеличение BIL приводит к увеличению зазоров внутри бака, увеличению высоты вводов и глубокой оболочке. Трансформатор на 4,16 кВ имеет длину 52 дюйма, в то время как другой трансформатор имеет высоту 64 дюйма.
- Трансформатор с закрытым фронтом против трансформатора с открытым фронтом. Дизайн с закрытым фронтом включает изолированные высоковольтные окончания и угловые соединения, что означает необходимость в большем отсеке. Причина, по которой современные трансформаторы более громоздкие, чем их аналоги 1990-х годов, заключается в том, что они должны соответствовать современным спецификациям оборудования с закрытым фронтом.
- Медная обмотка трансформатора против алюминиевой обмотки трансформатора. Медная обмотка занимает меньше места, чем алюминиевая, и, следовательно, при использовании медной обмотки общий размер трансформатора уменьшается. Этот фактор особенно важен, когда производители пытаются определить площадь основания для трансформатора.
- Метод намотки: петлевое питание против радиального питания. Метод намотки с петлевым питанием требует большего количества точек подключения и дополнительной разработки технологий, и, следовательно, увеличивает размеры трансформатора. Вот почему два трансформатора “одного и того же” дизайна, изготовленные по различным методам намотки, будут иметь разные параметры.
- Класс охлаждения. По мере увеличения класса охлаждения – температура охлаждения также увеличивается. Таким образом, класс охлаждения KNAF больше, чем KNAN, в то время как параметры трансформатора остаются неизменными. В качестве примера можно сказать, что трансформатор с повышением температуры на 65 °C будет больше, чем трансформатор с повышением температуры на 55 °C.
- Класс эффективности. В соответствии с требованиями к эффективности, изложенными в 10 CFR Part 431, которые были наложены на производителей еще в 2016 году и с тех пор оказали влияние на отрасль, размеры трансформаторов, произведенных до и после этих ограничений, будут различаться, а цены на бывшее в употреблении оборудование не будут предоставлять точные цифры.
Размеры по типу трансформатора
Рейтинг 112,5 кВА встречается более чем в одной продуктовой семье, и семьи имеют разные формы.
| Тип | Типичный характер площади основания | Где это используется |
|---|---|---|
| Трехфазный, настенный, заполненный маслом | Широкий, низкий, защищенный от несанкционированного доступа корпус на бетонной площадке | Коммерческие и жилые застройки, наружное распределение |
| Трехфазный сухой тип, вентилируемый | Более высокий, узкий, требует зазора для вентиляции и места для воздушного потока | Внутренние электрические помещения, понижение напряжения с 480 В до 208Y/120 В |
| Трехфазный сухой тип, литой смола | Похожая площадь основания на вентилируемый, но без зазора для дыхания | Больница, дата-центр и любое внутреннее помещение, где масло нежелательно |
| Настенный однофазный | Меньший бак, установленный над головой, другая серия рейтингов | Воздушное распределение; однофазная серия работает на 5, 10, 15, 25, 37,5, 50, 75, 100, 167, 250 кВА, а не 112,5 |
| Блок подстанции / компактный | Трансформатор, первичный выключатель и вторичная панель в одном корпусе | Промышленные предприятия и установки коммунальных служб, где предпочтителен один собранный блок |
Из приведенной таблицы возникают два практических момента, которые необходимо учитывать. Во-первых, если ваш проект требует понижения напряжения с 480 В до 208Y/120 В, то для проекта потребуется 112,5 кВА, что обычно будет трансформатором настенного или сухого типа трехфазного, а не настенным, так как термин 112,5 относится к значению трехфазной серии. Во-вторых, если сравнивать настенный трансформатор и трансформатор сухого типа, то это сравнение между широким низким наружным ящиком и высоким узким внутренним ящиком, что подразумевает разницу в помещении. Обе семьи охватываются в диапазоне трехфазных трансформаторов настенного типа.
Размер площадки и рабочий зазор, а не только коробка
Размер трансформатора является лишь незначительным аспектом. Однако фактическое пространство, которое вам потребуется, будет значительным, и это причина, по которой планы площадки обычно терпят неудачу.
- Размер площадки. Бетонная площадка должна быть спроектирована как минимум на 6 дюймов больше, чем площадь основания бака с всех открытых сторон, соответствуя расположению канала и траншеи для кабеля.
- Доступная зона. Статья 110.26 NEC описывает правила зазора рабочего пространства для любого обслуживаемого оборудования, и в случае работы с настенным трансформатором необходимо обеспечить достаточный зазор вокруг каждой двери высокого и низкого напряжения.
- Движение двери. В случае двери высокого напряжения с мертвой передней частью и двери низкого напряжения с трехточечным зажимом важно также учитывать площадь, которую необходимо очистить перед устройством из-за открывающихся дверей.
- Радиус изгиба кабеля. Внутри конструкции трансформатора будет место для кабеля. Однако все равно потребуется достаточный радиус изгиба для кабелей, так как они не должны быть согнуты, когда располагаются рядом с площадкой.
- Вентиляция и зазор. Устройства Vegiper должны иметь источник воздуха для правильной работы, который не должен зависеть от наличия зазора для горючих материалов.
- Размещение. Обычно, защищенный от несанкционированного доступа корпус очевидно выполняет свою задачу, но в зависимости от местных правил вам также может понадобиться конструкция, выполняющая функцию экранирования электрического оборудования и даже обеспечивающая подключения к этому корпусу.
Где разработка предполагает размещение нескольких площадок, а не одной, дисциплина по обеспечению свободного пространства изменяет план участка больше, чем выбор трансформатора. Соображения по размещению, которые действительно важны в жилой или коммерческой застройке, рассматриваются в этом обзоре трансформаторов, установленных на площадке, для современных сообществ.
Различия в странах и стандартах
Устройство с номиналом 112.5 кВА, построенное по стандартам IEC и установленное в Европе, не является тем же объектом, что и его аналог по ANSI, и размеры это отражают.
| Параметр | Североамериканский (ANSI/IEEE) | IEC / Европейский |
|---|---|---|
| Серия номиналов | 75 / 112.5 / 150 кВА для трехфазных | 50 / 100 / 160 / 200 кВА, или 100 / 125 / 160 кВА на некоторых рынках |
| Частота | 60 Гц | 50 Гц |
| Вторичные напряжения | 208Y/120 В, 480Y/277 В, 600Y/347 В | 400Y/230 В, 415Y/240 В |
| Высоковольтные окончания | С мертвой или живой передней панелью, соединенные через локтевой соединитель | Часто кабельный ящик или разъемные втулки |
| Корпус | Защищенный от несанкционированного доступа, NEMA 3R, установленный на площадке | Часто прикреплен к пьедесталу, другой подход к безопасности |
| Стандарты | ANSI/IEEE C57.12 серия, DOE 2016, NEMA | IEC 60076 серия, эффективность EN 50588 |
Результат заключается в том, что модель 112.5 кВА не встречается в европейском каталоге. Следующей лучшей спецификацией по IEC является 100 или 125 кВА, а его вторичное напряжение составляет 400Y/230 В вместо 208Y/120 В. При проведении региональных сравнений предложений сравниваются два разных продукта, которые просто попадают в одну и ту же ценовую категорию. Полное сравнение стоит прочитать перед любыми трансграничными закупками, и оно изложено в этом анализе ключевых различий между американскими и европейскими трансформаторами.
Различаются ли бренды?
Хотя класс напряжения действительно влияет на вещи от одного поставщика к другому, это имеет гораздо меньшее отношение к физическим различиям в оборудовании, чем можно было бы ожидать. На практике, рассматривая производителей трансформаторов, установленных на площадке, по всему североамериканскому рынку, которые производят устройства 112.5 кВА с одинаковыми первичными, вторичными, классами охлаждения и подачей, они имеют практически идентичные размеры: различия составляют всего несколько дюймов. Любое воспринимаемое “брендовое” различие просто не соответствует действительности, так как компании могут работать с петлевой подачей с 95 кВ BIL или радиальной подачей с более низкими BIL, приписывая различия в названии совершенно разному оборудованию.
There are, however, three tangible differences among the products. Winding material choice plays a role but is rather a function of specification than brand characteristic. Efficiency tiers are important to consider, given that in 2016, the DOE regulations segmented products into pre-and post-2016 designs, meaning that a transformer used in 2012 will occupy less volume than the work of both years. Finally, it is enclosure design that really shows up competition among manufacturers. Enclosure that falls into the utility’s standard dimensions without variances gives one a commercial advantage.
What is ultimately required is to stop comparing brands and comparing transformer dimensions with the pad one has instead. Brand differences among inch dimensions between suppliers are negligible; for instance, a 12-inch depth gap between a 12.47 kV transformer and a 4.16 kV transformer is significant.
Breaker and Conductor Sizing for a 112.5 kVA Unit
This is the question that follows the dimension question, and the arithmetic is straightforward once you fix the voltages.
| Конфигурация | Primary FLA | Primary OCPD at 125% (next size up) | Secondary FLA | Secondary OCPD at 125% (next size up) |
|---|---|---|---|---|
| 480 V → 208Y/120 V, three-phase | 135 A | 175 А | 312 A | 400 A |
| 480 V → 480Y/277 V, three-phase | 135 A | 175 А | 135 A | 175 А |
| 600 V → 208Y/120 V, three-phase | 108 A | 150 A | 312 A | 400 A |
| 240 V → 208Y/120 V, three-phase | 271 A | 350 A | 312 A | 400 A |
The guidelines for those data are found in Table 450.3(B), which is valid for transformers with a voltage rating up to 1,000 V. For transformers with a primary current of 9 A and more, primary only protection is allowed; the minimum value for this device is 125% of the full-load current (FLC). If 125% cannot be achieved with the help of the available number of values, the nearest value can be used instead. In case both primary and secondary devices are used, the ratio for the primary device can be 250% of the FLC and for the secondary device – 125% of the SLC. For instance, in case of a 112.5 kVA transformer connected to a primary voltage of 480 V, such a transformer can have a primary protection rated for 350 A when a secondary protection is provided.
However, there are two warnings with this table. First, the primary device does not protect any secondary conductors, for which separate overcurrent protection should be applied according to Article 240. One should also keep in mind that the table is valid for voltages lower than 1,000 V. For a 112.5 kVA transformer with a primary voltage of either 4,160 V or 13.8 kV, Table 450.3(A) should be used instead.
The second size consideration is inrush. Dry-type transformers consume 8 to 12 times of the rated or FLC for a very limited period of time when becoming operational. For this reason, a fuse with a rating of 125% must be used, which will burn off on activation. Instead, a time delay fuse (Class RK5, RK1 or J) or magnetic circuit breaker has to be used in order for inrush currents not to create problems in case there is a fault in an electrical circuit.
Weight, Handling and Delivery
Weight is a factor in the cost of the project since moving a unit weighing 2500-2650 lbs is something that a small team cannot do manually and not every type of transport can deliver such a unit.
- Crane or boom truck. There must be a plan describing which area will be used for lifting the unit and where it will be put after the lifting. The rigging needs to be connected to the tank lifting lugs instead of the tank.
- Pad readiness. Before the unit’s arrival the pad has to be leveled, cured, and tested for anchoring and the conduit stubs must be installed. The transformer cannot be left on a truck if the pad is not ready.
- Impact and tilt indicators. The unit must have been delivered with all necessary indicators; if one of the indicators was triggered it means it is necessary to carry out an internal inspection before the unit is energized.
- Storage. If the unit stays on site for weeks prior to installation its heaters must be energized so that no moisture gets into the insulation.
- Transport clearance. A unit of 62 inches in width is a wide load and so it may require special permits and have specific time limitations on the transport route.
How the weight and loss figures scale with rating is worth understanding before you decide between 112.5 kVA and its neighbours, and the trend across the distribution series is illustrated in this study of 500 kVA transformer weight. The short version: weight rises roughly with kVA but not exactly linearly, because the enclosure, tank and accessories form a fixed component that stops growing once it is big enough to hold the core and coils.
Часто задаваемые вопросы
What are the dimensions of a 112.5 kVA transformer?
50 in. to about 62 in. in width, about 44 in. to 64 in. in depth, and from about 49 in. to approximately 70 in. in height, while weighing around 2,500 lb (1,130 kg to 1,200 kg). Some published examples include a specification of 50 in. × 64 in. × 49 in. with a weight of about 2,500 lb, and others 61 in. × 52 in. × 67 in. and 61 in. × 44 in. × 69 in. All dry-type indoor units with the same capacity usually have a narrower profile, but different size in the depth is expected in the very case of ventilation requirements, rather than simply enclosures of the units.
What size breaker for an 112.5 kVA transformer?
The voltages dictate the regulations. For a primary voltage of 480 V to supply a 208Y/120 V circuit, the typical full-load primary current would equal 135 A, while concerning the secondary it would be equal to 312 A. If both the primary and the secondary protection schemes are used, according to NEC Table 450.3(B) it would be allowed to use a primary device with the rating of 125% of the current to be equal to 169 A, it would be rounded to the next standard size which is 175 A, and concerning the secondary protection it should not be more than 125% of the current which is 312 A, that would give the rating of 390 A rounded to 400 A. If only the primary protection scheme is implemented, the primary device should be rated how much could be 250% of the primary current which would give 338 A rounded to 350 A. In case there are primary voltages above 1,000 V NEC Table 450.3(A) shall be used. It’s recommended to use time delay fuses or trip high-magnetic breaker to protect the device from damaging due to magnetizing inrush.
What are the dimensions of a 100 kVA transformer?
The voltages serve as a guiding factor for the laws. In the case where the primary voltage of 480 V has been utilized in the circuit of 208Y/120 V, the full-load primary current’s value would be up to 135 A and the full-load current of the secondary power source would be 312 A. It would allow for the use of the primary device rated at 125% of the proposed current which would be equal to 169 A if both of the primary and the secondary protection schemes have been used according to the provided information from NEC Table 450.3(B) and it would be rounded to the nearest available size equal to 175 A. It should be mentioned that the secondary power source device must not exceed 125% of its full-load capacity meaning not more than 312 A and the final rounding procedure would give the result in the form of 400 A from 390 A. If only the primary protection mechanism has been employed, the device must be rated at 250% of its current that would provide a result of 338 A which should be rounded to 350 A. For the primary voltages in excess of 1000 volts the standard presented in NEC Table 450.3(A) must be referenced. Time delay or high-magnetic circuit breakers are recommended for the situation where magnetizing inrush may occur.
What is the size of a kVA transformer?
kVA mentions capacity; physical size is not mentioned. The physical size of the transformer depends on kVA and four more parameters: voltage class and impulse power, cooling class, winding material, and type of enclosure. As a rough guide, a three-phase oil-immersed pad-mounted transformer varies from about 75 kVA (about 30″ wide) to over 2,500 kVA (more than 100″), but for dry-type indoor designs, the same kVA will be in a completely different shape. Therefore, always ask for dimensional drawings with kVA.
Do 112.5 kVA transformers differ between brands?
In almost all cases, the difference between two units is due to configuration instead of popularity. If two machines have the same specifications concerning primary, secondary, cooling class, arrangement of feed, and efficiency, their sizes will be practically the same, regardless of the manufacturer. If the specifications provided bring about the change in the size of the machine, it is usually due to the use of a different specification, e.g., looping and radial feeds, the application of higher BIL for the primary winding or the use of another winding material, but not due to the brand’s differences.
Is 112.5 kVA relevant to the electrical code?
Yes, it is indeed a threshold value. NEC 450.21(A) allows the installation of dry-type transformers rated at 112.5 kVA or lower in the open without a vault, provided it is kept 12 in away from combustibles, unless a fire-resistant heat-insulating barrier is used, or unless the unit is enclosed with the exception of ventilating openings. Above 112.5 kVA, dry-type transformers usually need to be installed in a fire-resistant transformer room, except in the case of insulation systems with the Class of 155 or higher. The surpassing of the value may alter the room, and not only the equipment.
Ссылки
- IEEE Standards Association — ANSI/IEEE C57.12 series, distribution transformer standards
- NFPA — NFPA 70, Национальный электрический кодекс (Статья 450, трансформаторы)
- UL Solutions — transformer testing and certification services
- UL Standards & Engagement — UL 1562, Трансформаторы, Распределение, Сухие типы
- International Electrotechnical Commission — IEC 60076 series, power transformers
Заключение
The response to the question “how significant is a 112.5 kVA transformer?” is not easy and the ones who provide an answer generally reference and depend on their own catalogues. The right answer to this question is a range, approximately 50 to 62 inches in width, about 44 to 64 inches in depth, between 49-70 inches (high) in height, and from 2500 to 2650 pounds for a three-phase pad-mounted model.
Three steps can be taken in relation to this knowledge. First, before purchasing the pad, obtain the creation drawing as well as the weight; depth is where the voltage class comes into focus. Secondly, ensure that the model and type are checked before starting a comparison of the prices since it is the four reasons that cause price differences which people connect with the brands. Finally, do not forget that the 112.5 kVA transformer is the number in NEC 450.21 meaning it is the limit that you need to focus on.