Вам будет невозможно купить трансформатор, который соответствует рассчитанному вами размеру, так как трансформаторы производятся в конкретных категориях kVA на основе отраслевых стандартов. Вам предстоит выбрать один из существующих категорий, который удовлетворит ваши потребности. Неправильный выбор размера приведет либо к необходимости потратить деньги на мощность, которая не будет использована, либо к тому, что ваш трансформатор будет работать в условиях перегрузки и выйдет из строя раньше, чем было рассчитано.
Системы классификации трансформаторов распределения сухого типа для однофазных и трехфазных отличаются друг от друга. Рейтинги однофазных трансформаторов включают: 1, 1.5, 2, 3, 5, 7.5, 10, 15, 25, 37.5, 50, 75, 100, 167, 250, 333 и 500 kVA, в то время как для трехфазного оборудования они составляют 15, 30, 45, 75, 112.5, 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000 и 2500 kVA в соответствии с ANSI/IEEE C57.12.01 и NEMA ST-20. Например, трехфазный трансформатор на 150 kVA может выдавать 180 A и 416 A при напряжениях 480 V и 208Y/120 V соответственно. Напряжение для трансформаторов рассчитывается примерно на уровне 75-80% от номинального напряжения при определении процента нагрузки и округляется до ближайшей стандартной мощности.
Почему стандартные размеры вообще существуют
Лестница - это производственное решение, которое стало отраслевым стандартом. Компоненты, такие как теплообменники, трансформаторы и фитинги, производятся в соответствии с установленными рамками, и, таким образом, стандартные номиналы легко доступны как товар на складе, в то время как все промежуточные размеры должны быть выполнены на заказ.
Существует три способа, которыми эта разница проявляется. Во-первых, время выполнения. Стандартный трансформатор на 112.5 кВА может быть отправлен в рабочем режиме через несколько недель или со склада. Однако это не относится к трехфазному трансформатору на 100 кВА, который находится между двумя стандартными размерами и должен быть отправлен как специальный заказ. Цена. Индивидуальный блок стоит столько же, сколько и стандартный, но имеет дополнительные затраты на его проектирование и производство. Запасные части. Завод, использующий стандартные размеры, должен хранить только один тип запасных частей, который может обслуживать несколько установок.
Лестница не так интуитивно понятна, как может показаться, и именно поэтому люди совершают ошибки в ее использовании. Трехфазная шкала номиналов с использованием стандартных значений не является стандартной системой, как это можно увидеть в лестнице. Значения здесь варьируются от 75 кВА до 112.5 кВА, а затем до 150 кВА. На самом деле, 112.5 - это произведение 75 кВА, умноженное на 1.5, что соответствует логике роста нагрузки, используемой коммерческими службами. Таким образом, невозможно получить стандартный проект для трехфазного трансформатора на 100 кВА, хотя именно так думает большинство людей.
Однофазная лестница
| кВА | FLA при 240 В | FLA при 480 В | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 A | 1 A | Управляющая цепь, сигнализация |
| 1.5 | 3 A | 1 A | Управляющий трансформатор, дверной звонок |
| 3 | 5 A | 3 A | Управление машиной, малое освещение |
| 5 | 8 A | 4 A | Малый HVAC, панель с одним выходом |
| 10 | 7 A | 8 A | Жилое обслуживание, маленький магазин |
| 15 | 5 A | 3 A | Небольшая коммерция, настенный монтаж |
| 25 | 2 A | 1 A | Многоквартирный, небольшое здание |
| 37.5 | 3 A | 1 A | Розничный блок, насос для скважины |
| 50 | 3 A | 2 A | Средняя коммерция |
| 75 | 5 A | 3 A | Крупная коммерция, небольшая фабрика |
| 100 | 7 A | 3 A | Промышленный подпанель |
| 167 | 8 A | 9 A | Распределение с настенным монтажом |
| 250 | 1,041.7 A | 8 A | Распределительный фидер утилиты |
Однофазные полные токи нагрузки просто равны kVA × 1,000 ÷ вольты. Физический размер, соответствующий каждой ступени, стоит проверить перед тем, как вырезать отверстие в стене, а размеры корпуса для меньших рейтингов, которые в конечном итоге оказываются в шкафу или кладовке, указаны с размерами трансформатора 112.5 kVA в качестве эталонного случая.
Трехфазная лестница
Преобразование показаний амперметра для трехфазных систем также включает деление на √3. Это означает, что трехфазные токи также ниже по фазам при том же kVA. Следующая таблица показывает самые популярные первичные и вторичные напряжения, используемые в Северной Америке: 480 V и 208Y/120 V.
| кВА | Первичный FLA при 480 V | Вторичный FLA при 208 V | Что обычно питается |
|---|---|---|---|
| 15 | 0 A | 6 A | Малый HVAC, панель одного арендатора |
| 30 | 1 A | 2 A | Розничный объект, ресторан |
| 45 | 54,1 А | 8 A | Малый офис, мастерская |
| 75 | 2 A | 0 A | Средний коммерческий, школьное крыло |
| 112.5 | 3 A | 0 A | Склад, малое производство |
| 150 | 4 A | 0 A | Среднее промышленное предприятие |
| 225 | 6 A | 0 A | Крыло больницы, здание кампуса |
| 300 | 8 A | 0 A | Большой коммерческий комплекс |
| 500 | 4 A | 1,388.0 A | Зал данных, тяжелое производство |
| 750 | 1 A | 2,082.0 A | Промышленный кампус |
| 1,000 | 1,202.8 A | — | Подстанция коммунального хозяйства, среднее напряжение |
В таблице выделяются два аспекта. Первый из них заключается в том, что вторичный ток примерно в 2.31 раза больше первичного тока, что отражает соотношение напряжений 480/208, тем самым обеспечивая согласованность расчетов. Второй момент заключается в том, что, когда речь идет о параметре рейтингов kVA, в спецификациях ANSI не указано значение 400 kVA.
Преобразование нагрузок из ампер в кВА достигается путем выполнения тех же расчетов в обратном порядке, поэтому лучший способ узнать об этом преобразовании — рассмотреть одно из реальных приложений. Этот рабочий пример 45 кВА трансформатора в амперах выполняет расчеты как для однофазных, так и для трехфазных соединений.
Необходимый кВА против заказанного кВА
Вам нужно следовать четырем шагам в порядке, указанном ниже.
- Возьмите подключенную нагрузку в кВА, а не в кВт. Разделите кВт на коэффициент мощности. Нагрузка в 120 кВт с коэффициентом мощности 0,85 равна 141 кВА, что означает, что любой трансформатор, рассчитанный на 120, будет перегружен с самого начала.
- Примените факторы спроса. Статья 220 NEC регулирует расчет для жилых и коммерческих услуг, поскольку не все работают одновременно. Игнорирование факторов спроса увеличивает нагрузку без необходимости.
- Учитывайте пуск двигателя. В случае моторных нагрузок вам следует добавить 25% полного тока нагрузки самого большого двигателя к вашему общему значению, используя NEC 430, чтобы учесть как пуск, так и ускорение.
- Стремитесь к загрузке 75%-80% при этом спросе, округляя в большую сторону. Трансформатор, работающий на 100% своей мощности, не предлагает запас прочности для жарких дней, для увеличения нагрузок в следующем году и имеет более короткий срок службы, чем тот, который работает на 75%. Работа на уровне ниже 50% приводит к противоположной проблеме, когда потери без нагрузки доминируют, а кривая эффективности плоха, что означает реальные затраты за период эксплуатации проекта.
Давайте приведем пример. Небольшой завод рассчитал 96 кВА после учета факторов спроса. Добавив 25% от 30 кВт двигателя, результат составляет около 110 кВА. Следующий стандартный трехфазный рейтинг — 112,5 кВА, что означает, что коэффициент загрузки составляет 98%, что слишком много. Правильный ответ — 150 кВА при загрузке 73%.
Стандартные пары напряжений
Лестница кВА — это только один аспект стандарта. Комбинация напряжений — это другая половина, и таких случаев в Северной Америке всего несколько.
- 480 дельта на 208Y/120 широко используется в коммерческих приложениях, с доступными всеми рейтингами от 15 кВА до 300 кВА. Она обеспечивает нейтраль для 120 В нагрузок и позволяет освещению работать на 277 В.
- Напряжение 480 дельта на 240 дельта не требует нейтрали. Тот факт, что нейтрали нет, является проектным соображением, а не ошибкой, что может сбивать с толку некоторых людей, которые думают, что выходное напряжение 240 В можно использовать для питания 120 В нагрузок.
- Трансформаторы 600 на 480 более распространены в канадском оборудовании, произведенном для США, которые используют стандартные размеры для производителей машин.
- Напряжение 240 дельта на 208Y/120 В не часто встречается, но иногда используется в модернизированных объектах, когда старое оборудование получает новое питание.
Все остальные комбинации являются индивидуальными заказами или совершенно разными продуктами. Когда проекту нужна конкретная пара для определенной нагрузки, а не стандартная комбинация, устройство специфицируется, а не заказывается, и требуется специальный размер, такой как трансформатор понижающего типа на 150 кВА это то, что создается под проект, а не выбирается из списка.
Понижение мощности: температура, высота и гармоники
| Состояние | Влияние на используемые кВА | Что делать |
|---|---|---|
| Температура выше 40°C | Пониженная; опубликованные правила «на глаз» составляют 0,33–0,5% на °C | Используйте кривую понижения мощности производителя, а не правило «на глаз» |
| Высота выше 1,000 м | Пониженная эффективность охлаждения | Понижайте мощность по рекомендациям производителя; вентилируйте корпус |
| Нагрузка с высоким содержанием гармоник | Пониженная; вихревые потери растут быстрее, чем основной ток | Указывайте K-фактор вместо понижения стандартного устройства |
| Закрыто без вентиляции | Пониженная; корпус является реальной окружающей средой | Размерьте корпус, а не только трансформатор |
| Непрерывная загрузка 100% | Нет запаса; ускоренное старение изоляции | Проектирование для 75–80% |
Необходимо проявлять осторожность в отношении окружающего тепла. Существует множество эмпирических правил, от 0.33% до 0.5% за каждый градус выше 40°C, хотя они варьируются при 50°C. Единственный надежный способ узнать это — обратиться к графику снижения мощности от производителя конкретной изоляционной системы, так как снижение мощности устройства, работающего при 150°C, отличается от устройства, имеющего повышение на 80°C.
Гармоники — это наиболее часто игнорируемое снижение мощности, потому что на клещевом амперметре все выглядит нормально. Трансформатор, например, который питает шестипульсные приводы, испытывает гармонические токи, которые заставляют обмотки и сердечник работать при более высокой температуре, чем указано по kVA. Вес и физический размер более высокого номинала, где фактически находится тепловая масса, рассматриваются вместе с Вес трансформатора 500 кВА. цифрами.
Импеданс и ток короткого замыкания
Процентный импеданс (%Z) — это отношение падения напряжения при полной нагрузке к номинальному напряжению и указывает, сколько тока короткого замыкания будет доступно.
На практике распределительные трансформаторы имеют %Z в диапазоне от 2% до 5.75%. Чем выше номинал трансформатора, тем выше значение %Z. Трансформаторы с более низким значением %Z обеспечивают лучшую регулировку напряжения, одновременно позволяя передавать максимальный ток короткого замыкания. В свою очередь, более высокие значения %Z ограничивают ток короткого замыкания и упрощают координацию защиты от перегрузки.
Изменение номинала трансформатора без изменения графика панели — это рискованно. Изменение с 112.5 kVA на 150 kVA без изменения значения %Z подразумевает увеличение доступного тока короткого замыкания и, таким образом, ставит под угрозу 10 kA автомат, так как он может работать при токе, превышающем его проектное значение.
Размеры, которые люди на самом деле заказывают
Всего пять номиналов составляют большую часть объема, и причина этого практическая, а не техническая.
- 45 kVA — это стандарт для небольших коммерческих объектов — одного арендатора или мастерской, или небольшого офиса с панелью на 200 A при 208Y/120 V.
- 75 kVA используется для ресторана или торговой единицы с кухонным оборудованием и обычно доступен.
- 5 kVA может обслуживать склад или легкое производственное предприятие и является стандартной заменой отсутствующему 100 kVA.
- 150 kVA используется как стандартный средний промышленный номинал и является наиболее распространенным вариантом, когда завод добавляет вторую смену.
- 300 и 500 kVA — это большие коммерческие и размеры для дата-центров, где решение переходит от каталога к инженерному заказу, и разговор о цене меняет свою форму, так как разброс в ценах на трансформаторы по номиналам показывает.
Чтение таблички на трансформаторе
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.
Часто задаваемые вопросы
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.
Ссылки
- 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
- Министерство энергетики США — Стандарты эффективности распределительных трансформаторов
Заключение
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.