Transformátor přenáší elektrickou energii (výkon) z jedné soustavy do druhé indukcí, přičemž mezi oběma soustavami není žádné fyzické spojení (kromě uzemnění a pospojování). Národní elektrotechnické předpisy (NEC) proto označují transformátory jako „samostatně vyvedené systémy“.
Většina transformátorů zvyšuje nebo snižuje napětí, ale oddělovací transformátory ne; ty pouze oddělují primární vinutí od sekundárního vinutí.
Několik základních informací
Vinutí transformátoru připojené ke zdroji napětí je „primární“. Vinutí transformátoru připojené k zátěži je „sekundární“.
Napětí, které se může indukovat v sekundárním vinutí z primárního magnetického pole, je funkcí počtu smyček (závitů) sekundárního vodiče protnutých primárním elektromagnetickým polem. Napětí na primární straně je „primární síťové napětí“, zatímco napětí na sekundární straně je „sekundární síťové napětí“.
Transformátory jsou jmenovité v kilovoltampérech (kVA), kde 1kVA = 1 000 voltampérů (VA).
Transformátory zapojené do trojúhelníku a Wye
Transformátory zapojené do trojúhelníku mají tři vinutí spojená koncem ke konci. Síťové vodiče se připojují ke každému bodu, kde se setkávají dvě vinutí. Tato soustava se nazývá „delta“, protože po nakreslení vypadá jako trojúhelník (řecký symbol delta pro písmeno D). U transformátoru delta/delta je primární i sekundární vinutí zapojeno do delty (obr. 1).
Obr. 1. Transformátory s delta zapojením mají tři vinutí spojená navzájem koncem ke konci.
Při práci s transformátory s delta zapojením nezapomeňte na „vysokou nohu“ (viz níže uvedený postranní panel).
Transformátory s křížovým zapojením mají jeden vodič z každého ze tří vinutí připojený ke společnému bodu. Ostatní vodiče z každého z vinutí se připojují k vodičům vedení. Sekundární vinutí zapojené ve tvaru Y se často znázorňuje uspořádáním vinutí ve tvaru písmene Y (obr. 2)
Obr. 2. Transformátory s Wyeovým zapojením mají jeden vodič z každého ze tří vinutí připojen ke společnému bodu.
Liniové proudy
Liniový proud transformátoru můžete vypočítat pomocí příslušného vzorce pro jednofázové nebo třífázové soustavy:
Jednofázové: I = VA ÷ E
3-fázové: I = VA ÷ E
: I = VA ÷ (E × 1,732)
Ochrana před nadproudem
Pro ochranu vinutí transformátoru před nadproudem použijte procenta uvedená v tabulce 450.3(B) a jejích příslušných poznámkách.
Článek 450.3(B) se vztahuje na ochranu vinutí transformátoru, nikoli na vodiče, které transformátor napájejí nebo z něj vystupují.
Pro proudy 9 A nebo větší platí poznámka 1 k čl. 450.3(B). Pokud 125 % primárního proudu neodpovídá standardní pojistce nebo nenastavitelnému jističi, můžete použít nejbližší vyšší jmenovitou hodnotu nadproudového ochranného zařízení (OCPD), jak je uvedeno v čl. 240.6(A).
Příklad primární nadproudové ochrany, méně než 9 A
Dotaz:
Primární proud = (jmenovitá hodnota VA transformátoru) ÷ (primární napětí)
Primární proud = 2 000VA ÷ 240V
Primární proud = 8.33A
Primární ochrana = (primární proud) × (tabulka 450.3(B) procenta)
Primární ochrana = 8,33A × 167%
Primární ochrana = 13,92A
Příklad primární nadproudové ochrany větší než 9A
otázka: Jaká je maximální jmenovitá hodnota primární ochrany OCPD pro trvale zatížený třífázový transformátor 45 kVA, 480 V (obr. 3)?
Obr. 3. Zde je uveden postup výpočtu jmenovité hodnoty OCPD pro transformátor, když je primární proud menší než 9 A.
Primární proud = jmenovitá hodnota VA transformátoru ÷ (primární napětí × 1,732)
Primární proud = 45 000VA ÷ (480V × 1.732)
Primární proud = 54A
Primární ochrana = (primární proud) × (tabulka 450.3(B) procenta)
Primární ochrana = 54A × 125%
Primární ochrana = 68A
V této situaci tedy použijte 70A OCPD.
Primární dimenzování vodičů
Primární vodiče dimenzujte alespoň na 125 % trvalých zatížení plus 100 % netrvalých zatížení na základě jmenovitých teplotních ampéráží svorek uvedených v tabulce 310.15(B)(16) před jakoukoli úpravou ampéráže .
Chraňte vodiče proti nadproudu podle jejich ampéráže po úpravě ampéráže, jak je uvedeno v čl. 310.15 . Můžete použít nejbližší vyšší standardní jmenovitou hodnotu OCPD (nad ampacitou chráněných vodičů), pokud jmenovitá hodnota OCPD nepřekročí 800 A .
Příklad dimenzování primárních vodičů
Dotaz: Jakou velikost primárního vodiče lze použít pro 45kVA trvale zatížený, 3fázový, 480V transformátor, kde je primární OCPD dimenzován na 70A?
Krok 1: Primární vodič dimenzujte na 125 % jmenovitého primárního proudu.
I = 45 000VA ÷ (480V × 1,732) = 54A
54A × 1,25 = 68A
Vodič 4 AWG je dimenzován na 70A při 60°C .
Krok 2: Ověřte, zda jsou vodiče chráněny podle jejich ampérických hodnot .
Vodič 4 AWG se jmenovitou hodnotou 70A při 60°C může být chráněn primárním OCPD 70A.
Odměřování sekundárních vodičů
Ampérická kapacita sekundárního vodiče musí být minimálně rovna jmenovité hodnotě zařízení napájeného sekundárními vodiči nebo OCPD na konci sekundárních vodičů . Předpokládejte, sekundární vodiče budou trvale přenášet plnou kapacitu transformátoru.
Krok 1: Určete jmenovitou hodnotu zařízení napájeného sekundárními vodiči při 125 % jmenovité hodnoty sekundárních vodičů .
Krok 2: Dimenzujte sekundární vodiče tak, aby jejich ampérická kapacita odpovídala alespoň jmenovité hodnotě zařízení napájeného sekundárními vodiči .
Příklad dimenzování sekundárních vodičů Otázka: Jak dimenzovat sekundární vodiče?
Krok 1: Určete jmenovitý proud sekundárního vodiče pro trvale zatížený třífázový transformátor 480 V-120/208 V o výkonu 45 kVA.
Sekundární proud = VA transformátoru ÷ (sekundární napětí × 1,732)
I = 45 000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Krok 2: Dimenzujte sekundární OCPD pro trvalé zatížení (125 % jmenovitého sekundárního proudu) .
125A × 1,25 = 156A
V této situaci tedy použijte 175A OCPD .
Krok 3: Dimenzujte sekundární vodič tak, aby měl ampérickou kapacitu alespoň 175A sekundárního OCPD (krok 2) .
Použijte vodič 2/0 AWG se jmenovitou hodnotou 175A při 75°C
Uzemnění a pospojování
Systémový pospojovací můstek, dimenzovaný podle čl. 250.102(C) na základě plochy sekundárních vodičů , musí být instalován na stejném místě, kde končí vodič uzemňovací elektrody k nulovému bodu transformátoru .
Zemnicí vodič musí spojovat nulový bod samostatně vyvedené soustavy se zemničem typu uvedeného v čl. 250.30(A)(4). Velikost uzemňovacího vodiče podle čl. 250.66 musí vycházet z plochy neuzemněného sekundárního vodiče .
Vyloučení chyb
Chybný výpočet může mít tragické následky. Jak tedy můžete snížit pravděpodobnost chyby při výpočtech transformátoru?
Související matematika není nijak zvlášť náročná, ale pokud zvolíte špatný vzorec, budou vaše výsledky chybné, i když vaše matematika bude správná. Tyto čtyři jednoduché kroky vám pomohou zajistit, abyste pro danou aplikaci zvolili správný vzorec:
1. Zvolte správný vzorec. Překontrolujte jmenovitou hodnotu VA.
2. Určete primární a sekundární napětí a zda je jednofázové nebo třífázové.
3. Překontrolujte charakteristiku zátěže a výpočty.
4. Zkontrolujte, zda jste použili správné vzorce. Zde je tip, který vám to pomůže udělat, aniž by se vám zaleskly oči: Odkazujte na nesprávné vzorce. Například pracujete v jednofázové soustavě. Podívejte se na vzorec pro třífázovou soustavu. Je to ten, který jste použili? Pokud ne, skvěle. Přejděte k další položce a použijte podobný postup.
Tyto materiály nám poskytl Mike Holt Enterprises z Leesburgu ve státě Fla. Chcete-li si prohlédnout školicí materiály Code nabízené touto společností, navštivte stránku www.mikeholt.com/code.
