Ein Transformator überträgt elektrische Energie (Leistung) durch Induktion von einem System auf ein anderes, ohne dass eine physische Verbindung zwischen den beiden Systemen besteht (außer Erdungs- und Klebeverbindungen). Daher bezeichnet der National Electrical Code (NEC) Transformatoren als „separat abgeleitete Systeme“
Die meisten Transformatoren erhöhen oder senken die Spannung, aber Trenntransformatoren tun dies nicht; sie entkoppeln einfach die Primärwicklung von der Sekundärwicklung.
Ein paar Grundlagen
Die Transformatorwicklung, die mit der Spannungsquelle verbunden ist, ist die „Primärwicklung“. Die Transformatorwicklung, die an die Last angeschlossen ist, ist die „Sekundärwicklung“.
Die Spannung, die in der Sekundärwicklung durch das primäre Magnetfeld induziert werden kann, ist eine Funktion der Anzahl der sekundären Leiterschleifen (Windungen), die durch das primäre elektromagnetische Feld geschnitten werden. Die Spannung auf der Primärseite ist die „primäre Netzspannung“, während die Spannung auf der Sekundärseite die „sekundäre Netzspannung“ ist.
Transformatoren werden in Kilovolt-Ampere (kVA) angegeben, wobei 1kVA = 1.000 Volt-Ampere (VA) ist.
Delta und Wye
Transformatoren in Dreieckschaltung haben drei Wicklungen, die Ende an Ende verbunden sind. Die Netzleiter werden an jedem Punkt angeschlossen, an dem sich zwei Wicklungen treffen. Dieses System wird „Delta“ genannt, weil es in der Zeichnung wie ein Dreieck aussieht (das griechische Symbol Delta für den Buchstaben D). Bei einem Delta/Delta-Transformator sind sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklungen im Dreieck geschaltet (Abb. 1).
Abb. 1. Bei Transformatoren in Dreieckschaltung sind drei Wicklungen durchgehend miteinander verbunden.
Bei der Arbeit mit Dreieckstransformatoren darf der „hohe Schenkel“ nicht vergessen werden (siehe Seitenleiste unten).
Bei Transformatoren in Dreieckschaltung ist ein Kabel von jeder der drei Wicklungen mit einem gemeinsamen Punkt verbunden. Die anderen Leitungen der einzelnen Wicklungen sind mit den Netzleitern verbunden. Eine Sekundärwicklung in Sternschaltung wird oft mit einer Y-förmigen Anordnung der Wicklungen dargestellt (Abb. 2)
Abb. 2. Bei Transformatoren in Sternschaltung ist eine Leitung von jeder der drei Wicklungen mit einem gemeinsamen Punkt verbunden.
Leitungsströme
Den Leitungsstrom eines Transformators kann man mit Hilfe der entsprechenden Formel für einphasige oder dreiphasige Systeme berechnen:
Einphasig: I = VA ÷ E
3-phasig: I = VA ÷ (E × 1,732)
Überstromschutz
Um die Wicklungen eines Transformators gegen Überstrom zu schützen, sind die in Tabelle 450.3(B) und den dazugehörigen Anmerkungen aufgeführten Prozentsätze zu verwenden.
Abschnitt 450.3(B) bezieht sich auf den Schutz der Transformatorwicklungen, nicht auf die Leiter, die den Transformator versorgen oder verlassen.
Für Ströme von 9A oder mehr gilt Abschnitt 450.3(B), Anmerkung 1. Wenn 125% des Primärstroms nicht einer Standardsicherung oder einem nicht einstellbaren Schutzschalter entsprechen, können Sie die nächsthöhere Bemessung der Überstromschutzeinrichtung (OCPD) verwenden, die in Abschnitt 240.6(A) aufgeführt ist.
Primärer Überstromschutz, weniger als 9A Beispiel
Frage: Wie hoch ist die maximale primäre OCPD-Nennleistung für einen 2kVA dauernd belasteten, einphasigen 240V-Transformator?
Primärstrom = (Transformator VA Nennleistung) ÷ (Primärspannung)
Primärstrom = 2.000VA ÷ 240V
Primärstrom = 8.33A
Primärschutz = (Primärstrom) × (Tabelle 450.3(B) Prozentsatz)
Primärschutz = 8,33A × 167%
Primärschutz = 13,92A
Beispiel für primären Überstromschutz größer als 9A
Frage: Wie hoch ist die maximale primäre OCPD-Nennleistung für einen 45kVA dauernd belasteten, dreiphasigen 480V-Transformator (Abb. 3)?
Abb. 3. So berechnen Sie den OCPD-Wert für einen Transformator, wenn der Primärstrom weniger als 9A beträgt.
Primärstrom = Transformator-VA-Wert ÷ (Primärspannung × 1,732)
Primärstrom = 45.000VA ÷ (480V × 1.732)
Primärstrom = 54A
Primärschutz = (Primärstrom) × (Tabelle 450.3(B) Prozentsatz)
Primärschutz = 54A × 125%
Primärschutz = 68A
Daher ist in dieser Situation ein 70A OCPD zu verwenden.
Bemessung der Primärleiter
Bemessen Sie die Primärleiter mit mindestens 125% der Dauerlasten plus 100% der Nichtdauerlasten, basierend auf den Nennstromstärken der Klemmen gemäß Tabelle 310.15(B)(16), vor jeglicher Anpassung der Strombelastbarkeit.
Schützen Sie die Leiter gegen Überstrom gemäß ihrer Strombelastbarkeit nach Anpassung der Strombelastbarkeit, wie in Abschnitt 310.15 angegeben. Sie können den nächsthöheren Standardwert der OCPD (über der Strombelastbarkeit der zu schützenden Leiter) verwenden, wenn der OCPD-Wert 800 A nicht überschreitet .
Beispiel für die Dimensionierung des Primärleiters
Frage: Welche Größe des Primärleiters kann für einen dreiphasigen 480-V-Transformator mit 45 kVA Dauerbelastung verwendet werden, wenn die primäre OCPD auf 70 A ausgelegt ist?
Schritt 1: Bemessen Sie den Primärleiter mit 125 % des Primärstroms.
I = 45.000VA ÷ (480V × 1,732) = 54A
54A × 1,25 = 68A
Ein 4 AWG-Leiter ist für 70A bei 60°C ausgelegt.
Schritt 2: Überprüfen Sie, ob die Leiter entsprechend ihrer Stromstärke geschützt sind.
Ein 4 AWG-Leiter mit einem Nennwert von 70A bei 60°C kann durch eine primäre OCPD mit 70A geschützt werden.
Dimensionierung der Sekundärleiter
Die Stromstärke des Sekundärleiters muss mindestens der Nennleistung des von den Sekundärleitern versorgten Geräts oder der OCPD am Abschluss der Sekundärleiter entsprechen. Gehen Sie davon aus, dass die Sekundärleiter ständig die volle Leistung des Transformators tragen.
Schritt 1: Bestimmen Sie die Nennleistung des von den Sekundärleitern versorgten Geräts bei 125 % der Sekundärleistung.
Schritt 2: Dimensionieren Sie die Sekundärleiter so, dass sie mindestens die Nennleistung des von den Sekundärleitern versorgten Geräts haben.
Beispiel für die Dimensionierung von Sekundärleitern Frage: Welche Größe des Sekundärleiters kann für einen 45kVA dauernd belasteten, dreiphasigen 480V-120/208V-Transformator verwendet werden?
Schritt 1: Bestimmen Sie den sekundären Nennstrom.
Sekundärstrom = Transformator VA ÷ (Sekundärspannung × 1,732)
I = 45.000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Schritt 2: Bemessen Sie die sekundäre OCPD für Dauerbelastung (125% der sekundären Stromstärke) .
125A × 1,25 = 156A
Daher ist in dieser Situation eine OCPD von 175A zu verwenden.
Schritt 3: Bemessen Sie den Sekundärleiter so, dass er eine Strombelastbarkeit von mindestens der sekundären OCPD von 175A hat (Schritt 2) .
Verwenden Sie einen 2/0 AWG mit einem Nennwert von 175A bei 75°C
Erdung und Potentialausgleich
Eine System-Potentialausgleichsbrücke, die gemäß Sec. 250.102(C) auf der Grundlage der Fläche der Sekundärleiter dimensioniert ist, muss an der gleichen Stelle installiert werden, an der der Erdungselektrodenleiter in den Neutralpunkt eines Transformators mündet.
Eine Erdungsleitung muss den Nullpunkt eines getrennt abgeleiteten Systems mit einer Erdungsleitung eines in Sec. 250.30(A)(4) angegebenen Typs verbinden. Bemessen Sie den Erdungsleiter nach Sec. 250.66, basierend auf der Fläche des ungeerdeten Sekundärleiters.
Fehler vermeiden
Ein Berechnungsfehler kann tragische Folgen haben. Wie können Sie also die Fehlerwahrscheinlichkeit bei Ihren Transformatorberechnungen verringern?
Die Mathematik ist nicht besonders anspruchsvoll, aber wenn Sie die falsche Formel wählen, werden Ihre Ergebnisse falsch sein, selbst wenn Ihre Berechnungen richtig sind. Mit diesen vier einfachen Schritten können Sie sicherstellen, dass Sie die richtige Formel für eine bestimmte Anwendung auswählen:
1. Überprüfen Sie die VA-Nennleistung.
2. Bestimmen Sie die Primär- und Sekundärspannungen und ob es sich um einphasige oder dreiphasige Spannungen handelt.
3. Überprüfen Sie Ihre Lastcharakterisierung und Berechnungen.
4. Überprüfen Sie, ob Sie die richtigen Formeln verwendet haben. Hier ist ein Tipp, der Ihnen dabei hilft, ohne dass Ihre Augen glasig werden: Verweisen Sie auf die falschen Formeln. Sie arbeiten zum Beispiel mit einem einphasigen System. Schauen Sie sich die Formel für ein 3-Phasen-System an. Haben Sie diese verwendet? Wenn nicht, prima. Gehen Sie zum nächsten Punkt über, und gehen Sie ähnlich vor.
Dieses Material wurde uns von Mike Holt Enterprises in Leesburg, Florida, zur Verfügung gestellt. Um die von diesem Unternehmen angebotenen Code-Schulungsmaterialien anzusehen, besuchen Sie www.mikeholt.com/code.
