Een transformator brengt elektrische energie (vermogen) over van het ene systeem naar het andere door inductie, zonder fysieke verbinding tussen de twee systemen (anders dan aardings- en verbindingsverbindingen). Daarom verwijst de National Electrical Code (NEC) naar transformatoren als “afzonderlijk afgeleide systemen.”
De meeste transformatoren verhogen of verlagen de spanning, maar scheidingstransformatoren doen dat niet; zij ontkoppelen eenvoudig de primaire wikkeling van de secundaire wikkeling.
Enkele basis
De transformatorwikkeling die met de spanningsbron is verbonden, is de “primaire”. De transformatorwikkeling die met de belasting is verbonden, is de “secundaire.”
De spanning die in de secundaire wikkeling door het primaire magnetische veld kan worden geïnduceerd, is een functie van het aantal secundaire geleiderlussen (wikkelingen) die door het primaire elektromagnetische veld worden gesneden. De spanning aan primaire zijde is de “primaire lijnspanning”, terwijl de spanning aan secundaire zijde de “secundaire lijnspanning” is.
Transformatoren worden gewaardeerd in kilovolt-ampère (kVA), waarbij 1kVA = 1.000 volt-ampère (VA).
Delta- en Wye
Delta-geschakelde transformatoren hebben drie wikkelingen die end-to-end zijn aangesloten. De lijngeleiders zijn verbonden met elk punt waar twee wikkelingen samenkomen. Dit systeem wordt “Delta” genoemd omdat het op een tekening op een driehoek lijkt (het Griekse symbool Delta voor de letter D). Bij een delta/delta transformator zijn zowel de primaire als de secundaire wikkelingen in delta geschakeld (fig. 1).
Fig. 1. Bij delta-omschakeltransformatoren zijn drie wikkelingen met elkaar verbonden.
Wanneer u met delta-omschakeltransformatoren werkt, moet u het “hoge been” niet vergeten (zie de zijbalk hieronder).
Weggeschakelde transformatoren hebben één ader van elk van de drie wikkelingen die op een gemeenschappelijk punt zijn aangesloten. De andere aders van elk van de wikkelingen zijn verbonden met de lijngeleiders. Een secundaire wikkeling wordt vaak voorgesteld met een Y-vormige opstelling van de wikkelingen (fig. 2)
Fig. 2. Bij wikkelingstransformatoren is één ader van elk van de drie wikkelingen op een gemeenschappelijk punt aangesloten.
Lijnstromen
U kunt de lijnstroom van een transformator berekenen met behulp van de juiste formule voor eenfasige of driefasige systemen:
Eenfasig: I = VA ÷ E
3-fase: I = VA ÷ (E × 1,732)
Overstroombeveiliging
Om de wikkelingen van een transformator tegen overstroom te beveiligen, gebruikt u de percentages die in tabel 450.3(B) en de van toepassing zijnde noten worden vermeld.
Sectie 450.3(B) heeft betrekking op de bescherming van de transformatorwikkelingen, niet op de geleiders die de transformator aanvoeren of verlaten.
Voor stromen van 9A of meer is Sec. 450.3(B), noot 1 van toepassing. Wanneer 125% van de primaire stroom niet overeenkomt met een standaardzekering of niet-regelbare stroomonderbreker, kunt u de eerstvolgende hogere rating van overstroombeveiliging (OCPD) gebruiken, zoals vermeld in Sec. 240.6(A).
Primaire overstroombeveiliging, minder dan 9A voorbeeld
Vraag: Wat is de maximale primaire OCPD rating voor een 2kVA continu geladen, eenfase, 240V transformator?
Primary Current = (Transformer VA Rating) ÷ (Primary Voltage)
Primary Current = 2.000VA ÷ 240V
Primary Current = 8.33A
Primary Current = 8.33A
Primaire Beveiliging = (Primaire Stroom) × (Tabel 450.3(B) Percentage)
Primaire Beveiliging = 8,33A × 167%
Primaire Beveiliging = 13,92A
Primaire overstroombeveiliging groter dan 9A voorbeeld
Vraag: Wat is de maximale primaire OCPD rating voor een 45kVA continu geladen, 3-fase, 480V transformator (Fig. 3)?
Fig. 3. Hier ziet u hoe u de OCPD-waarde voor een transformator berekent wanneer de primaire stroom minder dan 9 A bedraagt.
Primary Current = Transformer VA Rating ÷ (Primary Voltage × 1.732)
Primary Current = 45.000VA ÷ (480V × 1.732)
Primary Current = 45.000VA ÷ (480V × 1.732)
.732)
Primaire stroom = 54A
Primaire bescherming = (Primaire stroom) × (Tabel 450.3(B) Percentage)
Primaire bescherming = 54A × 125%
Primaire bescherming = 68A
Gebruik in deze situatie dus een OCPD van 70A.
Dimensionering primaire geleiders
Dimensioneer de primaire geleiders op ten minste 125% van de continue belastingen, plus 100% van de niet-continue belastingen, gebaseerd op de nominale ampaciteiten van de eindtemperatuur zoals vermeld in tabel 310.15(B)(16), vóór enige ampaciteitsaanpassing .
Bescherm de geleiders tegen overstroom volgens hun ampaciteit na aanpassing van de ampaciteit, zoals gespecificeerd in Sec. 310.15 . U kunt de eerstvolgende hogere standaard OCPD rating gebruiken (boven de ampaciteit van de te beschermen geleiders) als de OCPD rating niet hoger is dan 800A .
Voorbeeld voor de dimensionering van primaire geleiders
Vraag: Welke maat primaire geleider kan worden gebruikt voor een 45kVA continu geladen, 3-fase, 480V transformator, waarbij de primaire OCPD is gedimensioneerd op 70A?
Stap 1: Dimensioneer de primaire geleider op 125% van de primaire stroomwaarde.
I = 45.000VA ÷ (480V × 1,732) = 54A
54A × 1,25 = 68A
Een 4 AWG geleider heeft een nominale waarde van 70A bij 60°C .
Stap 2: Controleer of de geleiders zijn beschermd volgens hun ampaciteiten .
Een 4 AWG geleider met een nominale waarde van 70A bij 60°C kan worden beschermd door een 70A primaire OCPD.
Afmeting van de secundaire geleider
De nominale capaciteit van de secundaire geleider moet ten minste gelijk zijn aan de nominale capaciteit van het apparaat dat door de secundaire geleiders wordt gevoed of de OCPD bij de aansluiting van de secundaire geleiders . Veronderstel dat de secundaire geleiders continu het volledige vermogen van de transformator zullen dragen.
Stap 1: Bepaal het vermogen van het apparaat dat door de secundaire geleiders wordt gevoed bij 125% van het secundaire vermogen .
Stap 2: Dimensioneer de secundaire geleiders zodat ze een ampaciteit hebben van ten minste het vermogen van het apparaat dat door de secundaire geleiders wordt gevoed .
Voorbeeld dimensionering secundaire geleider Vraag: Welke maat secundaire geleider kan worden gebruikt voor een 45kVA continu belaste, 3-fase, 480V-120/208V transformator?
Stap 1: Bepaal de secundaire stroomsterkte.
Secundaire stroom = Transformator VA ÷ (Secundaire spanning × 1,732)
I = 45.000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Stap 2: Bepaal de grootte van de secundaire OCPD voor continue belasting (125% van de secundaire stroomsterkte) .
125A × 1.25 = 156A
Gebruik in deze situatie dus een OCPD van 175A.
Stap 3: Dimensioneer de secundaire geleider zodanig dat deze een belastingscapaciteit heeft van ten minste de secundaire OCPD van 175A (stap 2) .
Gebruik een 2/0 AWG met een nominale waarde van 175A bij 75°C
Afsluiting en aarding
Een systeemverbindingsdraad, gedimensioneerd volgens Sec. 250.102(C) op basis van de oppervlakte van de secundaire geleiders , moet worden geïnstalleerd op dezelfde plaats waar de aardelektrode-geleider eindigt op het neutrale punt van een transformator .
Een aardelektrodegeleider moet het neutrale punt van een afzonderlijk afgeleid systeem verbinden met een aardelektrode van een type zoals aangegeven in Sec. 250.30(A)(4). Dimensioneer de aardelektrodegeleider volgens Sec. 250.66, gebaseerd op de oppervlakte van de niet-geaarde secundaire geleider .
Fouten vermijden
Een rekenfout kan tragische gevolgen hebben. Dus hoe kunt u de kans op fouten in uw transformatorberekeningen verkleinen?
De wiskunde in kwestie is niet bijzonder uitdagend, maar als u de verkeerde formule kiest, zullen uw resultaten verkeerd zijn, zelfs als uw wiskunde juist is. Deze vier eenvoudige stappen zullen u helpen de juiste formule voor een bepaalde toepassing te kiezen:
1. Dubbel-check de VA rating.
2. Identificeer de primaire en secundaire spanningen, en of eenfasig of driefasig.
3. Dubbel-check uw belasting karakterisering en berekeningen.
4. Controleer of u de juiste formules gebruikt. Hier is een tip om u te helpen dat te doen zonder uw ogen te glazuren: Verwijs naar de verkeerde formules. Bijvoorbeeld, u werkt in een eenfasig systeem. Kijk naar de formule voor een 3-fase systeem. Is dit wat je hebt gebruikt? Zo niet, prima. Ga verder met het volgende item, en gebruik een vergelijkbaar proces.
Deze materialen zijn ons ter beschikking gesteld door Mike Holt Enterprises in Leesburg, Fla. Om het door dit bedrijf aangeboden Code-trainingsmateriaal te bekijken, bezoek www.mikeholt.com/code.
