Transformator przenosi energię elektryczną (moc) z jednego systemu do drugiego przez indukcję, bez fizycznego połączenia między tymi dwoma systemami (poza uziemieniem i połączeniami wyrównawczymi). Dlatego National Electrical Code (NEC) odnosi się do transformatorów jako „oddzielnych systemów pochodnych.”
Większość transformatorów podnosi lub obniża napięcie, ale transformatory separacyjne nie; one po prostu odłączają uzwojenie pierwotne od uzwojenia wtórnego.
Kilka podstaw
Uzwojenie transformatora podłączone do źródła napięcia to „uzwojenie pierwotne”. Uzwojenie transformatora podłączone do obciążenia to „uzwojenie wtórne.”
Napięcie, które może być indukowane w uzwojeniu wtórnym z pierwotnego pola magnetycznego jest funkcją liczby pętli (obrotów) przewodnika wtórnego przeciętych przez pierwotne pole elektromagnetyczne. Napięcie po stronie pierwotnej jest „napięciem linii pierwotnej”, natomiast napięcie po stronie wtórnej jest „napięciem linii wtórnej”.
Transformatory są oceniane w kilowoltach-amperach (kVA), gdzie 1kVA = 1000 woltoamperów (VA).
Trójkąt i Wye
Transformatory połączone w trójkąt mają trzy uzwojenia połączone koniec do końca. Przewody linii są podłączone do każdego punktu, w którym spotykają się dwa uzwojenia. Układ ten nazywany jest „trójkątem”, ponieważ po narysowaniu wygląda jak trójkąt (grecki symbol delta oznacza literę D). W przypadku transformatora delta/delta, zarówno uzwojenie pierwotne jak i wtórne są połączone w trójkąt (Rys. 1).
Fig. 1. Transformatory połączone w trójkąt mają trzy uzwojenia połączone koniec do końca ze sobą.
Przy pracy z transformatorami w trójkąt nie należy zapominać o „wysokiej nodze” (patrz Sidebar poniżej).
Transformatory połączone w trójkąt mają jedno wyprowadzenie z każdego z trzech uzwojeń podłączone do wspólnego punktu. Pozostałe przewody z każdego z uzwojeń są połączone z przewodami linii. Uzwojenie wtórne o konfiguracji wye jest często przedstawiane z układem uzwojeń w kształcie litery Y (Rys. 2)
Fig. 2. Transformatory podłączone przez Wye mają jedno wyprowadzenie z każdego z trzech uzwojeń podłączone do wspólnego punktu.
prądy liniowe
Prąd liniowy transformatora można obliczyć stosując odpowiedni wzór dla układów jednofazowych lub trójfazowych:
Jednofazowy: I = VA ÷ E
3-fazowy: I = VA ÷ (E × 1,732)
Zabezpieczenie nadprądowe
Aby zabezpieczyć uzwojenia transformatora przed nadprądem, należy użyć wartości procentowych wymienionych w tabeli 450.3(B) i odpowiednich uwag do niej.
Sekcja 450.3(B) obejmuje ochronę uzwojeń transformatora, a nie przewodów zasilających lub wychodzących z transformatora.
Dla prądów o natężeniu 9A lub większym stosuje się sekcję 450.3(B), uwaga 1. Jeżeli 125% prądu pierwotnego nie odpowiada standardowemu bezpiecznikowi lub wyłącznikowi nadmiarowo-prądowemu, można zastosować urządzenie ochronne nadmiarowo-prądowe (OCPD) o wyższej wartości znamionowej, wymienione w Sec. 240.6(A).
Pierwotne zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe, mniej niż 9A przykład
Pytanie: Jaka jest maksymalna wartość znamionowa pierwotnego OCPD dla transformatora 2kVA obciążonego w sposób ciągły, jednofazowego, 240V?
Prąd pierwotny = (Moc znamionowa VA transformatora) ÷ (Napięcie pierwotne)
Prąd pierwotny = 2000VA ÷ 240V
Prąd pierwotny = 8.33A
Pierwotne zabezpieczenie = (Prąd pierwotny) × (Tabela 450.3(B) Procent)
Pierwotne zabezpieczenie = 8,33A × 167%
Pierwotne zabezpieczenie = 13,92A
Pierwotne zabezpieczenie nadprądowe większe niż 9A przykład
Pytanie: Jaka jest maksymalna wartość znamionowa pierwotnego OCPD dla transformatora 45kVA obciążonego w sposób ciągły, 3-fazowego, 480V (Rys. 3)?
Rys. 3. Oto jak obliczyć wartość znamionową OCPD dla transformatora, gdy prąd pierwotny jest mniejszy niż 9A.
Prąd pierwotny = VA Rating transformatora ÷ (Napięcie pierwotne × 1,732)
Prąd pierwotny = 45,000VA ÷ (480V × 1.732)
Prąd pierwotny = 54A
Ochrona pierwotna = (Prąd pierwotny) × (Tabela 450.3(B) Procent)
Ochrona pierwotna = 54A × 125%
Ochrona pierwotna = 68A
W związku z tym w tej sytuacji należy zastosować OCPD 70A.
Wymiarowanie przewodów pierwotnych
Wymiar przewodów pierwotnych wynosi co najmniej 125% obciążeń ciągłych plus 100% obciążeń nieciągłych, na podstawie znamionowych wartości amperażowych temperatury zacisków podanych w tabeli 310.15(B)(16), przed jakąkolwiek korektą obciążalności .
Zabezpieczyć przewody przed prądem przetężeniowym zgodnie z ich obciążalnością po korekcie obciążalności, jak określono w punkcie 310.15. Można użyć następnej wyższej standardowej wartości znamionowej OCPD (powyżej obciążalności prądowej chronionych przewodów), jeżeli wartość znamionowa OCPD nie przekracza 800A .
Przykład doboru wielkości przewodu pierwotnego
Pytanie: Jakiej wielkości przewód pierwotny można zastosować dla transformatora 45kVA obciążonego w sposób ciągły, 3-fazowego, 480V, w którym pierwotny OCPD jest zwymiarowany na 70A?
Krok 1: Zwymiarować przewód pierwotny na 125% wartości znamionowej prądu pierwotnego.
I = 45,000VA ÷ (480V × 1.732) = 54A
54A × 1.25 = 68A
Przewód o przekroju 4 AWG ma obciążalność 70A przy 60°C.
Krok 2: Sprawdź, czy przewody są chronione zgodnie z ich obciążalnością prądową.
Przewód 4 AWG o obciążalności 70A przy 60°C może być chroniony przez pierwotny OCPD o obciążalności 70A.
Wymiarowanie przewodu wtórnego
Moc znamionowa przewodu wtórnego musi być co najmniej równa obciążalności urządzenia zasilanego przez przewody wtórne lub OCPD na końcu przewodów wtórnych. Załóżmy, że przewody wtórne będą w sposób ciągły przenosić pełną moc transformatora.
Krok 1: Określ wartość znamionową urządzenia zasilanego przez przewody wtórne przy 125% wartości znamionowej strony wtórnej .
Krok 2: Zwymiaruj przewody wtórne tak, aby ich obciążalność amperowa wynosiła co najmniej wartość znamionową urządzenia zasilanego przez przewody wtórne .
Przykład wymiarowania przewodów wtórnych Pytanie: Jaki rozmiar przewodu wtórnego można zastosować dla transformatora 45kVA obciążonego w sposób ciągły, 3-fazowego, 480V-120/208V?
Krok 1: Określenie wartości znamionowej prądu wtórnego.
Prąd wtórny = VA transformatora ÷ (napięcie wtórne × 1,732)
I = 45,000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Krok 2: Dopasowanie wtórnego OCPD dla obciążenia ciągłego (125% prądu znamionowego wtórnego).
125A × 1.25 = 156A
W tej sytuacji należy użyć wtórnego OCPD 175A.
Krok 3: Zwymiaruj przewód wtórny tak, aby jego obciążalność prądowa wynosiła co najmniej 175A wtórnego OCPD (krok 2).
Użyj 2/0 AWG o obciążalności 175A przy 75°C
Uziemienie i łączenie
Zworka łącząca systemu, zwymiarowana zgodnie z Sec. 250.102(C) na podstawie powierzchni przewodów wtórnych, musi być zainstalowana w tym samym miejscu, gdzie przewód uziemiający kończy się do punktu neutralnego transformatora.
Przewód uziemiający musi łączyć punkt neutralny systemu oddzielnie wyprowadzonego z elektrodą uziemiającą typu określonego w Sec. 250.30(A)(4). Rozmiar przewodu uziemiającego należy dobrać zgodnie z Sec. 250.66, w oparciu o powierzchnię nieuziemionego przewodu wtórnego .
Unikanie błędów
Błąd w obliczeniach może mieć tragiczne skutki. Jak więc można zmniejszyć szanse popełnienia błędu w obliczeniach transformatora?
Matematyka nie jest szczególnie trudna, ale jeśli wybierzesz niewłaściwy wzór, Twoje wyniki będą błędne, nawet jeśli matematyka jest prawidłowa. Te cztery proste kroki pomogą Ci upewnić się, że wybrałeś prawidłowy wzór dla danej aplikacji:
1. Dwukrotnie sprawdź wartość znamionową VA.
2. Określ napięcie pierwotne i wtórne oraz czy jest to napięcie jednofazowe czy trójfazowe.
3. Dwukrotnie sprawdź charakterystykę obciążenia i obliczenia.
4. Sprawdź, czy użyłeś prawidłowych wzorów. Oto wskazówka, która pomoże Ci to zrobić bez oczu szklących się nad: Odwołaj się do niewłaściwych formuł. Na przykład, pracujesz w systemie jednofazowym. Spójrz na wzór dla układu 3-fazowego. Czy to jest to, czego użyłeś? Jeśli nie, to świetnie. Przejdź do następnego elementu i zastosuj podobny proces.
Te materiały zostały nam dostarczone przez Mike Holt Enterprises w Leesburg, Fla. Aby obejrzeć materiały szkoleniowe Code oferowane przez tę firmę, odwiedź stronę www.mikeholt.com/code.
