En transformator överför elektrisk energi (effekt) från ett system till ett annat genom induktion, utan någon fysisk förbindelse mellan de två systemen (förutom jord- och bindningsförbindelser). National Electrical Code (NEC) hänvisar därför till transformatorer som ”separat härledda system”.
De flesta transformatorer höjer eller sänker spänningen, men det gör inte isoleringstransformatorer; de frikopplar helt enkelt primärlindningen från sekundärlindningen.
Några grunder
Transformatorlindningen som är ansluten till spänningskällan är ”primär”. Transformatorlindningen som är ansluten till lasten är ”sekundärlindningen.”
Den spänning som kan induceras i sekundärlindningen från det primära magnetfältet är en funktion av antalet sekundära ledarslingor (varv) som skärs av det primära elektromagnetiska fältet. Spänningen på primärsidan är den ”primära linjespänningen” medan spänningen på sekundärsidan är den ”sekundära linjespänningen”.
Transformatorer har en märkspänning i kilovolt-ampere (kVA), där 1 kVA = 1 000 volt-ampere (VA).
Delta- och Wye-transformatorer
Delta-anslutna transformatorer har tre lindningar som är anslutna ända fram och tillbaka. Ledningsledarna ansluts till varje punkt där två lindningar möts. Detta system kallas ”Delta” eftersom det när det ritas ut ser ut som en triangel (den grekiska symbolen Delta för bokstaven D). För en delta/delta-transformator är både primär- och sekundärlindningarna deltakopplade (fig. 1).
Fig. 1. Delta-anslutna transformatorer har tre lindningar som är anslutna ända mot varandra.
När du arbetar med deltatransformatorer får du inte glömma bort det ”höga benet” (se sidobladet nedan).
Wye-anslutna transformatorer har en ledning från var och en av de tre lindningarna som är ansluten till en gemensam punkt. De andra ledningarna från var och en av lindningarna ansluts till linjeledarna. En wye-konfigurerad sekundär är ofta representerad med ett Y-format arrangemang av lindningarna (fig. 2)
Fig. 2. Wye-anslutna transformatorer har en ledning från var och en av tre lindningar ansluten till en gemensam punkt.
Ledningsströmmar
Du kan beräkna ledningsströmmen för en transformator genom att använda den lämpliga formeln för enfasiga eller trefasiga system:
En enfasig: I = VA ÷ E
3-fas: I = VA ÷ (E × 1,732)
Överströmsskydd
För att skydda en transformators lindningar mot överström ska man använda de procentsatser som anges i tabell 450.3(B) och dess tillämpliga anmärkningar.
Sektion 450.3(B) omfattar skyddet av transformatorlindningarna, inte ledarna som försörjer eller lämnar transformatorn.
För strömmar på 9A eller mer gäller sektion 450.3(B), anmärkning 1. Om 125 % av den primära strömmen inte motsvarar en standard säkring eller icke justerbar brytare, kan du använda nästa högre klassning av överströmsskyddsanordning (OCPD), enligt listan i sektion 240.6(A).
Primärt överströmsskydd, mindre än 9A exempel
Fråga: Vad är den maximala primära OCPD-värderingen för en 2 kVA kontinuerligt belastad, enfasig 240V-transformator?
Primärström = (transformatorns VA-värdering) ÷ (primärspänning)
Primärström = 2 000VA ÷ 240V
Primärström = 8.33A
Primärskydd = (Primärström) × (Tabell 450.3(B) Procentuell andel)
Primärskydd = 8,33A × 167%
Primärskydd = 13,92A
Primärt överströmsskydd större än 9A exempel
Fråga: Vad är det maximala primära OCPD-värdet för en 45 kVA kontinuerligt belastad, trefasig 480V-transformator (fig. 3)
Fig. 3. Så här beräknas OCPD-värdet för en transformator när primärströmmen är mindre än 9A.
Primärström = Transformatorns VA-värde ÷ (Primärspänning × 1,732)
Primärström = 45 000VA ÷ (480V × 1.732)
Primärström = 54A
Primärskydd = (Primärström) × (Tabell 450.3(B) Procentuell andel)
Primärskydd = 54A × 125%
Primärskydd = 68A
Därmed ska du använda en 70A OCPD i denna situation.
Dimensionering av primära ledare
Dimensionera de primära ledarna till minst 125 % av de kontinuerliga lasterna, plus 100 % av de icke-kontinuerliga lasterna, baserat på terminalernas nominella amperaförmått enligt tabell 310.15(B)(16), före varje justering av amperaförmågan .
Skydda ledarna mot överström enligt deras amperaförmåga efter amperaförmågejustering, enligt specifikationerna i sektion 310.15 . Du kan använda den närmast högre standardkänneteckningen för OCPD (över strömningskapaciteten för de ledare som skyddas) om OCPD-känneteckningen inte överstiger 800 A .
Exempel på dimensionering av primära ledare
Fråga: Vilken storlek på primärledaren kan användas för en 45 kVA kontinuerligt belastad, 3-fas, 480V transformator, där den primära OCPD:n är dimensionerad till 70A?
Steg 1: Dimensionera den primära ledaren till 125 % av den nominella primärströmmen.
I = 45 000VA ÷ (480V × 1,732) = 54A
54A × 1,25 = 68A
En 4 AWG-ledare är dimensionerad till 70A vid 60°C .
Steg 2: Kontrollera att ledarna är skyddade enligt deras strömstyrka.
En 4 AWG-ledare som är dimensionerad för 70A vid 60°C kan skyddas av en 70A primär OCPD.
Dimensionering av sekundärledare
Sekundärledarens strömstyrka måste minst vara lika med strömstyrkan för den anordning som försörjs av sekundärledarna eller OCPD:n vid sekundärledarnas slutstation . Anta att sekundärledarna kommer att bära transformatorns fulla kapacitet kontinuerligt.
Steg 1: Bestäm dimensioneringen av den anordning som försörjs av sekundärledarna vid 125 % av sekundärkapaciteten .
Steg 2: Dimensionera sekundärledarna så att de har en amperacitetskapaciteten som är minst lika stor som den anordningskapacitetskapaciteten som försörjs av sekundärledarna .
Exempel på dimensionering av sekundärledare Frågan: Hur ska du dimensionera en sekundärledare? Vilken storlek på sekundärledaren kan användas för en 45 kVA kontinuerligt belastad, 3-fasig, 480V-120/208V-transformator?
Steg 1: Bestäm den sekundära strömstyrkan.
Sekundärström = Transformatorns VA ÷ (Sekundärspänning × 1,732)
I = 45 000VA ÷ (208V × 1,732)
I = 125A
Steg 2: Dimensionera den sekundära OCPD:n för kontinuerlig belastning (125 % av den sekundära strömstyrkan) .
125A × 1,25 = 156A
Använd alltså en 175A OCPD i denna situation .
Steg 3: Dimensionera den sekundära ledaren så att den har en strömstyrka på minst 175A sekundär OCPD (steg 2) .
Använd en 2/0 AWG som är dimensionerad för 175A vid 75°C
Jordning och bonding
En systembonding jumper, dimensionerad enligt Sec. 250.102(C) baserat på de sekundära ledarnas area , måste installeras på samma plats där jordelektrodledaren slutar till neutralpunkten på en transformator .
En jordelektrodledare måste ansluta neutralpunkten i ett separat härlett system till en jordelektrod av en typ som anges i Sec. 250.30(A)(4). Dimensionera jordelektrodledaren enligt Sec. 250.66, baserat på arean av den ojordade sekundärledaren .
Undervikelse av fel
Ett beräkningsfel kan få tragiska konsekvenser. Så hur kan du minska risken för fel i dina transformatorberäkningar?
Matematiken är inte särskilt utmanande, men om du väljer fel formel kommer dina resultat att bli fel även om matematiken är korrekt. Dessa fyra enkla steg hjälper dig att se till att du väljer rätt formel för en viss tillämpning:
1. Dubbelkontrollera VA-värdet.
2. Identifiera de primära och sekundära spänningarna och om de är enfasiga eller trefasiga.
3. Dubbelkontrollera din belastningskaraktärisering och dina beräkningar.
4. Kontrollera att du har använt rätt formler. Här är ett tips som hjälper dig att göra det utan att ögonen blir glasartade: Hänvisa till fel formler. Du arbetar till exempel i ett enfasigt system. Titta på formeln för ett 3-fasigt system. Är det den du använde? Om inte, bra. Gå vidare till nästa punkt och använd en liknande process.
Detta material har tillhandahållits av Mike Holt Enterprises i Leesburg, Fla. Om du vill se utbildningsmaterial om kod som erbjuds av detta företag kan du besöka www.mikeholt.com/code.
