Автотрансформатор срещу изолационен трансформатор: Ръководство за избор за проекти с 480 V и 600 V

 

Автотрансформатор срещу изолационен трансформатор: въпросът, който стои зад половината от заявките ни за размери

Една фирма за монтаж на табла в Тексас ни изпрати през април миналата година еднолинейна схема с един-единствен ред текст над нея: „600 V захранване, 480 V двигателно натоварване, приблизително 400 hp. Наистина ли ни е необходим трансформатор от 500 kVA или ще свърши работа бък-буст?“ Този имейл е цялата автотрансформатор срещу изолационен трансформатор решение, изразено в два изречения. Отговорът зависеше от два факта, като нито един от тях не беше напрежението: колко намотъчна мощност всъщност плаща клиентът и дали инсталацията изисква ново заземено електрическо ограждане.

И двете продукта се произвеждат на една и съща производствена линия в нашата фабрика и и двете напускат фабриката с маркировка UL, когато са предназначени за Северна Америка. Те изпълняват напълно различни функции. Автотрансформаторът споделя една и съща намотка между първичната и вторичната верига, поради което токът на натоварването протича през обща секция от мед. Двунамотковият изолационен трансформатор поддържа двете вериги електрически отделени една от друга и ги свързва помежду си само чрез магнитната верига. Всичко, което следва от тази разлика — от разходи и тегло до загуби, заземяване, хармонично поведение и ток при повреда — произтича именно от нея.

Ето частта, която повечето покупатели пропускат: решението рядко се основава върху промяната на напрежението. Почти всяко устройство може да промени напрежението. Въпросът е какви още функции трябва да изпълнява трансформаторът вътре във вашата електрическа система.

 

Математиката на kVA, която определя повечето спецификации за автотрансформатори

Правилото за оценка е просто и обяснява защо тези устройства са толкова по-малки от алтернативните с две намотки. Намотката трябва да пренася само преобразуваната част от товара: преобразувани кВА = товар в кВА × (1 – Vвторична / Vпървична).

Приложете това към заявката от Тексас. Понижаването от 600 V до 480 V дава 1 – (480 / 600) = 0,20, така че товар от 500 кВА изисква само около 100 кВА намотка на автотрансформатор. Клиентът сравнява 100 кВА автотрансформатор с 500 кВА устройство с две намотки: една пета от медта, приблизително една трета от теглото при нашите стандартни конструкции с открито ядро и много по-малко ядро, където се концентрират повечето загуби при празен ход.

 

 

Две инженерни последици са свързани с тази икономия. Първо, ефективното съпротивление, виждано от повредата, е по-ниско, поради което токът при повреда в 480 V разпределителното табло е по-висок, отколкото би бил зад двуобмотъчен трансформатор с подобна мощност в кВА. Защитното устройство отгоре и прекъсващата способност на разпределителното табло отдолу трябва да се проверят спрямо новата стойност, а не спрямо старата. Второ, изобщо няма галванично разделяне: всички шумове, преходни процеси или хармонични токове, които съществуват от първичната страна, съществуват и от вторичната страна.

 

Когато изолационният трансформатор престава да е опция

Има четири ситуации, при които напълно прекратяваме обсъждането на автотрансформаторния вариант, а това обикновено става ясно още от първата страница на чертежите.

• Създаване на ново заземено електрическо оформление. Ако обхвата изисква нов неутрален проводник или източник 480Y/277 V, захранващ табло 208Y/120 V, трансформаторът трябва да представлява отделно получен системно оформление. Автотрансформатор не може да изпълнява тази функция.
• Токове на нулевата последователност и тройни хармоници. Делта-свързаната първична намотка на двуобмотъчен трансформатор осигурява затворен път за циркулиране на третите, деветите и петнадесетите хармонични токове. Автотрансформаторът няма такава бариера и ги предава направо към източника.
• Двигателни и изправителни натоварвания. Над VFD-овете нормалната спецификация е индивидуален трифазен трансформатор изграден като двуобмотъчен агрегат с делта-свързана първична намотка и електростатичен екран, който улавя общия режим на шум, който автотрансформаторът просто не може да задържи.
• Отчитане на повреди по земя. Схемите за токови трансформатори на нулевата последователност разчитат на галванично прекъсване между първичната и вторичната намотка. Автотрансформаторът не осигурява такова прекъсване, поради което защитата с остатъчен ток и защитата на нулевата последователност трябва да бъде преразработена.

Най-честата грешка, която виждаме, не е грешка в класификацията, а грешка в предположението: използване на автотрансформатор с понижаващо и повишаващо действие за създаване на 120 V за управление или контакти от незаземена или ъглово заземена 480 V система. Напрежението се появява на мултиметъра, затова инсталацията изглежда коректна, но липсва обратен път за изчистване на земната повреда и няма заземен проводник, към който да се отнася напрежението. Тази конфигурация представлява риск за живота и безопасността, и никаква икономия от 15 kVA единица не оправдава този риск. Отказваме такива поръчки и предлагаме вместо тях трансформатор с две намотки.

 

Заземяване на изолационни трансформатори и правилата от нормативните документи, за които купувачите често питат

Въпросът за заземяването е там, където заземяването на изолационния трансформатор решенията всъщност се вземат. Според Националния електротехнически кодекс (NEC) всички трансформатори, освен автотрансформаторите, са отделно производни системи, тъй като първичните веригови проводници нямат директна връзка с вторичните проводници. Следователно вторичната верига изисква собствен системен свързващ джампер, собствен заземяващ електроден проводник и собствен заземяващ електрод според член 250.30. Тъй като автотрансформаторът споделя намотка между двете вериги, той изобщо не е отделно производна система: няма нужда от нов заземяващ електроден проводник за инсталиране, а пътят за свързване на оборудването към източника трябва да остане непокътнат и непрекъснат. Правилото и неговите последици са подробно изложени в това Ръководство на EC&M за заземяване и свързване на отделно производни системи .

Защитата срещу токове на претоварване е второто правило, за което купувачите питат. Автотрансформаторите изискват индивидуална защита срещу токове на претоварване, включена последователно с всеки незаземен входящ проводник според NEC 450.4, което представлява различен модел от правилата за трансформатори с две намотки, с които повечето електротехници работят всеки ден. Стойностно е да се потвърди това върху чертежа преди серийното производство на уредите, тъй като добавянето на такава защита след изграждането на разпределителното табло води до скъп разговор. Източникът е публикуван от NFPA 70, National Electrical Code .

Обхватът на сертифицирането е третият елемент и тук е мястото, където един UL listed transformer supplier трябва да може да отговори, без да проверява. ANSI/UL 1561 обхваща сухи трансформатори за общо предназначение и за електрозахранване с конструкции като повишаващи, понижаващи, изолационни и автотрансформатори, а обхватът му свършва при номинално първично или вторично напрежение над 600 V. Оттук следват две практически последици. Всеки автотрансформатор, купен за система 480 V или 600 V, трябва да е сертифициран според UL 1561, а доставчик, който описва единичен трансформатор 13,8 kV като сертифициран според UL 1561, има проблем с документацията си. Поискайте номера на стандарта и класа напрежение, а не само логото. Обхватът е публикуван в UL Standards and Engagement store .

 

Автотрансформатор срещу изолационен трансформатор – сравнение странично

Точка за вземане на решение	Автотрансформатор	Изолационен (двувитлов)
Трансформирана kVA, товар 500 kVA, 600 до 480 V	Около 100 kVA	500 КВА
Монтажна тежест и заемана площ на пода	Ниска	Високо
Загуби при празен ход	По-ниска (по-малък феромагнитен сърцевина)	По-високо
Отделно производена електрическа система според NEC 250.30	No	Да
Триплени хармоници / нулеви последователности	Преминава през	Блокиран от делта-първичен трансформатор
Ослабване на шума в общия режим	Никой	Да, с електростатичен екран
Ограничаване на тока при повреда	Минимално	Задава се чрез посочения процент Z
Типична употреба	600/480 V или 208/240 V съвпадане в една заземена система	Ново разпределение, задвижващи натоварвания, хармонични натоварвания, получаване на неутрален проводник

Нашето собствено работно правило е кратко. Ако отговорът на въпроса „има ли това натоварване нужда от нова заземена система или бариера срещу хармонични и токове в общия режим?“ е „не“, а съотношението на напреженията е умерено, автотрансформаторът обикновено печели по общата инсталирана стойност. Ако поне един от отговорите е „да“, двойно-навитият трансформатор е единственият съответстващ избор, а автотрансформатор срещу изолационен трансформатор сравнението свършва там.

 

Какво проверяваме преди изпращането на всяка от двете конструкции

Рутинното тестване е еднакво за двете конструкции и именно там поръчката се превръща или в трансформатор, или в боклук: съотношение и полярност, съпротивление на намотките, приложено напрежение и индуциран потенциал, загуби при празен ход и загуби при натоварване, измерени спрямо изчисленията, и повишаване на температурата на пробна основа. За единиците с леяна смола добавяме измерване на частични разряди и поддържаме резултата под границата, уговорена на етапа на поръчката, тъй като чистото показание в завода е гаранция, която избягва неприятни разговори през третата година.

Ryan Electric произвежда и двата типа в завод с площ 120 000 квадратни метра, оборудван с над 180 комплекта производствено и изпитателно оборудване и с 37 патента в групата, сертифициран според UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS и CE. От 2023 г. работим и като официален съвместен предприемачески партньор на Eaton, затова документацията от рутинните изпитания има един и същ формат както за бък-буст трансформатор с мощност 15 kVA, така и за маслено-потопен трансформатор с мощност 5 MVA. Като UL listed transformer supplier за проекти в Северна Америка за електроснабдяване, центрове за обработка на данни и промишлени обекти доставяме трансформатори с наземно монтиране, сухи типове и маслени трансформатори с маркировки, които местният инспектор очаква на табелката за данни – независимо дали поръчката е за стандартен разпределителен трансформатор или за индивидуален трифазен трансформатор изработен с необичайно предавателно отношение.

Един детайл от проекта в Тексас заслужава внимание. Автотрансформаторът, който предложихме, имаше номинална мощност 100 kVA, но корпусът все пак изискваше кабелни входове за клас 480 V и неутрална шина за фидерите към панела. Един трансформатор, който изглежда най-евтин в оферта, не е задължително най-евтиният за монтаж, докато детайлите на завършването не са правилно начертани – а това е въпрос на чертеж, а не на цена.

 

Изпратете еднолинейната схема и ние ще определим размерите на и двете възможности

Ние отговаряме на имейли за размери със сравнение, а не с една-единствена цена. Изпратете диаграмата в един ред заедно с източниковото напрежение и начинът на заземяване, натоварването в кВА и мощното в конски сили на двигателя, каквито и да е товари от инвертори или изправители, наличния ток при късо съединение в електрическата инсталация и температурата на околната среда на обекта. Ще Ви предоставим и двата варианта – с автотрансформатор и с два навивки, като за всеки ще посочим номиналната мощност на навивките в кВА, процента на вътрешното съпротивление (%Z), класа на корпуса и стандарта за сертифициране, под който ще бъде включен.

Ако проектът е индивидуален трифазен трансформатор с необичайно предавателно отношение, нестандартен корпус или специфичен обхват на изпитанията, нашите инженери потвърждават конфигурацията на навивките, преди да бъде издаден чертеж. Заявете оферта или изпратете диаграмата до нашия отдел за продажби и инженерни услуги и ние ще Ви кажем коя от двете конструкции действително е необходима за Вашата инсталация.

За автора: Това ръководство е подготвено от екипа по продажби и инженерни услуги на Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd., който е проектирал, извършил типови изпитания и доставил сухи, маслени и наземни трансформатори за проекти в центрове за обработка на данни, електроенергийни и индустриални проекти в Северна Америка, Близкия изток и Югоизточна Азия. За помощ при избора на автотрансформатори и разделителни трансформатори или за преглед на еднолинейна схема, свържете се с нашия инженерен отдел чрез формуляра за запитване на сайта.