Αυτομετασχηματιστής έναντι μετασχηματιστή απομόνωσης: Οδηγός επιλογής για έργα 480 V και 600 V

 

Αυτομετασχηματιστής έναντι μετασχηματιστή απομόνωσης: Το ερώτημα που βρίσκεται πίσω από το μισό των email μας για διαστασιολόγηση

Ένα εργαστήριο πίνακα στο Τέξας μας έστειλε ένα διαγραμματικό σχέδιο τον περασμένο Απρίλιο με μία μόνο γραμμή κειμένου πάνω του: «Παροχή 600 V, φορτίο κινητήρα 480 V, περίπου 400 hp. Χρειαζόμαστε πραγματικά μετασχηματιστή 500 kVA, ή αρκεί ένας μετασχηματιστής υποβιβασμού-ανύψωσης;» Αυτό το email είναι ολόκληρο αυτομετασχηματιστής έναντι μετασχηματιστή απομόνωσης η απόφαση σε δύο προτάσεις. Η απάντηση εξαρτήθηκε από δύο γεγονότα, και κανένα από τα δύο δεν ήταν ο λόγος τάσης: πόση ισχύς τύλιγματος πλήρωνε πραγματικά ο πελάτης, και εάν η εγκατάσταση χρειαζόταν ένα νέο γειωμένο σύστημα.

Και τα δύο προϊόντα παράγονται στην ίδια γραμμή στο εργοστάσιό μας και και τα δύο εξέρχονται με σήμα UL όταν κατασκευάζονται για τη Βόρεια Αμερική. Εκτελούν εντελώς διαφορετικές λειτουργίες. Ένας αυτομετασχηματιστής μοιράζεται ένα μοναδικό τύλιγμα μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος, οπότε το ρεύμα φορτίου διαρρέει μια κοινή τμήμα του χαλκού. Ένας μετασχηματιστής απομόνωσης με δύο τυλίγματα διατηρεί τα δύο κυκλώματα ηλεκτρικά απομονωμένα και τα συνδέει μόνο μέσω του μαγνητικού κυκλώματος. Όλα όσα ακολουθούν από αυτήν τη διαφορά — από το κόστος και το βάρος μέχρι τις απώλειες, τη γείωση, τη συμπεριφορά σε αρμονικές και το ρεύμα βραχυκυκλώματος — προκύπτουν από αυτήν.

Εδώ είναι το σημείο που παραβλέπεται από τους περισσότερους αγοραστές: η απόφαση σπάνια αφορά την αλλαγή τάσης. Σχεδόν κάθε συσκευή μπορεί να αλλάξει τάση. Αφορά αντίθετα το τι άλλο πρέπει να κάνει ο μετασχηματιστής μέσα στο ηλεκτρικό σας σύστημα.

 

Οι υπολογισμοί kVA που καθορίζουν τις περισσότερες προδιαγραφές αυτομετασχηματιστών

Ο κανόνας βαθμολόγησης είναι απλός και εξηγεί γιατί αυτές οι μονάδες είναι πολύ μικρότερες από την εναλλακτική λύση με δύο τυλίγματα. Το τύλιγμα πρέπει να μεταφέρει μόνο το μετασχηματισμένο μέρος του φορτίου: μετασχηματισμένα kVA = φορτίο kVA × (1 − Vδευτερεύον / Vπρωτεύον).

Εφαρμόστε αυτό στο τεχνικό αίτημα του Τέξας. Η μείωση της τάσης από 600 V σε 480 V δίνει 1 − (480 / 600) = 0,20, οπότε ένα φορτίο 500 kVA απαιτεί μόνο περίπου 100 kVA στο τύλιγμα αυτομετασχηματιστή. Ο πελάτης συγκρίνει έναν αυτομετασχηματιστή 100 kVA με μία μονάδα δύο τυλιγμάτων 500 kVA: ένα πέμπτο του χαλκού, περίπου ένα τρίτο του βάρους στα τυπικά μας σχέδια με ανοιχτό πυρήνα και πολύ μικρότερο πυρήνα, όπου βρίσκεται η μεγαλύτερη μερίδα των απωλειών χωρίς φορτίο.

 

 

Δύο μηχανικές συνέπειες συνοδεύουν αυτήν την εξοικονόμηση. Πρώτον, η αποτελεσματική αντίσταση που «βλέπει» ένα βραχυκύκλωμα είναι χαμηλότερη, οπότε το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος στον πίνακα 480 V είναι υψηλότερο από ό,τι θα ήταν πίσω από μια διπλής τύλιξης μονάδα παρόμοιας ισχύος σε kVA. Την ανωτέρω προστατευτική συσκευή και την ικανότητα διακοπής του κατωτέρου πίνακα πρέπει να τις ελέγξουμε με βάση το νέο, όχι το παλιό, αριθμό. Δεύτερον, δεν υπάρχει καθόλου γαλβανικός διαχωρισμός: οποιοσδήποτε θόρυβος, ταλαντώσεις ή αρμονικό ρεύμα υπάρχει στην πρωτεύουσα πλευρά, υπάρχει επίσης και στη δευτερεύουσα πλευρά.

 

Πότε ένας μετασχηματιστής απομόνωσης σταματά να είναι προαιρετικός

Υπάρχουν τέσσερις καταστάσεις όπου σταματάμε εντελώς να συζητάμε την επιλογή του αυτομετασχηματιστή, και συνήθως είναι προφανές από την πρώτη σελίδα του συνόλου των σχεδίων.

• Εξαγωγή ενός νέου γειωμένου συστήματος. Εάν το πεδίο εφαρμογής απαιτεί ένα νέο ουδέτερο αγωγό ή μια πηγή 480Y/277 V που τροφοδοτεί έναν πίνακα 208Y/120 V, ο μετασχηματιστής πρέπει να είναι ξεχωριστά παραγόμενο σύστημα. Ένας αυτομετασχηματιστής δεν μπορεί να είναι τέτοιο.
• Ρεύμα μηδενικής σειράς και τριπλών αρμονικών. Ένας μετασχηματιστής δύο τυλιγμάτων με πρωτεύον τύλιγμα σε δέλτα παρέχει κλειστό κύκλωμα για την κυκλοφορία των τρίτων, ένατων και δεκάτων πέμπτων αρμονικών ρευμάτων. Ένας αυτομετασχηματιστής δεν παρέχει τέτοιο εμπόδιο και τα διοχετεύει απευθείας προς την πηγή.
• Φορτία κίνησης και ανόρθωσης. Στο προηγούμενο στάδιο των μετατροπέων συχνότητας (VFDs), η συνήθης προδιαγραφή είναι ένας προσαρμοσμένη τριφασική μετασχηματιστική μονάδα κατασκευασμένος ως μονάδα δύο τυλιγμάτων με πρωτεύον τύλιγμα σε δέλτα και ηλεκτροστατική θωράκιση, η οποία απορροφά τον κοινό-τρόπου θόρυβο που ένας αυτομετασχηματιστής απλώς δεν μπορεί να απορροφήσει.
• Ανίχνευση βραχυκυκλώματος προς γη. Τα σχήματα με ρευματοδότες μηδενικής σειράς (CT) βασίζονται σε γαλβανικό διαχωρισμό μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος. Ένας αυτομετασχηματιστής δεν παρέχει τέτοιο διαχωρισμό, επομένως η προστασία κατάλοιπου ρεύματος και μηδενικής σειράς πρέπει να ανασχεδιαστεί.

Το σφάλμα που συναντάμε συχνότερα δεν είναι σφάλμα κατάταξης, αλλά σφάλμα υπόθεσης: η χρήση αυτομετασχηματιστή buck-boost για τη δημιουργία 120 V για ελεγκτική ισχύ ή πρίζες από μη γειωμένο ή γειωμένο σε γωνία σύστημα 480 V. Η τάση εμφανίζεται στο πολύμετρο, οπότε η εγκατάσταση φαίνεται σωστή, αλλά δεν υπάρχει διαδρομή επιστροφής για την εξάλειψη βραχυκυκλώματος προς τη γη ούτε γειωμένος αγωγός για αναφορά. Αυτή η διαμόρφωση αποτελεί πρόβλημα ασφάλειας ζωής, και καμία εξοικονόμηση σε μονάδα 15 kVA δεν αξίζει τον κίνδυνο. Απορρίπτουμε αυτές τις παραγγελίες και αποστέλλουμε αντί αυτού πρόταση με μετασχηματιστή δύο τυλιγμάτων.

 

Γείωση μετασχηματιστή απομόνωσης και κανονισμοί του Κώδικα που ερωτούν οι αγοραστές

Η ερώτηση για τη γείωση είναι εκεί όπου η γείωση μετασχηματιστή απομόνωσης λήψη αποφάσεων πραγματοποιείται πραγματικά. Σύμφωνα με το NEC, όλοι οι μετασχηματιστές εκτός από τους αυτομετασχηματιστές αποτελούν ξεχωριστά παράγωγα συστήματα, διότι οι αγωγοί του πρωτεύοντος κυκλώματος δεν έχουν άμεση σύνδεση με τους αγωγούς του δευτερεύοντος κυκλώματος. Ως εκ τούτου, το δευτερεύον κύκλωμα απαιτεί δικό του σύρμα σύνδεσης συστήματος, δικό του αγωγό γείωσης ηλεκτροδίου και δικό του ηλεκτρόδιο γείωσης σύμφωνα με το άρθρο 250.30. Επειδή ο αυτομετασχηματιστής κοινοποιεί μία περιέλιξη μεταξύ των δύο κυκλωμάτων, δεν αποτελεί καθόλου ξεχωριστό παράγωγο σύστημα: δεν υπάρχει νέος αγωγός γείωσης ηλεκτροδίου που πρέπει να εγκατασταθεί, και η διαδρομή σύνδεσης εξοπλισμού προς την πηγή πρέπει να παραμείνει ανέπαφη και συνεχής. Ο κανόνας και οι συνέπειές του περιγράφονται λεπτομερώς σε αυτό Τον οδηγό EC&M για τη γείωση και τη σύνδεση ξεχωριστών παράγωγων συστημάτων .

Η προστασία από υπερένταση είναι ο δεύτερος κανόνας για τον οποίο ρωτούν οι αγοραστές. Οι αυτομετασχηματιστές απαιτούν ατομική προστασία από υπερένταση σε σειρά με κάθε μη γειωμένο εισερχόμενο αγωγό, σύμφωνα με το NEC 450.4, πράγμα που αποτελεί διαφορετικό μοτίβο από τους κανόνες για μετασχηματιστές με δύο τυλίγματα, με τους οποίους συνηθίζουν να εργάζονται καθημερινά οι περισσότεροι ηλεκτρολόγοι σχεδιαστές. Αξίζει να επιβεβαιωθεί στο σχέδιο πριν από την έκδοση των μονάδων για παραγωγή, διότι η επαναπροσαρμογή της προστασίας μετά την κατασκευή της ηλεκτρικής εγκατάστασης αποτελεί μια ακριβή συζήτηση. Το αναφερόμενο κείμενο δημοσιεύεται από το NFPA 70, National Electrical Code .

Το εύρος πιστοποίησης είναι το τρίτο στοιχείο και είναι εκείνο όπου ένα UL listed transformer supplier θα έπρεπε να μπορεί να απαντήσει χωρίς να ελέγξει. Το πρότυπο ANSI/UL 1561 καλύπτει ξηρούς τύπους γενικής χρήσης και ισχύος μετασχηματιστές, σε κατασκευές ανόδου, καθόδου, μονωτικού και αυτομετασχηματιστή, και η εφαρμογή του σταματά σε ονομαστική πρωτεύουσα ή δευτερεύουσα ισχύ πάνω από 600 V. Απορρέουν δύο πρακτικές συνέπειες. Κάθε αυτομετασχηματιστής που αγοράζεται για σύστημα 480 V ή 600 V θα πρέπει να είναι εγκεκριμένος σύμφωνα με το UL 1561, ενώ ένας προμηθευτής που περιγράφει μονάδα 13,8 kV ως εγκεκριμένη σύμφωνα με το UL 1561 αντιμετωπίζει πρόβλημα τεκμηρίωσης. Ζητήστε τον αριθμό του προτύπου και την τάξη τάσης, όχι απλώς ένα λογότυπο. Το πεδίο εφαρμογής δημοσιεύεται στο Κατάστημα UL Standards and Engagement .

 

Αυτομετασχηματιστής έναντι μετασχηματιστή απομόνωσης, πλάι-πλάι

Σημείο Απόφασης	ΑΥΤΟΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ	Απομόνωση (δύο τυλίγματα)
Μετασχηματισμένη kVA, φορτίο 500 kVA, 600 σε 480 V	Περίπου 100 kVA	500 KVA
Εγκατεστημένο βάρος και επιφάνεια δαπέδου	Χαμηλή	Υψηλό
Απώλεια Χωρίς Φορτίο	Χαμηλότερο (μικρότερος πυρήνας)	Υψηλότερο
Ξεχωριστό παραγόμενο σύστημα σύμφωνα με το NEC 250.30	No	Ναι
Διαδρομή τριπλών αρμονικών / μηδενικής σειράς	Διέρχεται	Μπλοκάρεται από έναν πρωτεύοντα μετασχηματιστή δέλτα
Απόσβεση θορύβου κοινής λειτουργίας	Κανένα	Ναι, με ηλεκτροστατικό θώρακα
Περιορισμός ρεύματος βραχυκυκλώματος	Ελάχιστες	Καθορίζεται από το καθορισμένο %Z
Τυπική Χρήση	600/480 V ή 208/240 V ταίριασμα σε ένα γειωμένο σύστημα	Νέα διανομή, φορτία κινητήρων, φορτία αρμονικών, παραγωγή ουδέτερου

Η δική μας εσωτερική κανονιστική πρακτική είναι σύντομη. Αν η απάντηση στην ερώτηση «χρειάζεται αυτό το φορτίο ένα νέο γειωμένο σύστημα ή ένα εμπόδιο κατά των αρμονικών και των ρευμάτων κοινής λειτουργίας;» είναι «όχι» και ο λόγος τάσης είναι μέτριος, ο αυτομετασχηματιστής συνήθως επικρατεί ως προς το συνολικό κόστος εγκατάστασης. Αν η απάντηση σε οποιαδήποτε από τις δύο ερωτήσεις είναι «ναι», η διπλής περιέλιξης μονάδα είναι η μοναδική συμμορφούμενη επιλογή και η αυτομετασχηματιστής έναντι μετασχηματιστή απομόνωσης σύγκριση τελειώνει εκεί.

 

Τι ελέγχουμε πριν από την αποστολή οποιασδήποτε κατασκευής

Οι τακτικοί έλεγχοι είναι πανομοιότυποι για και τις δύο κατασκευές και αποτελούν το σημείο όπου μια παραγγελία είτε μετατρέπεται σε μετασχηματιστή είτε καταλήγει σε απόβλητο: λόγος και πολικότητα, αντίσταση τυλιγμάτων, εφαρμοζόμενη τάση και επαγόμενο δυναμικό, απώλειες χωρίς φορτίο και απώλειες υπό φορτίο, μετρούμενες σε σύγκριση με τις υπολογισθείσες τιμές, καθώς και αύξηση της θερμοκρασίας με βάση δείγμα. Για τις μονάδες με ρητίνη χύτευσης προσθέτουμε μέτρηση μερικής εκκένωσης και διατηρούμε το αποτέλεσμα κάτω από το όριο που συμφωνήθηκε κατά τη φάση της παραγγελίας, διότι μια καθαρή μέτρηση στο εργοστάσιο αποτρέπει μια συζήτηση εγγύησης τρία χρόνια αργότερα.

Η Ryan Electric κατασκευάζει και τους δύο τύπους σε εργοστάσιο εμβαδού 120.000 τετραγωνικών μέτρων, με πάνω από 180 σύνολα εξοπλισμού παραγωγής και δοκιμών και 37 διπλώματα ευρεσιτεχνίας στην ομάδα, υπό πιστοποίηση UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS και CE. Από το 2023 λειτουργούμε επίσης ως επίσημος εταίρος κοινής επιχείρησης της Eaton, γι’ αυτό και τα έγγραφα των τακτικών δοκιμών έχουν την ίδια μορφή για έναν μετασχηματιστή buck-boost 15 kVA και για έναν μετασχηματιστή εμβυθισμένο σε λάδι 5 MVA. Ως UL listed transformer supplier για βορειοαμερικανικά έργα χρήσης, κέντρων δεδομένων και βιομηχανικά έργα, διαθέτουμε μονάδες τύπου pad-mounted, ξηρού τύπου και εμβυθισμένες σε λάδι, με τις σήμανσεις που αναμένει ο τοπικός επιθεωρητής στην πινακίδα, είτε πρόκειται για τυποποιημένη μονάδα διανομής είτε για προσαρμοσμένη τριφασική μετασχηματιστική μονάδα κατασκευασμένη με μη συνηθισμένο λόγο.

Ένα στοιχείο από το έργο του Τέξας αξίζει να μεταδοθεί. Ο αυτομετασχηματιστής που προτείναμε είχε ονομαστική ισχύ 100 kVA, αλλά η θήκη χρειαζόταν εξακολούθηση καλωδίων κλάσης 480 V και ράβδο μηδενικού για τους θαλάμους τροφοδοσίας. Μια μονάδα που φαίνεται φθηνότερη στη γραμμή της προσφοράς δεν είναι αναγκαστικά η φθηνότερη για εγκατάσταση, μέχρις ότου το σχέδιο των ακραίων συνδέσεων είναι σωστά εκπονημένο· και αυτό είναι ένα ερώτημα σχεδίασης, όχι ερώτημα τιμής.

 

Αποστείλετε το Διαγράμματα Μονογραμμικής Σύνδεσης και θα υπολογίσουμε τις διαστάσεις και για τις δύο επιλογές

Απαντούμε στα email για τη διάσταση με μία σύγκριση αντί για ένα μοναδικό τιμή. Στείλτε το διάγραμμα σε μία γραμμή με την τάση πηγής και τη διάταξη γείωσης, τη φορτίο σε kVA και την ισχύ του κινητήρα σε ίππους, οποιοδήποτε φορτίο αντιστροφέα ή ανορθωτή, το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος στην παροχή και την περιβάλλουσα θερμοκρασία του χώρου. Θα σας επιστρέψουμε και τις δύο επιλογές: της αυτομετασχηματιστικής και της διπλής περιέλιξης, καθεμία με την κατάλληλη ισχύ περιέλιξης σε kVA, την %Z, την κλάση περίβληματος και το πρότυπο πιστοποίησης υπό το οποίο θα εγγραφεί.

Εάν το έργο είναι ένα προσαρμοσμένη τριφασική μετασχηματιστική μονάδα με μη συνηθισμένο λόγο, μη τυποποιημένο περίβλημα ή συγκεκριμένο εύρος δοκιμών, οι μηχανικοί μας επιβεβαιώνουν τη διάταξη των περιελίξεων προτού εκδοθεί το σχέδιο. Ζητήστε προσφορά ή στείλτε το διάγραμμα στο τμήμα μηχανικής πωλήσεων και θα σας ενημερώσουμε ποια από τις δύο κατασκευές απαιτείται πραγματικά για την εγκατάστασή σας.

Σχετικά με τον Συγγραφέα: Αυτός ο οδηγός ετοιμάστηκε από την ομάδα μηχανικών πωλήσεων της Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd., η οποία έχει σχεδιάσει, υποβάλει σε δοκιμές τύπου και παραδώσει μετασχηματιστές ξηρού τύπου, εμβυθισμένους σε λάδι και επί της βάσης για έργα κέντρων δεδομένων, ηλεκτρικών δικτύων και βιομηχανικά έργα σε Βόρεια Αμερική, Μέση Ανατολή και Νοτιοανατολική Ασία. Για βοήθεια στην επιλογή αυτομετασχηματιστών και μετασχηματιστών απομόνωσης ή για αξιολόγηση ενός διαγράμματος μονογραμμικού κυκλώματος, επικοινωνήστε με το τμήμα μηχανικής μας μέσω της φόρμας ερωτημάτων του ιστότοπου.