Transformatory odgrywają kluczową rolę w systemach dystrybucji energii elektrycznej, podwyższając lub obniżając napięcie w celu spełnienia wymagań różnych zastosowań. Aby zapewnić bezpieczną i niezawodną pracę transformatorów, Narodowy Kodeks Elektryczny (NEC) określa szczegółowe wymagania dotyczące ich ochrony, odłączania, uziemiania, wentylacji i oznakowania. Niniejszy artykuł przedstawia kompleksowy przegląd przepisów NEC dotyczących ochrony transformatorów, w tym zabezpieczeń nadprądowych, rozłączania, uziemienia, wentylacji i oznaczeń na tabliczkach znamionowych.

Zabezpieczenie nadprądowe transformatorów (NEC 450.3)

Podstawowe zabezpieczenie nadprądowe

Podstawowe zabezpieczenie nadprądowe jest wymagane dla transformatorów o napięciu pierwotnym 1,000 V lub mniejszym, chyba że transformator spełnia jeden z wyjątków wymienionych w NEC 450.3(A). Podstawowe zabezpieczenie nadprądowe (OCPD) musi być znamionowe lub nastawione na nie więcej niż 125% znamionowego prądu pierwotnego transformatora. W przypadku transformatorów z wieloma uzwojeniami pierwotnymi, każde uzwojenie musi mieć własne zabezpieczenie OCPD.

Zabezpieczenie nadprądowe wtórne

Wtórne zabezpieczenie nadprądowe jest wymagane dla transformatorów o napięciu wtórnym 1,000 V lub mniejszym, chyba że transformator spełnia jeden z wyjątków wymienionych w NEC 450.3(B). Wtórne zabezpieczenie nadprądowe (OCPD) musi być znamionowe lub nastawione na nie więcej niż 125% znamionowego prądu wtórnego transformatora. W przypadkach, gdy znamionowy prąd wtórny jest mniejszy niż 9 amperów, zabezpieczenie nadprądowe (OCPD) może być znamionowe lub nastawione na nie więcej niż 167% znamionowego prądu wtórnego transformatora.

Wyjątki i przypadki szczególne

Norma NEC 450.3 przewiduje kilka wyjątków od wymagań dotyczących pierwotnego i wtórnego zabezpieczenia nadprądowego. Wyjątki te dotyczą określonych konfiguracji transformatorów, takich jak autotransformatory, oraz transformatorów o specyficznych parametrach, takich jak transformatory o wysokiej impedancji lub stosowane w obwodach sterowania silnikami. Należy dokładnie zapoznać się z normami NEC 450.3(A) i (B), aby ustalić, czy transformator spełnia którykolwiek z wyjątków.

Urządzenia do odłączania transformatorów (NEC 450.14)

Lokalizacja środków odłączających

Urządzenie odłączające transformator musi być umieszczone w miejscu widocznym dla transformatora lub w miejscu oddalonym. W przypadku umieszczenia w miejscu oddalonym, urządzenie odłączające musi być blokowane zgodnie z normą NEC 110.25.

Wymagania dotyczące dostępności

Urządzenia odłączające transformator muszą być łatwo dostępne i nie mogą być umieszczone wyżej niż 6.5 stopy (2.0 m) nad podłogą lub platformą roboczą, chyba że zachodzi jeden z wyjątków wymienionych w NEC 450.14(A).

Oznaczenia trwałe

Urządzenia odłączające transformator muszą być trwale oznakowane, wskazując transformator, którym sterują. Oznaczenia muszą być dobrze widoczne i zawierać następujące informacje:

• Identyfikacja transformatora (np. „Transformator T1”)
• Napięcie i prąd znamionowy transformatora
• Lokalizacja transformatora (jeśli nie jest widoczny w miejscu odłączenia)

Uziemienie transformatora (NEC 450.10)

Uziemienie obudów transformatorów

Obudowy transformatorów muszą być uziemione zgodnie z normą NEC 250.4, która określa ogólne wymagania dotyczące uziemienia i połączeń wyrównawczych. Przewód uziemiający musi mieć wymiary zgodne z normą NEC 250.66 i musi być podłączony do obudowy transformatora za pomocą wymienionego zacisku uziemiającego lub szyny uziemiającej.

Uziemienie obwodów wtórnych transformatora

Obwody wtórne transformatora muszą być uziemione zgodnie z normami NEC 250.20 i 250.30. Metoda uziemienia zależy od napięcia wtórnego transformatora oraz rodzaju instalacji elektrycznej (np. układ z oddzielnymi obwodami lub układ z oddzielnymi obwodami). Zasadniczo przewód uziemiający musi mieć wymiary zgodne z normą NEC 250.66 i musi być podłączony do obwodu wtórnego za pomocą wymienionego zacisku uziemiającego lub szyny.

Wentylacja i chłodzenie transformatorów (NEC 450.9)

Wymagania dotyczące wentylacji w komorach transformatorowych

Komory transformatorowe muszą być wyposażone w otwory wentylacyjne, umożliwiające odprowadzanie ciepła generowanego przez transformatory. Otwory wentylacyjne muszą być zwymiarowane zgodnie z normą NEC 450.45 i zlokalizowane w sposób zapewniający wentylację krzyżową komory. W niektórych przypadkach może być wymagana wentylacja mechaniczna w celu utrzymania akceptowalnego poziomu temperatury w komorze.

Wymagania dotyczące chłodzenia transformatorów wypełnionych cieczą

Transformatory wypełnione cieczą muszą być wyposażone w odpowiednie chłodzenie, aby zapobiec przegrzaniu i zapewnić prawidłową pracę. Metoda chłodzenia zależy od rozmiaru transformatora oraz rodzaju cieczy użytej do izolacji i chłodzenia (np. olej mineralny, płyn silikonowy lub ciecz o obniżonej palności). Transformatory wypełnione cieczą mogą być chłodzone za pomocą konwekcji naturalnej, wymuszonego obiegu powietrza lub wymienników ciepła ciecz-ciecz. Układ chłodzenia musi być zaprojektowany zgodnie z zaleceniami producenta transformatora i musi umożliwiać utrzymanie temperatury cieczy w dopuszczalnych granicach.

Oznaczenia na tabliczkach znamionowych transformatorów (NEC 450.11)

Wymagane informacje na tabliczce znamionowej

Tabliczki znamionowe transformatorów muszą zawierać następujące informacje:

• Nazwa producenta transformatora
• Znamionowe kilowoltoampery transformatora (kVA)
• Częstotliwość
• Napięcie pierwotne i wtórne
• Impedancja (jeśli 25 kVA lub większa)
• Wymagane odstępy wentylacyjne
• Ilość i rodzaj cieczy izolacyjnej (dla transformatorów wypełnionych cieczą)
• Ocena BIL uzwojenia wysokiego napięcia (dla transformatorów z uzwojeniami wysokiego napięcia powyżej 1,000 V)

Trwałość tabliczek znamionowych

Tabliczki znamionowe transformatorów muszą być wykonane z trwałych materiałów, odpornych na warunki otoczenia, w których transformator jest zainstalowany. Tabliczka znamionowa musi być solidnie przymocowana do transformatora i czytelna przez cały okres jego eksploatacji.