Impedanca transformatorja

 

 

 

1.1 Opredelitev impedance

Opredelitev: impedanca transformatorja se nanaša na upor, ki ga izvaja na toku, ko tok skozi njega teče. Sestavljen je iz dveh delov: odpornost in induktivna reaktanca. Obseg impedance je običajno izražen kot odstotek in označen na imenski plošči transformatorja.

sestavni del:

• Odpornost (R): To je uporni del električnega prevodnika v navitju transformatorja, ki ga določajo predvsem material in dolžina navijanja. Odpornost lahko povzroči izgubo električne energije v obliki toplotne energije, ki je znana kot izguba bakra.

• Induktivna reakcija (x): Ta del impedance izvira iz induktivnosti navitja. Ko izmenični tok preide skozi navijanje, bo induktivna reaktanca ovirala spremembo toka. Induktivna reaktanca določa predvsem geometrijska struktura navijanja in magnetni tok puščanja med naviji.

 

1.2 Način izražanja impedance

Skupna impedanca je običajno izražena v kompleksni obliki in je sestavljena iz kombinacije odpornosti in induktivne reaktance.

Z=r+jx,  Med njimi je j namišljena enota

Opomba: impedanca se ne nanaša na impedanco ene same visoke napetosti ali nizke napetosti, temveč na kombinirano impedanco visoke napetosti do nizke napetosti, upornosti in reaktance, ki se uporabljajo za opis impedance med vijugaji transformatorja v določenem delovnem stanju.

Na primer impedanca transformatorja s tremi tuljavi:

Visoka napetost - nizka napetost

Visoka napetost - srednje napetost

Srednja napetost - nizka napetost

 

 

2.1 Opredelitev impedance kratkega stika

OPREDELITEV: Impedanca kratkega stika na tablici transformatorja je zelo pomemben parameter, ki odraža električne značilnosti transformatorja v pogojih kratkega stika. Impedanca kratkega stika se ponavadi izraža kot odstotek (%z), kar predstavlja razmerje napetosti, ki ga je treba uporabiti na primarno navijanje, da se ustvari nazivni tok, ko je sekundarno navijanje transformatorja kratko stik na nazivno napetost primarnega navijanja.

 

 

Formulacija:

Impedanca kratkega stika () se lahko izrazi z naslednjo formulo:

Med njimi:

• je napetost, ki je potrebna za primarno navijanje, da doseže nazivni tok, ko je sekundarno navijanje kratek vez.

• je nazivna napetost primarnega navijanja.

Pomen impedance kratkega stika

 

2.2 Pomen impedance kratkega stika

2.2.1 Omejitveni tok kratkega stika

Impedanca kratkega stika določa velikost toka kratkega stika, ki ga ustvari transformator, ko je sekundarno navijanje kratek vez. Tok kratkega stika je največji tok, ki se lahko pojavi v elektroenergetskem sistemu, in lahko resno ogroža varnost opreme in sistemov.

Večja kot je impedanca kratkega stika, manjši je tok kratkega stika, ki pomaga zaščititi transformator in nižje opremo pred poškodbami, ki jih povzroča prekomerni tok kratkega stika.

Izračun kratkega stika

Glede na: Zmogljivost imenske plošče transformatorja je 100mVa, napetost je 132\/11 kV, impedanca kratkega stika pa 10%. Izračunajte tok kratkega stika tako na straneh visoke in nizke napetosti.

= tok kratkega stika

= ocenjen tok

Z%= impedanca kratkega vezja

 

Visoka napetostna stran:

 

Stran z nizko napetostjo:

 

2.2.2 Ureditev napetosti

Impedanca kratkega stika in padec napetosti

Obseg impedance kratkega stika neposredno vpliva na napetost transformatorja. Večja impedanca kratkega stika pomeni, da je, ko je transformator pod obremenitvijo, tudi padec napetosti na navitih večji, kar vodi do večjega padca izhodne napetosti. Z drugimi besedami, večja je impedanca kratkega stika, slabša je učinkovitost regulacije napetosti, ker izhodna napetost niha več, ko se obremenitev spremeni.

2.2.3 Vzporedna operacija

Kadar več transformatorjev deluje vzporedno, velikost impedance kratkega stika določa delež obremenitve, ki jo ima vsak transformator. Če so impedance vzporednih transformatorjev kratkega stika različni, bo obremenitev neenakomerno porazdeljena

• transformator z nizko impedanco

Nosila bo razmeroma veliko obremenitev. To je zato, ker manjša impedanca pomeni manjši padec napetosti, tako da lahko prenese več toka, kar ima za posledico večjo obremenitev.

• Transformatorji z visoko impedanco

Potem bo nosila manjšo obremenitev. To je zato, ker bo večja impedanca ustvarila večji padec napetosti, kar ima za posledico manjši oddajanje toka in s tem manjšo obremenitev.

Eden od pogojev za vzporedno delovanje je, da so impedance več transformatorjev enake.

Recimo, da vzporedno delujeta dva transformatorja:

Impedanca kratkega stika transformatorja A je 8%.

Impedanca kratkega stika transformatorja B je 10%.

Če ta dva transformatorja delujeta vzporedno, bo zaradi manjše impedance kratkega stika A nosila večjo obremenitev kot B. Na primer, če je skupna obremenitev sistema 1000kva, potem lahko transformator A nosi 600kva, medtem ko transformator B nosi samo 400kva.

Ta neenakomerna porazdelitev obremenitve lahko privede do naslednjih težav:

• Preobremenitev: Transformatorji z nizko impedanco so lahko preobremenjeni, tisti z visoko impedanco pa so lahko v stanju svetlobe.

• Nizka učinkovitost: Zaradi neenakomerne porazdelitve obremenitve se lahko operativna učinkovitost celotnega sistema zmanjša.

• Skrajšana življenjska doba: Transformerji, ki delujejo v preobremenjenih pogojih, lahko doživijo skrajšano življenjsko dobo zaradi toplotnega stresa in pospešenega staranja.

2.2.4 Nastavitve zaščite

Impedanca kratkega stika neposredno vpliva na nastavitev zaščitnih naprav, kot so releji in odklopniki. Zaščitne naprave je treba običajno nastaviti glede na tok kratkega stika, da se zagotovi, da se napake lahko takoj in učinkovito odrežejo, ko pride do kratkega stika in s tem zmanjša vpliv na druge dele sistema.

Razumevanje impedance kratkega stika transformatorja je koristno za oblikovanje ustreznih zaščitnih nastavitev, da se zagotovi varnost in zanesljivost sistema.

 

 

3.1 Prednost visoke impedance

• Omejite tok kratkega stika

Transformatorji z visoko impedanco lahko omejijo velikost toka kratkega stika, ko pride do kratkega stika. To pomaga varovati elektroenergetski sistem in opremo ter zmanjšuje vpliv napak na sistem.

• Prilagodljivost med vzporednim delovanjem

V transformatorjih, ki delujejo vzporedno, če obstaja rahla razlika v impedance (vendar v razumnem območju), je lažje razporediti obremenitev in se izogniti prekomerni koncentraciji obremenitve na enem transformatorju zaradi premajhne impedance.

• Stroški so lahko razmeroma nizki

V nekaterih modelih lahko povečana impedanca zmanjša količino uporabljenega materiala za navijanje in s tem zniža stroške proizvodnje.

 

3.2 Slabost visoke impedance

Učinkovitost regulacije napetosti je slaba

Transformatorji z visoko impedanco bodo ob spremembi obremenitve doživeli znatna nihanja v svoji izhodni napetosti. To je neugodno za obremenitve, ki zahtevajo stabilno napetost, padec napetosti

Razmeroma velika izguba energije

Večja impedanca pomeni večjo odpornost in reaktanco, kar lahko privede do večje izgube energije in zmanjša učinkovitost transformatorja.

 

3.3 Prednosti nizke impedance

Ima dobro zmogljivost regulacije napetosti

Transformatorji z nizko impedanco imajo manjša nihanja izhodne napetosti, ko se obremenitev spremeni, in lahko zagotovijo bolj stabilno napetost. To je zelo pomembno za naprave, ki so občutljive na nihanja napetosti, kot so elektronske naprave in podatkovna središča, kjer je padec napetosti razmeroma majhen.

Visoka učinkovitost

Manjša impedanca pomeni nižjo odpornost in reaktanco, kar običajno vodi do večje energetske učinkovitosti in med delovanjem zmanjšuje izgube.

 

3.4 Slabost nizke impedance

Tok kratkega stika je relativno velik

Nizka impedanca pomeni, da bo tok, ko se pojavi kratek stik, zelo velik, kar lahko močno vpliva na sistem in opremo. To zahteva bolj zapletene in drage zaščitne ukrepe.

Visoki stroški proizvodnje

Doseganje nizke impedance običajno zahteva uporabo več materialov (na primer debelejših žic ali večjih jeder) in bolj zapletenih proizvodnih procesov, kar povečuje stroške.

 

3.5 Kompromisna izbira

V praktičnih aplikacijah morajo oblikovalci transformatorjev običajno najti točko ravnotežja med velikosti impedance.

Ta točka ravnotežja je odvisna od:

• Zahteve za zaščito za električne sisteme

Če je treba tok kratkega stika strogo nadzorovati, je mogoče izbrati zasnovo z večjo impedanco.

• Zahteve za stabilnost napetosti obremenitve

Če je potrebna zelo stabilna izhodna napetost, se lahko izbere zasnova z manjšo impedanco.

• PREDSTAVITEV stroškov

Glede na zahteve glede uspešnosti izpolnjevanja so stroški pogosto pomemben dejavnik odločanja.

 

 

4.1 Namen testa

Test impedance in izgube na kratkem stiku je pomemben test za transformatorje, ki se uporablja za določitev impedance kratkega stika (%z) transformatorja in izgube obremenitve (tj. Izguba bakra) v pogojih kratkega stika. Ta test lahko zagotovi pomembne električne značilnosti transformatorja v določenih delovnih pogojih, kar je koristno za preverjanje kakovosti oblikovanja in zmogljivosti transformatorja.

• Izmerite impedanco kratkega stika (%z)

Impedanca kratkega stika odraža kombiniran učinek upora in reaktance transformatorja in je ključnega pomena za oceno učinkovitosti transformatorja v pogojih preloma.

• Izmerite izgubo obremenitve

Izguba obremenitve (ali izguba bakra) je izguba energije, ki jo povzroči navijanje odpornosti transformatorja pod nazivno obremenitvijo, ki ga je mogoče izmeriti s testi impedance kratkega stika

 

4.2 Načelo testa

Preskus impedance kratkega stika vključuje uporabo razmeroma nizke napetosti na primarno navijanje (običajno visokonapetostno stran) transformatorja med kratkim stikom sekundarnega navitja (običajno na nizkonapetostni strani) in merjenje napetosti, toka in moči primarnega navijanja v tem času. Na podlagi teh merilnih vrednosti lahko izračunamo impedanco kratkega stika in izgubo obremenitve transformatorja.

 

4.3 Testni postopki

4.3.1 Preskusna priprava

Ožičenje: kratek stik Sekundarna stran (nizkonapetostna stran) navijanje transformatorja in priključite primarno stransko (visokonapetostno stran) navijanje na nastavljivo napajanje.

Priprava opreme: Priključite merilno napravo na snemanje parametrov, kot so napetost, tok in moč.

4.3.2 Uporabljena napetost

Postopoma povečate napetost na primarni strani od ničle, dokler tok na primarni strani ne doseže nazivni tok. Na tej točki mora biti napetost zaradi kratkega stika na sekundarni strani blizu nič.

4.3.3 Ukrep

Napetost: izmerite in zabeležite napetostna primarni strani

Tok: Izmerite in zapišite tokna primarni strani

Moč: Izmerite in zabeležite vhodno aktivno moč P, ki je predvsem izguba obremenitve (izguba bakra) navitja.

4.4.4 Izračun

Izračun formula impedance kratkega stika:

Odstotek impedance kratkega stika (%z):

Med njimi,je nazivna napetost transformatorja

Izguba obremenitve (izguba bakra) se nanaša na izmerjeno moč P.

4.4.5 Preskusni pogoji

Preskusi se običajno izvajajo pri sobni temperaturi, vendar zaradi pomembnega vpliva temperature na upornost navijanje lahko dejansko izmerjene izgube obremenitve zahtevajo popravljanje temperature.

Pri preskusu je uporabljena napetost razmeroma nizka. Doseči mora le nazivni tok, ne pa nazivno napetost, ker ko je sekundarno navijanje kratek vez, uporaba nižje napetosti zadostuje za ustvarjanje nazivnega toka.

4.4.6 Analiza rezultatov testov

Vrednost impedance kratkega stika

Izmerjena vrednost impedance kratkega stika mora biti skladna z oblikovalsko vrednostjo ali vrednostjo na ploščici. Če so razlike pomembne, lahko kaže, da obstajajo težave pri zasnovi ali izdelavi transformatorja.

Izguba obremenitve

Izmerjena izguba obremenitve (izguba bakra) se uporablja za oceno učinkovitosti transformatorja v pogojih s polno obremenitvijo. Ta izguba mora biti znotraj območja, določenega v zasnovi.

4.4.7 Pomen

Test impedance kratkega stika ne samo preverja zasnova in kakovost proizvodnje transformatorja, ampak tudi zagotavlja ključne podatke za analizo napak sistema, nastavitev zaščitnih naprav in vzporedno delovanje transformatorja. S tem testom lahko inženirji pri dejanskem delovanju zagotovijo varnost in zanesljivost transformatorja. Za zaključek je test impedance kratkega stika pomemben korak za zagotovitev, da transformator ustreza oblikovalskim specifikacijam in lahko varno in učinkovito deluje.