Impedancja transformatora

 

 

 

1.1 Definicja impedancji

Definicja: Impedancja transformatora odnosi się do oporu, jaki wywiera na prąd, gdy przepływa przez niego prąd. Składa się z dwóch części: oporności i reaktancji indukcyjnej. Wielkość impedancji jest zwykle wyrażana jako procent i oznaczony na tabliczce znamionowej transformatora.

część składowa:

• Rezystancja (R): Jest to część odporności przewodu elektrycznego w uzwojeniu transformatora, który jest głównie określony przez materiał i długość uzwojenia. Opór może powodować utratę energii elektrycznej w postaci energii cieplnej, znanej jako utrata miedzi.

• Reaktancja indukcyjna (x): Ta część impedancji pochodzi z indukcyjności uzwojenia. Podczas przechodzenia prądu przechodzącego przez uzwojenie reaktancja indukcyjna utrudni zmianę prądu. Reaktancja indukcyjna jest głównie określona przez geometryczną strukturę uzwojeń i strumień magnetyczny przecieku między uzwojeniami.

 

1.2 Tryb impedancji ekspresji

Całkowita impedancja jest zwykle wyrażana w postaci złożonej i składa się z kombinacji oporności i reaktancji indukcyjnej.

Z=r+jx,  Wśród nich J jest wyimaginowaną jednostką

UWAGA: Impedancja nie odnosi się do impedancji samego wysokiego napięcia lub niskiego napięcia, ale raczej łączonej impedancji wysokiego napięcia do niskiego napięcia, rezystancji i reaktancji, które są używane do opisania impedancji między uzwojeniami transformatora w określonym stanie obciążonym.

Na przykład impedancja transformatora z trzema cewkami:

Wysokie napięcie - niskie napięcie

Wysokie napięcie - średnie napięcie

Średnie napięcie - niskie napięcie

 

 

2.1 Definicja impedancji zwarcia

Definicja: Impedancja zwarcia na tabliczce znamionowej transformatora jest bardzo ważnym parametrem, który odzwierciedla charakterystykę elektryczną transformatora w warunkach zwarcia. Impedancja zwarcia jest zwykle wyrażana jako procent (%z), reprezentując stosunek napięcia, który należy zastosować do uzwojenia pierwotnego, aby wygenerować prąd znamionowy, gdy wtórne uzwojenie transformatora jest zwarte do znamionowego napięcia uzwojenia pierwotnego.

 

 

Sformułowanie:

Impedancja zwarcia () może być wyrażony przez następujący wzór:

Wśród nich:

• Czy napięcie wymagane do uzwojenia pierwotnego do osiągnięcia prądu znamionowego, gdy uzwojenie wtórne jest zwarte.

• jest znamionowym napięciem uzwojenia pierwotnego.

Znaczenie impedancji zwarcia

 

2.2 Znaczenie impedancji zwarcia

2.2.1 Ogranicz prąd zwarcia

Impedancja zwarcia określa wielkość prądu zwarciowego generowanego przez transformator, gdy uzwojenie wtórne jest zwarte. Prąd zwarcia to maksymalny prąd, który może wystąpić w systemie zasilania i może stanowić poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa sprzętu i systemów.

Im większa impedancja zwarciowa, tym mniejszy prąd zwarciowy, który pomaga chronić transformator i sprzęt do dalszego szczebla przed uszkodzeniem spowodowanym nadmiernym prądem zwarciowym.

Obliczenie zwarcia

Biorąc pod uwagę: pojemność transformatora wynosi 100 mVA, napięcie wynosi 132\/11 kV, a impedancja zwarcia wynosi 10%. Oblicz prąd zwarcia zarówno po stronie wysokiego, jak i niskiego napięcia.

= prąd zwarcia

= prąd znamionowy

Z%= Impedancja zwarcia

 

Strona wysokiego napięcia:

 

Strona niskiego napięcia:

 

2.2.2 Regulacja napięcia

Impedancja i spadek napięcia

Wielkość impedancji zwarcia bezpośrednio wpływa na spadek napięcia transformatora. Większa impedancja zwarciowa oznacza, że ​​gdy transformator jest obciążony, spadek napięcia na uzwojeniach jest również większy, co prowadzi do większego spadku napięcia wyjściowego. Innymi słowy, im większa impedancja zwarcia, tym gorsza wydajność regulacji napięcia, ponieważ napięcie wyjściowe zmienia się bardziej, gdy obciążenie się zmienia.

2.2.3 Operacja równoległa

Gdy wiele transformatorów działa równolegle, wielkość impedancji zwarcia określa proporcję obciążenia każdego transformatora. Jeśli impedancje zwarciowe równoległych transformatorów są różne, obciążenie będzie nierównomiernie rozmieszczone

• Transformator o niskiej impedancji

Będzie miał stosunkowo duże obciążenie. Wynika to z faktu, że mniejsza impedancja oznacza mniejszy spadek napięcia, dzięki czemu może przesyłać więcej prądu, co powoduje większe obciążenie.

• Transformatory z wysoką impedancją

Następnie będzie miało mniejszy ładunek. Wynika to z faktu, że większa impedancja wygeneruje większy spadek napięcia, co powoduje mniejszy prąd przesyłany, a tym samym mniejsze obciążenie.

Jednym z warunków do obsługi równoległej jest to, że impedancje wielu transformatorów są takie same.

Załóżmy, że działają dwa transformatory równolegle:

Impedancja zwarcia transformatora A wynosi 8%.

Impedancja zwarcia transformatora B wynosi 10%.

Jeśli te dwa transformatory działają równolegle, ze względu na mniejszą impedancję zwarciową A, będzie miała większe obciążenie niż B. na przykład, jeśli całkowite obciążenie systemu wynosi 1000 kVa, wówczas transformator A może nosić 600 kVa, podczas gdy transformator B ma tylko 400 kVa.

Ten nierównomierny rozkład obciążenia może prowadzić do następujących problemów:

• Przeciążenie: Transformatory o niskiej impedancji mogą być przeciążone, podczas gdy osoby o wysokiej impedancji mogą znajdować się w stanie obciążenia światłem.

• Niska wydajność: Ze względu na nierównomierny rozkład obciążenia wydajność operacyjna całego systemu może się zmniejszyć.

• Skrócona żywotność: Transformatory działające w warunkach przeciążenia mogą doświadczyć skróconej żywotności z powodu stresu termicznego i przyspieszonego starzenia się.

2.2.4 Ustawienia ochrony

Impedancja zwarcia ma bezpośredni wpływ na ustawienie urządzeń ochronnych, takich jak przekaźniki i wyłączniki. Urządzenia ochronne zwykle należy ustawić zgodnie z prądem zwarciowym, aby upewnić się, że usterki można natychmiast i skutecznie odciąć, gdy nastąpi zwarcie, zmniejszając w ten sposób wpływ na inne części systemu.

Zrozumienie zwarcia impedancji transformatora jest pomocne w projektowaniu odpowiednich ustawień ochrony w celu zapewnienia bezpieczeństwa i niezawodności systemu.

 

 

3.1 Zaleta wysokiej impedancji

• Ogranicz prąd zwarcia

Transformatory o wysokiej impedancji mogą ograniczyć wielkość prądu zwarciowego, gdy występuje zwarcie. Pomaga to chronić system i sprzęt zasilania oraz zmniejsza wpływ błędów na system.

• Elastyczność podczas równoległej pracy

W transformatorach działających równolegle, jeśli istnieje niewielka różnica w impedancji (ale w rozsądnym zakresie), łatwiej jest rozłożyć obciążenie i uniknąć nadmiernego stężenia obciążenia na pojedynczym transformatorze z powodu zbyt małej impedancji.

• Koszt może być stosunkowo niski

W niektórych projektach rosnąca impedancja może zmniejszyć ilość używanych materiałów uzwojenia, obniżając w ten sposób koszty produkcji.

 

3.2 Wada wysokiej impedancji

Wydajność regulacji napięcia jest słaba

Transformatory o wysokiej impedancji odczuwają znaczne wahania napięcia wyjściowego po zmianie obciążenia. Jest to niekorzystne dla obciążeń wymagających stabilnego napięcia, a spadek napięcia jest stosunkowo duży

Stosunkowo duża utrata energii

Większa impedancja oznacza większą oporność i reaktancję, co może prowadzić do większej utraty energii i zmniejszyć wydajność transformatora.

 

3.3 Zalety niskiej impedancji

Ma dobrą wydajność regulacji napięcia

Transformatory o niskiej impedancji mają mniejsze fluktuacje napięcia wyjściowego, gdy obciążenie się zmienia i mogą zapewnić bardziej stabilne napięcie. Jest to bardzo ważne dla urządzeń wrażliwych na fluktuacje napięcia, takie jak urządzenia elektroniczne i centra danych, w których spadek napięcia jest stosunkowo niewielki.

Wysoka wydajność

Mniejsza impedancja oznacza niższą oporność i reaktancję, co zwykle prowadzi do wyższej wydajności energetycznej i zmniejsza straty podczas pracy.

 

3.4 Wada niskiej impedancji

Prąd zwarciowy jest stosunkowo duży

Niska impedancja oznacza, że ​​gdy wystąpi zwarcie, prąd będzie bardzo duży, co może powodować znaczący wpływ na system i sprzęt. Wymaga to bardziej złożonych i kosztownych środków ochronnych.

Wysoki koszt produkcji

Osiągnięcie niskiej impedancji zwykle wymaga użycia większej liczby materiałów (takich jak grubsze przewody lub większe rdzenie) i bardziej złożone procesy produkcyjne, co zwiększa koszty.

 

3.5 Wybór kompromisu

W praktycznych zastosowaniach projektanci transformatorów zwykle muszą znaleźć punkt równowagi między wielkościami impedancji.

Ten punkt równowagi zależy:

• Wymagania dotyczące ochrony systemów zasilania

Jeśli prąd zwarcia musi być ściśle kontrolowany, można wybrać projekt o większej impedancji.

• Wymagania dotyczące stabilności napięcia obciążenia

Jeśli wymagane jest bardzo stabilne napięcie wyjściowe, można wybrać projekt z mniejszą impedancją.

• Koszt

Zgodnie z zasięgiem wymagań dotyczących wyników koszt jest często ważnym czynnikiem decyzyjnym.

 

 

4.1 Cel testowy

Test impedancji zwarcia i utraty obciążenia jest ważnym testem dla transformatorów, który służy do określenia impedancji zwarcia (%z) transformatora i utraty obciążenia (tj. Utrata miedzi) w warunkach zwarcia. Ten test może dostarczyć ważnych charakterystycznych informacji elektrycznych transformatora w określonych warunkach pracy, co jest pomocne w sprawdzaniu jakości projektu i wydajności transformatora.

• Zmierz impedancję zwarcia (%z)

Impedancja zwarcia odzwierciedla połączony efekt oporności i reaktancji transformatora i ma kluczowe znaczenie dla oceny wydajności transformatora w warunkach uszkodzenia.

• Zmierz utratę obciążenia

Utrata obciążenia (lub utrata miedzi) to utrata mocy spowodowana uzwojeniem oporności transformatora pod obciążeniem znamionowym, co można mierzyć za pomocą testów impedancji zwarcia

 

4.2 Zasada testu

Test impedancji zwarcia obejmuje zastosowanie stosunkowo niskiego napięcia do uzwojenia pierwotnego (zwykle strony wysokiego napięcia) transformatora, jednocześnie zwracając uzwojenie wtórne (zwykle stroną niskiego napięcia) i mierzenie napięcia, prądu i mocy uzwojenia pierwotnego w tym czasie. Na podstawie tych wartości pomiarowych można obliczyć impedancję zwarcia i utratę obciążenia transformatora.

 

4.3 Procedury testowe

4.3.1 Przygotowanie testu

Okablowanie: zwarcia drugorzędne (po stronie niskiego napięcia) uzwojenie transformatora i podłącz wiązanie strony pierwotnej (strona wysokiego napięcia) do regulowanego zasilania.

Przygotowanie sprzętu: Podłącz urządzenie pomiarowe, aby rejestrować parametry, takie jak napięcie, prąd i moc.

4.3.2 Zastosowane napięcie

Stopniowo zwiększaj napięcie po stronie pierwotnej od zera, aż prąd po stronie pierwotnej dotrze do prądu znamionowego. W tym momencie, z powodu zwarcia po stronie drugorzędnej, napięcie powinno być bliskie zero.

4.3.3 Miara

Napięcie: Zmierz i zapisz napięciepo stronie głównej

Bieżący: Zmierz i zapisz prądpo stronie głównej

Moc: Zmierz i zapisz wejściową moc aktywną P, która jest głównie utratą obciążenia (utrata miedzi) uzwojenia.

4.4.4 Obliczenia

Wzór obliczeń impedancji zwarcia:

Procent impedancji zwarcia (%z):

Wśród nich,to znamionowe napięcie transformatora

Utrata obciążenia (utrata miedzi) odnosi się do zmierzonej mocy P.

4.4.5 Warunki testowe

Testy są zwykle przeprowadzane w temperaturze pokojowej, ale ze względu na znaczący wpływ temperatury na opór uzwojenia faktyczne zmierzone straty obciążenia mogą wymagać korekcji temperatury.

W teście zastosowane napięcie jest stosunkowo niskie. Musi jedynie osiągnąć prąd znamionowy, a nie napięcie znamionowe, ponieważ gdy uzwojenie wtórne jest zwarte, zastosowanie niższego napięcia jest wystarczające do wygenerowania prądu znamionowego.

4.4.6 Analiza wyników testu

Wartość impedancji zwarcia

Zmierzona wartość impedancji zwarcia powinna być spójna z wartością projektu lub wartości na tabliczce znamionowej. Jeśli różnice są znaczące, może to wskazywać, że występują problemy w projektowaniu lub produkcji transformatora.

Utrata obciążenia

Zmierzona utrata obciążenia (utrata miedzi) służy do oceny wydajności transformatora w warunkach pełnego obciążenia. Strata ta powinna znajdować się w zakresie określonym w projekcie.

4.4.7 Znaczenie

Test impedancji zwarcia weryfikuje nie tylko jakość projektu i produkcji transformatora, ale także zapewnia kluczowe dane do analizy usterki systemu, ustawienia urządzeń ochronnych i równoległe działanie transformatora. Dzięki temu testowi inżynierowie mogą zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność transformatora w rzeczywistym działaniu. Podsumowując, test impedancji zwarcia jest ważnym krokiem w celu zapewnienia, że ​​transformator jest zgodny ze specyfikacjami projektowymi i może działać bezpiecznie i wydajnie.