Impedancia transformátora

 

 

 

1.1 Definícia impedancie

Definícia: Impedancia transformátora sa týka odporu, ktorý má na prúd, keď cez ňu preteká prúd. Skladá sa z dvoch častí: rezistencia a indukčná reaktancia. Rozsah impedancie sa zvyčajne vyjadruje ako percento a označuje sa na štítku transformátora.

súčasť zložky:

• Odpor (R): Toto je časť odporu elektrického vodiča pri vinutí transformátora, ktorá je určená hlavne materiálom a dĺžkou vinutia. Odolnosť môže spôsobiť stratu elektrickej energie vo forme tepelnej energie, ktorá je známa ako strata meďnatiny.

• Indukčná reaktancia (x): Táto časť impedancie pochádza z indukčnosti vinutia. Keď striedavý prúd prechádza vinutím, induktívna reaktancia bráni zmene prúdu. Indukčná reaktancia je určená hlavne geometrickou štruktúrou vinutí a únikom magnetického toku medzi vinutiami.

 

1.2 Režim výrazu impedancie

Celková impedancia sa zvyčajne vyjadruje v komplexnej forme a pozostáva z kombinácie rezistencie a indukčnej reaktivity.

Z=r+jx,  Medzi nimi je imaginárna jednotka

Poznámka: Impedancia sa nevzťahuje na impedanciu jediného vysokého napätia alebo samotného nízkeho napätia, ale skôr kombinovaná impedancia vysokého napätia na nízke napätie, odpor a reaktanciu, ktoré sa používajú na opis impedancie medzi vinutiami transformátora v určitom operačnom stave.

Napríklad impedancia transformátora s tromi cievkami:

Vysoké napätie - nízke napätie

Vysoké napätie - stredné napätie

Stredné napätie - nízke napätie

 

 

2.1 Definícia impedancie skratu

Definícia: skratovacia impedancia na menovke transformátora je veľmi dôležitým parametrom, ktorý odráža elektrické charakteristiky transformátora za podmienok skratu. Kratšia impedancia sa zvyčajne vyjadruje ako percento (%z), čo predstavuje pomer napätia, ktorý je potrebné aplikovať na primárne vinutie, aby sa generoval menovitý prúd, keď je sekundárne vinutie transformátora skratka skratované na menovité napätie primárneho vinutia.

 

 

Formulácia:

Skratka () sa dá vyjadriť podľa nasledujúceho vzorca:

Medzi nimi:

• je napätie potrebné na to, aby sa primárne vinutie dosiahlo k menovitému prúdu, keď je sekundárne vinutie skratované.

• je menovité napätie primárneho vinutia.

Význam skratovej impedancie

 

2.2 Význam skratovej impedancie

2.2.1 Limit skratu prúdu

Krátka obrúsená impedancia určuje veľkosť skratu prúdu generovaného transformátorom, keď je sekundárne vinutie skratka. Krátky obvod je maximálny prúd, ktorý sa môže vyskytnúť v energetickom systéme, a môže predstavovať vážne ohrozenie bezpečnosti zariadení a systémov.

Čím väčšia je skratovacia impedancia, tým menšia je skratový prúd, ktorý pomáha chrániť transformátor a zariadenia po prúde pred poškodením spôsobeným nadmerným skratovým prúdom.

výpočet

Vedené: Kapacita štítkov transformátora je 100 mVa, napätie je 132\/11 kV a skratovacia impedancia je 10%. Vypočítajte skratový prúd na stranách vysokého aj nízkeho napätia.

= skratový prúd

= hodnotený prúd

Z%= skratka impedancia

 

Strana vysokého napätia:

 

Strana nízkeho napätia:

 

2.2.2 Regulácia napätia

Skratka skratka a pokles napätia

Rozsah skratovej impedancie priamo ovplyvňuje pokles napätia transformátora. Väčšia skratovacia impedancia znamená, že keď je transformátor pod zaťažením, pokles napätia na vinutí je tiež väčší, čo vedie k väčšiemu poklesu výstupného napätia. Inými slovami, čím väčšia je skratovacia impedancia, tým horšie je výkon regulácie napätia, pretože výstupné napätie kolíše viac, keď sa zaťaženie zmení.

2.2.3 Paralelná prevádzka

Keď viac transformátorov pracuje paralelne, veľkosť skratovej impedancie určuje podiel záťaže, ktorý má každý transformátor. Ak sú skratované impedancie paralelných transformátorov odlišné, zaťaženie bude nerovnomerne rozložené

• Transformátor s nízkou impedanciou

Bude znášať relatívne veľké zaťaženie. Je to preto, že menšia impedancia znamená menší pokles napätia, takže môže vysielať viac prúdu, čo vedie k väčšiemu zaťaženiu.

• Transformátory s vysokou impedanciou

Potom bude znášať menšie zaťaženie. Dôvodom je, že väčšia impedancia bude generovať väčší pokles napätia, čo bude mať za následok menší prenášaný prúd, a teda menšie zaťaženie.

Jednou z podmienok paralelnej prevádzky je to, že impedancie viacerých transformátorov sú rovnaké.

Predpokladajme, že existujú dva transformátory paralelne:

Skratka impedancie transformátora A je 8%.

Skratka impedancie transformátora B je 10%.

Ak tieto dva transformátory pracujú paralelne, v dôsledku menšej skratovej impedancie A bude mať väčšie zaťaženie ako B. Napríklad, ak je celkové zaťaženie systému 1 000 kVA, potom by transformátor A mohol mať 600 kVA, zatiaľ čo transformátor B nesie iba 400 kVA.

Toto nerovnomerné rozdelenie záťaže môže viesť k nasledujúcim problémom:

• Preťaženie: Transformátory s nízkou impedanciou môžu byť preťažené, zatiaľ čo tí, ktorí majú vysokú impedanciu, môžu byť v stave zaťaženia svetla.

• Nízka účinnosť: V dôsledku nerovnomerného rozdelenia zaťaženia sa môže prevádzková efektívnosť celého systému znížiť.

• Skrátená životnosť: Transformátory pracujúce v podmienkach preťaženia môžu mať skrátenú životnosť v dôsledku tepelného napätia a zrýchleného starnutia.

2.2.4 Nastavenia ochrany

Krátka obvod má priamy vplyv na nastavenie ochranných zariadení, ako sú relé a ističe. Ochranné zariadenia sa zvyčajne musia nastaviť podľa skratého prúdu, aby sa zabezpečilo, že poruchy môžu byť odrezané okamžite a efektívne, keď dôjde k skratu, čím sa zníži vplyv na iné časti systému.

Pochopenie skratovej impedancie transformátora je užitočné pri navrhovaní vhodných nastavení ochrany na zabezpečenie bezpečnosti a spoľahlivosti systému.

 

 

3.1 Výhoda vysokej impedancie

• Obmedzte skratový prúd

Transformátory s vysokou impedanciou môžu obmedziť veľkosť skratového prúdu, keď dôjde k skratu. Pomáha to chrániť energetický systém a vybavenie a znižuje vplyv porúch na systém.

• Flexibilita počas paralelnej prevádzky

V transformátoroch pracujúcich paralelne, ak existuje mierny rozdiel v impedancii (ale v primeranom rozsahu), je ľahšie distribuovať zaťaženie a vyhnúť sa nadmernej koncentrácii zaťaženia na jedinom transformátore v dôsledku príliš malej impedancie.

• Náklady môžu byť relatívne nízke

V niektorých návrhoch môže zvýšenie impedancie znížiť množstvo použitého vinutia, čím sa zníži výrobné náklady.

 

3.2 Nevýhoda vysokej impedancie

Výkonnosť regulácie napätia je slabá

Transformátory s vysokou impedanciou zažijú pri zmene zaťaženia významné výkyvy vo výstupnom napätí. To je nepriaznivé pre záťaže, ktoré si vyžadujú stabilné napätie, a pokles napätia je relatívne veľký

Relatívne veľké straty energie

Väčšia impedancia znamená väčší odpor a reaktanciu, čo môže viesť k vyššej strate energie a znížiť účinnosť transformátora.

 

3.3 Výhody nízkej impedancie

Má dobrý výkon regulácie napätia

Transformátory s nízkou impedanciou majú menšie výstupné kolísanie napätia pri zmene zaťaženia a môžu poskytnúť stabilnejšie napätie. Je to veľmi dôležité pre zariadenia, ktoré sú citlivé na kolísanie napätia, ako sú elektronické zariadenia a dátové centrá, kde je pokles napätia relatívne malý.

Vysoká účinnosť

Menšia impedancia znamená nižší odpor a reaktancia, čo zvyčajne vedie k vyššej energetickej účinnosti a znižuje straty počas prevádzky.

 

3.4 Nevýhody nízkej impedancie

Skratový prúd je relatívne veľký

Nízka impedancia znamená, že keď dôjde k skratu, prúd bude veľmi veľký, čo môže mať významný vplyv na systém a vybavenie. Vyžaduje si to zložitejšie a drahšie ochranné opatrenia.

Vysoké výrobné náklady

Dosiahnutie nízkej impedancie zvyčajne vyžaduje použitie viacerých materiálov (napríklad hrubšie drôty alebo väčšie jadrá) a zložitejšie výrobné procesy, ktoré zvyšujú náklady.

 

3.5 Výber kompromisov

V praktických aplikáciách musia návrhári transformátorov zvyčajne nájsť rovnovážny bod medzi veľkosťou impedancie.

Tento bod rovnováhy závisí od:

• Požiadavky na ochranu energetických systémov

Ak je potrebné striktne kontrolovať skratový prúd, môže sa zvoliť dizajn s väčšou impedanciou.

• Požiadavky na stabilitu napätia pri zaťažení

Ak sa vyžaduje veľmi stabilné výstupné napätie, môže sa zvoliť dizajn s menšou impedanciou.

• Úvaha o nákladoch

Pokiaľ ide o predpoklad splnenia požiadaviek na výkonnosť, náklady sú často dôležitým faktorom rozhodovania.

 

 

4.1 Účel testu

Test skratovej impedancie a straty zaťaženia je dôležitým testom pre transformátory, ktorý sa používa na stanovenie skratovej impedancie (%z) transformátora a stratu zaťaženia (tj strata meďnatého) za podmienok skratu. Tento test môže poskytnúť dôležité elektrické charakteristické informácie o transformátore v konkrétnych pracovných podmienkach, čo je užitočné pri overovaní kvality návrhu a výkonu transformátora.

• Zmerajte skratovaciu impedanciu (%z)

Skratka impedancie odráža kombinovaný účinok odporu a reaktancie transformátora a je rozhodujúci pre hodnotenie výkonnosti transformátora za poruchových podmienok.

• Zmerajte stratu zaťaženia

Strata zaťaženia (alebo strata meďnatého) je strata energie spôsobená odporom vinutia transformátora pri menovitom zaťažení, ktoré je možné merať skratmi testmi impedancie skratu

 

4.2 Princíp testu

Skresový test impedancie zahŕňa použitie relatívne nízkeho napätia na primárne vinutie (zvyčajne vysokonapäťovú stranu) transformátora, zatiaľ čo skratuje sekundárne vinutie (zvyčajne na strane nízkeho napätia) a v tomto čase meranie napätia, prúdu a výkonu primárneho vinutia. Na základe týchto hodnôt merania je možné vypočítať skratovú impedanciu a stratu zaťaženia transformátora.

 

4.3 skúšobné postupy

4.3.1 Príprava testu

Zapojenie: Skratka vinutia sekundárnej strany (strana nízkeho napätia) vinutia transformátora a pripojte primárnu stranu (vysokonapäťovú stranu) vinutia k nastaviteľnému napájaniu.

Príprava zariadenia: Pripojte meracie zariadenie k zaznamenávaniu parametrov, ako je napätie, prúd a energia.

4.3.2 Aplikované napätie

Postupne zvyšujte napätie na primárnej strane z nuly, až kým prúd na primárnej strane nedosiahne menovitý prúd. V tomto bode, v dôsledku skratu na sekundárnej strane by malo byť napätie blízko nuly.

4.3.3 Zmerajte

Napätie: zmerajte a zaznamenajte napätiena primárnej strane

Aktuálne: Zmerajte a zaznamenajte aktuálnyna primárnej strane

Výkon: Zmerajte a zaznamenajte vstupný aktívny výkon P, čo je hlavne strata zaťaženia (strata meďnatého) vinutia.

4.4.4 Výpočet

Výpočtový vzorec skratovej impedancie:

Percentuálny podiel skratovej impedancie (%z):

Medzi nimi,je menovité napätie transformátora

Strata zaťaženia (strata meďnatého) sa vzťahuje na nameranú energiu P.

4.4.5 Testovacie podmienky

Testy sa zvyčajne vykonávajú pri teplote miestnosti, ale v dôsledku významného vplyvu teploty na odpor vinutia môžu skutočné namerané straty zaťaženia vyžadovať korekciu teploty.

V teste je aplikované napätie relatívne nízke. Musí sa dosiahnuť iba k menovitému prúdu, nie k menovitému napätiu, pretože keď je sekundárne vinutie skratka skratka, na generovanie menovitého prúdu je dostatočné použitie nižšieho napätia.

4.4.6 Analýza výsledkov testov

Hodnota impedancie skratka

Nameraná hodnota impedancie skratu by mala byť v súlade s konštrukčnou hodnotou alebo hodnotou na štítku. Ak sú rozdiely významné, môže to naznačovať, že pri návrhu alebo výrobe transformátora existujú problémy.

Strata zaťaženia

Nameraná strata zaťaženia (strata meďnatého) sa používa na vyhodnotenie účinnosti transformátora v podmienkach plného zaťaženia. Táto strata by mala byť v rozsahu uvedenom v návrhu.

4.4.7 Význam

Test skratovej impedancie nielen overuje konštrukciu a kvalitu výroby transformátora, ale tiež poskytuje kľúčové údaje pre analýzu porúch systému, nastavenie ochranných zariadení a paralelnú prevádzku transformátora. Prostredníctvom tohto testu môžu inžinieri zaistiť bezpečnosť a spoľahlivosť transformátora v skutočnej prevádzke. Záverom možno povedať, že test impedancie skratu je dôležitým krokom na zabezpečenie toho, aby transformátor spĺňa špecifikácie konštrukcie a môže fungovať bezpečne a efektívne.