Импеданс на трансформатора

 

 

 

1.1 Определението за импеданса

Определение: Импедансът на трансформатор се отнася до съпротивлението, което оказва ток, когато токът преминава през него. Състои се от две части: съпротива и индуктивна реактивност. Величината на импеданса обикновено се изразява като процент и се маркира върху табелката на трансформатора.

съставна част:

• Съпротивление (R): Това е частта за съпротивление на електрическия проводник в намотката на трансформатора, която се определя главно от материала и дължината на намотката. Устойчивостта може да доведе до загуба на електрическа енергия под формата на топлинна енергия, която е известна като загуба на мед.

• Индуктивна реакция (x): Тази част от импеданса произхожда от индуктивността на намотката. Когато редуващият се ток преминава през намотката, индуктивната реакция ще възпрепятства промяната на тока. Индуктивната реактивност се определя главно от геометричната структура на намотките и магнитния поток на изтичане между намотките.

 

1.2 Режимът на изразяване на импеданса

Общият импеданс обикновено се изразява в сложна форма и се състои от комбинация от резистентност и индуктивна реактивност.

Z=r+jx,  Сред тях J е въображаемата единица

ЗАБЕЛЕЖКА: Импедансът не се отнася до импеданса на едно високо напрежение или самото ниско напрежение, а по -скоро комбинираният импеданс на високо напрежение към ниско напрежение, съпротивление и реактивност, които се използват за описание на импеданса между намотките на трансформатор при определено работно състояние.

Например, импедансът на трансформатор с три намотки:

Високо напрежение - Ниско напрежение

Високо напрежение - средно напрежение

Средно напрежение - Ниско напрежение

 

 

2.1 Определението на импеданса на късо съединение

Определение: Импедантът на късо съединение върху табелката на трансформатора е много важен параметър, който отразява електрическите характеристики на трансформатора при условия на късо съединение. Импедансът на късо съединение обикновено се изразява като процент (%z), представляващ съотношението на напрежението, което трябва да се прилага към първичната намотка за генериране на номиналния ток, когато вторичната намотка на трансформатора е късо ограничено към номиналното напрежение на първичната намотка.

 

 

Формулиране:

Импеданс на късо съединение () може да бъде изразена по следната формула:

Сред тях:

• е необходимото напрежение, за да се достигне първичната намотка, когато вторичната намотка е късо съединено.

• е номиналното напрежение на първичната намотка.

Значението на импеданса на късо съединение

 

2.2 Значението на импеданса на късо съединение

2.2.1 Ограничете тока на късо съединение

Импедансът на късо съединение определя величината на тока на късо съединение, генериран от трансформатора, когато вторичната намотка е късо съединена. Токът на късо съединение е максималният ток, който може да възникне в електроенергийната система и може да представлява сериозна заплаха за безопасността на оборудването и системите.

Колкото по-голям е импедансът на късо съединение, толкова по-малък е токът на късо съединение, който помага за защита на трансформатора и оборудването надолу по веригата от повреди, причинени от прекомерен ток на късо съединение.

Изчисляване на късо съединение

Дадено: Капацитетът на табелката на трансформатора е 100MVA, напрежението е 132\/11 kV, а импедантът на късо съединение е 10%. Изчислете тока на късо съединение както на високото и ниското напрежение.

= ток на късо съединение

= Оценен ток

Z%= импеданс на късо съединение

 

Страна на високо напрежение:

 

Страна на ниско напрежение:

 

2.2.2 Регулиране на напрежението

Импеданс на късо съединение и спад на напрежението

Величината на импеданса на късо съединение директно влияе върху спада на напрежението на трансформатора. По-голям импеданс на късо съединение означава, че когато трансформаторът е под натоварване, спадът на напрежението върху намотките също е по-голям, което води до по-голям спад в изходното напрежение. С други думи, колкото по-голям е импедантът на късо съединение, толкова по-лошо е работата на регулирането на напрежението, тъй като изходното напрежение се колебае повече, когато натоварването се промени.

2.2.3 Паралелна работа

Когато множество трансформатори работят паралелно, величината на импеданса на късо съединение определя съотношението на товара, който всеки трансформатор носи. Ако импедансите на късо съединение на паралелните трансформатори са различни, натоварването ще бъде неравномерно разпределено

• Трансформатор с нисък импеданс

Той ще понесе сравнително голям товар. Това е така, защото по -малък импеданс означава по -малък спад на напрежението, така че може да предава по -ток, което води до по -голям товар.

• Трансформатори с висок импеданс

Тогава той ще понесе по -малък товар. Това е така, защото по -голям импеданс ще генерира по -голям спад на напрежението, което води до по -малък предаван ток и по този начин по -малък товар.

Едно от условията за паралелна работа е, че импедансите на множество трансформатори са еднакви.

Да предположим, че има два трансформатора, работещи паралелно:

Импедансът на късо съединение на трансформатора А е 8%.

Импедансът на късо съединение на трансформатор В е 10%.

Ако тези два трансформатора работят паралелно, поради по-малкия импеданс на късо съединение на А, той ще понесе по-голям товар от B. Например, ако общото натоварване на системата е 1000kVA, тогава трансформаторът А може да носи 600kva, докато трансформаторът B носи само 400KVA.

Това неравномерно разпределение на натоварването може да доведе до следните проблеми:

• Претоварване: Трансформаторите с нисък импеданс могат да бъдат претоварени, докато тези с висок импеданс могат да бъдат в състояние на леко натоварване.

• Ниска ефективност: Поради неравномерното разпределение на натоварването, оперативната ефективност на цялата система може да намалее.

• Съкратена продължителност на живота: Трансформаторите, работещи при условия на претоварване, могат да изпитат съкратен живот поради топлинен стрес и ускорено стареене.

2.2.4 Настройки за защита

Импедансът на късо съединение има пряко влияние върху настройката на защитни устройства като релета и прекъсвачи. Защитните устройства обикновено трябва да бъдат зададени според тока на късо съединение, за да се гарантира, че неизправностите могат да бъдат отрязани бързо и ефективно, когато се появят късо съединение, като по този начин се намали въздействието върху други части на системата.

Разбирането на импеданса на късо съединение на трансформатора е полезно за проектиране на подходящи настройки за защита, за да се гарантира безопасността и надеждността на системата.

 

 

3.1 Предимството на високия импеданс

• Ограничете тока на късо съединение

Трансформаторите с висок импеданс могат да ограничат величината на тока на късо съединение, когато се появи късо съединение. Това помага да се защити енергийната система и оборудването и намалява въздействието на грешките върху системата.

• Гъвкавост по време на паралелна работа

При трансформатори, работещи паралелно, ако има малка разлика в импеданса (но в разумен диапазон) е по -лесно да се разпредели натоварването и да се избегне прекомерна концентрация на товара върху един трансформатор поради твърде малък импеданс.

• Цената може да е сравнително ниска

В някои дизайни увеличаването на импеданса може да намали количеството на използвания намотка, като по този начин намалява производствените разходи.

 

3.2 Недостатъкът на високия импеданс

Производителността на регулирането на напрежението е лоша

Трансформаторите с висок импеданс ще изпитат значителни колебания в изходното им напрежение, когато натоварването се промени. Това е неблагоприятно за товари, които изискват стабилно напрежение, а спадът на напрежението е сравнително голям

Сравнително голяма загуба на енергия

По -големият импеданс означава по -голяма устойчивост и реактивност, което може да доведе до по -висока загуба на енергия и да намали ефективността на трансформатора.

 

3.3 Предимства на ниския импеданс

Има добра ефективност на регулирането на напрежението

Трансформаторите с нисък импеданс имат по -малки колебания на изходното напрежение, когато натоварването се променя и могат да осигурят по -стабилно напрежение. Това е много важно за устройства, които са чувствителни към колебанията на напрежението, като електронни устройства и центрове за данни, където спадът на напрежението е сравнително малък.

Висока ефективност

По -малкият импеданс означава по -ниска устойчивост и реактивност, което обикновено води до по -висока енергийна ефективност и намалява загубите по време на работа.

 

3.4 Недостатък на ниския импеданс

Токът на късо съединение е сравнително голям

Ниският импеданс означава, че когато се появи късо съединение, токът ще бъде много голям, което може да доведе до значително влияние върху системата и оборудването. Това изисква по -сложни и скъпи защитни мерки.

Високи производствени разходи

Постигането на нисък импеданс обикновено изисква използването на повече материали (като по -дебели проводници или по -големи ядра) и по -сложни производствени процеси, което увеличава разходите.

 

3.5 Избор на компромиси

В практически приложения дизайнерите на трансформатори обикновено трябва да намерят баланс между величините на импеданса.

Тази точка на баланс зависи от:

• Изисквания за защита на енергийните системи

Ако токът на късо съединение трябва да бъде строго контролиран, може да се избере дизайн с по-голям импеданс.

• Изискванията за стабилност на напрежението на товара

Ако е необходимо много стабилно изходно напрежение, може да се избере дизайн с по -малък импеданс.

• Разглеждане на разходите

При предположението на изискванията за изпълнение на резултатите често са важен фактор за вземане на решение.

 

 

4.1 Цел на теста

Тестът за импеданс на късо съединение и загуба на натоварване е важен тест за трансформаторите, който се използва за определяне на импеданса на късо съединение (%z) на трансформатора и загубата на натоварване (т.е. загуба на мед) при условия на късо съединение. Този тест може да предостави важна електрическа характерна информация за трансформатора при специфични условия на труд, което е полезно за проверка на качеството на дизайна и производителността на трансформатора.

• Измерете импеданса на късо съединение (%z)

Импедансът на късо съединение отразява комбинирания ефект на резистентността и реактивността на трансформатора и е от решаващо значение за оценка на работата на трансформатор при условия на повреда.

• Измерване на загубата на натоварване

Загубата на натоварване (или загубата на мед) е загубата на мощност, причинена от устойчивост на намотка на трансформатор при номинално натоварване, което може да бъде измерено чрез тестове за импеданс на късо съединение

 

4.2 Принцип на тест

Тестът за импеданс на късо съединение включва прилагане на сравнително ниско напрежение върху първичната намотка (обикновено страна с високо напрежение) на трансформатор, като същевременно се привързва към вторичната намотка (обикновено с ниско напрежение) и измерване на напрежението, тока и мощността на първичната намотка в този момент. Въз основа на тези стойности на измерване може да се изчисли импедантът на късо съединение и загубата на натоварване на трансформатора.

 

4.3 Процедури за изпитване

4.3.1 Подготовка на теста

Окабеляване: късо съединение Вторичната страна (страна с ниско напрежение) на навиване на трансформатора и свържете основната страна (страна с високо напрежение) към регулируемо захранване.

Подготовка на оборудването: Свържете измервателното устройство, за да запишете параметри като напрежение, ток и мощност.

4.3.2 Приложено напрежение

Постепенно увеличете напрежението от първичната страна от нула, докато токът от първичната страна достигне номиналния ток. В този момент, поради късо съединение от вторичната страна, напрежението трябва да е близо до нула.

4.3.3 Измерване

Напрежение: Измерете и запишете напрежениетоот основната страна

Ток: Измерете и запишете текущияот основната страна

Мощност: Измерете и запишете входната активна мощност P, която е главно загубата на натоварване (загуба на мед) на намотката.

4.4.4 Изчисляване

Формула за изчисление на импеданс на късо съединение:

Процент на импеданс на късо съединение (%z):

Сред тях,е номиналното напрежение на трансформатора

Загубата на натоварване (загуба на мед) се отнася до измерената мощност P.

4.4.5 Условия за изпитване

Тестовете обикновено се провеждат при стайна температура, но поради значителното влияние на температурата върху устойчивостта на намотката действителните измерени загуби на натоварване могат да изискват корекция на температурата.

В теста приложеното напрежение е сравнително ниско. Той трябва да достигне само номиналния ток, а не номиналното напрежение, тъй като когато вторичната намотка е късо съединено, прилагането на по-ниско напрежение е достатъчно за генериране на номиналния ток.

4.4.6 Анализ на резултатите от тестовете

Стойност на импеданса на късо съединение

Измерената стойност на импеданса на късо съединение трябва да съответства на дизайнерската стойност или стойността на табелката. Ако разликите са значителни, това може да показва, че има проблеми в дизайна или производството на трансформатора.

Загуба на натоварване

Измерената загуба на натоварване (загуба на мед) се използва за оценка на ефективността на трансформатора при условия на пълно натоварване. Тази загуба трябва да бъде в диапазона, посочен в дизайна.

4.4.7 Значение

Тестът за импеданс на късо съединение не само проверява качеството на проектирането и производството на трансформатора, но също така предоставя ключови данни за анализа на грешките на системата, настройката на устройствата за защита и паралелната работа на трансформатора. Чрез този тест инженерите могат да гарантират безопасността и надеждността на трансформатора при действителна работа. В заключение, тестът за импеданс на късо съединение е важна стъпка, за да се гарантира, че трансформаторът отговаря на спецификациите на дизайна и може да работи безопасно и ефективно.