Impedans av transformator

 

 

 

1.1 Definisjonen av impedans

Definisjon: Impedansen til en transformator refererer til motstanden den utøver på strøm når strømmen strømmer gjennom den. Den består av to deler: motstand og induktiv reaktans. Størrelsen på impedans uttrykkes vanligvis som en prosentandel og markert på transformatorens navneskilt.

konstituerende del:

• Motstand (R): Dette er motstandsdelen av den elektriske lederen i transformatorens vikling, som hovedsakelig bestemmes av materialet og lengden på viklingen. Motstand kan føre til at elektrisk energi går tapt i form av varmeenergi, som er kjent som kobbertap.

• Induktiv reaktans (x): Denne delen av impedansen stammer fra induktansen til viklingen. Når vekselstrøm passerer gjennom viklingen, vil den induktive reaktansen hindre strømendringen. Den induktive reaktansen bestemmes hovedsakelig av den geometriske strukturen til viklingene og lekkasjet magnetisk fluks mellom viklingene.

 

1.2 Ekspresjonsmodus for impedans

Den totale impedansen uttrykkes vanligvis i kompleks form og består av kombinasjonen av motstand og induktiv reaktans.

Z=r+jx,  Blant dem er J den imaginære enheten

Merk: Impedans refererer ikke til impedansen til en enkelt høyspenning eller lavspenning i seg selv, men snarere den kombinerte impedansen av høyspenning til lavspenning, motstand og reaktans, som brukes til å beskrive impedansen mellom viklinger til en transformator under en viss driftstilstand.

For eksempel impedansen til en tre-spole-transformator:

Høyspenning - lavspenning

Høyspenning - middels spenning

Middels spenning - lav spenning

 

 

2.1 Definisjonen av kortslutningsimpedans

Definisjon: Kortslutningsimpedansen på transformatorens navneskilt er en veldig viktig parameter, som gjenspeiler de elektriske egenskapene til transformatoren under kortslutningsbetingelser. Kortslutningsimpedans uttrykkes vanligvis i prosent (%z), noe som representerer forholdet mellom spenningen som må påføres den primære viklingen for å generere den nominelle strømmen når den sekundære viklingen til transformatoren er kortsluttet til den nominelle spenningen til den primære viklingen.

 

 

Formulering:

Kortslutningsimpedans () kan uttrykkes ved følgende formel:

Blant dem:

• er spenningen som kreves for at den primære viklingen skal nå den nominelle strømmen når den sekundære viklingen er kortsluttet.

• er den nominelle spenningen til den primære viklingen.

Betydningen av kortslutningsimpedans

 

2.2 Betydningen av kortslutningsimpedans

2.2.1 Begrens kortslutningsstrøm

Kortslutningsimpedansen bestemmer størrelsen på kortslutningsstrømmen som genereres av transformatoren når den sekundære viklingen er kortsluttet. Kortslutningsstrøm er den maksimale strømmen som kan oppstå i et kraftsystem, og det kan utgjøre en alvorlig trussel for sikkerheten til utstyr og systemer.

Jo større kortslutningsimpedans, desto mindre er kortslutningsstrømmen, som hjelper til med å beskytte transformatoren og nedstrømsutstyret mot skade forårsaket av overdreven kortslutningsstrøm.

kortslutningsberegning

Gitt: Navneskiltkapasiteten til transformatoren er 100MVA, spenningen er 132\/11 kV, og kortslutningsimpedansen er 10%. Beregn kortslutningsstrømmen på både høye og lave spenningssider.

= kortslutningsstrøm

= Rangert strøm

Z%= kortslutningsimpedans

 

Høyspenningsside:

 

Lavspenningsside:

 

2.2.2 Spenningsregulering

Kortslutningsimpedans og spenningsfall

Størrelsen på kortslutningsimpedansen påvirker direkte spenningsfallet til transformatoren. En større kortslutningsimpedans betyr at når transformatoren er under belastning, er spenningsfallet på viklingene også større, noe som fører til et større fall i utgangsspenningen. Med andre ord, jo større er kortslutningsimpedansen, desto verre er spenningsreguleringsytelsen, fordi utgangsspenningen svinger mer når belastningen endres.

2.2.3 Parallelloperasjon

Når flere transformatorer fungerer parallelt, bestemmer størrelsen på kortslutningsimpedansen andelen av belastningen hver transformator bærer. Hvis kortslutningsimpedansene til de parallelle transformatorene er forskjellige, vil belastningen ujevnt distribuert

• Transformator med lav impedans

Den vil bære en relativt stor belastning. Dette er fordi en mindre impedans betyr et mindre spenningsfall, slik at den kan overføre mer strøm, noe som resulterer i en større belastning.

• Transformatorer med høy impedans

Da vil den bære en mindre belastning. Dette er fordi en større impedans vil generere et større spenningsfall, noe som resulterer i en mindre overført strøm og dermed en mindre belastning.

En av forholdene for parallell drift er at impedansene til flere transformatorer er de samme.

Anta at det er to transformatorer som opererer parallelt:

Kortslutningsimpedansen til transformator A er 8%.

Kortslutningsimpedansen til transformator B er 10%.

Hvis disse to transformatorene opererer parallelt, på grunn av den mindre kortslutningsimpedansen til A, vil den for eksempel bære en større belastning enn B. For eksempel, hvis den totale belastningen på systemet er 1000KVA, har transformatoren en Might Bear 600KVA, mens Transformer B bare bærer 400KVA.

Denne ujevne belastningsfordelingen kan føre til følgende problemer:

• Overbelastning: Transformatorer med lav impedans kan være overbelastet, mens de med høy impedans kan være i en lysbelastningstilstand.

• Lav effektivitet: På grunn av ujevn belastningsfordeling kan den operasjonelle effektiviteten til hele systemet avta.

• Forkortet levetid: Transformatorer som opererer under overbelastningsforhold kan oppleve en forkortet levetid på grunn av termisk stress og akselerert aldring.

2.2.4 Beskyttelsesinnstillinger

Kortslutningsimpedans har en direkte innvirkning på innstillingen av beskyttelsesenheter som reléer og effektbrytere. Beskyttelsesenheter må vanligvis settes i henhold til kortslutningsstrøm for å sikre at feil kan kuttes avgående og effektivt når en kortslutning oppstår, og dermed reduserer effekten på andre deler av systemet.

Å forstå kortslutningsimpedansen til en transformator er nyttig for utforming av passende beskyttelsesinnstillinger for å sikre systemets sikkerhet og pålitelighet.

 

 

3.1 Fordelen med høy impedans

• Begrens kortslutningsstrømmen

Transformatorer med høy impedans kan begrense størrelsen på kortslutningsstrøm når en kortslutning oppstår. Dette hjelper til med å beskytte kraftsystemet og utstyret og reduserer feilens innvirkning på systemet.

• Fleksibilitet under parallell drift

I transformatorer som opererer parallelt, er det lettere å fordele belastningen og unngå overdreven konsentrasjon av belastningen på en enkelt transformator på grunn av for liten impedans, hvis det er en liten forskjell i impedans (men innenfor et rimelig område).

• Kostnaden kan være relativt lave

I noen design kan økende impedans redusere mengden svingete materiale som brukes, og dermed senke produksjonskostnadene.

 

3.2 Ulempen med høy impedans

Spenningsreguleringsytelsen er dårlig

Transformatorer med høy impedans vil oppleve betydelige svingninger i utgangsspenningen når belastningen endres. Dette er ugunstig for belastninger som krever en stabil spenning, og spenningsfallet er relativt stort

Relativt stort energitap

Større impedans betyr større motstand og reaktans, noe som kan føre til høyere energitap og redusere effektiviteten til transformatoren.

 

3.3 Fordeler med lav impedans

Den har god spenningsregulering ytelse

Transformatorer med lav impedans har mindre utstrømningssvingninger når belastningen endres, og kan gi en mer stabil spenning. Dette er veldig viktig for enheter som er følsomme for spenningssvingninger, for eksempel elektroniske enheter og datasentre, der spenningsfallet er relativt lite.

Høy effektivitet

En mindre impedans betyr lavere motstand og reaktans, noe som vanligvis fører til høyere energieffektivitet og reduserer tap under drift.

 

3.4 Ulempe med lav impedans

Kortslutningsstrømmen er relativt stor

Lav impedans betyr at når en kortslutning oppstår, vil strømmen være veldig stor, noe som kan forårsake betydelig innvirkning på systemet og utstyret. Dette krever mer komplekse og dyre beskyttelsestiltak.

Høye produksjonskostnader

Å oppnå lav impedans krever vanligvis bruk av mer materialer (for eksempel tykkere ledninger eller større kjerner) og mer komplekse produksjonsprosesser, noe som øker kostnadene.

 

3.5 kompromissvalg

I praktiske anvendelser trenger transformatordesignere vanligvis å finne et balansepunkt mellom impedansstørrelsene.

Dette balansepunktet avhenger av:

• Beskyttelseskrav for kraftsystemer

Hvis kortslutningsstrømmen må kontrolleres strengt, kan det velges et design med større impedans.

• Krav til spenningsstabiliteten til belastningen

Hvis det er nødvendig med en veldig stabil utgangsspenning, kan det velges en mindre impedans.

• Kostnadshensyn

På grunnlag av å oppfylle ytelseskrav er kostnader ofte en viktig beslutningsfaktor.

 

 

4.1 Testformål

Kortslutningsimpedans- og belastningstapstesten er en viktig test for transformatorer, som brukes til å bestemme kortslutningsimpedansen (%z) til transformatoren og belastningstapet (dvs. kobbertap) under kortslutningsforhold. Denne testen kan gi viktig elektrisk karakteristisk informasjon om transformatoren under spesifikke arbeidsforhold, noe som er nyttig for å verifisere designkvaliteten og ytelsen til transformatoren.

• Mål kortslutningsimpedansen (%z)

Kortslutningsimpedans gjenspeiler den kombinerte effekten av motstanden og reaktansen til en transformator og er avgjørende for å evaluere ytelsen til en transformator under feilforhold.

• Mål belastningstap

Lasttap (eller kobbertap) er strømtapet forårsaket av viklingsmotstand fra en transformator under nominell belastning, som kan måles gjennom kortslutningsimpedansprøver

 

4.2 Testprinsipp

Kortslutningsimpedansprøve innebærer å påføre en relativt lav spenning på den primære viklingen (vanligvis høyspenningssiden) på en transformator mens den er kortsluttet den sekundære viklingen (vanligvis lavspenningssiden), og måler spenningen, strømmen og kraften til den primære viklingen på dette tidspunktet. Basert på disse måleverdiene kan kortslutningsimpedansen og belastningstapet til transformatoren beregnes.

 

4.3 Testprosedyrer

4.3.1 Testforberedelse

Kabling: Kortslutning Sekundærsiden (lavspent side) vikling av transformatoren og koble primærsiden (høyspent side) vikling til en justerbar strømforsyning.

Utforbering av utstyr: Koble måleanordningen til å registrere parametere som spenning, strøm og kraft.

4.3.2 Påført spenning

Øk spenningen gradvis på primærsiden fra null til strømmen på primærsiden når den nominelle strømmen. På dette tidspunktet, på grunn av kortslutningen på sekundærsiden, skal spenningen være nær null.

4.3.3 Mål

Spenning: Mål og registrer spenningenPå primærsiden

Nåværende: Mål og registrer strømmenPå primærsiden

KRAFT: Mål og registrer den inngangsaktive strømmen P, som hovedsakelig er belastningstapet (kobbertap) av viklingen.

4.4.4 Beregning

Beregningsformel for kortslutningsimpedans:

Prosentvis kortslutningsimpedans (%z):

Blant dem,er den nominelle spenningen til transformatoren

Lasttap (kobbertap) refererer til den målte strømmen P.

4.4.5 Testforhold

Tester utføres vanligvis ved romtemperatur, men på grunn av den signifikante påvirkningen av temperatur på viklingsmotstand, kan de faktiske målte belastningstapene kreve temperaturkorreksjon.

I testen er den påførte spenningen relativt lav. Den trenger bare å nå den nominelle strømmen, ikke den nominelle spenningen, fordi når den sekundære viklingen er kortsluttet, er bruk av en lavere spenning tilstrekkelig til å generere den nominelle strømmen.

4.4.6 Analyse av testresultater

Kortslutningsimpedansverdi

Den målte kortslutningsimpedansverdien skal være i samsvar med designverdien eller verdien på navneskiltet. Hvis forskjellene er signifikante, kan det indikere at det er problemer i utformingen eller produksjonen av transformatoren.

Lasttap

Det målte belastningstapet (kobbertap) brukes til å evaluere effektiviteten til transformatoren under full belastningsforhold. Dette tapet skal være innenfor området som er spesifisert i designen.

4.4.7 Betydning

Kortslutningsimpedansetesten verifiserer ikke bare transformatorens design og produksjonskvalitet, men gir også nøkkeldata for feilanalyse av systemet, innstillingen for beskyttelsesenheter og den parallelle driften av transformatoren. Gjennom denne testen kan ingeniører sikre at transformatorens sikkerhet og pålitelighet i faktisk drift. Avslutningsvis er kortslutningsimpedansetesten et viktig skritt for å sikre at transformatoren er i samsvar med designspesifikasjonene og kan fungere trygt og effektivt.