Εξήγηση της Αντίστασης Μετασχηματιστή: Πώς το Ποσοστό Αντίστασης Καθορίζει το Ρεύμα Βραχυκυκλώματος, την Πτώση Τάσης και τη Λειτουργία σε Παράλληλη Σύνδεση

Δύο μονάδες των 2.000 kVA παραδόθηκαν στο ίδιο υποσταθμό το περασμένο έαρ. Ίδιος λόγος τάσης, ίδια δευτερεύουσα τάση 208Y/120 V, και οι δύο είχαν την έγκριση UL στην πινακίδα τους. Η ομάδα εκκίνησης έκλεισε τον διακόπτη σύνδεσης για να τις λειτουργήσει παράλληλα, και εντός δύο ωρών ενεργοποιήθηκε η συναγερμός υπερθέρμανσης των τυλιγμάτων σε μία από τις μονάδες. Τίποτα δεν ήταν ελαττωματικό. Μία μετασχηματιστική μονάδα είχε αγοραστεί με αντίσταση 5,75 %, ενώ η άλλη με αντίσταση 4,0 %. Όταν δύο μονάδες μοιράζονται έναν κοινό αγωγό, το φορτίο κατανέμεται αντιστρόφως ανάλογα προς την αντίστασή τους. Η μονάδα του 4,0 % μετέφερε περίπου το 59 % του συνολικού φορτίου, ενώ η συνάδελφός της λειτουργούσε στο 41 %. Εκτελούσε το έργο μιας μεγαλύτερης μετασχηματιστικής μονάδας και θερμαινόταν αντίστοιχα.

Αυτό το μοναδικό ποσοστιαίο σημείο είναι ο λόγος αντίσταση μετασχηματιστή αξίζει περισσότερη προσοχή από τη μία γραμμή που συνήθως λαμβάνει σε μια παραγγελία αγοράς. Το ποσοστό εμπέδησης καθορίζει τρεις παράγοντες ταυτόχρονα: πόσο ρεύμα βραχυκυκλώματος πρέπει να διακόψει ο εξοπλισμός διανομής σας, πόση τάση χάνεται μεταξύ κατάστασης μηδενικό φορτίο και πλήρους φορτίου, και εάν δύο μονάδες μπορούν να λειτουργήσουν παράλληλα χωρίς να αναλαμβάνει η μία το μερίδιο φορτίου της άλλης. Εάν γίνει λάθος στο χαρτί, το λάθος εμφανίζεται στο πεδίο, στη μελέτη του τόξου (arc-flash) ή στη συνάντηση εγκατάστασης.

 

Τι Μετράει Πραγματικά η Εμπέδηση Μετασχηματιστή

Το ποσοστό εμπέδησης μετράται με τύλιγμα βραχυκυκλωμένο και μεταβλητή τάση εφαρμοζόμενη στο άλλο τύλιγμα. Αυξήστε αυτή την τάση μέχρι να ρέει το ονομαστικό ρεύμα, και στη συνέχεια εκφράστε την εφαρμοζόμενη τάση ως ποσοστό της ονομαστικής τάσης. Ένας μετασχηματιστής 5,75 % χρειάζεται 5,75 % της ονομαστικής του τάσης για να διοχετεύσει το ονομαστικό ρεύμα μέσω ενός σφιχτού βραχυκυκλώματος. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της εμπέδησης προέρχεται από τη διαρροή μαγνητικής ροής που δεν συνδέει και τα δύο τυλίγματα, καθώς και από την αντίσταση του ίδιου του χαλκού.

Η διαδικασία είναι τυποποιημένη. Οι μετρήσεις αντίστασης και απωλειών φορτίου βρίσκονται στο IEEE C57.12.90 για μονάδες βυθισμένες σε υγρό, δημοσιευμένο στη σελίδα του IEEE Standards Association για τον κώδικα δοκιμής . Οι γενικές απαιτήσεις για μετασχηματιστές ισχύος, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου δήλωσης της αντίστασης βραχυκυκλώματος, καθορίζονται στο IEC 60076-1 . Και οι δύο προδιαγραφές απαιτούν η τιμή να αναφέρεται σε καθορισμένο ρεύμα και σε καθορισμένη θερμοκρασία, επειδή η συνιστώσα της αντίστασης — και συνεπώς η συνολική τιμή — μεταβάλλεται καθώς θερμαίνονται οι τυλίξεις.

Οι τυπικές ζώνες είναι οι εξής:

Κατηγορία μετασχηματιστή	Τυπική αντίσταση (%Z)	Το παράγοντας που καθορίζει την τιμή
Ξηρού τύπου, μέχρι 1.000 kVA	4% – 6%	Περιορισμός του ρεύματος βραχυκυκλώματος έναντι πτώσης τάσης
Διανομή με υγρό μέσο, 500 - 2.500 kVA	4% – 6%	Συντονισμός ρεύματος βραχυκυκλώματος του δικτύου
Μεσαία ισχύς, 5 - 20 MVA	6% - 10%	Ονομαστική τιμή δευτερεύοντος πίνακα διακοπτών, σκληρότητα συστήματος
Μεγάλη ισχύς, πάνω από 20 MVA	8% - 16%	Ρεύμα βραχυκυκλώματος, κόστος ανά μονάδα, ρύθμιση τάσης

 

Θεωρήστε αυτό ως ένα εύρος, όχι ως κανόνα. Δύο προμηθευτές μπορούν να προσφέρουν την ίδια ισχύ σε kVA στα αντίθετα άκρα αυτού του εύρους και και οι δύο να είναι σωστοί. Η τιμή που λαμβάνετε είναι ένας σχεδιαστικός συμβιβασμός που συμφωνήθηκε κατά το στάδιο προδιαγραφών, όχι κάτι που ανακαλύπτεται κατά τη δοκιμή αποδοχής στο εργοστάσιο.

 

Γιατί η ποσοστιαία αντίσταση καθορίζει το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος

Αυτή είναι η αριθμητική πράξη που οι περισσότεροι αγοραστές δεν βλέπουν ποτέ. Ανά μονάδα, η αντίσταση του μετασχηματιστή καθορίζει το ρεύμα που είναι διαθέσιμο στο δευτερεύον: Isc ισούται με το ονομαστικό δευτερεύον ρεύμα διαιρεμένο με την αντίσταση σε ανά μονάδα. Πάρτε ένα τριφασικό μετασχηματιστή 2.000 kVA, 480 V. Το ονομαστικό δευτερεύον ρεύμα είναι 2.406 A. Σε 5.75%αντίσταση, ένα σύντομο τριφασικό βραχυκύκλωμα στο δευτερεύον μπορεί να φτάσει περίπου στα 41.800 A . Στο 4.0%ο ίδιος μετασχηματιστής φτάνει περίπου στα 60.150 A .

Η διαφορά των 1,75 πόντων μετακινεί το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκυκλώματος κατά περίπου 18 kA. Είναι η διαφορά μεταξύ δύο κατηγοριών χαμηλής τάσης πίνακα διανομής, δύο απαιτήσεων ενίσχυσης της λεωφόρου και δύο αποτελεσμάτων ενέργειας πρόσκρουσης στη μελέτη τόξου. Οι εργολάβοι στο Τέξας και στην Αλμπέρτα μας ρωτούν συνεχώς γι’ αυτό, συνήθως μετά από μια μελέτη συντονισμού που επέστρεψε με εξοπλισμό που δεν μπορούν να αγοράσουν στην τιμή που υπέθεταν.

Η αντίσταση έχει επίσης μια μορφή. Το ποσοστό είναι το διανυσματικό άθροισμα ενός συστατικού αντίστασης, το οποίο προκαλεί απώλειες φορτίου, και ενός αντιδραστικού συστατικού, το οποίο αποθηκεύει ενέργεια διαρροής. Ο λόγος μεταξύ τους καθορίζει πόσο ασύμμετροι θα είναι οι πρώτοι κύκλοι του ρεύματος βραχυκυκλώματος, και ο διακόπτης που επιλέγετε πρέπει να κλείνει υπό αυτήν την ασυμμετρία. Δύο μετασχηματιστές με την ίδια τιμή αντίστασης αλλά διαφορετικούς λόγους δεν είναι ανταλλάξιμοι σε μια μελέτη βραχυκυκλώματος.

 

 

Ρύθμιση τάσης: Το άλλο μισό της ίδιας συμβιβαστικής απόφασης

Η αντίσταση προσφέρει περιορισμό του ρεύματος βραχυκυκλώματος, αλλά σας επιβαρύνει με χειρότερη ρύθμιση τάσης. Υπό φορτίο, η τάση στους ακροδέκτες μειώνεται κατά ποσό που κλιμακώνεται με την αντίσταση και το ρεύμα φορτίου, και η πτώση είναι περίπου ίση με το συστατικό αντίστασης επί το συνημίτονο της γωνίας φορτίου συν το αντιδραστικό συστατικό επί το ημίτονο. Ένας πιο «σκληρός» μετασχηματιστής – με χαμηλότερη αντίσταση – διατηρεί καλύτερα την τάση στο δευτερεύον του, κάτι που ακριβώς επιθυμεί μια βιομηχανική εγκατάσταση με πολλούς κινητήρες ή ένα κέντρο δεδομένων με στενό εύρος τάσης.

Μειώνοντας την εμπέδηση, η δευτερεύουσα τάση παραμένει σταθερή, αλλά η διαθέσιμη ρεύματος βραχυκυκλώματος αυξάνεται, καθώς και το κόστος κάθε κατώτερης συσκευής. Αυξάνοντας την εμπέδηση για να περιοριστεί το ρεύμα βραχυκυκλώματος, οι ίδιες φορτίσεις υφίστανται μεγαλύτερη πτώση τάσης και μεγαλύτερες αντιδραστικές απώλειες. Καμία μοναδική γεωμετρία τυλίγματος δεν προσφέρει και τα δύο, γι’ αυτό και αυτό το σχήμα ανήκει στη συζήτηση των προδιαγραφών και όχι σε ένα προκαθορισμένο πρότυπο.

Οι πρότυποι επίσης αναγνωρίζουν ότι η δηλωθείσα τιμή δεν είναι ακριβής. IEC 60076-1 καθορίζει πώς προδιαγράφεται η εμπέδηση βραχυκυκλώματος και ποια ανοχή ισχύει για τη δηλωθείσα τιμή· οι ανοχές αυτές είναι επαρκώς ευρείες, ώστε μία μονάδα να μπορεί να δοκιμαστεί νόμιμα με διαφορά λίγων δεκάτων του τοις εκατό από τον αριθμό που αναγράφεται στη σύμβαση. Εάν προτίθεσθε να συνδέσετε μονάδες παράλληλα, καταγράψτε επακριβώς τη ζώνη ανοχής αντί να υποθέτετε ότι η τιμή στην πινακίδα είναι ακριβής.

 

Παράλληλη λειτουργία: Όπου ένα εκατοστιαίο σημείο γίνεται πραγματικό χρήμα

Η παράλληλη λειτουργία έχει τέσσερις προϋποθέσεις, και η αντίσταση είναι μόνο μία από αυτές: συμβατός λόγος τάσης και θέσης ταπ, ίδια ομάδα διανυσμάτων και μετατόπισης φάσης, ίδια σειρά φάσεων, και αντίσταση που ταιριάζει τόσο ως προς το μέτρο όσο και ως προς τον λόγο αντίδρασης προς αντίσταση.

Όταν η αντίσταση των δύο μονάδων δεν ταιριάζει, η φόρτιση διαιρείται αντιστρόφως προς αυτήν. Το παράδειγμα εκκίνησης παραπάνω είναι η τυπική περίπτωση από το βιβλίο. Εκτελέστε μία μονάδα 4,0 % και μία 5,75 % μέχρι το 90 % της συνδυασμένης τους ισχύος και η μονάδα χαμηλής αντίστασης έχει ήδη υπερβεί τη δική της ονομαστική ισχύ, ενώ η άλλη ακόμα διαθέτει περιθώριο. Η μονάδα υψηλότερης αντίστασης δεν φτάνει ποτέ στο όριό της· ο συνεργάτης της αναλαμβάνει το σύνολο του φορτίου.

Οι περισσότερες τεχνικές προδιαγραφές για χρήση σε εγκαταστάσεις υπηρεσιών και βιομηχανίας ορίζουν ως μέγιστη επιτρεπόμενη διαφορά αντίστασης μεταξύ μονάδων που προορίζονται να λειτουργούν παράλληλα το 10 %, και η προσοχή είναι δικαιολογημένη, διότι η ανισορροπία αυξάνεται γρήγορα καθώς η διαφορά επεκτείνεται. Εάν υπάρχει ακόμη και πιθανότητα μελλοντικής σύνδεσης δύο μετασχηματιστών, καταχωρήστε τη ζώνη αντίστασης σε και τις δύο παραγγελίες αγοράς ταυτόχρονα. Η εξεύρεση μιας συμβατής μονάδας πέντε χρόνια αργότερα είναι το σημείο όπου αυτά τα έργα γίνονται ακριβά.

 

Πώς να καθορίσετε την αντίσταση χωρίς να περιορίσετε τις επιλογές σας

Η τιμή αντίστασης ενός μετασχηματιστή είναι μια προδιαγραφή εισόδου, όχι αποτέλεσμα δοκιμής που θα ανακαλυφθεί αργότερα. Στην ενότητα αντίστασης μιας RFQ πρέπει να περιλαμβάνονται επτά στοιχεία, και τα περισσότερα από αυτά δεν έχουν καμία επιβάρυνση κόστους:

• Τιμή αντίστασης και ανοχή. Δηλώστε την ονομαστική τιμή και την επιτρεπόμενη ζώνη, και τις δύο στο ονομαστικό ρεύμα.
• Αναφορά στην τάπα. Η αντίσταση μεταβάλλεται κατά μήκος της περιοχής τάπας, επομένως δηλώστε σε ποια τάπα αναφέρεται η τιμή και ζητήστε επίσης και τις τιμές στις ακραίες τάπες.
• Αναφορά στη θερμοκρασία. Η αντίσταση εξαρτάται από τη θερμοκρασία, και έτσι και ο αριθμός που καθορίζετε.
• Κατώτερη τιμή ονομαστικής ρεύματος βραχυκυκλώματος. Δώστε στον προμηθευτή την ονομαστική τιμή του πίνακα διανομής και αφήστε τον να προτείνει το παράθυρο αντίστασης που ταιριάζει.
• Απαίτηση ρύθμισης τάσης στο συντελεστή ισχύος του σχεδιασμένου φορτίου.
• Πρόθεση παράλληλης λειτουργίας. Εάν μπορεί να προστεθεί δεύτερη μονάδα αργότερα, δηλώστε το τώρα και καθορίστε τη ζώνη συμβατότητας.
• Απαιτήσεις για την υποβολή εκθέσεων. Ζητήστε τη μετρούμενη αντίσταση και τις απώλειες φορτίου στην έκθεση των συνηθισμένων δοκιμών, όχι μόνο στους υπολογισμούς σχεδιασμού.

Το τελευταίο σημείο έχει μεγαλύτερη σημασία από όσο φαίνεται. Σε περισσότερα από ένα έργα, παρακολουθήσαμε ζεύγη μονάδων που αρνήθηκαν να μοιράσουν το φορτίο, επειδή οι δύο εκθέσεις συνηθισμένων δοκιμών δεν είχαν ποτέ συγκριθεί πλάγια πριν από την εγκατάσταση.

 

Πώς η Ryan Electric Μετράει και Αναφέρει την Αντίσταση

Κάθε μονάδα που εγκαταλείπει το εργαστήριό μας δοκιμών μετράται ως προς την αντίσταση και τις απώλειες φορτίου στο ονομαστικό ρεύμα και αναφέρεται σε σχέση με τη δηλωθείσα τιμή, στις θέσεις ταπ που πραγματικά παρεδόθηκαν, και όχι μόνο στην κύρια θέση ταπ. Όταν ο πελάτης έχει καθορίσει μια ζώνη συμβατότητας για μελλοντική παράλληλη λειτουργία σε μια προσαρμοστικός τριφασικός μετασχηματιστής , η ίδια έκθεση περιέχει τα στοιχεία των ακραίων τάπ, ώστε ο μηχανικός εγκατάστασης να μπορεί να ελέγξει το ζεύγος πριν από την ενεργοποίηση.

Κατασκευάζουμε σε εγκατάσταση εμβαδού 120.000 τ.μ., με περισσότερα από 180 σύνολα εξοπλισμού παραγωγής και δοκιμών και 37 διπλώματα ευρεσιτεχνίας, και διαθέτουμε πιστοποιητικά UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS και CE. Από το 2023, η Ryan Electric λειτουργεί ως επίσημη κοινή επιχείρηση εταίρου της Eaton, γεγονός που ενίσχυσε τα πρότυπα τεκμηρίωσης πίσω από κάθε έκθεση δοκιμής που εκδίδουμε. Η τιμή της αντίστασης στην πινακίδα μας είναι μια μετρημένη τιμή με ελέγξιμο ιστορικό, και αυτή είναι η μόνη εκδοχή αυτού του αριθμού που έχει αξία για την ενσωμάτωση σε μελέτη συντονισμού.

 

Στείλτε μας το διαγράμματα μονογραμμικού πριν από την παραγγελία

Στείλτε μας το μονογραμμικό διάγραμμα, την ισχύ του μετασχηματιστή, την ισχύ της δευτερεύουσας πίνακα διανομής και το προφίλ φόρτισης. Η μηχανική μας ομάδα θα επιστρέψει με ένα εύρος αντίστασης μετασχηματιστή που ικανοποιεί ταυτόχρονα τα όρια ρεύματος βραχυκυκλώματος και πτώσης τάσης και, όπου προβλέπεται παράλληλη λειτουργία, ένα εύρος συμβατότητας για και τις δύο μονάδες, ώστε το ζεύγος να μοιράζεται το φορτίο από την πρώτη ημέρα. Η καθορισμένη αντίσταση στο χαρτί δεν κοστίζει τίποτα. Η διόρθωσή της μετά από μια επίσκεψη εκμετάλλευσης συνεπάγεται διακοπή λειτουργίας.

 

Σχετικά με τον Συγγραφέα: Αυτό το άρθρο γράφτηκε από τη μηχανική ομάδα της Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), ενός κατασκευαστή μετασχηματιστών ρητίνης με ρίψη, ελαιοβυθισμένων και επί τόπου εγκατεστημένων μετασχηματιστών, ο οποίος εξυπηρετεί χρήστες δημόσιας υπηρεσίας, κέντρα δεδομένων, ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και βιομηχανικούς πελάτες από το 2007. Η ομάδα εργάζεται καθημερινά με τις απαιτήσεις IEEE C57 και IEC 60076 και υποστηρίζει αναπτυξιακούς φορείς και εργολάβους ΕΠΚ στο στάδιο των προδιαγραφών, των εργαστηριακών δοκιμών και της εγκατάστασης επιτόπου.