Transformatoriaus impedansas paaiškintas: kaip procentinė impedanso reikšmė nustato trumpojo jungimo srovę, įtampos kritimą ir lygiagrečią veikimą

Praeito pavasarį į tą pačią transformatorių stotį buvo pristatyti du 2000 kVA transformatoriai. Tie patys įtampų santykiai, tie patys antriniai 208Y/120 V įtampų lygiai, abu transformatoriai buvo pažymėti UL ženklu ant techninės plokštelės. Įdiegimo komanda uždarė jungiamąjį pertraukiklį, kad transformatoriai veiktų lygiagrečiai, ir per dvi valandas vieno transformatoriaus apvijų temperatūros signalizacija įsijungė. Jokių defektų nebuvo. Vienas transformatorius buvo įsigytas su 5,75 % varža, kitas – su 4,0 % varža. Kai du transformatoriai yra prijungti prie tos pačios autobuso linijos, apkrova pasiskirsto atvirkščiai proporcingai jų varžoms. 4,0 % varžos transformatorius perėmė maždaug 59 % bendros apkrovos, tuo tarpu jo partneris – tik 41 %. Šis transformatorius dirbo kaip didesnio galingumo įrenginys ir šildėsi kaip toks.

Tas vienas procentinis taškas yra priežastis, kodėl transformatoriaus varža reikalauja daugiau dėmesio nei viena eilutė, kurią paprastai gauna pirkimo užsakyme. Procentinė varža vienu metu nulemia tris dalykus: kiek trumpojo jungimo srovės turi pertraukti jūsų jungiamoji įranga, kiek įtampa prarandama nuo tuščiosios eigos iki pilnos apkrovos ir ar du transformatoriai gali veikti lygiagrečiai be to, kad vienas iš jų perimtų kito apkrovas. Klaida projektavimo etape vėliau pasireiškia realioje aplinkoje, lankstosios iškrovos tyrimo metu arba paleidimo susitikime.

 

Ką iš tikrųjų matuoja transformatoriaus varža

Procentinė varža matuojama su viena apvija sujungta trumpuoju jungimu ir kintamosios įtampos paduodama į kitą apviją. Šią įtampą reikia didinti, kol per apviją prateka nominalioji srovė, o tada taikyta įtampa išreiškiama kaip procentinė dalis nuo nominaliosios įtampos. 5,75 % transformatoriui, kad per jo tvirtai sujungtą trumpąjį jungimą tekėtų nominalioji srovė, reikia 5,75 % jo nominalios įtampos. Daugumą šios varžos sudaro nutekėjimo magnetinis srautas, kuris nesiejasi su abiem apvijomis, taip pat paties vario varža.

Procedūra yra standartizuota. Impedanso ir apkrovos nuostolių matavimai pateikti IEEE C57.12.90 skysčiuose panardinamiems vienetams, paskelbta IEEE Standards Association testavimo kodo puslapio „General Requirements for Power Transformers“, kuriose nustatyti bendrieji reikalavimai elektros transformatoriams, įskaitant trumpojo jungimo impedanso deklaravimo tvarką. IEC 60076-1 abu dokumentai nurodo, kad ši vertė turi būti nurodyta tam tikram srovei ir nuorodinėje temperatūroje, nes varžos dedamoji – o todėl ir viso impedanso vertė – keičiasi, kai apvijos įšyla.

Tipiškos vertės ribos atrodo taip:

Transformatorių klasė	Tipiškas impedansas (%Z)	Kas nulemia šią vertę
Džiovintieji tipai, iki 1000 kVA	4 % – 6 %	Avarinės srovės apribojimas, siekiant išvengti įtampos kritimo
Skystybe aušinami pasiskirstymo transformatoriai, 500–2500 kVA	4 % – 6 %	Naudojimo avarinės srovės suderinimas
Vidutinė galia, 5–20 MVA	6 % – 10 %	Antrinės jungiamosios įrangos nominalioji charakteristika, sistemos standumas
Didelė galia, virš 20 MVA	8 % – 16 %	Avarinė srovė, vieneto kaina, įtampos reguliavimas

 

Laikykite tai diapazonu, o ne taisykle. Du tiekėjai gali pateikti vienodą kVA vertę diapazono priešingose kraštutinėse reikšmėse, ir abu bus teisūs. Gautoji skaitinė reikšmė yra projektavimo kompromisas, sutiktas techninės specifikacijos etape, o ne ką reikia nustatyti gamyklinio priėmimo bandymo metu.

 

Kodėl procentinė varža nustato jūsų galimą trumpojo jungimo srovę

Štai aritmetika, kurią dauguma pirkėjų niekada neįžvelgia. Vienetinėje skalėje transformatoriaus varža apibrėžia srovę, kurią galima gauti antrinėje grandinėje: Isc lygi nominaliai antrinės grandinės srovei, padalytai iš varžos vienetinėje skalėje. Paimkime 2 000 kVA, 480 V trijų fazių transformatorių. Jo nominali antrinės grandinės srovė yra 2 406 A. Esant 5.75%varžai, įtvirtintas trijų fazių trumpasis jungimas antrinėje grandinėje gali pasiekti apie 41 800 A .4.0%tas pats transformatorius gali pasiekti apie 60 150 A .

Šis 1,75 punkto skirtumas keičia galimą trumpojo jungimo srovę maždaug 18 kA. Tai skirtumas tarp dviejų žemos įtampos jungiklių įrangos klasių, dviejų magistralės stiprinimo reikalavimų ir dviejų incidentinės energijos rezultatų lankštinio išlydžio tyrimuose. Statybos rangovai iš Teksaso ir Alberto nuolat klausia mūsų apie tai, dažniausiai po to, kai koordinavimo tyrimas grįžta su įranga, kurios jie negali įsigyti už numatytą kainą.

Impedansas taip pat turi formą. Procentinė reikšmė yra varžos dedamosios, kuri sukelia apkrovos nuostolius, ir reaktyviosios dedamosios, kuri kaupia nutekėjimo energiją, vektorinė suma. Jų santykis nulemia, kiek asimetrinės bus pirmosios trumpojo jungimo srovės ciklai, o jūsų pasirinktas pertraukiklis turi būti pritaikytas šiai asimetrijai. Du transformatoriai su tuo pačiu impedanso reiškiniu, bet skirtingais santykiais, netinka vienas kitam trumpojo jungimo tyrimuose.

 

 

Įtampos reguliavimas: tos pačios kompromiso pusė

Impedansas užtikrina trumpojo jungimo srovės apribojimą, tačiau už tai mokama įtampos reguliavimo sąskaita. Esant apkrovai, galinė įtampa krenta dydžiu, kuris proporcingas impedansui ir apkrovos srovei; įtampos kritimas maždaug lygus varžos dedamosios ir apkrovos kampo kosinuso sandaugai plius reaktyviosios dedamosios ir kampo sinuso sandaugai. Kietesnis transformatorius – žemesnio impedanso – geriau išlaiko antrinę įtampą, kas būtent reikalinga gamyklose su daug variklių ar duomenų centrų patalpose, kur reikalaujamas siauras įtampos intervalas.

Sumažinus varžą antrinė įtampa lieka pastovi, tačiau galima trumpojo jungimo srovė didėja, kaip ir kiekvieno žemiau esančio įrenginio kaina. Padidinus varžą, kad būtų suvaldyta trumpojo jungimo srovė, tie patys apkrovos dabar patiria didesnį įtampos kritimą ir didesnius reaktyviuosius nuostolius. Nė viena apvijos geometrija nepateikia abiejų šių privalumų vienu metu, todėl šis klausimas turi būti aptariamas techninėje specifikacijoje, o ne įtraukiamas į numatytąjį šabloną.

Standartai taip pat pripažįsta, kad deklaruota vertė nėra tiksliai tikslinė. IEC 60076-1 nustato, kaip nurodoma trumpojo jungimo varža ir kokia tolerancija taikoma deklaruotajai vertei; šios tolerancijos yra pakankamai didelės, kad įrenginys galėtų teisėtai būti išbandytas keliasdešimtųjų procento dalies nuo sutartyje nurodytos vertės. Jei planuojate įrenginius jungti lygiagrečiai, užrašykite tolerancijos ribas vietoj to, kad priimtumėte, jog techninėje charakteristikų lentelėje nurodyta vertė yra tiksliai tikslinė.

 

Lygiagretus jungimas: vienas procentinis taškas tampa tikru pinigu

Lygiagretiniam veikimui reikia keturių sąlygų, o varža yra tik viena iš jų: atitinkami įtampų santykiai ir jungčių padėtys, vienodos vektorių grupės ir fazės poslinkiai, vienoda fazės seka bei varžos, kurios atitinka tiek dydžiu, tiek reaktyviosios prieš aktyviąją varžą santykiu.

Kai dviejų įrenginių varžos nesutampa, apkrova pasiskirsto atvirkščiai proporcingai joms. Aukščiau pateiktas paleidimo pavyzdys yra klasikinis atvejis. Paleidus 4,0 % ir 5,75 % varžos įrenginius iki 90 % jų bendros galios, mažosios varžos įrenginys jau viršija savo nominalią galios vertę, tuo tarpu kitas įrenginys vis dar turi rezervo. Didelės varžos įrenginys niekada nepasiekia savo ribos; jo partneris perima abiejų įrenginių apkrovą.

Dauguma naudingųjų ir pramoninių specifikacijų riboja varžos skirtumą tarp vienetų, kurie skirti lygiagretiniam veikimui, 10 % riboje, o šis apribojimas yra pagrįstas, nes netolygumas sparčiai auga, kai šis skirtumas didėja. Jei ateityje galima sujungti du transformatorius, abiejų pirkimo užsakymų dokumentuose vienu metu nurodykite vienodą varžos intervalą. Penkerius metus vėliau ieškoti atitinkančio vieneto – tai viena iš vietų, kur šie projektai tampa brangūs.

 

Kaip nurodyti varžą, nepasidarydami savo pačių apribojimų

Transformatoriaus varžos reikšmė yra specifikacijos įvestis, o ne bandymo rezultatas, kurį vėliau reikėtų nustatyti. Šeši elementai turi būti įtraukti į paraiškos RFQ varžos skyrių, o dauguma jų nieko nekainuoja nurodyti:

• Varžos reikšmė ir leistina paklaida. Nurodykite nominalią reikšmę ir priimtiną intervalą, abu – esant nominaliai srovei.
• Nuorodinis jungiklio padėjimas. Varža keičiasi visame jungiklio padėčių diapazone, todėl nurodykite, kuriai jungiklio padėčiai taikoma ši reikšmė, ir taip pat paprašykite pateikti ekstremalių jungiklio padėčių reikšmes.
• Nuorodinė temperatūra. Varža priklauso nuo temperatūros, todėl ir nurodoma reikšmė taip pat priklauso nuo temperatūros.
• Apatinės grandinės gedimo įvertinimas. Pateikite tiekėjui jungiamųjų įrenginių įvertinimą ir leiskite jiems pasiūlyti atitinkamą varžos langą.
• Įtampos reguliavimo reikalavimas projektuojamo apkrovos galios koeficiento sąlygomis.
• Lygiagretaus prijungimo ketinimas. Jei vėliau gali būti pridėta antra vieneta, tai nurodykite dabar ir nustatykite atitinkamą diapazoną.
• Ataskaitų reikalavimai. Paprašykite matuotos varžos ir apkrovos nuostolių įprastinės bandymų ataskaitoje, o ne tik projektavimo skaičiavimuose.

Paskutinis punktas yra svarbesnis, nei atrodo. Daugiau nei viename projekte stebėjome, kaip dvi lygiagrečiai prijungtos įrangos vienetai atsisakė dalintis apkrova, nes abiejų įprastinės bandymų ataskaitos niekada nebuvo palygintos šalia viena kitos prieš paleidžiant sistemą.

 

Kaip Ryan Electric matuoja ir praneša apie varžą

Kiekvienas vienetas, paliekantis mūsų bandymų patalpą, turi išmatuotą varžą ir apkrovos nuostolius nominaliąja srove, o rezultatai pateikiami palyginimui su deklaruota verte, tačiau tik tiek, kiek faktiškai tiekiamos jungties pozicijos, o ne tik pagrindinė jungties pozicija. Jei klientas nurodė atitinkamą diapazoną būsimai lygiagrečiai jungčiai su individualiu trijų fazių transformatoriumi , tame pačiame ataskaitoje pateikiami kraštutiniai jungties pozicijų duomenys, kad įdiegimo inžinierius galėtų patikrinti porą prieš įjungdamas įtampą.

Mes gaminame 120 000 kvadratinių metrų ploto pastate, kuriame yra daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei 37 patentai, o mūsų produktai atitinka UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ir CE sertifikavimo reikalavimus. Nuo 2023 m. „Ryan Electric“ veikia kaip oficialus „Eaton“ bendrojo įmonės partneris, todėl kiekvienos išduodamos bandymų ataskaitos dokumentacinės sąlygos tapo griežtesnės. Mūsų techninėje dokumentacijoje nurodyta varža yra išmatuota vertė, kurios kilmė yra sekama, o tai yra vienintelė šio skaičiaus versija, kuri turi prasmės koordinavimo tyrimuose.

 

Išsiųskite mums vienos linijos schemą prieš užsakymo patvirtinimą

Išsiųskite mums vienos linijos schemą, transformatoriaus galios charakteristikas, antrinės jungiamosios įrangos charakteristikas ir apkrovos profilį. Mūsų inžinerinė komanda pateiks transformatoriaus impedanso intervalą, kuris vienu metu atitinka trumpojo jungimo srovės ir įtampos kritimo ribas; be to, jei numatyta transformatorių lygiagreti veikla, bus nustatytas abiem vienetams tinkamas impedanso intervalas, kad nuo pirmosios eksploatacijos dienos apkrova būtų pasiskirstyta tarp jų abiejų. Impedanso nustatymas dokumentuose kainuoja nieko. Tačiau jo pakeitimas po paleidimo vizito reiškia techninę pertrauką.

 

Apie autorių: Šį straipsnį parašė Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers) inžinerinė komanda – nuo 2007 m. gaminančios liejamojo polimero, aliejuje panardinamų ir ant žemės montuojamų transformatorių įmonės, kuri aptarnauja energetikos įmones, duomenų centrų operatorius, atsinaujinančios energijos gamintojus ir pramonės klientus. Komanda kasdien dirba su IEEE C57 ir IEC 60076 reikalavimais ir remia projektuotojus bei EPC rangovus specifikacijų parengimo, gamyklinių bandymų ir vietos paleidimo etapuose.