Transformatora impedances skaidrojums: kā procentuālā impedanse nosaka īssavienojuma strāvu, sprieguma kritumu un paralēlu darbību

Divas 2000 kVA vienības pavasarī tika piegādātas vienā un tajā pašā apakšstacijā. Tās bija ar vienādu sprieguma attiecību, vienādu sekundāro 208Y/120 V spriegumu un abām uz etiķetes bija norādīts UL sertifikāts. Uzstādīšanas komanda aizvēra savienojuma slēdzi, lai tās darbinātu paralēli, un divu stundu laikā vienas vienības tinumu temperatūras brīdinājums aktivizējās. Neviens komponents nebija bojāts. Viena transformatora impedances vērtība bija 5,75 %, bet otras — 4,0 %. Kad divas vienības kopīgi izmanto barošanas autobusu, slodze sadalās pretēji impedances vērtībai. 4,0 % vienība pārnesa aptuveni 59 % no kopējās slodzes, kamēr tās partneris pārnesa tikai 41 %. Tā veica lielākas transformatora darbu un sildījās tāpat kā lielāks transformators.

Šis viens procentu punkts ir iemesls tam, ka transformatora impedances tas ir vairāk nekā viena rinda iepirkuma pasūtījumā. Procentu impedanci nosaka trīs lietas vienlaicīgi: cik lielu avārijas strāvu jūsu slēdžu aprīkojumam ir jāpārtrauc, cik lielu sprieguma zudumu jūs piedzīvojat no tukšgaitas līdz pilnai slodzei un vai divas vienības var darboties paralēli, neļaujot vienai no tām pārnest otras slodzi. Ja kļūda tiek pieļauta projektēšanas stadijā, tā izpaužas praksē — loka uzliesmojuma pētījumā vai ieslēgšanas sanāksmē.

 

Ko faktiski mēra transformatora impedance

Procentu impedanci mēra, vienu tinumu īssavienojot un otrajā pieliekot mainīgu spriegumu. Paaugstiniet šo spriegumu, līdz plūst nominālā strāva, tad izteiciet pielikto spriegumu kā procentu no nominālā sprieguma. 5,75 % transformatoram, lai caur stingri īssavienotu ķēdi plūstu nominālā strāva, nepieciešams 5,75 % no tā nominālā sprieguma. Lielākā daļa šīs impedances rodas no noplūdes magnētiskās plūsmas, kas nesaistās ar abiem tinumiem, kā arī no paša vara pretestības.

Procedūra ir standartizēta. Pretestības un slodzes zudumu mērījumi atrodas IEEE C57.12.90 šķidruma iemērta tipa transformatoriem, publicēti IEEE Standards Association lapā par testa kodu ; vispārīgie prasības spēka transformatoriem, tostarp kā tiek deklarēta īssavienojuma pretestība, izklāstīti . Abi dokumenti prasa, lai šis skaitlis tiktu atsaucies uz norādīto strāvu un atsauces temperatūru, jo pretestības komponents – un tāpēc arī kopējais lielums – mainās, kad tinumi uzsilst. IEC 60076-1 . Abi dokumenti prasa, lai šis skaitlis tiktu atsaucies uz norādīto strāvu un atsauces temperatūru, jo pretestības komponents – un tāpēc arī kopējais lielums – mainās, kad tinumi uzsilst.

Tipiskās joslas izskatās šādi:

Transformatoru klase	Tipiskā pretestība (%Z)	Kas nosaka vērtību
Sauss tips, līdz 1000 kVA	4% – 6%	Avārijas strāvas ierobežošana pret sprieguma kritumu
Šķidrumā iegremdēta sadalīšana, 500 – 2500 kVA	4% – 6%	Elektrotīkla avārijas strāvas koordinācija
Vidēja jauda, 5 – 20 MVA	6% – 10%	Otrās pakāpes slēdžu aprīkojuma nominālā vērtība, sistēmas stingrums
Lieljauda, vairāk nekā 20 MVA	8% – 16%	Avārijas strāva, vienības izmaksas, sprieguma regulēšana

 

Uztveriet to kā diapazonu, nevis kā noteikumu. Divi piegādātāji var piedāvāt vienu un to pašu kVA vērtību diapazona pretējos galos, un abi būs pareizi. Jūsu saņemtā vērtība ir projektēšanas kompromiss, kas vienots specifikācijas stadijā, nevis kaut kas, ko atklāj rūpnīcas pieņemšanas testā.

 

Kāpēc procentuālā pretestība nosaka jūsu pieejamo īsslēguma strāvu

Šeit ir aritmētika, ko lielākā daļa pircēju nekad neredz. Katram vienības tipam transformatora impedances vērtība nosaka strāvu, kas pieejama sekundārajā pusē: īsslēguma strāva (Isc) ir vienāda ar nominālo sekundāro strāvu, dalītu ar impedanci relatīvajās vienībās. Pieņemsim 2000 kVA, 480 V trīsfāžu transformatoru. Nominālā sekundārā strāva ir 2406 A. Pie 5.75%impedances īsslēgums sekundārajā pusē var sasniegt aptuveni 41 800 A . Izstādē 4.0%tajā pašā transformatorā var sasniegt aptuveni 60 150 A .

Šī 1,75 punktu atšķirība pārvieto pieejamo īsslēguma strāvu aptuveni par 18 kA. Tas ir starpība starp divām zemsprieguma slēdžierīcības klasēm, divām barošanas vadu stiprinājuma prasībām un divām avārijas enerģijas vērtībām loka izlādes pētījumā. Tirgotāji no Teksasas un Alberta mūs par to jautā nepārtraukti, parasti pēc koordinācijas pētījuma, kurā iegūtas ierīces, ko viņi nevar iegādāties pie paredzētās cenām.

Pretestība arī ir ar noteiktu formu. Procentu vērtība ir pretestības komponenta (kas rada slodzes zudumus) un reaktīvā komponenta (kas uzglabā noplūdes enerģiju) vektoriālā summa. Šo komponentu attiecība nosaka, cik asimetriski būs pirmie kļūdas strāvas cikli, un izvēlētajam slēdzim jāspēj aizvērties šajā asimetrijā. Divi transformatori ar vienādu pretestības vērtību, bet atšķirīgu komponentu attiecību, nav aizvietojami viens otram kļūdas analīzē.

 

 

Sprieguma regulēšana: tā pati kompromisa otra puse

Pretestība nodrošina kļūdas strāvas ierobežošanu, taču par to jāmaksā ar sprieguma regulēšanas samazināšanos. Slodzes apstākļos termināla spriegums samazinās par lielumu, kas ir proporcionāls pretestībai un slodzes strāvai; sprieguma kritums aptuveni ir vienāds ar pretestības komponentu, reizinātu ar slodzes leņķa kosinusu, plus reaktīvais komponents, reizināts ar slodzes leņķa sinusu. Stingrāks transformators – ar zemāku pretestību – labāk uztur savu sekundāro spriegumu, kas tieši ir nepieciešams rūpnīcai ar daudz elektrodzinējiem vai datu centrā ar šauru sprieguma diapazonu.

Ja samazina pretesta pretesta, sekundārā strāva paliek stabila, bet pieejamā avārijas strāva palielinās, kā arī palielinās katras lejupvirziena ierīces izmaksas. Ja palielina pretestu, lai ierobežotu avārijas strāvu, tad tāpatas slodzes tagad piedzīvo lielāku sprieguma kritumu un lielākas reaktīvās zaudējumus. Neviens viens tinuma ģeometriskais risinājums nepiedāvā abus šos priekšrocību veidus, tāpēc šis jautājums jāiekļauj specifikāciju apspriešanā, nevis standarta veidlapā.

Standarti arī atzīst, ka deklarētā vērtība nav precīza. IEC 60076-1 norāda, kā norādīt īssavienojuma pretestu un kāda pieļaujamā novirze attiecas uz deklarēto vērtību, un šīs pieļaujamās novirzes ir tik lielas, ka ierīce var likumīgi testēt dažas desmitdaļas procenta atšķirību no līgumā norādītā skaitļa. Ja plānojat ierīču paralēlo pieslēgšanu, pierakstiet pieļaujamo noviržu diapazonu, nevis pieņemiet, ka uz ierīces marķējuma norādītā vērtība ir precīza.

 

Paralēlā pieslēgšana: kur viens procentu punkts kļūst par reālu naudu

Paralēlai darbībai ir četri nosacījumi, un impedance ir tikai viens no tiem: atbilstošs sprieguma attiecības un tapa pozīcijas, vienāds vektoru veids un fāžu nobīde, vienāda fāžu secība, kā arī impedances, kas atbilst gan pēc lieluma, gan reaktīvās pret aktīvo pretestību attiecības.

Ja abu vienību impedances neatbilst, slodze sadalās pretēji tai. Augstāk minētais iespējas piemērs ir standarta mācību grāmatas piemērs. Darbinot 4,0 % un 5,75 % vienības līdz 90 % no to kopējās jaudas, zemas impedances vienība jau pārsniedz savu nominālo jaudu, kamēr otrai vienībai vēl ir rezerve. Augstākas impedances vienība nekad netiek pilnībā izmantota; tās partneris uzņemas abu vienību kopējo slodzi.

Vairākuma rūpnieciskajām un komerciālajām specifikācijām maksimālā atļautā impedances starpība starp vienībām, kas paredzētas paralēlai darbībai, ir 10 %, un šis brīdinājums ir pamatots, jo nevienlīdzība ātri palielinās, kad atšķirība kļūst lielāka. Ja nākotnē ir iespējams savienot divus transformatorus, impedances diapazonu norādiet abos iepirkumu pasūtījumos vienlaikus. Piecu gadu vēlāk piegādāt atbilstošu vienību — tieši šeit šādi projekti kļūst dārgi.

 

Kā norādīt impedansi, neierobežojot sevi

Transformatora impedances vērtība ir specifikācijas ievades dati, nevis pēctam pārbaudes rezultāts. Septiņi punkti jāiekļauj RFQ impedances sadaļā, un lielākā daļa no tiem nav saistīta ar papildu izmaksām:

• Impedances vērtība un pieļaujamā novirze. Norādiet nominālo vērtību un pieļaujamo diapazonu, abus pie nominālās strāvas.
• Atsauces tapa. Impedance mainās pa visu tapu diapazonu, tāpēc norādiet, uz kuru tapu attiecas vērtība, un lūdziet arī ekstrēmo tapu vērtības.
• Atsauces temperatūra. Pretestība ir atkarīga no temperatūras, un tāpat ir arī jūsu norādītā vērtība.
• Apakšējās strāvas avārijas vērtība. Norādiet piegādātājam slēdžu iekārtas vērtību un ļaujiet viņiem piedāvāt pretestības logu, kas tam atbilst.
• Sprieguma regulēšanas prasība projektētajā slodzes jaudas koeficientā.
• Paralēlo savienošanas nodoms. Ja vēlāk var tikt pievienota otrā vienība, to norādiet tagad un norādiet atbilstošo diapazonu.
• Atskaites prasības. Piecietiet, lai rutīnas testa atskaitē tiktu norādīta izmērītā pretestība un slodzes zudumi, ne tikai projektēšanas aprēķinos.

Pēdējais punkts ir svarīgāks, nekā šķiet. Vairākos projektos mēs esam redzējuši, ka divu paralēli savienoto vienību slodze netika vienmērīgi sadalīta, jo abas rutīnas testa atskaites pirms nodošanas ekspluatācijā nekad nebija salīdzinātas blakus viena otrai.

 

Kā Ryan Electric mēra un atskaita pretestību

Katrs vienības eksemplārs, kas iziet no mūsu testu zāles, tiek izmērīts tā impedances un slodzes zudumu vērtības nominālajā strāvā, un rezultāti tiek ziņoti salīdzinājumā ar deklarētajām vērtībām pie faktiski piegādātajām atzarojuma pozīcijām, nevis tikai galvenajā atzarojuma pozīcijā. Ja klients ir norādījis atbilstības joslu nākotnē paredzētai paralēlai pieslēgšanai pielāgotam trīsfāžu transformatoram , tajā pašā ziņojumā iekļautas arī galējo atzarojumu vērtības, lai montāžas inženieris varētu pārbaudīt abus transformatorus pirms ieslēgšanas.

Mēs ražojam 120 000 kvadrātmetru lielā ražošanas objektā, kurā ir vairāk nekā 180 ražošanas un testēšanas iekārtu komplekti un 37 patentu. Mums ir UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS un CE sertifikāciju apstiprinājumi. Kopš 2023. gada Ryan Electric darbojas kā Eaton oficiālais kopuzņēmuma partneris, un šī sadarbība pastiprināja dokumentācijas standartus, kas stāv katram no mūsu izsniegtajiem testa ziņojumiem. Mūsu uzlīmes norādītā impedances vērtība ir mērīta vērtība, kurai ir izsekojama pierakstu vēsture, un tā ir vienīgā šī skaitļa versija, kas ir vērta iekļaušanai koordinācijas pētījumā.

 

Nosūtiet mums vienas līnijas shēmu pirms pasūtījuma izdošanas

Nosūtiet mums vienas līnijas shēmu, transformatora jaudas parametrus, sekundārās slēdžu iekārtas jaudas parametrus un slodzes profilu. Mūsu inženieru komanda sniegs atbildi ar transformatora impedances robežām, kas vienlaikus atbilst avārijas strāvas un sprieguma krituma ierobežojumiem, kā arī – ja paredzēta paralēla ekspluatācija – atbilstošu impedances diapazonu abiem transformatoriem, lai gan no pirmās dienas slodze tiktu sadalīta vienmērīgi. Impedances noteikšana uz papīra nav saistīta ar izmaksām. Tās labošana pēc ieslēgšanas brauciena prasa ekspluatācijas pārtraukumu.

 

Par autoru: Šo rakstu sagatavoja inženieru komanda uzņēmumā Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), kas ražo liektus rezinā, eļļā iegremdētus un uz pamatnes montējamus transformatorus un kopš 2007. gada kalpo komunālajiem pakalpojumiem, datu centriem, atjaunojamās enerģijas ģenerācijai un rūpnieciskajiem klientiem. Komanda ikdienā strādā ar IEEE C57 un IEC 60076 prasībām un atbalsta izstrādātājus un EPC uzņēmumus specifikāciju izstrādē, rūpnīcas testēšanā un objekta nodošanā ekspluatācijā.