Импеданс трансформатора

 

 

 

1.1 Определение импеданса

Определение: импеданс трансформатора относится к сопротивлению, которое он оказывает на току, когда ток протекает через него. Он состоит из двух частей: сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления. Величина импеданса обычно выражается в процентах и ​​отмечается на табличке трансформатора.

составная часть:

• Сопротивление (r): Это сопротивление части электрического проводника в обмотке трансформатора, которая в основном определяется материалом и длиной обмотки. Сопротивление может привести к потере электрической энергии в форме тепловой энергии, которая известна как потеря меди.

• Индуктивное реактивное сопротивление (x): эта часть импеданса происходит от индуктивности обмотки. Когда чередование проходит через обмотку, индуктивное реактивное сопротивление будет препятствовать изменению тока. Индуктивное реактивное сопротивление в основном определяется геометрической структурой обмоток и магнитным потоком утечки между обмотками.

 

1.2 Режим выражения импеданса

Общий импеданс обычно экспрессируется в сложной форме и состоит из комбинации сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления.

Z=r+jx,  Среди них J - воображаемая единица

ПРИМЕЧАНИЕ. Импеданс относится не к импедансу одного высокого напряжения или самого низкого напряжения, а скорее комбинированного импеданса высокого напряжения с низким напряжением, сопротивлением и реактивным сопротивлением, которые используются для описания импеданса между обмотками трансформатора в определенном операционном состоянии.

Например, импеданс трансформатора из трех катушек:

Высокое напряжение - низкое напряжение

Высокое напряжение - среднее напряжение

Среднее напряжение - низкое напряжение

 

 

2.1 Определение импеданса короткого замыкания

Определение: импеданс короткого замыкания на табличке трансформатора является очень важным параметром, который отражает электрические характеристики трансформатора в условиях короткого замыкания. Импеданс короткого замыкания обычно выражается в процентах (%z), представляя соотношение напряжения, которое необходимо применить к первичной обмотке, чтобы генерировать номинальный ток, когда вторичная обмотка трансформатора коротко обертывается до номинального напряжения первичной обмотки.

 

 

Формулировка:

Импеданс короткого замыкания () может быть выражена следующей формулой:

Среди них:

• является ли напряжение, необходимое для первичной обмотки, чтобы достичь номинального тока, когда вторичная обмотка является короткой замыканием.

• это номинальное напряжение первичной обмотки.

Значение импеданса короткого замыкания

 

2.2 Значение импеданса короткого замыкания

2.2.1 Ограничение тока короткого замыкания

Импеданс короткого замыкания определяет величину тока короткого замыкания, генерируемого трансформатором, когда вторичная обмотка является короткой замыканием. Ток короткого замыкания-это максимальный ток, который может возникнуть в энергосистеме, и он может представлять серьезную угрозу для безопасности оборудования и систем.

Чем больше импеданс короткого замыкания, тем меньше ток короткого замыкания, который помогает защитить трансформатор и оборудование вниз по течению от повреждений, вызванного чрезмерным током короткого замыкания.

Расчет короткого замыкания

Приведено: емкость трансформатора с филиалом составляет 100 мВС, напряжение составляет 132\/11 кВ, а импеданс короткого замыкания составляет 10%. Рассчитайте ток короткого замыкания как на сторонах высокого, так и низкого напряжения.

= короткий ток

= Rated Current

Z%= импеданс короткого замыкания

 

Сторона высокого напряжения:

 

Сторона низкого напряжения:

 

2.2.2 Регулирование напряжения

Импеданс с коротким замыканием и падение напряжения

Величина импеданса короткого замыкания напрямую влияет на падение напряжения трансформатора. Большой импеданс короткого замыкания означает, что когда трансформатор находится под нагрузкой, падение напряжения на обмотках также больше, что приводит к большему падению выходного напряжения. Другими словами, чем больше импеданс короткого замыкания, тем хуже производительность регулирования напряжения, потому что выходное напряжение больше колеблется при изменении нагрузки.

2.2.3 Операция параллели

Когда несколько трансформаторов работают параллельно, величина импеданса короткого замыкания определяет долю нагрузки, который несет каждый трансформатор. Если импедансы параллельных трансформаторов с коротким замыканием различны, нагрузка будет неравномерно распределена

• Трансформатор с низким сопротивлением

Это будет иметь относительно большую нагрузку. Это связано с тем, что меньший импеданс означает меньшее падение напряжения, поэтому он может передавать больший ток, что приводит к большей нагрузке.

• Трансформеры с высоким сопротивлением

Тогда это будет иметь меньшую нагрузку. Это связано с тем, что более крупный импеданс генерирует больший падение напряжения, что приведет к меньшему передаваемому току и, следовательно, меньшей нагрузке.

Одним из условий для параллельной работы является то, что импедансы множественных трансформаторов одинаковы.

Предположим, есть два трансформатора, работающие параллельно:

Краткое сопротивление трансформатора A составляет 8%.

Краткое импеданс трансформатора B составляет 10%.

Если эти два трансформатора работают параллельно, из-за меньшего импеданса A, он будет иметь большую нагрузку, чем B., например, если общая нагрузка системы составляет 1000 кВА, то трансформатор A может нести 600 кВА, в то время как трансформатор B имеет только 400 кВА.

Это неравномерное распределение нагрузки может привести к следующим проблемам:

• Перегрузка: Трансформаторы с низким импедансом могут быть перегружены, в то время как те, у кого высокий импеданс, могут находиться в состоянии легкой нагрузки.

• Низкая эффективность: из -за неравномерного распределения нагрузки эффективность работы всей системы может уменьшаться.

• Сокращенная продолжительность жизни: трансформаторы, работающие в условиях перегрузки, могут испытывать сокращение продолжительности жизни из -за теплового напряжения и ускоренного старения.

2.2.4 Настройки защиты

Импеданс короткого замыкания оказывает прямое влияние на настройку защитных устройств, таких как реле и выключатели схемы. Защитные устройства обычно должны быть установлены в соответствии с током короткого замыкания, чтобы гарантировать, что неисправности можно быстро и эффективно отключить, уменьшая воздействие на другие части системы.

Понимание импеданса трансформатора короткого замыкания полезно для разработки соответствующих настроек защиты, чтобы обеспечить безопасность и надежность системы.

 

 

3.1 Преимущество высокого импеданса

• Ограничьте ток короткого замыкания

Трансформаторы с высоким импедансом могут ограничить величину тока короткого замыкания, когда происходит короткий замыкание. Это помогает защитить энергосистему и оборудование и уменьшает влияние разломов на систему.

• Гибкость во время параллельной работы

У трансформаторов, работающих параллельно, если существует небольшая разница в импедансе (но в рамках разумного диапазона), легче распределить нагрузку и избежать чрезмерной концентрации нагрузки на одном трансформаторе из -за слишком маленького импеданса.

• Стоимость может быть относительно низкой

В некоторых конструкциях увеличение импеданса может уменьшить количество используемого обмотки, снижая производственные затраты.

 

3.2 Недостаток высокого импеданса

Производительность регулирования напряжения плохая

Трансформаторы с высоким импедансом будут испытывать значительные колебания в своем выходном напряжении при изменении нагрузки. Это неблагоприятно для нагрузок, требующих стабильного напряжения, а падение напряжения относительно большое

Относительно большая потеря энергии

Более высокий импеданс означает большее сопротивление и реактивное сопротивление, что может привести к увеличению потери энергии и снижению эффективности трансформатора.

 

3.3 Преимущества низкого сопротивления

У него хорошая производительность регулирования напряжения

Трансформаторы с низким импедансом имеют меньшие колебания выходного напряжения при изменении нагрузки и могут обеспечить более стабильное напряжение. Это очень важно для устройств, которые чувствительны к колебаниям напряжения, таким как электронные устройства и центры обработки данных, где падение напряжения относительно невелико.

Высокая эффективность

Меньший импеданс означает более низкое сопротивление и реактивное сопротивление, что обычно приводит к повышению энергоэффективности и снижает потери во время работы.

 

3.4 Недостаток низкого сопротивления

Ток короткого замыкания относительно большой

Низкий импеданс означает, что когда происходит короткий замыкание, ток будет очень большим, что может оказать значительное влияние на систему и оборудование. Это требует более сложных и дорогих защитных мер.

Высокая стоимость производства

Достижение низкого сопротивления обычно требует использования большего количества материалов (таких как более толстые провода или более крупные ядер) и более сложные производственные процессы, что увеличивает затраты.

 

3.5 Компромисный выбор

В практических приложениях дизайнерам трансформаторов обычно необходимо найти точку баланса между величинами импеданса.

Этот баланс зависит от:

• Требования к защите для энергетических систем

Если ток короткого замыкания необходимо строго контролировать, может быть выбрана конструкция с большим импедансом.

• Требования к устойчивости напряжения нагрузки

Если требуется очень стабильное выходное напряжение, может быть выбрана конструкция с меньшим импедансом.

• Рассмотрение стоимости

Что касается соответствия требованиям к эффективности, затрат часто является важным фактором принятия решений.

 

 

4.1 Цель испытания

Тест на импеданс и потерю нагрузки короткого замыкания является важным тестом для трансформаторов, который используется для определения импеданса короткого замыкания (%z) трансформатора и потери нагрузки (то есть потери меди) в условиях короткого замыкания. Этот тест может предоставить важную электрическую информацию о трансформаторе в конкретных условиях труда, что полезно для проверки качества дизайна и производительности трансформатора.

• Измерьте импеданс короткого замыкания (%z)

Импеданс короткого замыкания отражает комбинированный эффект сопротивления и реактивного сопротивления трансформатора и имеет решающее значение для оценки производительности трансформатора в условиях разлома.

• Измерьте потерю нагрузки

Потеря нагрузки (или потеря меди)-это потеря мощности, вызванная сопротивлением обмотке трансформатора при номинальной нагрузке, которая может быть измерена с помощью тестов импеданса короткого замыкания

 

4.2 Принцип теста

Тест на импеданс короткого замыкания включает в себя применение относительно низкого напряжения к первичной обмотке (обычно высоковольтной стороне) трансформатора, в то время как короткометражная обмотка вторичной обмотки (обычно низковольтная сторона) и измерение напряжения, тока и мощности первичного обмотки в это время. Основываясь на этих значениях измерения, можно рассчитать импеданс короткого замыкания и потеря нагрузки трансформатора.

 

4.3 Процедуры тестирования

4.3.1 Тестовая подготовка

Проводка: короткая обмотка вторичной боковой (низковольтной стороны) обмотка трансформатора и подключите обмотку первичной стороны (высоковольтная сторона) с регулируемым источником питания.

Подготовка оборудования: подключите измерительное устройство для записи параметров, таких как напряжение, ток и мощность.

4.3.2 Применяемое напряжение

Постепенно увеличивайте напряжение на первичной стороне с нуля, пока ток на первичной стороне не достигнет номинального тока. На этом этапе из -за короткого замыкания на вторичной стороне напряжение должно быть близко к нулю.

4.3.3 Измерение

Напряжение: измерьте и запишите напряжениена основной стороне

Ток: измерьте и запишите текущийна основной стороне

Мощность: измеряйте и запишите входную активную мощность P, которая в основном является потерей нагрузки (потеря меди) обмотки.

4.4.4 Расчет

Формула расчета импеданса короткого замыкания:

Процент импеданса короткого замыкания (%z):

Среди них,это номинальное напряжение трансформатора

Потеря нагрузки (потеря меди) относится к измеренной мощности P.

4.4.5 Условия испытаний

Испытания обычно проводятся при комнатной температуре, но из -за значительного влияния температуры на сопротивление обмотки фактические измеренные потери нагрузки могут потребовать коррекции температуры.

В тесте приложенное напряжение относительно низкое. Он должен только достигать номинального тока, а не номинального напряжения, потому что, когда вторичная обмотка находится в короткой замыкании, применение более низкого напряжения является достаточным для создания номинального тока.

4.4.6 Анализ результатов теста

Короткое замыкание. Импедансное значение

Измеренное значение импеданса короткого замыкания должно соответствовать проектному значению или значению на табличке. Если различия являются значительными, это может указывать на то, что есть проблемы при проектировании или изготовлении трансформатора.

Потеря нагрузки

Измеренная потеря нагрузки (потеря меди) используется для оценки эффективности трансформатора в условиях полной нагрузки. Эта потеря должна быть в пределах диапазона, указанного в дизайне.

4.4.7 Значение

Тест импеданса короткого замыкания не только проверяет качество проектирования и производства трансформатора, но также предоставляет ключевые данные для анализа неисправностей системы, настройки защитных устройств и параллельной работы трансформатора. Благодаря этому тесту инженеры могут обеспечить безопасность и надежность трансформатора в фактической работе. В заключение, тест на импеданс короткого замыкания является важным шагом для обеспечения того, чтобы трансформатор соответствовал спецификациям проектирования и может работать безопасно и эффективно.