Impedance transformátoru

 

 

 

1.1 Definice impedance

Definice: Impedance transformátoru odkazuje na odpor, který vyvíjí na proud, když přes něj proudí proud. Skládá se ze dvou částí: odporu a induktivní reaktivita. Velikost impedance je obvykle vyjádřena jako procento a označena na štítku transformátoru.

součást:

• Odolnost (R): Toto je část odporu elektrického vodiče při vinutí transformátoru, která je určována hlavně materiálem a délkou vinutí. Odolnost může způsobit ztrátu elektrické energie ve formě tepelné energie, která je známá jako ztráta mědi.

• Induktivní reaktivita (x): Tato část impedance pochází z indukčnosti vinutí. Když střídavý proud prochází vinutím, induktivní reaktance bude bránit změně proudu. Induktivní reaktance je určena hlavně geometrickou strukturou vinutí a magnetickým tokem úniku mezi vinutími.

 

1.2 režim výrazu impedance

Celková impedance je obvykle vyjádřena ve složité formě a skládá se z kombinace rezistence a indukční reaktivita.

Z=r+jx,  Mezi nimi je J imaginární jednotka

Poznámka: Impedance se nevztahuje na impedanci jediného vysokého napětí nebo samotného nízkého napětí, ale spíše kombinované impedance vysokého napětí na nízké napětí, odpor a reaktivitu, které se používají k popisu impedance mezi vinutími transformátoru v určitém provozním stavu.

Například impedance transformátoru se třemi cívkami:

Vysoké napětí - nízké napětí

Vysoké napětí - střední napětí

Střední napětí - nízké napětí

 

 

2.1 Definice impedance zkratu

Definice: Impedance zkratu na jmenovce transformátoru je velmi důležitý parametr, který odráží elektrické vlastnosti transformátoru za podmínek zkratu. Impedance zkratu je obvykle vyjádřena jako procento (%z), což představuje poměr napětí, které je třeba použít na primární vinutí, aby se vytvořil jmenovitý proud, když je sekundární vinutí transformátoru zkratováno k jmenovitému napětí primárního vinutí.

 

 

Formulace:

Impedance zkratu () lze vyjádřit následujícím vzorcem:

Mezi nimi:

• je napětí potřebné pro primární vinutí k dosažení jmenovitého proudu, když je sekundární vinutí zkratované.

• je jmenovité napětí primárního vinutí.

Význam zkratu impedance

 

2.2 Význam impedance zkratu

2.2.1 Omezte zkratový proud

Impedance zkratu určuje velikost zkratového proudu generovaného transformátorem, když je sekundární vinutí zkratováno. Krátký proud je maximální proud, který se může vyskytnout v energetickém systému, a může představovat vážnou hrozbu pro bezpečnost zařízení a systémů.

Čím větší je impedance zkratu, tím menší je zkratový proud, který pomáhá chránit transformátor a downstream zařízení před poškozením způsobeným nadměrným zkratovým proudem.

Výpočet zkratu

Vzhledem k tomu, že kapacita typu transformátoru je 100MVA, napětí je 132\/11 kV a impedance zkratu je 10%. Vypočítejte zkratový proud na stranách vysokého i nízkého napětí.

= zkratový proud

= Jmenovitý proud

Z%= Impedance zkratu

 

Strana vysokého napětí:

 

Strana nízkého napětí:

 

2.2.2 Regulace napětí

Impedance a pokles napětí zkratu

Velikost impedance zkratu přímo ovlivňuje pokles napětí transformátoru. Větší impedance zkratu znamená, že když je transformátor pod zatížením, je také větší pokles napětí na vinutí, což vede k většímu poklesu výstupního napětí. Jinými slovy, čím větší je impedance zkratu, tím horší je výkon regulace napětí, protože výstupní napětí kolísá více, když se zatížení změní.

2.2.3 Paralelingová operace

Když více transformátorů pracuje paralelně, velikost impedance zkratu určí podíl zatížení, které každý transformátor nese. Pokud se zkratovací impedance paralelních transformátorů liší, zatížení bude nerovnoměrně distribuováno

• Transformátor s nízkou impedancí

Bude nést relativně velké zatížení. Je to proto, že menší impedance znamená menší pokles napětí, takže může přenášet více proudu, což má za následek větší zatížení.

• Transformátory s vysokou impedancí

Pak to nese menší zatížení. Je to proto, že větší impedance bude generovat větší pokles napětí, což povede k menšímu přenášenému proudu, a tedy k menšímu zatížení.

Jednou z podmínek pro paralelní provoz je, že impedance více transformátorů jsou stejné.

Předpokládejme, že paralelně fungují dva transformátory:

Impedance zkratu transformátoru A je 8%.

Impedance zkratu transformátoru B je 10%.

Pokud tyto dva transformátory pracují paralelně, vzhledem k menší impedanci A zkratu A bude mít větší zatížení než B. Například, pokud je celkové zatížení systému 1000kva, pak by transformátor A mohl nést 600 kVa, zatímco transformátor B nese pouze 400 kVa.

Toto nerovnoměrné rozdělení zátěže může vést k následujícím problémům:

• Přetížení: Transformátory s nízkou impedancí mohou být přetíženy, zatímco ty s vysokou impedancí mohou být ve stavu lehkého zatížení.

• Nízká účinnost: Vzhledem k nerovnoměrnému rozdělení zátěže se může provozní účinnost celého systému snížit.

• Zkrácená životnost: Transformátory pracující za podmínek přetížení mohou dojít ke zkrácené životnosti v důsledku tepelného napětí a zrychleného stárnutí.

2.2.4 Nastavení ochrany

Impedance zkratu má přímý dopad na nastavení ochranných zařízení, jako jsou relé a jističe obvodu. Ochranná zařízení musí být obvykle nastavena podle proudu zkratu, aby se zajistilo, že poruchy mohou být okamžitě a efektivně odříznuty, když dojde k zkratu, čímž se sníží dopad na další části systému.

Porozumění impedanci transformátoru zkratu je užitečné pro navrhování vhodného nastavení ochrany, aby se zajistila bezpečnost a spolehlivost systému.

 

 

3.1 Výhoda vysoké impedance

• Omezte zkratový proud

Transformátory s vysokou impedancí mohou omezit velikost proudu zkratu, když dojde k zkratu. To pomáhá chránit energetický systém a zařízení a snižuje dopad poruch na systém.

• Flexibilita během paralelního provozu

U transformátorů pracujících paralelně, pokud existuje mírný rozdíl v impedanci (ale v přiměřeném rozmezí), je snazší distribuovat zatížení a zabránit nadměrné koncentraci zátěže na jediný transformátor kvůli příliš malé impedanci.

• Náklady mohou být relativně nízké

V některých návrzích může rostoucí impedance snížit množství použitého navíjecího materiálu, čímž se sníží výrobní náklady.

 

3.2 Nevýhodou vysoké impedance

Výkon regulace napětí je špatný

Transformátory s vysokou impedancí zažijí významné výkyvy ve výstupním napětí, když se změní zatížení. To je nepříznivé pro zatížení, která vyžadují stabilní napětí, a pokles napětí je relativně velký

Relativně velká ztráta energie

Větší impedance znamená větší odolnost a reaktivitu, což může vést k vyšší ztrátě energie a snížit účinnost transformátoru.

 

3.3 Výhody nízké impedance

Má dobrý výkon regulace napětí

Transformátory s nízkou impedancí mají menší kolísání výstupního napětí, když se zatížení změní, a mohou poskytnout stabilnější napětí. To je velmi důležité pro zařízení, která jsou citlivá na kolísání napětí, jako jsou elektronická zařízení a datová centra, kde je pokles napětí relativně malý.

Vysoká účinnost

Menší impedance znamená nižší odolnost a reaktivitu, což obvykle vede k vyšší energetické účinnosti a snižuje ztráty během provozu.

 

3.4 Nevýhodou nízké impedance

Krátký proud je relativně velký

Nízká impedance znamená, že když dojde k zkratu, bude proud velmi velký, což může způsobit významný dopad na systém a zařízení. To vyžaduje složitější a nákladnější ochranná opatření.

Vysoké výrobní náklady

Dosažení nízké impedance obvykle vyžaduje použití více materiálů (jako jsou silnější dráty nebo větší jádra) a složitější výrobní procesy, což zvyšuje náklady.

 

3.5 Kompromisní volba

V praktických aplikacích musí návrháři transformátorů obvykle najít rovnovážný bod mezi velikostí impedance.

Tento bod vyvážení závisí na:

• Požadavky na ochranu pro energetické systémy

Pokud je třeba přísně ovládat zkratový proud, může být vybrán návrh s větší impedancí.

• Požadavky na stabilitu napětí zatížení

Pokud je vyžadováno velmi stabilní výstupní napětí, může být zvolen návrh s menší impedancí.

• Posouzení nákladů

Pokud jde o předpoklad požadavků na výkon splnění, náklady jsou často důležitým rozhodovacím faktorem.

 

 

4.1 Účel testu

Zkratky impedance a ztráty zatížení zkratu je důležitým testem pro transformátory, který se používá k určení impedance zkratu (%z) transformátoru a ztrátu zátěže (tj. Ztráta mědi) za podmínek zkratu. Tento test může poskytnout důležité elektrické charakteristické informace transformátoru za specifických pracovních podmínek, což je užitečné pro ověření kvality konstrukce a výkon transformátoru.

• Změřte impedanci zkratu (%z)

Impedance zkratů odráží kombinovaný účinek rezistence a reaktivita transformátoru a je zásadní pro hodnocení výkonu transformátoru za poruchových podmínek.

• Změřte ztrátu zatížení

Ztráta zatížení (nebo ztráta mědi) je ztráta energie způsobená odporem navíjejícího transformátoru při jmenovitém zatížení, který lze měřit pomocí testů impedance zkratu zkratu

 

4.2 Princip testu

Test impedance zkratů zahrnuje použití relativně nízkého napětí na primární vinutí (obvykle na vysokopěťové straně) transformátoru při zkratu sekundárního vinutí (obvykle nízkonapěťová strana) a měření napětí, proudu a výkonu primárního vinutí v tuto chvíli. Na základě těchto hodnot měření lze vypočítat impedanci zkratu a ztrátu zatížení transformátoru.

 

4.3 Zkušební postupy

4.3.1 Příprava testu

Zapojení: Krátce sekundární strana (nízkonapěťová strana) vinutí transformátoru a připojení primární strany (vysokopěťové strany) vinutí s nastavitelným napájecím zdrojem.

Příprava zařízení: Připojte měřicí zařízení k zaznamenávání parametrů, jako je napětí, proud a napájení.

4.3.2 Aplikované napětí

Postupně zvyšujte napětí na primární straně z nuly, dokud proud na primární straně nedosáhne jmenovitého proudu. V tomto okamžiku by se zkrat na sekundární straně mělo napětí blízko nuly.

4.3.3 Opatření

Napětí: Změřte a zaznamenejte napětíNa primární straně

Aktuální: Změřte a zaznamenejte proudNa primární straně

Napájení: Změřte a zaznamenejte vstupní aktivní výkon P, což je hlavně ztráta zatížení (ztráta mědi) navíjení.

4.4.4 Výpočet

Vzorec výpočtu impedance zkratu:

Procentní impedance zkratu (%z):

Mezi nimi,je jmenovité napětí transformátoru

Ztráta zatížení (ztráta mědi) odkazuje na měřený výkon P.

4.4.5 Zkušební podmínky

Testy se obvykle provádějí při teplotě místnosti, ale vzhledem k významnému vlivu teploty na odolnost vůči vinutí může skutečné měřené ztráty zatížení vyžadovat korekci teploty.

Při testu je aplikované napětí relativně nízké. Musí dosáhnout pouze jmenovitého proudu, nikoli jmenovitého napětí, protože když je sekundární vinutí zkratováno, je pro generování jmenovitého proudu dostatečné použití nižšího napětí.

4.4.6 Analýza výsledků testu

Hodnota impedance zkratu

Měřená hodnota impedance zkratu by měla být v souladu s hodnotou návrhu nebo hodnotou na jmenovce. Pokud jsou rozdíly významné, může to naznačovat, že existují problémy s návrhem nebo výrobou transformátoru.

Ztráta načítání

Změřená ztráta zátěže (ztráta mědi) se používá k vyhodnocení účinnosti transformátoru za podmínek plného zatížení. Tato ztráta by měla být v rozsahu uvedeném v návrhu.

4.4.7 Význam

Test impedance zkratu nejen ověřuje konstrukci a kvalitu výroby transformátoru, ale také poskytuje klíčová data pro analýzu poruch systému, nastavení ochranných zařízení a paralelní provoz transformátoru. Tímto testem mohou inženýři zajistit bezpečnost a spolehlivost transformátoru při skutečném provozu. Závěrem lze říci, že test impedance zkratu je důležitým krokem k zajištění toho, aby transformátor vyhověl specifikacím návrhu a mohl pracovat bezpečně a efektivně.