Impedans af transformer

 

 

 

1.1 Definitionen af ​​impedans

Definition: Impedansen af ​​en transformer henviser til den modstand, den udøver på strøm, når strømmen strømmer gennem den. Det består af to dele: modstand og induktiv reaktans. Størrelsen af ​​impedans udtrykkes normalt som en procentdel og markeres på transformatorens navneskilt.

Konstituerende del:

• Modstand (R): Dette er modstandsdelen af ​​den elektriske leder i transformatorens vikling, som hovedsageligt bestemmes af viklingens materiale og længde. Modstand kan forårsage, at elektrisk energi går tabt i form af varmeenergi, der er kendt som kobbertab.

• Induktiv reaktans (x): Denne del af impedansen stammer fra induktansen af ​​viklingen. Når vekselstrøm passerer gennem viklingen, vil den induktive reaktans hindre strømændringen. Den induktive reaktans bestemmes hovedsageligt af den geometriske struktur af viklingerne og lækagemagnetisk flux mellem viklingerne.

 

1.2 Ekspressionstilstanden for impedans

Den samlede impedans udtrykkes normalt i kompleks form og består af kombinationen af ​​resistens og induktiv reaktans.

Z=r+jx,  Blandt dem er J den imaginære enhed

Bemærk: Impedans henviser ikke til impedansen af ​​en enkelt højspænding eller lavspænding i sig selv, men snarere den kombinerede impedans af høj spænding til lav spænding, modstand og reaktans, der bruges til at beskrive impedansen mellem viklinger af en transformer under en bestemt driftstilstand.

For eksempel impedansen af ​​en tre-spiraltransformator:

Højspænding - Lavspænding

Højspænding - Medium spænding

Medium spænding - lav spænding

 

 

2.1 Definitionen af ​​kortslutningsimpedans

Definition: Kortslutningsimpedansen på transformerens navneskilt er en meget vigtig parameter, der afspejler transformerens elektriske egenskaber under kortslutningsforhold. Kortslutningsimpedans udtrykkes normalt som en procentdel (%z), der repræsenterer forholdet mellem den spænding, der skal påføres den primære vikling for at generere den nominelle strøm, når den sekundære vikling af transformeren er kortsluttet til den nominelle spænding for den primære vikling.

 

 

Formulering:

Kortslutningsimpedans () kan udtrykkes med følgende formel:

Blandt dem:

• Er spændingen påkrævet for den primære vikling for at nå den nominelle strøm, når den sekundære vikling er kortsluttet.

• er den nominelle spænding for den primære vikling.

Betydningen af ​​kortslutningsimpedans

 

2.2 Betydningen af ​​kortslutningsimpedans

2.2.1 Begræns kortslutningsstrøm

Kortslutningsimpedansen bestemmer størrelsen af ​​kortslutningsstrømmen genereret af transformeren, når den sekundære vikling er kortsluttet. Kortslutningsstrøm er den maksimale strøm, der kan forekomme i et kraftsystem, og det kan udgøre en alvorlig trussel mod sikkerheden ved udstyr og systemer.

Jo større kortslutningsimpedans er, jo mindre er kortslutningsstrømmen, der hjælper med at beskytte transformeren og nedstrøms udstyr mod skader forårsaget af overdreven kortslutningsstrøm.

Kortslutningsberegning

Givet: Transformatorens navneskiltkapacitet er 100 mVA, spændingen er 132\/11 kV, og kortslutningsimpedansen er 10%. Beregn kortslutningsstrømmen på både høj- og lavspændingssider.

= kortslutningsstrøm

= bedømt strøm

Z%= kortslutningsimpedans

 

Højspændingsside:

 

Lavspændingsside:

 

2.2.2 Spændingsregulering

Kortslutningsimpedans og spændingsfald

Størrelsen af ​​kortslutningsimpedansen påvirker direkte transformerens spændingsfald. En større kortslutningsimpedans betyder, at når transformeren er under belastning, er spændingsfaldet på viklingerne også større, hvilket fører til et større fald i udgangsspændingen. Med andre ord, jo større kortslutningsimpedans er, jo værre er spændingsreguleringsydelsen, fordi udgangsspændingen svinger mere, når belastningen ændres.

2.2.3 Paralleloperation

Når flere transformere fungerer parallelt, bestemmer størrelsen af ​​kortslutningsimpedansen andelen af ​​belastningen, som hver transformer bærer. Hvis kortslutningsimpedanser for de parallelle transformatorer er forskellige, vil belastningen være ujævnt fordelt

• Transformator med lav impedans

Det bærer en relativt stor belastning. Dette skyldes, at en mindre impedans betyder et mindre spændingsfald, så den kan transmittere mere strøm, hvilket resulterer i en større belastning.

• Transformere med høj impedans

Så bærer det en mindre belastning. Dette skyldes, at en større impedans vil generere et større spændingsfald, hvilket resulterer i en mindre transmitteret strøm og dermed en mindre belastning.

En af betingelserne for parallel drift er, at impedanserne ved flere transformere er de samme.

Antag, at der er to transformere, der fungerer parallelt:

Kortslutningsimpedansen for transformer A er 8%.

Kortslutningsimpedansen af ​​transformer B er 10%.

Hvis disse to transformere fungerer parallelt på grund af den mindre kortslutningsimpedans af A, vil den bære en større belastning end B. For eksempel bærer den samlede belastning af systemet 1000 kVA, at transformator A kan bære 600kva, mens transformer B kun bærer 400kVA.

Denne ujævne belastningsfordeling kan føre til følgende problemer:

• Overbelastning: Transformatorer med lav impedans kan overbelastes, mens de med høj impedans kan være i en lysbelastningstilstand.

• Lav effektivitet: På grund af ujævn belastningsfordeling kan driftseffektiviteten af ​​hele systemet falde.

• Kortet levetid: Transformere, der opererer under overbelastningsbetingelser, kan opleve en forkortet levetid på grund af termisk stress og accelereret aldring.

2.2.4 Beskyttelsesindstillinger

Kortslutningsimpedans har en direkte indflydelse på indstillingen af ​​beskyttelsesanordninger såsom relæer og afbrydere. Beskyttelsesanordninger skal normalt indstilles i henhold til kortslutningsstrøm for at sikre, at fejl kan afskæres hurtigt og effektivt, når der opstår en kortslutning, hvilket reducerer påvirkningen på andre dele af systemet.

At forstå en transformers kortslutningsimpedans er nyttigt til at designe passende beskyttelsesindstillinger for at sikre systemets sikkerhed og pålidelighed.

 

 

3.1 Fordelen ved høj impedans

• Begræns kortslutningsstrømmen

Transformatorer med høj impedans kan begrænse størrelsen af ​​kortslutningsstrømmen, når der opstår en kortslutning. Dette hjælper med at beskytte kraftsystemet og udstyret og reducerer virkningen af ​​fejl på systemet.

• Fleksibilitet under parallel drift

I transformere, der opererer parallelt, hvis der er en lille forskel i impedans (men inden for et rimeligt interval), er det lettere at fordele belastningen og undgå overdreven koncentration af belastningen på en enkelt transformer på grund af for lille impedans.

• Omkostningerne kan være relativt lave

I nogle design kan stigende impedans reducere mængden af ​​anvendt viklingsmateriale og derved sænke produktionsomkostningerne.

 

3.2 Ulempen ved høj impedans

Spændingsreguleringsydelsen er dårlig

Transformatorer med høj impedans vil opleve betydelige udsving i deres udgangsspænding, når belastningen ændres. Dette er ugunstigt for belastninger, der kræver en stabil spænding, og spændingsfaldet er relativt stort

Relativt stort energitab

Større impedans betyder større modstand og reaktans, hvilket kan føre til højere energitab og reducere transformerens effektivitet.

 

3.3 Fordele ved lav impedans

Det har god spændingsreguleringsydelse

Transformatorer med lav impedans har mindre udgangsspændingssvingninger, når belastningen ændres, og kan give en mere stabil spænding. Dette er meget vigtigt for enheder, der er følsomme over for spændingssvingninger, såsom elektroniske enheder og datacentre, hvor spændingsfaldet er relativt lille.

Høj effektivitet

En mindre impedans betyder lavere modstand og reaktans, hvilket normalt fører til højere energieffektivitet og reducerer tab under drift.

 

3.4 Ulempen med lav impedans

Kortslutningsstrømmen er relativt stor

Lav impedans betyder, at når der opstår en kortslutning, vil strømmen være meget stor, hvilket kan forårsage en betydelig indflydelse på systemet og udstyret. Dette kræver mere komplekse og dyre beskyttelsesforanstaltninger.

Høje produktionsomkostninger

Opnåelse af lav impedans kræver normalt anvendelse af flere materialer (såsom tykkere ledninger eller større kerner) og mere komplekse fremstillingsprocesser, hvilket øger omkostningerne.

 

3.5 Valg af kompromis

I praktiske applikationer er transformerdesignere normalt nødt til at finde et balancepunkt mellem størrelsen af ​​impedansen.

Dette balancepunkt afhænger af:

• Beskyttelseskrav til kraftsystemer

Hvis kortslutningsstrømmen skal kontrolleres strengt, kan der vælges et design med en større impedans.

• Kravene til spændingsstabiliteten af ​​belastningen

Hvis der kræves en meget stabil udgangsspænding, kan der vælges et design med en mindre impedans.

• Omkostningsovervejelse

På forudsætningen for at opfylde kravene er omkostninger ofte en vigtig beslutningsfaktor.

 

 

4.1 Testformål

Kortslutningsimpedansen og belastningstabstesten er en vigtig test for transformatorer, der bruges til at bestemme kortslutningsimpedansen (%z) for transformatoren og belastningstabet (dvs. kobbertab) under kortslutningsforhold. Denne test kan give vigtige elektriske karakteristiske oplysninger om transformeren under specifikke arbejdsvilkår, hvilket er nyttigt til at verificere transformerens designkvalitet og ydeevne.

• Mål kortslutningsimpedansen (%z)

Kortslutningsimpedans afspejler den kombinerede virkning af modstanden og reaktansen af ​​en transformer og er afgørende for at evaluere ydelsen af ​​en transformer under fejlbetingelser.

• Mål belastningstab

Belastningstab (eller kobbertab) er strømtabet forårsaget af viklingsmodstand af en transformer under nominel belastning, som kan måles gennem kortslutningsimpedansforsøg

 

4.2 Testprincip

Kortslutningsimpedanstest involverer anvendelse af en relativt lav spænding til den primære vikling (normalt højspændingssiden) af en transformer, mens den er kortslutning af den sekundære vikling (normalt lavspændingssiden) og måle spændingen, strømmen og kraften i den primære vikling på dette tidspunkt. Baseret på disse måleværdier kan kortslutningsimpedansen og belastningstab af transformeren beregnes.

 

4.3 Testprocedurer

4.3.1 Testforberedelse

Ledninger: Kortslutning Den sekundære side (lavspændingsside) snoet af transformeren og tilslut den primære side (højspændingsside) vikling til en justerbar strømforsyning.

Forberedelse af udstyr: Tilslut måleenheden til registrering af parametre såsom spænding, strøm og strøm.

4.3.2 Anvendt spænding

Forøg gradvist spændingen på den primære side fra nul, indtil strømmen på den primære side når den nominelle strøm. På dette tidspunkt, på grund af kortslutningen på den sekundære side, skal spændingen være tæt på nul.

4.3.3 Mål

Spænding: Mål og registrer spændingenPå den primære side

Nuværende: Mål og registrer strømmenPå den primære side

Strøm: Mål og registrer input Active Power P, som hovedsageligt er belastningstabet (kobbertab) af viklingen.

4.4.4 Beregning

Beregningsformel for kortslutningsimpedans:

Procentdel kortslutningsimpedans (%z):

Blandt dem,er den nominelle spænding af transformeren

Lastetab (kobbertab) henviser til den målte effekt P.

4.4.5 Testbetingelser

Tests udføres normalt ved stuetemperatur, men på grund af den betydelige indflydelse af temperatur på viklingsmodstand kan de faktiske målte belastningstab kræve temperaturkorrektion.

I testen er den påførte spænding relativt lav. Det behøver kun at nå den nominelle strøm, ikke den nominelle spænding, for når den sekundære vikling er kortsluttet, er det tilstrækkeligt at anvende en lavere spænding til at generere den nominelle strøm.

4.4.6 Analyse af testresultater

Kortslutningsimpedansværdi

Den målte kortslutningsimpedansværdi skal være i overensstemmelse med designværdien eller værdien på navneskilt. Hvis forskellene er betydningsfulde, kan det indikere, at der er problemer i design eller fremstilling af transformeren.

Belastningstab

Det målte belastningstab (kobbertab) bruges til at evaluere effektiviteten af ​​transformeren under fuld belastningsbetingelser. Dette tab skal være inden for det interval, der er specificeret i designet.

4.4.7 Betydning

Kortslutningsimpedanstesten verificerer ikke kun design- og fremstillingskvaliteten af ​​transformeren, men giver også nøgledata til fejlanalysen af ​​systemet, indstillingen af ​​beskyttelsesenheder og parallel drift af transformeren. Gennem denne test kan ingeniører sikre transformerens sikkerhed og pålidelighed i faktisk drift. Afslutningsvis er kortslutningsimpedanstesten et vigtigt skridt for at sikre, at transformeren overholder designspecifikationerne og kan fungere sikkert og effektivt.