Impedantie van transformator

 

 

 

1.1 De definitie van impedantie

Definitie: de impedantie van een transformator verwijst naar de weerstand die deze op stroom uitoefent wanneer de stroom er doorheen stroomt. Het bestaat uit twee delen: weerstand en inductieve reactantie. De grootte van impedantie wordt meestal uitgedrukt als een percentage en gemarkeerd op het tabel van de transformator.

samenstellend deel:

• Weerstand (R): dit is het weerstandsdeel van de elektrische geleider in de transformatorwikkeling, die voornamelijk wordt bepaald door het materiaal en de lengte van de wikkeling. Weerstand kan ervoor zorgen dat elektrische energie verloren gaat in de vorm van warmte -energie, die bekend staat als koperverlies.

• Inductieve reactantie (x): dit deel van de impedantie is afkomstig van de inductie van de wikkeling. Wanneer de wisselstroom door de wikkeling gaat, zal de inductieve reactantie de verandering van stroom belemmeren. De inductieve reactantie wordt voornamelijk bepaald door de geometrische structuur van de wikkelingen en de lekkage magnetische flux tussen de wikkelingen.

 

1.2 De expressiemodus van impedantie

De totale impedantie wordt meestal uitgedrukt in complexe vorm en bestaat uit de combinatie van weerstand en inductieve reactantie.

Z=r+jx,  Onder hen is J de denkbeeldige eenheid

Opmerking: Impedantie verwijst niet naar de impedantie van een enkele hoge spanning of lage spanning zelf, maar eerder de gecombineerde impedantie van hoge spanning tegen lage spanning, weerstand en reactantie, die worden gebruikt om de impedantie tussen wikkelingen van een transformator onder een bepaalde bedrijfstoestand te beschrijven.

Bijvoorbeeld de impedantie van een drie-spoeltransformator:

Hoogspanning - Laagspanning

Hoogspanning - Gemiddelde spanning

Gemiddelde spanning - Laagspanning

 

 

2.1 De definitie van kortsluiting impedantie

Definitie: De kortsluiting impedantie op het typeplaatje voor transformator is een zeer belangrijke parameter, die de elektrische kenmerken van de transformator weerspiegelt onder kortsluitingsomstandigheden. Kortcircuitimpedantie wordt meestal uitgedrukt als een percentage (%z), dat de verhouding van de spanning vertegenwoordigt die moet worden toegepast op de primaire wikkeling om de nominale stroom te genereren wanneer de secundaire wikkeling van de transformator is kortgesloten tot de nominale spanning van de primaire wikkeling.

 

 

Formulering:

Kortsluiting impedantie () kan worden uitgedrukt door de volgende formule:

Onder hen:

• is de spanning die nodig is om de primaire wikkeling te bereiken om de nominale stroom te bereiken wanneer de secundaire wikkeling is kortgesloten.

• is de nominale spanning van de primaire wikkeling.

De betekenis van kortsluiting impedantie

 

2.2 De betekenis van kortsluitingimpedantie

2.2.1 Beperk kortsluitstroom

De kortsluitingimpedantie bepaalt de grootte van de kortsluitstroom die wordt gegenereerd door de transformator wanneer de secundaire wikkeling kortgesloten is. Kortcircuitstroom is de maximale stroom die kan optreden in een energiesysteem, en het kan een ernstige bedreiging vormen voor de veiligheid van apparatuur en systemen.

Hoe groter de kortsluitimpedantie, hoe kleiner de kortsluitstroom, die helpt de transformator en stroomafwaartse apparatuur te beschermen tegen schade veroorzaakt door overmatige kortsluitstroom.

kortsluitingsberekening

Gegeven: de typecapaciteit van de transformator is 100mVA, de spanning is 132\/11 kV en de kortsluiting impedantie is 10%. Bereken de kortsluitstroom aan zowel de hoge als de laagspanningszijden.

= kortsluitstroom

= beoordeelde stroom

Z%= kortsluiting impedantie

 

Hoogspanningszijde:

 

Lage spanningzijde:

 

2.2.2 Spanningsregeling

Kortsluiting impedantie en spanningsdaling

De grootte van de kortsluitingimpedantie beïnvloedt direct de spanningsval van de transformator. Een grotere kortsluitingimpedantie betekent dat wanneer de transformator onder belasting staat, de spanningsval op de wikkelingen ook groter is, wat leidt tot een grotere daling van de uitgangsspanning. Met andere woorden, hoe groter de kortsluitingimpedantie, hoe slechter de spanningsregelingprestaties, omdat de uitgangsspanning meer fluctueert wanneer de belasting verandert.

2.2.3 Parallelle werking

Wanneer meerdere transformatoren parallel werken, bepaalt de grootte van de kortsluitingimpedantie het aandeel van de belasting van elke transformator. Als de kortsluiting impedanties van de parallelle transformatoren verschillend zijn, wordt de belasting ongelijk verdeeld verdeeld

• Transformator met lage impedantie

Het zal een relatief grote belasting dragen. Dit komt omdat een kleinere impedantie een kleinere spanningsval betekent, zodat deze meer stroom kan overbrengen, wat resulteert in een grotere belasting.

• Transformers met hoge impedantie

Dan draagt ​​het een kleinere belasting. Dit komt omdat een grotere impedantie een grotere spanningsval zal genereren, wat resulteert in een kleinere verzonden stroom en dus een kleinere belasting.

Een van de voorwaarden voor parallelle werking is dat de impedanties van meerdere transformatoren hetzelfde zijn.

Stel dat er twee transformatoren parallel werken:

De kortsluiting impedantie van transformator A is 8%.

De kortsluiting impedantie van transformator B is 10%.

Als deze twee transformatoren parallel werken, vanwege de kleinere kortsluiting impedantie van A, zal deze een grotere belasting dragen dan B. Als de totale belasting van het systeem bijvoorbeeld 1000 kVA is, kan transformator A 600KVA dragen, terwijl transformator B slechts 400kva draagt.

Deze ongelijke laadverdeling kan leiden tot de volgende problemen:

• Overbelasting: transformatoren met lage impedantie kunnen worden overbelast, terwijl mensen met een hoge impedantie in een lichtbelastingstoestand kunnen zijn.

• Lage efficiëntie: vanwege ongelijke belastingverdeling kan de operationele efficiëntie van het gehele systeem afnemen.

• Verkorte levensduur: transformatoren die onder overbelastingomstandigheden werken, kunnen een verkorte levensduur ervaren als gevolg van thermische stress en versnelde veroudering.

2.2.4 Beschermingsinstellingen

Kortcircuitimpedantie heeft een directe invloed op de instelling van beschermende apparaten zoals relais en stroomonderbrekers. Beschermende apparaten moeten meestal worden ingesteld volgens kortsluitstroom om ervoor te zorgen dat fouten onmiddellijk en effectief kunnen worden afgesneden wanneer een kortsluiting optreedt, waardoor de impact op andere delen van het systeem wordt verminderd.

Inzicht in de kortsluiting impedantie van een transformator is nuttig voor het ontwerpen van geschikte beschermingsinstellingen om de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem te waarborgen.

 

 

3.1 Het voordeel van hoge impedantie

• Beperk de kortsluitstroom

Transformatoren met hoge impedantie kunnen de grootte van de kortsluitstroom beperken wanneer een kortsluiting optreedt. Dit helpt het voedingssysteem en de apparatuur te beschermen en vermindert de impact van fouten op het systeem.

• Flexibiliteit tijdens parallelle werking

Bij transformatoren die parallel werken, als er een klein verschil is in impedantie (maar binnen een redelijk bereik), is het gemakkelijker om de belasting te verdelen en een overmatige concentratie van de belasting op een enkele transformator te voorkomen vanwege te kleine impedantie.

• De kosten kunnen relatief laag zijn

In sommige ontwerpen kan toenemende impedantie de hoeveelheid wikkelingsmateriaal verminderen, waardoor de productiekosten worden verlaagd.

 

3.2 Het nadeel van hoge impedantie

De prestaties van de spanningsregeling zijn slecht

Transformatoren met hoge impedantie zullen significante schommelingen in hun uitgangsspanning ervaren wanneer de belasting verandert. Dit is ongunstig voor belastingen die een stabiele spanning vereisen, en de spanningsval is relatief groot

Relatief groot energieverlies

Grotere impedantie betekent grotere weerstand en reactantie, wat kan leiden tot hoger energieverlies en de efficiëntie van de transformator kan verminderen.

 

3.3 Voordelen van lage impedantie

Het heeft een goede prestaties van spanningsregulering

Transformatoren met lage impedantie hebben kleinere uitgangsspanningsschommelingen wanneer de belasting verandert en kunnen een stabielere spanning bieden. Dit is erg belangrijk voor apparaten die gevoelig zijn voor spanningsschommelingen, zoals elektronische apparaten en datacenters, waar de spanningsdaling relatief klein is.

Hoog rendement

Een kleinere impedantie betekent lagere weerstand en reactantie, wat meestal leidt tot een hogere energie -efficiëntie en verliezen tijdens de werking vermindert.

 

3.4 Nadeel van lage impedantie

De kortsluitstroom is relatief groot

Lage impedantie betekent dat wanneer een kortsluiting optreedt, de stroom erg groot zal zijn, wat een aanzienlijke impact op het systeem en de apparatuur kan hebben. Dit vereist complexere en dure beschermende maatregelen.

Hoge productiekosten

Het bereiken van lage impedantie vereist meestal het gebruik van meer materialen (zoals dikkere draden of grotere kernen) en meer complexe productieprocessen, wat de kosten verhoogt.

 

3.5 Compromiskeuze

In praktische toepassingen moeten transformatorontwerpers meestal een balanspunt vinden tussen de grootte van impedantie.

Dit balanspunt hangt af van:

• Beschermingsvereisten voor stroomsystemen

Als de kortsluitstroom strikt moet worden gecontroleerd, kan een ontwerp met een grotere impedantie worden gekozen.

• De spanningsstabiliteitseisen van de belasting

Als een zeer stabiele uitgangsspanning vereist is, kan een ontwerp met een kleinere impedantie worden gekozen.

• Kostenoverweging

Wat betreft het uitgangspunt van het voldoen aan prestatievereisten, zijn kosten vaak een belangrijke besluitvormingsfactor.

 

 

4.1 Testdoel

De kortsluiting impedantie en belastingverliestest is een belangrijke test voor transformatoren, die wordt gebruikt om de kortsluitingimpedantie (%z) van de transformator te bepalen en het belastingverlies (dwz koperverlies) onder kortsluitingsomstandigheden. Deze test kan belangrijke elektrische karakteristieke informatie van de transformator bieden onder specifieke werkomstandigheden, wat nuttig is voor het verifiëren van de ontwerpkwaliteit en de prestaties van de transformator.

• Meet de kortsluiting impedantie (%z)

Kortcircuitimpedantie weerspiegelt het gecombineerde effect van de weerstand en reactantie van een transformator en is cruciaal voor het evalueren van de prestaties van een transformator onder foutomstandigheden.

• Meet belastingverlies

Laadverlies (of koperverlies) is het vermogensverlies veroorzaakt door wikkelweerstand van een transformator onder nominale belasting, die kan worden gemeten door kortsluiting impedantietests

 

4.2 Testprincipe

Kortcircuit impedantietest omvat het toepassen van een relatief lage spanning op de primaire wikkeling (meestal de hoogspanningszijde) van een transformator terwijl het kortsluiting van de secundaire wikkeling (meestal de laagspanningszijde) en het meten van de spanning, stroom en kracht van de primaire wikkeling op dit moment. Op basis van deze meetwaarden kunnen de kortsluitingimpedantie en het belastingverlies van de transformator worden berekend.

 

4.3 Testprocedures

4.3.1 Testvoorbereiding

Bedrading: kortsluiting van de secundaire zijde (laagspanningszijde) wikkeling van de transformator en verbind de primaire zijde (hoogspanningszijde) wikkeling op een verstelbare voeding.

Voorbereiding van apparatuur: Sluit het meetapparaat aan om parameters zoals spanning, stroom en vermogen te registreren.

4.3.2 Toegepaste spanning

Verhoog geleidelijk de spanning aan de primaire zijde van nul totdat de stroom aan de primaire zijde de nominale stroom bereikt. Op dit punt, vanwege het kortsluiting aan de secundaire zijde, moet de spanning bijna nul zijn.

4.3.3 Maatregel

Spanning: meet en registreer de spanningaan de primaire kant

Stroom: meet en registreer de stroomaan de primaire kant

Vermogen: meet en registreer de input Active Power P, die voornamelijk het belastingverlies (koperverlies) van de wikkeling is.

4.4.4 Berekening

Berekeningsformule van kortsluitingimpedantie:

Percentage kortsluiting impedantie (%z):

Onder hen,is de nominale spanning van de transformator

Laadverlies (koperverlies) verwijst naar het gemeten vermogen P.

4.4.5 Testomstandigheden

Tests worden meestal uitgevoerd bij kamertemperatuur, maar vanwege de significante invloed van de temperatuur op de wikkelweerstand, kunnen de werkelijke gemeten belastingverliezen temperatuurcorrectie vereisen.

In de test is de toegepaste spanning relatief laag. Het hoeft alleen de nominale stroom te bereiken, niet de nominale spanning, omdat wanneer de secundaire wikkeling kortgesloten is, het toepassen van een lagere spanning voldoende is om de nominale stroom te genereren.

4.4.6 Analyse van testresultaten

Kortsluiting impedantiewaarde

De gemeten waarde-circuitimpedantiewaarde moet consistent zijn met de ontwerpwaarde of de waarde op het typeplaatje. Als de verschillen significant zijn, kan dit erop wijzen dat er problemen zijn bij het ontwerp of de vervaardiging van de transformator.

Lading verlies

Het gemeten belastingverlies (koperverlies) wordt gebruikt om de efficiëntie van de transformator te evalueren onder full-load condities. Dit verlies moet binnen het bereik in het ontwerp liggen.

4.4.7 Betekenis

De kortsluitingspedantietest verifieert niet alleen de ontwerp- en productiekwaliteit van de transformator, maar biedt ook belangrijke gegevens voor de foutanalyse van het systeem, de instelling van beschermingsapparatuur en de parallelle werking van de transformator. Door deze test kunnen ingenieurs de veiligheid en betrouwbaarheid van de transformator in werkelijke werking waarborgen. Concluderend is de kortsluitingspedantietest een belangrijke stap om ervoor te zorgen dat de transformator voldoet aan de ontwerpspecificaties en veilig en efficiënt kan werken.