Ce este tensiunea de impedanță?
După cum este definită de IEC 60076-1, tensiunea de impedanță este tensiunea AC la frecvența nominală aplicată unei înfășurări în timp ce înfășurarea opusă este solid scurtcircuitată, ajustată până când curentul nominal trece prin înfășurări. Această tensiune aplicată, exprimată ca procent din tensiunea nominală a înfășurării, este tensiunea de impedanță procentuală Uk%.
Din punct de vedere fizic, Uk% reprezintă valoarea pe unitate a impedanței interne totale a transformatorului. Conține două componente separate: componenta rezistivă din rezistența înfășurării de cupru și componenta reactivă care provine din fluxul de scurgere între înfășurările primare și secundare, cunoscută sub numele de reactanță de scurgere. Pentru transformatoarele de distribuție cu scufundare în ulei tipice de 11 kV, reactanța de scurgere domină impedanța totală, în timp ce porțiunea rezistivă este relativ mică. Toate rezultatele testelor de impedanță de tensiune trebuie să fie raportate la temperatura standard de 75 de grade. Rezistența cuprului crește odată cu temperatura; citirile de impedanță măsurate vor varia dacă corectarea temperaturii este omisă, ceea ce este o cerință obligatorie pentru certificatele de testare din fabrică și rapoartele de acceptare a șantierului.
Un exemplu la care se face referire pe scară largă: un 11kV / 0.4kVtransformator immers în uleietichetat cu o tensiune de impedanță de 4% înseamnă că atunci când înfășurarea JT este scurtcircuitată, aplicarea a numai 4% din tensiunea nominală HV va conduce curentul nominal prin bobine. Acest singur procent guvernează în mod direct nivelul de curent de defect potențial al rețelei de distribuție din aval.
Măsurarea tensiunii de impedanță prin test de scurtcircuit
Tensiunea de impedanță se obține printransformatorîncercarea de scurtcircuit, una dintre încercările de tip obligatorii în fabricație și testele de rutină de acceptare pe șantier. Procedura de testare urmează pași standardizați. În primul rând, bornele înfășurării secundare sunt scurtcircuitate în trei faze. O sursă de curent alternativ cu frecvență variabilă este conectată la partea primară. Tensiunea de testare este crescută treptat în timp ce curentul primar este monitorizat continuu. Odată ce curentul primar atinge curentul nominal al transformatorului, reglarea tensiunii se oprește și valoarea tensiunii aplicate este înregistrată. Impedanța procentuală este calculată prin împărțirea tensiunii măsurate la tensiunea nominală și înmulțirea cu 100%, apoi corectată matematic la temperatura de referință de 75 de grade.
În timpul testului de scurtcircuit, densitatea fluxului magnetic în interiorul miezului de fier rămâne extrem de scăzută, astfel încât pierderea fără sarcină poate fi ignorată. Aproape toată puterea de intrare se disipează ca pierdere a sarcinii înfășurării. Acest lucru explică de ce testul de scurtcircuit este utilizat simultan pentru a măsura pierderile de sarcină și, de obicei, este efectuat împreună cu testul fără sarcină într-o suită completă de teste a transformatorului.
Intervalele tipice din Marea Britanie și toleranța IEC pentru transformatoarele cu scufundare în ulei de 11 kV
Pentru curentul principal de 11 kVtransformatoare de distribuție cu scufundare în uleiinclusiv seriile S11, S13 și S22 cu capacitate cuprinsă între 50 kVA și 2500 kVA, gradele standard de impedanță sunt 4%, 4,5% și 6%. 4% și 6% sunt opțiunile cele mai frecvent specificate.
- Unități mai mici de până la 500 kVA: este preferată o impedanță de 4% pentru o reglare superioară a tensiunii.
- Transformatoare medii și mari de la 800 kVA în sus: impedanța de 6% este frecvent specificată pentru a restricționa curentul de defect și pentru a reduce forțele electromagnetice distructive pe înfășurări în cazul unor evenimente de scurtcircuit.
IEC 60076 stabilește limite clare de toleranță pentru tensiunea de impedanță: valoarea măsurată la testul din fabrică nu trebuie să devieze cu mai mult de ±7,5% de la valoarea de pe plăcuță. Pentru transformatoarele planificate pentru funcționare în paralel, este necesară o toleranță mai strânsă, în mod normal în intervalul de ±2,5% între unități. Tensiunea de impedanță nepotrivită provoacă partajarea neuniformă a sarcinii, curentul de circulație între transformatoarele aflate în paralel, supraîncălzirea și defecțiunile catastrofale în cazuri grave.
Impactul sistemului și compromisurile cheie în timpul specificației
Tensiunea de impedanță nu este în mod inerent nici bună, nici rea. Inginerii trebuie să echilibreze performanța de reglare a tensiunii și limitarea curentului de defect pentru fiecare proiect.
- Impedanță scăzută, cum ar fi 4%: căderea de tensiune secundară sub sarcină variabilă este redusă la minimum, oferind o tensiune stabilă pentru sarcini sensibile, inclusiv echipamente de producție de precizie, surse de alimentare pentru centre de date și sisteme medicale. Dezavantajul este un curent de scurtcircuit ridicat, care necesită aparate de comutare, bare colectoare și cablare cu o capacitate mai mare de rezistență pe timp scurt, ceea ce crește cheltuielile de capital generale.
- Impedanță ridicată, cum ar fi 6%: curentul de defect este suprimat eficient. Înfășurările suferă o solicitare mecanică mai mică în timpul defecțiunilor de scurtcircuit, îmbunătățind capacitatea de rezistență la scurtcircuit a transformatorului. Compensația este căderea de tensiune mai mare la sarcină maximă și o reglare mai slabă a tensiunii. Tensiunea de la sfârșitul liniei se poate deplasa în afara limitelor permise în condiții de sarcină grea, necesitând comutatoare de reglare sau reglare a reglajului sub sarcină pentru compensare
Alături de raportul de tensiune identic și grupul de vectori de potrivire, tensiunea de impedanță adaptată este una dintre cele trei premise fundamentale pentru funcționarea în siguranță în paralel a transformatoarelor de distribuție.
Concepții greșite comune în operare și inspecție
Mulți cumpărători și tehnicieni de întreținere presupun că tensiunea de impedanță este un parametru static din fabrică care rămâne neschimbat pe toată durata de viață. În realitate, șocurile de scurtcircuit pot provoca deplasarea înfășurării, slăbirea blocurilor de izolație și deformarea geometriei bobinei. Aceste modificări structurale modifică calea fluxului de scurgere și reactanța de scurgere, rezultând o citire Uk% deplasată în timpul retestării. Retestarea tensiunii de impedanță după un eveniment de defecțiune este o metodă de diagnosticare vitală pentru a identifica deformarea înfășurării, de obicei combinată cu analiza răspunsului în frecvență (FRA) pentru evaluarea cuprinzătoare a stării.
Corecția temperaturii este un alt punct ușor de trecut cu vederea. Rezistența cuprului scade la temperatură scăzută și crește la temperatură ridicată. Citirile brute ale impedanței fără corecție de temperatură nu pot fi comparate direct cu valoarea de pe plăcuța de identificare. Temperatura de referință de 75 de grade este universal adoptată în standardele internaționale pentru transformatoare.
Concluzie
Tensiune de impedanță Uk% legăturitransformatorproiectarea mecanică, caracteristicile rețelei de distribuție și schemele de protecție. Determinat de geometria înfășurării, distanță și aspect, măsurat prin testul de scurtcircuit, guvernează nivelul de defecțiune, stabilitatea tensiunii, compatibilitatea cu funcționarea în paralel și rezistența la scurtcircuit. În stadiul de specificație tehnică, inginerii nu ar trebui să fie implicit de 4% sau 6% în mod arbitrar. Gradul de impedanță trebuie selectat după evaluarea nivelului de defecțiune a rețelei din amonte, a tipului de sarcină și a capacității de rezistență a tabloului de distribuție, echilibrând calitatea tensiunii constante și o marjă de siguranță suficientă împotriva deteriorării la scurtcircuit.
