Какво е импедансно напрежение?
Както е определено от IEC 60076-1, напрежението на импеданса е променливотоковото напрежение при номинална честота, приложено към една намотка, докато противоположната намотка е здраво свързана на късо, регулирано, докато номиналният ток протича през намотките. Това приложено напрежение, изразено като процент от номиналното напрежение на намотката, е процентното импедансно напрежение Uk%.
Физически, Uk% представлява стойността за единица на общия вътрешен импеданс на трансформатора. Той съдържа два отделни компонента: резистивния компонент от съпротивлението на медната намотка и реактивния компонент, произхождащ от потока на изтичане между първичната и вторичната намотки, известен като реактивно съпротивление на изтичане. За типичните 11 kV маслени разпределителни трансформатори, реактивното съпротивление на утечка доминира общия импеданс, докато резистивната част е сравнително малка. Всички резултати от изпитване на импедансно напрежение трябва да се отнасят към стандартната температура от 75 градуса. Съпротивлението на медта нараства с температурата; измерените показания на импеданса ще се променят, ако температурната корекция е пропусната, което е задължително изискване за сертификатите за фабрични тестове и докладите за приемане на обекта.
Широко цитиран пример: 11kV / 0,4kVмаслен трансформаторобозначен с 4% импедансно напрежение означава, че когато намотката НН е съединена накъсо, прилагането само на 4% от номиналното ВН напрежение ще задвижи номиналния ток през намотките. Този единичен процент директно управлява потенциалното ниво на ток на повреда на разпределителната мрежа надолу по веригата.
Измерване на импедансно напрежение чрез тест за късо съединение
Импедансното напрежение се получава оттрансформатортест за късо съединение, един от задължителните типови тестове в производството и рутинни тестове за приемане на място. Тестовата процедура следва стандартизирани стъпки. Първо, клемите на вторичната намотка са надеждно окъсени в три фази. Източник на променлив ток с променлива честота е свързан към първичната страна. Тестовото напрежение се повишава постепенно, докато първичният ток се следи непрекъснато. След като първичният ток достигне номиналния ток на трансформатора, регулирането на напрежението спира и стойността на приложеното напрежение се записва. Процентният импеданс се изчислява, като измереното напрежение се раздели на номиналното напрежение и се умножи по 100%, след което се коригира математически до 75 градуса референтна температура.
По време на теста за късо съединение, плътността на магнитния поток вътре в желязното ядро остава изключително ниска, така че загубата на празен ход може да бъде игнорирана. Почти цялата входна мощност се разсейва като загуба на натоварване на намотката. Това обяснява защо тестът за късо съединение се използва едновременно за измерване на загубите при натоварване и обикновено се извършва заедно с теста на празен ход в пълен набор от тестове на трансформатори.
Типични Uk% диапазони и IEC толеранс за 11kV маслени трансформатори
За основно напрежение 11kVмаслени разпределителни трансформаторивключително сериите S11, S13 и S22 с капацитет, вариращ от 50 kVA до 2500 kVA, стандартните степени на импеданс са 4%, 4,5% и 6%. 4%, а 6% са най-често посочваните опции.
- По-малки модули до 500 kVA: 4% импеданс е предпочитан за по-добро регулиране на напрежението.
- Средни и големи трансформатори от 800 kVA нагоре: 6% импеданс често се определя за ограничаване на тока на повреда и намаляване на разрушителните електромагнитни сили върху намотките при събития на късо съединение.
IEC 60076 определя ясни граници на толеранс за импедансно напрежение: измерената стойност при фабричен тест не трябва да се отклонява с повече от ±7,5% от стойността на табелката. За трансформатори, планирани за паралелна работа, е необходим по-строг толеранс, обикновено в рамките на ±2,5% между модулите. Несъответстващото импедансно напрежение причинява неравномерно разпределение на товара, циркулиращ ток между паралелни трансформатори, прегряване и катастрофална повреда в тежки случаи.
Въздействие върху системата и ключови компромиси по време на спецификацията
Импедансното напрежение по своята същност не е нито добро, нито лошо. Инженерите трябва да балансират ефективността на регулиране на напрежението и ограничението на тока на повреда за всеки проект.
- Нисък импеданс като 4%: Вторичният спад на напрежението при променлив товар е сведен до минимум, като се осигурява стабилно напрежение за чувствителни товари, включително прецизно производствено оборудване, захранвания за центрове за данни и медицински системи. Недостатъкът е повишеният ток на късо съединение, изискващ разпределителна апаратура, шини и кабели с по-висок капацитет за краткотрайна устойчивост, което увеличава общите капиталови разходи.
- Висок импеданс като 6%: Токът на повреда се потиска ефективно. Намотките претърпяват по-малко механично напрежение по време на повреди при късо съединение, което подобрява способността на трансформатора да издържа на късо съединение. Компромисът е по-голям спад на напрежението при пълно натоварване и по-лошо регулиране на напрежението. Напрежението в края на линията може да излезе извън допустимите граници при голямо натоварване, което изисква превключватели или регулиране на крана под товар за компенсация
Наред с идентичното съотношение на напрежението и съответстващата векторна група, съгласуваното импедансно напрежение е една от трите основни предпоставки за безопасна паралелна работа на разпределителните трансформатори.
Често срещани погрешни схващания при работа и инспекция
Много купувачи и техници по поддръжката приемат, че импедансното напрежение е статичен фабричен параметър, който остава непроменен през целия експлоатационен живот. В действителност ударите от късо съединение могат да причинят изместване на намотката, да разхлабят изолационните блокове и да деформират геометрията на бобината. Тези структурни промени променят пътя на потока на изтичане и реактивното съпротивление на изтичане, което води до изместено отчитане на Uk% по време на повторното изпитване. Повторното тестване на напрежението на импеданса след повреда е жизненоважен диагностичен метод за идентифициране на деформация на намотката, обикновено комбиниран с анализ на честотния спектър (FRA) за цялостна оценка на състоянието.
Температурната корекция е друга лесно пренебрегвана точка. Съпротивлението на медта пада при ниска температура и се повишава при висока температура. Необработените показания на импеданса без температурна корекция не могат да се сравняват директно със стойността на табелката. Референтната температура от 75 градуса е универсално приета в международните стандарти за трансформатори.
Заключение
Импеданс напрежение Uk% връзкитрансформатормеханичен дизайн, характеристики на разпределителната мрежа и схеми за защита. Определя се от геометрията на намотките, разстоянието и оформлението, измерено чрез тест за късо съединение, то управлява нивото на повреда, стабилността на напрежението, съвместимостта на паралелна работа и устойчивостта на късо съединение. На етапа на техническата спецификация инженерите не трябва произволно да задават по подразбиране 4% или 6%. Степента на импеданса трябва да бъде избрана след оценка на нивото на повреда в мрежата нагоре по веригата, вида на натоварването и издръжливостта на разпределителната уредба, балансиране на стабилно качество на напрежението и достатъчна граница на безопасност срещу повреда от късо съединение.
