Impedenza del trasformatore

 

 

 

1.1 La definizione di impedenza

Definizione: l'impedenza di un trasformatore si riferisce alla resistenza che esercita sulla corrente quando la corrente scorre attraverso di essa. È costituito da due parti: resistenza e reattanza induttiva. L'entità dell'impedenza è generalmente espressa in percentuale e contrassegnata sulla targhetta del trasformatore.

parte costituente:

• Resistenza (R): questa è la parte di resistenza del conduttore elettrico nell'avvolgimento del trasformatore, che è principalmente determinata dal materiale e dalla lunghezza dell'avvolgimento. La resistenza può causare la perdita di energia elettrica sotto forma di energia termica, che è nota come perdita di rame.

• Reattanza induttiva (X): questa parte dell'impedenza proviene dall'induttanza dell'avvolgimento. Quando si alternano la corrente passa attraverso l'avvolgimento, la reattanza induttiva impedirà il cambiamento di corrente. La reattanza induttiva è determinata principalmente dalla struttura geometrica degli avvolgimenti e dal flusso magnetico di perdita tra gli avvolgimenti.

 

1.2 La modalità di espressione dell'impedenza

L'impedenza totale è generalmente espressa in forma complessa e consiste nella combinazione di resistenza e reattanza induttiva.

Z=r+jx,  Tra questi, J è l'unità immaginaria

Nota: l'impedenza non si riferisce all'impedenza di una singola alta tensione o bassa tensione stessa, ma piuttosto all'impedenza combinata di alta tensione a bassa tensione, resistenza e reattanza, che vengono utilizzate per descrivere l'impedenza tra gli avvolgimenti di un trasformatore sotto un determinato stato operativo.

Ad esempio, l'impedenza di un trasformatore a tre bobine:

Alta tensione - bassa tensione

Alta tensione - media tensione

Media tensione - bassa tensione

 

 

2.1 La definizione di impedenza di corto circuito

Definizione: l'impedenza del corto circuito sulla targhetta del trasformatore è un parametro molto importante, che riflette le caratteristiche elettriche del trasformatore in condizioni di corto circuito. L'impedenza del corto circuito è generalmente espressa in percentuale (%z), che rappresenta il rapporto tra la tensione che deve essere applicata alla vento primario per generare la corrente nominale quando l'avvolgimento secondario del trasformatore è corto-circhito alla tensione nominale della veglia primaria.

 

 

Formulazione:

Impedenza di corto circuito () può essere espresso dalla seguente formula:

Tra loro:

• è la tensione richiesta per l'avvolgimento primario per raggiungere la corrente nominale quando l'avvolgimento secondario è corto.

• è la tensione nominale dell'avvolgimento primario.

Il significato dell'impedenza di corto circuito

 

2.2 Il significato dell'impedenza del corto circuito

2.2.1 Limitare la corrente di cortocircuito

L'impedenza del corto circuito determina l'entità della corrente di corto circuito generata dal trasformatore quando l'avvolgimento secondario è corto. La corrente di corto circuito è la corrente massima che può verificarsi in un sistema di alimentazione e può rappresentare una grave minaccia per la sicurezza delle attrezzature e dei sistemi.

Maggiore è l'impedenza di corto circuito, minore è la corrente di corto circuito, che aiuta a proteggere il trasformatore e le apparecchiature a valle dai danni causati da una corrente di cortocircuito eccessiva.

Calcolo del corto circuito

Dato: la capacità della targhetta del trasformatore è di 100 MVA, la tensione è di 132\/11 kV e l'impedenza di corto circuito è del 10%. Calcola la corrente di cortocircuito su entrambi i lati ad alta e bassa tensione.

= corrente di corto circuito

= corrente valutata

Z%= Short Circuit Impedance

 

Lato alta tensione:

 

Lato a bassa tensione:

 

2.2.2 Regolazione della tensione

Caduta di impedenza e tensione di corto circuito

L'entità dell'impedenza di cortocircuito influenza direttamente la caduta di tensione del trasformatore. Un'impedenza di cortocircuito più grande significa che quando il trasformatore è sotto carico, anche la caduta di tensione sugli avvolgimenti è maggiore, il che porta a una maggiore goccia nella tensione di uscita. In altre parole, maggiore è l'impedenza del cortocircuito, peggiore le prestazioni della regolazione della tensione, perché la tensione di uscita oscilla di più quando il carico cambia.

2.2.3 Operazione in parallelo

Quando i trasformatori multipli funzionano in parallelo, l'entità dell'impedenza del corto circuito determina la proporzione del carico che ciascun trasformatore porta. Se le impedenze di corto circuito dei trasformatori paralleli sono diverse, il carico verrà distribuito in modo irregolare

• Trasformatore con bassa impedenza

Porterà un carico relativamente grande. Questo perché un'impedenza più piccola significa una caduta di tensione più piccola, quindi può trasmettere più corrente, con conseguente carico maggiore.

• Transformers con alta impedenza

Quindi porterà un carico più piccolo. Questo perché un'impedenza maggiore genererà una caduta di tensione maggiore, risultando in una corrente trasmessa più piccola e quindi un carico più piccolo.

Una delle condizioni per il funzionamento parallelo è che le impedenze di più trasformatori sono le stesse.

Supponiamo che ci siano due trasformatori che operano in parallelo:

L'impedenza del corto circuito del trasformatore A è dell'8%.

L'impedenza di corto circuito del trasformatore B è del 10%.

Se questi due trasformatori funzionano in parallelo, a causa della minore impedenza di corto circuito di A, porterà un carico maggiore di B. Ad esempio, se il carico totale del sistema è di 1000kva, il trasformatore A potrebbe sopportare 600kva, mentre il trasformatore B porta solo 400kva.

Questa distribuzione del carico irregolare può portare ai seguenti problemi:

• Sovraccarico: i trasformatori con bassa impedenza possono essere sovraccarichi, mentre quelli con alta impedenza possono essere in uno stato di carico chiaro.

• Bassa efficienza: a causa della distribuzione del carico irregolare, l'efficienza operativa dell'intero sistema può diminuire.

• Giorni di vita abbreviata: i trasformatori che operano in condizioni di sovraccarico possono sperimentare una durata abbreviata a causa dello stress termico e dell'invecchiamento accelerato.

2.2.4 Impostazioni di protezione

L'impedenza del corto circuito ha un impatto diretto sull'impostazione di dispositivi protettivi come relè e interruttori. I dispositivi di protezione di solito devono essere impostati in base alla corrente di cortocircuito per garantire che i guasti possano essere tagliati prontamente ed efficacemente quando si verifica un corto circuito, riducendo così l'impatto su altre parti del sistema.

Comprendere l'impedenza del corto circuito di un trasformatore è utile per la progettazione di impostazioni di protezione appropriate per garantire la sicurezza e l'affidabilità del sistema.

 

 

3.1 Il vantaggio dell'alta impedenza

• Limitare la corrente di corto circuito

I trasformatori con elevata impedenza possono limitare l'entità della corrente di corto circuito quando si verifica un corto circuito. Questo aiuta a proteggere il sistema di alimentazione e le attrezzature e riduce l'impatto dei guasti sul sistema.

• Flessibilità durante il funzionamento parallelo

Nei trasformatori che operano in parallelo, se c'è una leggera differenza nell'impedenza (ma all'interno di un intervallo ragionevole), è più facile distribuire il carico ed evitare una concentrazione eccessiva del carico su un singolo trasformatore a causa dell'impedenza troppo piccola.

• Il costo può essere relativamente basso

In alcuni progetti, l'aumento dell'impedenza può ridurre la quantità di materiale di avvolgimento utilizzato, riducendo così i costi di produzione.

 

3.2 Lo svantaggio dell'alta impedenza

Le prestazioni della regolamentazione della tensione sono scarse

I trasformatori con elevata impedenza sperimenteranno significative fluttuazioni nella loro tensione di uscita quando il carico cambia. Questo è sfavorevole per i carichi che richiedono una tensione stabile e la caduta di tensione è relativamente grande

Perdita di energia relativamente grande

Una maggiore impedenza significa maggiore resistenza e reattanza, che possono portare a una maggiore perdita di energia e ridurre l'efficienza del trasformatore.

 

3.3 Vantaggi della bassa impedenza

Ha buone prestazioni di regolazione della tensione

I trasformatori con bassa impedenza hanno fluttuazioni di tensione di uscita più piccole quando il carico cambia e possono fornire una tensione più stabile. Questo è molto importante per i dispositivi sensibili alle fluttuazioni di tensione, come dispositivi elettronici e data center, in cui la caduta di tensione è relativamente piccola.

Alta efficienza

Un'impedenza minore significa una minore resistenza e reattanza, che di solito porta a una maggiore efficienza energetica e riduce le perdite durante il funzionamento.

 

3.4 Svantaggio della bassa impedenza

La corrente di cortocircuito è relativamente grande

La bassa impedenza significa che quando si verifica un corto circuito, la corrente sarà molto grande, il che può causare un impatto significativo sul sistema e sull'attrezzatura. Ciò richiede misure protettive più complesse e costose.

Alti costi di produzione

Il raggiungimento della bassa impedenza di solito richiede l'uso di più materiali (come fili più spessi o nuclei più grandi) e processi di produzione più complessi, il che aumenta i costi.

 

3.5 Scelta di compromesso

Nelle applicazioni pratiche, i progettisti di trasformatori di solito devono trovare un punto di equilibrio tra le magnitudini dell'impedenza.

Questo punto di equilibrio dipende da:

• Requisiti di protezione per i sistemi di alimentazione

Se la corrente di corto circuito deve essere strettamente controllata, può essere scelto un design con un'impedenza maggiore.

• I requisiti di stabilità della tensione del carico

Se è richiesta una tensione di uscita molto stabile, è possibile scegliere un design con una minore impedenza.

• Considerazione dei costi

Sulla premessa della soddisfazione dei requisiti di performance, il costo è spesso un fattore decisionale importante.

 

 

4.1 Scopo del test

L'impedenza del corto circuito e il test di perdita di carico sono un test importante per i trasformatori, che viene utilizzato per determinare l'impedenza del cortocircuito (%z) del trasformatore e la perdita di carico (cioè perdita di rame) in condizioni di corto circuito. Questo test può fornire importanti informazioni caratteristiche elettriche del trasformatore in condizioni di lavoro specifiche, il che è utile per verificare la qualità del design e le prestazioni del trasformatore.

• Misurare l'impedenza del corto circuito (%Z)

L'impedenza del corto circuito riflette l'effetto combinato della resistenza e della reattanza di un trasformatore ed è cruciale per valutare le prestazioni di un trasformatore in condizioni di guasto.

• Misurare la perdita di carico

La perdita di carico (o perdita di rame) è la perdita di potenza causata dalla resistenza avvolgente di un trasformatore sotto carico nominale, che può essere misurata attraverso test di impedenza a circuito di corto circuito

 

4.2 Principio di prova

Il test di impedenza di corto circuito prevede l'applicazione di una tensione relativamente bassa all'ovvoltura primaria (di solito il lato ad alta tensione) di un trasformatore durante l'avvolgimento secondario (di solito il lato a bassa tensione) e misurando la tensione, la corrente e la potenza dell'avvolgimento primario in questo momento. Sulla base di questi valori di misurazione, è possibile calcolare l'impedenza del corto circuito e la perdita di carico del trasformatore.

 

4.3 Procedure di prova

4.3.1 Preparazione del test

Cablaggio: corto circuito Il lato secondario (lato a bassa tensione) dell'avvolgimento del trasformatore e collegare l'avvolgimento del lato primario (lato ad alta tensione) a un alimentatore regolabile.

Preparazione dell'attrezzatura: collegare il dispositivo di misurazione per registrare parametri come tensione, corrente e potenza.

4.3.2 Tensione applicata

Aumentare gradualmente la tensione sul lato primario da zero fino a quando la corrente sul lato primario raggiunge la corrente nominale. A questo punto, a causa del corto circuito sul lato secondario, la tensione dovrebbe essere vicina allo zero.

4.3.3 Misura

Tensione: misurare e registrare la tensionesul lato principale

Corrente: misurare e registrare la correntesul lato principale

Potenza: misurare e registrare la potenza attiva di input P, ​​che è principalmente la perdita di carico (perdita di rame) dell'avvolgimento.

4.4.4 Calcolo

Formula di calcolo dell'impedenza del corto circuito:

Proprietà percentuale di cortocircuito (%Z):

Tra loro,è la tensione nominale del trasformatore

La perdita di carico (perdita di rame) si riferisce alla potenza misurata P.

4.4.5 Condizioni di prova

I test sono generalmente condotti a temperatura ambiente, ma a causa della significativa influenza della temperatura sulla resistenza dell'avvolgimento, le perdite di carico misurate effettive possono richiedere una correzione della temperatura.

Nel test, la tensione applicata è relativamente bassa. Deve solo raggiungere la corrente nominale, non la tensione nominale, perché quando l'avvolgimento secondario è corto circuito, l'applicazione di una tensione inferiore è sufficiente per generare la corrente nominale.

4.4.6 Analisi dei risultati dei test

Valore di impedenza del corto circuito

Il valore di impedenza di corto circuito misurato dovrebbe essere coerente con il valore di progettazione o il valore sulla targhetta. Se le differenze sono significative, può indicare che ci sono problemi nella progettazione o nella produzione del trasformatore.

Perdita di carico

La perdita di carico misurata (perdita di rame) viene utilizzata per valutare l'efficienza del trasformatore in condizioni a pieno carico. Questa perdita dovrebbe trovarsi all'interno dell'intervallo specificato nella progettazione.

4.4.7 Significato

Il test di impedenza del corto circuito non solo verifica la qualità della progettazione e della produzione del trasformatore, ma fornisce anche dati chiave per l'analisi dei guasti del sistema, l'impostazione dei dispositivi di protezione e il funzionamento parallelo del trasformatore. Attraverso questo test, gli ingegneri possono garantire la sicurezza e l'affidabilità del trasformatore nel funzionamento effettivo. In conclusione, il test di impedenza del corto circuito è un passo importante per garantire che il trasformatore sia conforme alle specifiche di progettazione e possa funzionare in modo sicuro ed efficiente.