Impedanz des Transformators

 

 

 

1.1 Die Definition von Impedanz

Definition: Die Impedanz eines Transformators bezieht sich auf den Widerstand, den er auf Strom ausübt, wenn der Strom durch ihn fließt. Es besteht aus zwei Teilen: Widerstand und induktiver Reaktanz. Die Größe der Impedanz wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt und auf dem Typenschild der Transformator markiert.

Bestandteil:

• Widerstand (R): Dies ist der Widerstandsteil des elektrischen Leiters in der Transformatorwicklung, die hauptsächlich durch das Material und die Länge der Wicklung bestimmt wird. Widerstand kann dazu führen, dass die elektrische Energie in Form von Wärmeenergie verloren geht, die als Kupferverlust bezeichnet wird.

• Induktive Reaktanz (x): Dieser Teil der Impedanz stammt aus der Induktivität der Wicklung. Wenn der Wechselstrom durch die Wicklung verläuft, wird die induktive Reaktanz die Stromänderung behindern. Die induktive Reaktanz wird hauptsächlich durch die geometrische Struktur der Wicklungen und den Leckage -Magnetfluss zwischen den Wicklungen bestimmt.

 

1.2 Der Ausdrucksmodus der Impedanz

Die Gesamtimpedanz wird normalerweise in komplexer Form ausgedrückt und besteht aus der Kombination von Resistenz und induktiver Reaktanz.

Z=r+jx,  Unter ihnen ist J die imaginäre Einheit

Hinweis: Impedanz bezieht sich nicht auf die Impedanz einer einzelnen Hochspannung oder niedrigen Spannung selbst, sondern auf die kombinierte Impedanz von Hochspannung zu niedriger Spannung, Widerstand und Reaktanz, die verwendet werden, um die Impedanz zwischen den Wicklungen eines Transformators unter einem bestimmten Betriebszustand zu beschreiben.

Zum Beispiel die Impedanz eines Drei-Tuil-Transformators:

Hochspannung - niedrige Spannung

Hochspannung - Mittelspannung

Mittelspannung - niedrige Spannung

 

 

2.1 Die Definition der Kurzschlussimpedanz

Definition: Die Kurzschlussimpedanz am Typenschild des Transformators ist ein sehr wichtiger Parameter, der die elektrischen Eigenschaften des Transformators unter Kurzschlussbedingungen widerspiegelt. Die Kurzschlussimpedanz wird normalerweise als Prozentsatz (%z) ausgedrückt, was das Verhältnis der Spannung darstellt, die auf die Primärwicklung angewendet werden muss, um den Nennstrom zu erzeugen, wenn die sekundäre Wicklung des Transformators kurzverkleidet an die Nennspannung der Primärwicklung ist.

 

 

Formulierung:

Kurzschlussimpedanz () kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

Darunter:

• Ist die Spannung erforderlich, damit die primäre Wicklung den Nennstrom erreicht, wenn die sekundäre Wicklung kurzgeschlossen ist.

• ist die Nennspannung der primären Wicklung.

Die Bedeutung der Kurzschlussimpedanz

 

2.2 Die Bedeutung der Kurzschlussimpedanz

2.2.1 Kurzschlussstrom begrenzen

Die Kurzschlussimpedanz bestimmt die Größe des vom Transformator erzeugten Kurzschlussstroms, wenn die sekundäre Wicklung kurzgeschlossen ist. Kurzschlussstrom ist der maximale Strom, der in einem Stromversorgungssystem auftreten kann, und kann eine ernsthafte Bedrohung für die Sicherheit von Geräten und Systemen darstellen.

Je größer die Kurzschlussimpedanz ist, desto kleiner ist der Kurzschlussstrom, was dazu beiträgt, den Transformator und die nachgeschalteten Geräte vor Schäden zu schützen, die durch übermäßigen Kurzschlussstrom verursacht werden.

Kurzschlussberechnung

Angesichts: Die Typenschildkapazität des Transformators beträgt 100 mVA, die Spannung beträgt 132\/11 kV und die Kurzschlussimpedanz 10%. Berechnen Sie den Kurzschlussstrom sowohl auf der hohen als auch auf der niedrigen Spannungsseiten.

= Kurzschlussstrom

= bewertet aktuell

Z%= Kurzschaltungsimpedanz

 

Hochspannungsseite:

 

Niedrige Spannungsseite:

 

2.2.2 Spannungsregelung

Kurzschlussimpedanz und Spannungsabfall

Die Größe der Kurzschlussimpedanz wirkt sich direkt auf den Spannungsabfall des Transformators aus. Eine größere Kurzschlussimpedanz bedeutet, dass bei der Unterlastung der Spannungsabfall auf den Wicklungen ebenfalls größer ist, was zu einem größeren Abfall der Ausgangsspannung führt. Mit anderen Worten, je größer die Kurzschlussimpedanz ist, desto schlechter ist die Leistung der Spannungsregulierung, da die Ausgangsspannung bei ändert.

2.2.3 Paralleling Operation

Wenn mehrere Transformatoren parallel funktionieren, bestimmt die Größe der Kurzschlussimpedanz den Anteil der Last, die jeder Transformator trägt. Wenn die Kurzschlussimpedanzen der parallelen Transformatoren unterschiedlich sind, ist die Last ungleichmäßig verteilt

• Transformator mit geringer Impedanz

Es wird eine relativ große Last tragen. Dies liegt daran, dass eine kleinere Impedanz einen kleineren Spannungsabfall bedeutet, sodass sie mehr Strom übertragen kann, was zu einer größeren Last führt.

• Transformatoren mit hoher Impedanz

Dann trägt es eine kleinere Last. Dies liegt daran, dass eine größere Impedanz einen größeren Spannungsabfall erzeugt, was zu einem kleineren übertragenen Strom und damit zu einer kleineren Last führt.

Eine der Bedingungen für den parallelen Betrieb ist, dass die Impedanzen mehrerer Transformatoren gleich sind.

Angenommen, es gibt zwei Transformatoren, die parallel operieren:

Die Kurzschlussimpedanz von Transformator A beträgt 8%.

Die Kurzschlussimpedanz von Transformator B beträgt 10%.

Wenn diese beiden Transformatoren aufgrund der kleineren Kurzschlussimpedanz von A parallel funktionieren, trägt sie eine größere Last als B., wenn die Gesamtlast des Systems 1000kVa beträgt, dann kann Transformator A 600 kVa tragen, während der Transformator B nur 400 kVa trägt.

Diese ungleichmäßige Lastverteilung kann zu folgenden Problemen führen:

• Überlastung: Transformatoren mit geringer Impedanz können überlastet werden, während diejenigen mit hoher Impedanz in einem leichten Zustand sein können.

• Niedrige Effizienz: Aufgrund der ungleichmäßigen Lastverteilung kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems abnehmen.

• Kürzte Lebensdauer: Transformatoren, die unter Überlastungsbedingungen arbeiten, können aufgrund von thermischen Belastungen und beschleunigten Altern eine verkürzte Lebensdauer erleben.

2.2.4 Schutzeinstellungen

Kurzschlussimpedanz wirkt sich direkt auf die Einstellung von Schutzvorrichtungen wie Relais und Leistungsschalter aus. Schutzvorrichtungen müssen normalerweise gemäß dem Kurzschlussstrom eingestellt werden, um sicherzustellen, dass Fehler beim Auftreten eines Kurzschlusses unverzüglich und effektiv abgeschnitten werden können, wodurch die Auswirkungen auf andere Teile des Systems verringert werden.

Das Verständnis der Kurzschlussimpedanz eines Transformators ist hilfreich, um geeignete Schutzeinstellungen zu entwickeln, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten.

 

 

3.1 Der Vorteil einer hohen Impedanz

• Begrenzen Sie den Kurzschlussstrom

Transformatoren mit hoher Impedanz können die Größe des Kurzschlussstroms einschränken, wenn ein Kurzschluss auftritt. Dies schützt das Stromversorgungssystem und die Geräte und verringert die Auswirkungen von Fehlern auf das System.

• Flexibilität während des parallelen Betriebs

Bei parallelen Transformatoren, die einen geringfügigen Unterschied in der Impedanz (jedoch innerhalb eines vernünftigen Bereichs) haben, ist es einfacher, die Last zu verteilen und aufgrund einer zu geringen Impedanz eine übermäßige Konzentration der Last eines einzelnen Transformators zu vermeiden.

• Die Kosten können relativ niedrig sein

In einigen Konstruktionen kann eine zunehmende Impedanz die Menge an verwendeten Wickelmaterial reduzieren und so die Herstellungskosten senken.

 

3.2 Der Nachteil der hohen Impedanz

Die Leistung der Spannungsregulierung ist schlecht

Transformatoren mit hoher Impedanz werden erhebliche Schwankungen ihrer Ausgangsspannung bei ändert. Dies ist ungünstig für Lasten, die eine stabile Spannung erfordern, und der Spannungsabfall ist relativ groß

Relativ großer Energieverlust

Eine größere Impedanz bedeutet mehr Widerstand und Reaktanz, was zu einem höheren Energieverlust führen und die Effizienz des Transformators verringert.

 

3.3 Vorteile einer geringen Impedanz

Es hat eine gute Leistung der Spannungsregulierung

Transformatoren mit geringer Impedanz haben kleinere Ausgangsspannungsschwankungen, wenn sich die Last ändert, und können eine stabilere Spannung liefern. Dies ist sehr wichtig für Geräte, die auf Spannungsschwankungen wie elektronische Geräte und Rechenzentren empfindlich sind, in denen der Spannungsabfall relativ gering ist.

Hohe Effizienz

Eine geringere Impedanz bedeutet einen geringeren Widerstand und Reaktanz, was normalerweise zu einer höheren Energieeffizienz führt und die Verluste während des Betriebs verringert.

 

3.4 Nachteil der geringen Impedanz

Der Kurzschlussstrom ist relativ groß

Niedrige Impedanz bedeutet, dass der Strom bei einem Kurzschluss sehr groß ist, was einen erheblichen Einfluss auf das System und die Geräte haben kann. Dies erfordert komplexere und teure Schutzmaßnahmen.

Hohe Herstellungskosten

Durch die Erzielung einer geringen Impedanz sind in der Regel mehr Materialien (z. B. dickere Drähte oder größere Kerne) und komplexere Herstellungsprozesse erforderlich, was die Kosten erhöht.

 

3.5 Kompromissauswahl

In praktischen Anwendungen müssen Transformatordesigner normalerweise einen Gleichgewichtspunkt zwischen den Impedanzgrößen finden.

Dieser Gleichgewichtspunkt hängt von:

• Schutzanforderungen für Stromversorgungssysteme

Wenn der Kurzschlussstrom streng gesteuert werden muss, kann ein Design mit einer größeren Impedanz ausgewählt werden.

• Die Spannungsstabilitätsanforderungen der Last

Wenn eine sehr stabile Ausgangsspannung erforderlich ist, kann ein Design mit einer geringeren Impedanz ausgewählt werden.

• Kostenbeachtung

Bei der Prämisse der Erfüllung der Leistungsanforderungen sind die Kosten häufig ein wichtiger Entscheidungsfaktor.

 

 

4.1 Testzweck

Der Kurzschlussimpedanz- und Lastverlust-Test ist ein wichtiger Test für Transformatoren, der verwendet wird, um die Kurzschlussimpedanz (%z) des Transformators und den Lastverlust (dh Kupferverlust) unter Kurzschlussbedingungen zu bestimmen. Dieser Test kann unter bestimmten Arbeitsbedingungen wichtige elektrische charakteristische Informationen des Transformators liefern, was für die Überprüfung der Designqualität und Leistung des Transformators hilfreich ist.

• Messen Sie die Kurzschlussimpedanz (%z)

Kurzschlussimpedanz spiegelt den kombinierten Effekt des Widerstands und der Reaktanz eines Transformators wider und ist für die Bewertung der Leistung eines Transformators unter Fehlerbedingungen von entscheidender Bedeutung.

• Lastverlust messen

Lastverlust (oder Kupferverlust) ist der Stromverlust, der durch Wickelwiderstand eines Transformators unter Nennlast verursacht wird, der durch Kurzschlussimpedanztests gemessen werden kann

 

4.2 Testprinzip

Bei kurzer Kreislauf-Impedanz-Test werden eine relativ niedrige Spannung auf die primäre Wicklung (normalerweise die Hochspannungsseite) eines Transformators angewendet, während die sekundäre Wicklung (normalerweise die Niederspannungsseite) kurzfristig verarbeitet wird und die Spannung, den Strom und die Leistung der Primärwicklung zu dieser Zeit misst. Basierend auf diesen Messwerten kann die Kurzschlussimpedanz und die Lastverlust des Transformators berechnet werden.

 

4.3 Testverfahren

4.3.1 Testvorbereitung

Verkabelung: Kurzschluss Die Sekundärseite (niedrige Spannungsseite) Wicklung des Transformators und verbinden die Primärseite (Hochspannungsseite) mit einer einstellbaren Stromversorgung.

Gerätevorbereitung: Schließen Sie das Messgerät an, um Parameter wie Spannung, Strom und Leistung aufzuzeichnen.

4.3.2 angelegte Spannung

Erhöhen Sie die Spannung auf der Primärseite nach und nach von Null, bis der Strom auf der Primärseite den Nennstrom erreicht. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Spannung aufgrund des Kurzschlusses auf der Sekundärseite nahe Null liegen.

4.3.3 Messen

Spannung: Messen und zeichnen Sie die Spannung aufprimärer Seite

Strom: Messen und zeichnen Sie den Strom aufprimärer Seite

Leistung: Messen und zeichnen Sie die Eingangsaktive Power P messen und zeichnen Sie hauptsächlich der Lastverlust (Kupferverlust) der Wicklung.

4.4.4 Berechnung

Berechnungsformel der Kurzschlussimpedanz:

Prozentuale Kurzschlussimpedanz (%z):

Darunter,ist die Nennspannung des Transformators

Lastverlust (Kupferverlust) bezieht sich auf die gemessene Leistung P. P.

4.4.5 Testbedingungen

Tests werden normalerweise bei Raumtemperatur durchgeführt, aber aufgrund des signifikanten Einflusses der Temperatur auf den Wickelwiderstand können die tatsächlichen gemessenen Lastverluste eine Temperaturkorrektur erfordern.

Im Test ist die angelegte Spannung relativ niedrig. Es muss nur den Nennstrom erreichen und nicht die Nennspannung, denn wenn die sekundäre Wicklung kurzverkleidet ist, reicht die Anwendung einer niedrigeren Spannung aus, um den Nennstrom zu erzeugen.

4.4.6 Analyse der Testergebnisse

Kurzschlussimpedanzwert

Der gemessene Kurzschlussimpedanzwert sollte mit dem Konstruktionswert oder dem Wert auf dem Typenschild übereinstimmen. Wenn die Unterschiede signifikant sind, kann dies darauf hinweisen, dass es Probleme beim Design oder zur Herstellung des Transformators gibt.

Lastverlust

Der gemessene Lastverlust (Kupferverlust) wird verwendet, um die Effizienz des Transformators unter Volllastbedingungen zu bewerten. Dieser Verlust sollte innerhalb des im Design angegebenen Bereichs liegen.

4.4.7 Bedeutung

Der Kurzschluss-Impedanztest überprüft nicht nur die Design- und Fertigungsqualität des Transformators, sondern liefert auch Schlüsseldaten für die Fehleranalyse des Systems, die Einstellung von Schutzgeräten und den parallelen Betrieb des Transformators. Durch diesen Test können Ingenieure die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Transformators im tatsächlichen Betrieb sicherstellen. Zusammenfassend ist der Kurzschlussimpedanztest ein wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass der Transformator den Entwurfsspezifikationen entspricht und sicher und effizient arbeiten kann.