Twee transformatoren kunnen hetzelfde nominale vermogen en dezelfde nominale spanning hebben, maar zich heel anders gedragen in hetzelfde systeem. Een van de belangrijkste redenen is de kortsluitimpedantie.

Deze parameter beïnvloedt de toekomstige foutstroom, spanningsregeling, beveiligingscoördinatie, motorstart en parallelle belastingverdeling. Het beïnvloedt ook de classificatie van schakelapparatuur, stroomrails, kabels en andere apparatuur rond de transformator.

Een lagere of hogere waarde kan beide redelijk zijn, afhankelijk van het systeem. Problemen ontstaan meestal wanneer de impedantie wordt geselecteerd zonder verwijzing naar de kortsluitstudie, het belastingprofiel en het beveiligingsontwerp.

Kortsluitimpedantie wordt meestal uitgedrukt als een percentage. Tijdens de test wordt één wikkeling kortgesloten en wordt een verlaagde spanning aangelegd aan de andere wikkeling totdat de nominale stroom vloeit. De aangelegde spanning, uitgedrukt als een percentage van de nominale spanning, is de impedantiewaarde van de transformator.

Een transformator met 5% impedantie vereist bijvoorbeeld ongeveer 5% van de nominale spanning om de nominale stroom te produceren onder kortsluitingstestomstandigheden.

Als we de impedantie van het upstream-systeem negeren, kan de initiële symmetrische foutstroom aan de klemmen van de transformator worden geschat als:

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

Een impedantie van 5% komt overeen met ongeveer 20 keer de nominale stroom. Een impedantie van 8% komt overeen met ongeveer 12,5 keer de nominale stroom. De werkelijke systeemfoutstroom zal ook afhangen van de bronimpedantie, de geleiderimpedantie, de aardingsmethode en de X/R-verhouding van het systeem.

Lagere impedantie verbetert over het algemeen de spanningsregeling. De spanningsval over de transformator is kleiner onder belasting, wat kan helpen bij motorstart, het oppakken van grote belastingen en toepassingen die gevoelig zijn voor spanningsvariaties.

De afweging is een hogere toekomstige foutstroom. Stroomonderbrekers kunnen een grotere onderbrekingscapaciteit nodig hebben, terwijl stroomrails, kabels en schakelapparatuur hogere kortsluitbelastingen moeten weerstaan.

Binnen de transformator produceert een doorlopende fout sterke elektromagnetische krachten op de wikkelingen. Deze krachten nemen snel toe met de foutstroom en kunnen wikkelgeleiders, afstandhouders, leidingen en klemmende structuren belasten. Herhaalde externe fouten kunnen het risico op wikkelingsverplaatsing of mechanische vervorming vergroten als de transformator en het beveiligingssysteem slecht gecoördineerd zijn.

Lage impedantie kan ook de projectkosten buiten de transformator verhogen. Hoger foutbestendige schakelapparatuur, sterkere stroomrailsystemen en aanvullende stroombeperkende maatregelen kunnen meer kosten dan het ontwerp van de transformator zelf bespaart.

Hogere impedantie beperkt de foutstroom. Dit kan de onderbrekingsbelasting van stroomonderbrekers verminderen en de kortsluitspanning op downstream-apparatuur verlagen.

De belangrijkste zorg is spanningsval. Onder zware belasting, motorstart of plotselinge belastingopname kan een transformator met hoge impedantie een grotere spanningsdip veroorzaken. Dit kan de motorversnelling, de werking van contactoren, procesapparatuur en andere spanningsgevoelige belastingen beïnvloeden.

Hoge impedantie kan ook de foutstroom verminderen tot een niveau dat beveiligingscoördinatie moeilijker maakt. Voor verre of lagere fouten moeten de instellingen van relais en zekeringen mogelijk nauwkeuriger worden beoordeeld om voldoende gevoeligheid en uitschakeltijd te behouden.

Een hogere impedantiewaarde betekent niet automatisch hogere transformatorverliezen of lagere betrouwbaarheid. Het resultaat hangt af van de wikkelgeometrie, de controle van de lekflux, de geleideropstelling en het thermische ontwerp. Een ongebruikelijk hoge aangepaste impedantie kan echter extra ontwerpwerk vereisen en strooiverliezen of lokale verwarming verhogen als de lekflux niet goed wordt beheerd.

Er is geen simpele regel die zegt dat een transformator met hogere of lagere impedantie altijd meer kost. Het bereiken van een projectspecifieke impedantie kan veranderingen vereisen in wikkelafmetingen, geleideropstelling, isolatieafstanden, magnetische afscherming en structurele ondersteuning.

Een waarde buiten het normale ontwerpbereik van de fabrikant vereist vaak extra engineering en productiecontrole. Strakke impedantietoleranties kunnen ook de ontwerp-, materiaal- en testkosten verhogen.

De bredere systeemkosten kunnen belangrijker zijn:

Lage impedantie kan hogere foutbestendige onderbrekers, schakelapparatuur en stroomrailsystemen vereisen.

Hoge impedantie kan aanvullende spanningsondersteuning, andere motorstartregelingen of wijzigingen in de geleiderafmetingen en beveiligingsinstellingen vereisen.

Voor inkoopteams kan de laagste aankoopprijs van de transformator daarom leiden tot hogere totale geïnstalleerde kosten als de geselecteerde impedantie extra vereisten verschuift naar de rest van het systeem.

Parallelle transformatoren hebben compatibele spanningsverhoudingen, vectorgroepen, tapstanden en impedantiekarakteristieken nodig. Wanneer twee transformatoren verschillende procentuele impedanties hebben, zullen ze de belasting niet gelijk verdelen.

Voor twee transformatoren met gelijke MVA-waarden draagt de eenheid met lagere impedantie meer stroom. Als één transformator 5% impedantie heeft en de andere 7%, zal de 5% een groter deel van de totale belasting opnemen en mogelijk als eerste zijn nominale capaciteit bereiken.

Alleen de impedantiemagnitude is niet voldoende voor een gedetailleerde studie van parallelle werking. De X/R-verhouding, de spanningsverhouding, de tapstand en de wikkelingsaansluiting beïnvloeden ook de stroomverdeling en de circulatiestroom.

Kortsluitimpedantie is een belangrijke systeemparameter, maar kan niet alleen worden gebruikt om de betrouwbaarheid van de transformator te beoordelen.

Voor ontwerpen met lage impedantie vereisen de mechanische sterkte van de wikkeling en de kortsluitweerstand zorgvuldige aandacht. Voor ontwerpen met hoge impedantie moeten de spanningsregeling, lekflux, lokale verwarming en beveiligingsgevoeligheid nauwkeuriger worden beoordeeld.

Isolatieontwerp, geleidertemperatuur, wikkelklemmen, productieconsistentie, routinetests en de uitschakeltijd van de beveiliging dragen allemaal bij aan de prestaties op lange termijn.

De geschikte impedantie is de waarde die werkt met het complete elektrische systeem en kan worden geproduceerd, getest en onderhouden binnen het goedgekeurde ontwerp.

• Nominale MVA en de capaciteitsbasis die wordt gebruikt voor de impedantiewaarde

• Nominale spanning, frequentie en toepasselijke wikkelingspaar

• Tapstand gebruikt als referentie voor de impedantie

• Referentietemperatuur voor de gegarandeerde en geteste waarde

• Doelimpedantie of acceptabel impedantiebereik

• Toepasselijke tolerantie onder de geldende norm of projectspecificatie

• X/R-verhouding indien vereist voor kortsluitings- of beveiligingsstudies

• Beschikbaar foutniveau van het nutsbedrijf en de impedantie van de upstream-bron

• Vereisten voor motorstart, het oppakken van grote belastingen en spanningsregeling

• Vereisten voor parallelle werking met bestaande of toekomstige transformatoren

• Fabriekstestrapport en definitieve gemeten impedantie

Voor transformatoren met meerdere wikkelingen moet de RFQ aangeven op welk wikkelingspaar elke impedantiewaarde van toepassing is. Een enkele procentuele waarde kan onvoldoende zijn wanneer er meerdere spanningsuitgangen of tertiaire wikkelingen betrokken zijn.

Er is geen universele "beste" kortsluitimpedantie. Een lagere waarde verbetert de spanningsregeling, maar verhoogt de foutstroom. Een hogere waarde beperkt de foutstroom, maar veroorzaakt meer spanningsval en kan de beveiliging of het starten van belastingen compliceren.

De uiteindelijke waarde moet voortkomen uit de systeemkortsluitstudie, de analyse van de spanningsregeling, de beveiligingscoördinatie en het operationele plan. Inkoopteams kunnen vervolgens transformatoroffertes vergelijken op basis van de totale systeemimpact in plaats van alleen de transformatorprijs.

WINLEY biedt op maat gemaakte oplossingen voor paalmontage, padmontage, onderstationvermogen, droge type en andere distributie- en vermogenstransformator-toepassingen. Tijdens de technische beoordeling werkt ons engineeringteam samen met klanten om het systeemfoutniveau, de doelimpedantie, de spanningsregeling, het belastingprofiel, de motorstart, de parallelle werking en de beveiligingscoördinatievereisten te verduidelijken.

Op basis van deze input kan WINLEY het impedantiebereik beoordelen samen met de transformatorcapaciteit, spanning, wikkelingsconfiguratie, koelmethode en toepasselijke normen. Wanneer verschillende ontwerpen aan de projectvereisten kunnen voldoen, kunnen de opties worden vergeleken op basis van de transformatorkosten, de foutbelasting van de schakelapparatuur, de spanningsprestaties en de operationele betrouwbaarheid. Dit helpt klanten een praktische, kosteneffectieve oplossing te kiezen voor het complete energiesysteem.

Afhankelijk van het producttype, de configuratie en de doelmarkt, kunnen oplossingen UL/cUL-gecertificeerde producten ondersteunen onder UL File E536138 en toepasselijke ANSI/IEEE, CSA, U.S. DOE-efficiëntie en NEMA-vereisten. Tekeningen, typeplaatgegevens en fabriekstestrapporten kunnen worden verstrekt ter ondersteuning van technische goedkeuring en definitieve parameterverificatie.

Meer informatie over WINLEY transformatoroplossingen:
https://www.winley-electric.com/