2 つの変圧器は同じ定格電力と電圧を持つことができますが、同じシステム内ではまったく異なる動作をします。主な理由の 1 つは短絡インピーダンスです。

このパラメータは、予想される故障電流、電圧調整、保護調整、モータの始動、並列負荷分散に影響します。また、変圧器の周囲の開閉装置、バスバー、ケーブル、その他の機器の定格にも影響します。

システムによっては、より低い値もより高い値も妥当な場合があります。通常、短絡の検討、負荷プロファイル、保護設計を参照せずにインピーダンスを選択すると、問題が発生します。

短絡インピーダンスは通常、パーセントで表されます。試験中、一方の巻線が短絡され、定格電流が流れるまでもう一方の巻線に減電圧が印加されます。定格電圧のパーセンテージとして表される印加電圧は、変圧器のインピーダンス値です。

たとえば、インピーダンスが 5% の変圧器は、短絡テスト条件下で定格電流を生成するために定格電圧の約 5% を必要とします。

上流のシステム インピーダンスを無視すると、変圧器の端子における初期の対称故障電流は次のように推定できます。

Isc ≈ イライラ ÷ Zpu

5% のインピーダンスは、定格電流の約 20 倍に相当します。 8% のインピーダンスは、定格電流の約 12.5 倍に相当します。実際のシステム故障電流は、電源インピーダンス、導体インピーダンス、接地方法、システム X/R 比にも依存します。

一般に、インピーダンスが低いと電圧レギュレーションが向上します。負荷時のトランス両端の電圧降下が小さくなるため、モーターの始動、大きな負荷のピックアップ、および電圧変動に敏感なアプリケーションに役立ちます。

その代償として、予想される故障電流が大きくなります。サーキットブレーカーにはより大きな遮断容量が必要になる場合がありますが、バスバー、ケーブル、開閉装置はより高い短絡負荷に耐える必要があります。

変圧器の内部では、貫通故障により巻線に強い電磁力が発生します。これらの力は故障電流とともに急速に増加し、巻線導体、スペーサ、リード線、クランプ構造にストレスを与える可能性があります。変圧器と保護システムの調整が不十分な場合、外部故障が繰り返されると、巻線の変位や機械的変形のリスクが高まる可能性があります。

インピーダンスが低いと、変圧器以外のプロジェクトのコストも増加する可能性があります。より高い故障定格の開閉装置、より強力なバス システム、および追加の電流制限手段を使用すると、変圧器の設計自体で節約できるコストよりも多くのコストがかかる可能性があります。

インピーダンスが高いと故障電流が制限されます。これにより、回路ブレーカーに課される遮断義務が軽減され、下流の機器への短絡ストレスが軽減されます。

主な懸念事項は電圧降下です。重負荷、モーターの始動、または突然の負荷の増加下では、高インピーダンスのトランスにより、より大きな電圧降下が発生する可能性があります。これは、モーターの加速、コンタクターの動作、プロセス機器、その他の電圧に敏感な負荷に影響を与える可能性があります。

また、インピーダンスが高いと、保護の調整がより困難になるレベルまで故障電流が減少する可能性があります。リモートまたは下位レベルの障害の場合、適切な感度とクリア時間を維持するために、リレーとヒューズの設定を詳しく検討する必要がある場合があります。

インピーダンス値が高くても、自動的にトランス損失が高くなったり、信頼性が低くなったりするわけではありません。結果は、巻線の形状、漏れ磁束制御、導体の配置、熱設計によって異なります。ただし、カスタム インピーダンスが異常に高い場合は、追加の設計作業が必要になる場合があり、漏れ磁束が適切に管理されていない場合、漂遊損失や局所的な発熱が増加する可能性があります。

トランスのインピーダンスが高くても低くても、常にコストが高くなるという単純なルールはありません。プロジェクト固有のインピーダンスに到達するには、巻線寸法、導体配置、絶縁クリアランス、磁気シールド、構造サポートの変更が必要になる場合があります。

メーカーの通常の設計範囲外の値には、多くの場合、追加のエンジニアリングおよび生産管理が必要になります。インピーダンス許容差が厳しいと、設計、材料、テストのコストも増加する可能性があります。

広範なシステムコストはより重要になる可能性があります。

インピーダンスが低い場合は、より高い故障定格のブレーカー、開閉装置、バス システムが必要になる場合があります。

高インピーダンスには、追加の電圧サポート、異なるモーター始動配置、または導体のサイズと保護設定の変更が必要になる場合があります。

したがって、調達チームにとって、選択したインピーダンスによって追加の要件がシステムの残りの部分に移される場合、変圧器の購入価格が最低であると総設置コストが高くなる可能性があります。

並列トランスには、互換性のある電圧比、ベクトル グループ、タップ位置、インピーダンス特性が必要です。 2 つの変圧器のインピーダンスのパーセンテージが異なる場合、負荷は均等に共有されません。

MVA 定格が等しい 2 つの変圧器の場合、インピーダンスが低いユニットのほうがより多くの電流を流します。一方の変圧器のインピーダンスが 5% で、もう一方の変圧器のインピーダンスが 7% の場合、5% のユニットが総負荷のより大きな割合を占め、最初に定格容量に達する可能性があります。

インピーダンスの大きさだけでは、詳細な並列動作の研究には十分ではありません。 X/R比、電圧比、タップ設定、巻線接続も電流分担と循環電流に影響します。

短絡インピーダンスは重要なシステムパラメータですが、これを単独で使用して変圧器の信頼性を判断することはできません。

低インピーダンス設計の場合、巻線の機械的強度と短絡耐性に細心の注意が必要です。高インピーダンス設計の場合は、電圧調整、漏れ磁束、局所加熱、および保護感度を詳しく検討する必要があります。

絶縁設計、導体温度、巻線のクランプ、製造の一貫性、日常的なテスト、および保護解除時間はすべて、長期的なパフォーマンスに貢献します。

適切なインピーダンスは、完全な電気システムで機能する値であり、承認された設計内で製造、テスト、維持できます。

• インピーダンス値に使用される定格MVAと容量ベース

• 定格電圧、周波数、適用巻線ペア

• インピーダンスの基準となるタップ位置

• 保証値および試験値の基準温度

• 目標インピーダンスまたは許容可能なインピーダンス範囲

• 管理規格またはプロジェクト仕様に基づいて適用される許容差

• 短絡または保護の研究に必要な場合は X/R 比

• 利用可能なユーティリティ障害レベルと上流電源インピーダンス

• モーター始動、大きな負荷ピックアップ、および電圧調整の要件

• 既存または将来の変圧器の並列運転要件

• 工場テストレポートと最終測定されたインピーダンス

多巻線変圧器の場合、RFQ には各インピーダンス値がどの巻線ペアに適用されるかを記載する必要があります。複数の電圧出力または 3 次巻線が関係する場合、単一のパーセント値では不十分な場合があります。

普遍的な「最適な」短絡インピーダンスは存在しません。値を低くすると電圧レギュレーションは向上しますが、故障電流が増加します。値を高くすると故障電流が制限されますが、電圧降下が大きくなり、保護や負荷の起動が複雑になる可能性があります。

最終的な値は、システムの短絡調査、電圧調整分析、保護調整、および運用計画から得られる必要があります。調達チームは、変圧器の価格だけではなく、システムへの全体的な影響に基づいて変圧器の見積もりを比較できます。

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