Dwa transformatory mogą mieć tę samą moc znamionową i napięcie, ale zachowywać się bardzo różnie w tym samym systemie. Jednym z głównych powodów jest impedancja zwarciowa.

Parametr ten wpływa na prąd zwarciowy, regulację napięcia, koordynację zabezpieczeń, rozruch silników i równoważenie obciążenia równoległego. Wpływa również na moc znamionową rozłączników, szyn zbiorczych, kabli i innego wyposażenia wokół transformatora.

Niższa lub wyższa wartość może być uzasadniona, w zależności od systemu. Problemy zazwyczaj pojawiają się, gdy impedancja jest wybierana bez odniesienia do analizy zwarciowej, profilu obciążenia i projektu zabezpieczeń.

Impedancja zwarciowa jest zazwyczaj wyrażana w procentach. Podczas testu jedno uzwojenie jest zwarte, a do drugiego uzwojenia przyłożone jest obniżone napięcie, aż do przepływu prądu znamionowego. Napięcie przyłożone, wyrażone jako procent napięcia znamionowego, jest wartością impedancji transformatora.

Na przykład, transformator o impedancji 5% wymaga około 5% napięcia znamionowego do wytworzenia prądu znamionowego w warunkach testu zwarciowego.

Pomijając impedancję systemu zasilającego, początkowy symetryczny prąd zwarciowy na zaciskach transformatora można oszacować jako:

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

Impedancja 5% odpowiada około 20-krotności prądu znamionowego. Impedancja 8% odpowiada około 12,5-krotności prądu znamionowego. Rzeczywisty prąd zwarciowy w systemie będzie również zależał od impedancji źródła, impedancji przewodów, metody uziemienia i stosunku X/R systemu.

Niższa impedancja generalnie poprawia regulację napięcia. Spadek napięcia na transformatorze jest mniejszy pod obciążeniem, co może pomóc w rozruchu silników, odbiorze dużych obciążeń i zastosowaniach wrażliwych na zmiany napięcia.

Kompromisem jest wyższy prąd zwarciowy. Wyłączniki mogą wymagać większej zdolności wyłączania, podczas gdy szyny zbiorcze, kable i rozłączniki muszą wytrzymać większe obciążenia zwarciowe.

Wewnątrz transformatora, prąd zwarciowy powoduje silne siły elektromagnetyczne na uzwojeniach. Siły te szybko rosną wraz z prądem zwarciowym i mogą obciążać przewodniki uzwojeń, przekładki, wyprowadzenia i konstrukcje mocujące. Powtarzające się zewnętrzne zwarcia mogą zwiększyć ryzyko przesunięcia uzwojeń lub deformacji mechanicznej, jeśli transformator i system zabezpieczeń są źle skoordynowane.

Niska impedancja może również zwiększyć koszt projektu poza transformatorem. Rozłączniki o wyższej odporności na zwarcia, mocniejsze systemy szyn zbiorczych i dodatkowe środki ograniczające prąd mogą kosztować więcej niż sam projekt transformatora.

Wyższa impedancja ogranicza prąd zwarciowy. Może to zmniejszyć obciążenie wyłączające na wyłącznikach i obniżyć naprężenia zwarciowe na wyposażeniu po stronie odbiorczej.

Głównym problemem jest spadek napięcia. Pod dużym obciążeniem, podczas rozruchu silnika lub nagłego odbioru obciążenia, transformator o wysokiej impedancji może spowodować większy spadek napięcia. Może to wpłynąć na przyspieszenie silnika, działanie styczników, wyposażenie procesowe i inne obciążenia wrażliwe na napięcie.

Wysoka impedancja może również zmniejszyć prąd zwarciowy do poziomu, który utrudnia koordynację zabezpieczeń. W przypadku odległych lub niższych zwarć, ustawienia przekaźników i bezpieczników mogą wymagać bliższego przeglądu w celu utrzymania odpowiedniej czułości i czasu wyłączenia.

Wyższa wartość impedancji nie oznacza automatycznie wyższych strat transformatora ani niższej niezawodności. Wynik zależy od geometrii uzwojeń, kontroli strumienia rozproszenia, układu przewodów i projektu termicznego. Jednak nietypowo wysoka niestandardowa impedancja może wymagać dodatkowej pracy projektowej i może zwiększyć straty rozproszone lub lokalne nagrzewanie, jeśli strumień rozproszenia nie jest odpowiednio zarządzany.

Nie ma prostej zasady mówiącej, że transformator o wyższej lub niższej impedancji zawsze będzie kosztował więcej. Osiągnięcie impedancji specyficznej dla projektu może wymagać zmian w wymiarach uzwojeń, układzie przewodów, odstępach izolacyjnych, ekranowaniu magnetycznym i wsparciu konstrukcyjnym.

Wartość poza normalnym zakresem projektowym producenta często wymaga dodatkowej inżynierii i kontroli produkcji. Ścisłe tolerancje impedancji mogą również zwiększyć koszty projektowania, materiałów i testowania.

Szerszy koszt systemu może być bardziej znaczący:

Niska impedancja może wymagać wyłączników, rozłączników i systemów szyn zbiorczych o wyższej odporności na zwarcia.

Wysoka impedancja może wymagać dodatkowego wsparcia napięcia, innych układów rozruchu silników lub zmian w rozmiarach przewodów i ustawieniach zabezpieczeń.

Dla zespołów ds. zaopatrzenia, najniższa cena zakupu transformatora może zatem prowadzić do wyższego całkowitego kosztu instalacji, jeśli wybrana impedancja przeniesie dodatkowe wymagania na resztę systemu.

Transformatory pracujące równolegle wymagają zgodnych stosunków napięć, grup wektorowych, pozycji odczepów i charakterystyk impedancji. Gdy dwa transformatory mają różne impedancje procentowe, nie będą równo dzielić obciążenia.

Dla dwóch transformatorów o równej mocy znamionowej MVA, jednostka o niższej impedancji przenosi większy prąd. Jeśli jeden transformator ma impedancję 5%, a drugi 7%, jednostka 5% przejmie większą część całkowitego obciążenia i może osiągnąć swoją moc znamionową jako pierwsza.

Sama wielkość impedancji nie wystarcza do szczegółowej analizy pracy równoległej. Stosunek X/R, stosunek napięć, ustawienie odczepów i połączenie uzwojeń również wpływają na podział prądu i prąd krążący.

Impedancja zwarciowa jest ważnym parametrem systemu, ale nie można jej używać samodzielnie do oceny niezawodności transformatora.

W przypadku projektów o niskiej impedancji, należy zwrócić szczególną uwagę na wytrzymałość mechaniczną uzwojeń i zdolność do wytrzymania zwarcia. W przypadku projektów o wysokiej impedancji, należy bliżej przyjrzeć się regulacji napięcia, strumieniowi rozproszenia, lokalnemu nagrzewaniu i czułości zabezpieczeń.

Projekt izolacji, temperatura przewodów, mocowanie uzwojeń, spójność produkcji, testy rutynowe i czas wyłączenia zabezpieczeń przyczyniają się do długoterminowej wydajności.

Odpowiednia impedancja to wartość, która współpracuje z kompletnym systemem elektrycznym i może być wyprodukowana, przetestowana i utrzymana w ramach zatwierdzonego projektu.

• Moc znamionowa MVA i baza pojemności użyta do wartości impedancji

• Napięcie znamionowe, częstotliwość i odpowiednia para uzwojeń

• Pozycja odczepu użyta jako odniesienie dla impedancji

• Temperatura odniesienia dla gwarantowanej i przetestowanej wartości

• Docelowa impedancja lub dopuszczalny zakres impedancji

• Obowiązująca tolerancja zgodnie z obowiązującym standardem lub specyfikacją projektu

• Stosunek X/R, jeśli jest wymagany do analizy zwarciowej lub zabezpieczeń

• Dostępny poziom zwarcia sieciowego i impedancja źródła zasilającego

• Wymagania dotyczące rozruchu silników, odbioru dużych obciążeń i regulacji napięcia

• Wymagania dotyczące pracy równoległej z istniejącymi lub przyszłymi transformatorami

• Raport z testów fabrycznych i ostateczna zmierzona impedancja

W przypadku transformatorów wielouzwojeniowych, zapytanie ofertowe powinno określać, do której pary uzwojeń odnosi się każda wartość impedancji. Pojedyncza wartość procentowa może być niewystarczająca, gdy zaangażowanych jest kilka napięć wyjściowych lub uzwojeń trzeciorzędowych.

Nie ma uniwersalnej "najlepszej" impedancji zwarciowej. Niższa wartość poprawia regulację napięcia, ale zwiększa prąd zwarciowy. Wyższa wartość ogranicza prąd zwarciowy, ale powoduje większy spadek napięcia i może komplikować zabezpieczenia lub rozruch obciążenia.

Ostateczna wartość powinna wynikać z analizy zwarciowej systemu, analizy regulacji napięcia, koordynacji zabezpieczeń i planu eksploatacji. Zespoły ds. zaopatrzenia mogą następnie porównywać oferty transformatorów na podstawie całkowitego wpływu na system, a nie tylko ceny transformatora.

WINLEY dostarcza niestandardowe rozwiązania dla transformatorów montowanych na słupach, transformatorów podziemnych, transformatorów mocy stacyjnych, transformatorów suchych i innych transformatorów dystrybucyjnych i mocy. Podczas przeglądu technicznego nasz zespół inżynierów współpracuje z klientami w celu doprecyzowania poziomu zwarcia w systemie, docelowej impedancji, regulacji napięcia, profilu obciążenia, rozruchu silników, wymagań dotyczących pracy równoległej i koordynacji zabezpieczeń.

Na podstawie tych danych WINLEY może przejrzeć zakres impedancji wraz z mocą transformatora, napięciem, układem uzwojeń, metodą chłodzenia i obowiązującymi normami. Gdy kilka projektów może spełnić wymagania projektu, opcje można porównać pod względem kosztu transformatora, obciążenia zwarciowego rozłączników, wydajności napięciowej i niezawodności eksploatacyjnej. Pomaga to klientom wybrać praktyczne, opłacalne rozwiązanie dla kompletnego systemu zasilania.

W zależności od typu produktu, konfiguracji i rynku docelowego, rozwiązania mogą obsługiwać produkty certyfikowane UL/cUL zgodnie z UL File E536138 oraz obowiązującymi normami ANSI/IEEE, CSA, U.S. DOE dotyczącymi efektywności i NEMA. Rysunki, dane tabliczki znamionowej i raporty z testów fabrycznych mogą być dostarczone w celu wsparcia zatwierdzenia technicznego i ostatecznej weryfikacji parametrów.

Dowiedz się więcej o rozwiązaniach transformatorowych WINLEY:
https://www.winley-electric.com/