Два трансформатора могут иметь одинаковую номинальную мощность и напряжение, но вести себя очень по-разному в одной и той же системе. Одной из основных причин является короткозамыкающее сопротивление.

Этот параметр влияет на ожидаемый ток короткого замыкания, регулирование напряжения, координацию защиты, пуск электродвигателей и параллельное распределение нагрузки. Он также влияет на номинальные характеристики коммутационных аппаратов, шин, кабелей и другого оборудования вокруг трансформатора.

Более низкое или более высокое значение может быть разумным в зависимости от системы. Проблемы обычно возникают, когда сопротивление выбирается без учета исследования короткого замыкания, профиля нагрузки и схемы защиты.

Короткозамыкающее сопротивление обычно выражается в процентах. Во время испытания одна обмотка закорачивается, а на другую подается пониженное напряжение до тех пор, пока не потечет номинальный ток. Приложенное напряжение, выраженное в процентах от номинального напряжения, является значением сопротивления трансформатора.

Например, трансформатор с 5% сопротивлением требует примерно 5% номинального напряжения для создания номинального тока в условиях испытания на короткое замыкание.

Игнорируя сопротивление вышестоящей системы, начальный симметричный ток короткого замыкания на выводах трансформатора можно оценить как:

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

5% сопротивление соответствует примерно 20-кратному номинальному току. 8% сопротивление соответствует примерно 12,5-кратному номинальному току. Фактический ток короткого замыкания в системе также будет зависеть от сопротивления источника, сопротивления проводников, метода заземления и соотношения X/R системы.

Более низкое сопротивление, как правило, улучшает регулирование напряжения. Падение напряжения на трансформаторе меньше под нагрузкой, что может помочь при пуске электродвигателей, включении больших нагрузок и в приложениях, чувствительных к изменению напряжения.

Компромиссом является более высокий ожидаемый ток короткого замыкания. Автоматические выключатели могут потребовать большей отключающей способности, в то время как шины, кабели и коммутационные аппараты должны выдерживать более высокие нагрузки при коротком замыкании.

Внутри трансформатора сквозное короткое замыкание создает сильные электромагнитные силы на обмотках. Эти силы быстро возрастают с током короткого замыкания и могут нагружать проводники обмоток, распорки, выводы и зажимные конструкции. Повторные внешние короткие замыкания могут увеличить риск смещения обмотки или механической деформации, если трансформатор и система защиты плохо скоординированы.

Низкое сопротивление также может увеличить стоимость проекта за пределами трансформатора. Коммутационные аппараты с более высокой стойкостью к короткому замыканию, более прочные шинные системы и дополнительные меры ограничения тока могут стоить дороже, чем сама конструкция трансформатора.

Более высокое сопротивление ограничивает ток короткого замыкания. Это может снизить нагрузку на отключение, возлагаемую на автоматические выключатели, и уменьшить нагрузку от короткого замыкания на нижестоящее оборудование.

Основная проблема — падение напряжения. При большой нагрузке, пуске электродвигателя или внезапном включении нагрузки трансформатор с высоким сопротивлением может вызвать большее падение напряжения. Это может повлиять на ускорение электродвигателя, работу контактора, технологическое оборудование и другие нагрузки, чувствительные к напряжению.

Высокое сопротивление также может снизить ток короткого замыкания до уровня, который затрудняет координацию защиты. Для удаленных или низкоуровневых коротких замыканий настройки реле и предохранителей могут потребовать более тщательного рассмотрения для поддержания адекватной чувствительности и времени отключения.

Более высокое значение сопротивления не означает автоматически более высокие потери трансформатора или более низкую надежность. Результат зависит от геометрии обмотки, управления потоком рассеяния, расположения проводников и тепловой конструкции. Однако необычно высокое пользовательское сопротивление может потребовать дополнительной конструкторской работы и увеличить потери рассеяния или локальный нагрев, если поток рассеяния не управляется должным образом.

Нет простого правила, которое гласило бы, что трансформатор с более высоким или более низким сопротивлением всегда будет стоить дороже. Достижение сопротивления, специфичного для проекта, может потребовать изменений в размерах обмоток, расположении проводников, зазорах изоляции, магнитных экранах и структурной поддержке.

Значение за пределами обычного диапазона проектирования производителя часто требует дополнительного проектирования и контроля производства. Жесткие допуски по сопротивлению также могут увеличить затраты на проектирование, материалы и испытания.

Более широкая стоимость системы может быть более значительной:

Низкое сопротивление может потребовать автоматических выключателей, коммутационных аппаратов и шинных систем с более высокой стойкостью к короткому замыканию.

Высокое сопротивление может потребовать дополнительной поддержки напряжения, других схем пуска электродвигателей или изменений в размере проводников и настройках защиты.

Таким образом, для отделов закупок самая низкая цена покупки трансформатора может привести к более высокой общей стоимости установки, если выбранное сопротивление смещает дополнительные требования на остальную часть системы.

Параллельные трансформаторы нуждаются в совместимых соотношениях напряжений, векторных группах, положениях ответвлений и характеристиках сопротивления. Когда два трансформатора имеют разное процентное сопротивление, они не будут делить нагрузку поровну.

Для двух трансформаторов с одинаковыми номинальными мощностями в МВА, агрегат с более низким сопротивлением несет больший ток. Если один трансформатор имеет 5% сопротивление, а другой — 7%, то агрегат с 5% будет принимать большую долю общей нагрузки и может первым достигнуть своей номинальной мощности.

Одной только величины сопротивления недостаточно для детального исследования параллельной работы. Соотношение X/R, соотношение напряжений, положение ответвлений и соединение обмоток также влияют на распределение тока и циркулирующий ток.

Короткозамыкающее сопротивление является важным параметром системы, но его нельзя использовать отдельно для оценки надежности трансформатора.

Для конструкций с низким сопротивлением особое внимание требуется механической прочности обмоток и способности выдерживать короткое замыкание. Для конструкций с высоким сопротивлением требуется более тщательное рассмотрение регулирования напряжения, потока рассеяния, локального нагрева и чувствительности защиты.

Конструкция изоляции, температура проводника, зажим обмотки, производственная согласованность, рутинные испытания и время отключения защиты — все это способствует долгосрочной работе.

Соответствующее сопротивление — это значение, которое работает с полной электрической системой и может быть произведено, испытано и обслужено в рамках утвержденной конструкции.

• Номинальная мощность в МВА и базовая мощность, используемая для значения сопротивления

• Номинальное напряжение, частота и соответствующая пара обмоток

• Положение ответвления, используемое в качестве эталона сопротивления

• Эталонная температура для гарантированного и испытанного значения

• Целевое сопротивление или допустимый диапазон сопротивления

• Применимый допуск в соответствии с руководящим стандартом или спецификацией проекта

• Соотношение X/R, если требуется для исследований короткого замыкания или защиты

• Доступный уровень короткого замыкания в сети и сопротивление источника вышестоящей системы

• Требования к пуску электродвигателей, включению больших нагрузок и регулированию напряжения

• Требования к параллельной работе с существующими или будущими трансформаторами

• Отчет о заводских испытаниях и окончательное измеренное сопротивление

Для многообмоточных трансформаторов в запросе на коммерческое предложение должно быть указано, к какой паре обмоток относится каждое значение сопротивления. Одиночного процентного значения может быть недостаточно, когда задействовано несколько выходных напряжений или третичные обмотки.

Не существует универсального «лучшего» короткозамыкающего сопротивления. Более низкое значение улучшает регулирование напряжения, но увеличивает ток короткого замыкания. Более высокое значение ограничивает ток короткого замыкания, но создает большее падение напряжения и может усложнить защиту или пуск нагрузки.

Окончательное значение должно быть получено из исследования короткого замыкания системы, анализа регулирования напряжения, координации защиты и рабочего плана. Затем отделы закупок могут сравнивать предложения трансформаторов на основе общего воздействия на систему, а не только цены трансформатора.

WINLEY предоставляет индивидуальные решения для трансформаторов, устанавливаемых на столбах, на площадках, подстанционных силовых, сухих и других распределительных и силовых трансформаторов. Во время технического обзора наша инженерная команда работает с клиентами для уточнения уровня короткого замыкания системы, целевого сопротивления, регулирования напряжения, профиля нагрузки, пуска электродвигателей, параллельной работы и требований к координации защиты.

На основе этих данных WINLEY может проанализировать диапазон сопротивления вместе с мощностью трансформатора, напряжением, схемой обмоток, методом охлаждения и применимыми стандартами. Когда несколько конструкций могут соответствовать требованиям проекта, варианты могут быть сравнены с точки зрения стоимости трансформатора, нагрузки коммутационных аппаратов при коротком замыкании, характеристик напряжения и эксплуатационной надежности. Это помогает клиентам выбрать практичное, экономически эффективное решение для всей энергосистемы.

В зависимости от типа продукта, конфигурации и целевого рынка, решения могут поддерживать продукты, сертифицированные UL/cUL по UL File E536138 и применимым требованиям ANSI/IEEE, CSA, U.S. DOE по эффективности и NEMA. Чертежи, данные на паспортной табличке и отчеты о заводских испытаниях могут быть предоставлены для технического утверждения и окончательной проверки параметров.

Узнайте больше о решениях WINLEY для трансформаторов:
https://www.winley-electric.com/