Transformatör empedansı

 

 

 

1.1 Empedansın tanımı

Tanım: Bir transformatörün empedansı, akımdan aktığında akım üzerinde uyguladığı direnci ifade eder. İki bölümden oluşur: direnç ve endüktif reaktans. Empedansın büyüklüğü genellikle bir yüzde olarak ifade edilir ve transformatör isim plakası üzerinde işaretlenir.

kurucu parça:

• Direnç (R): Bu, transformatör sargısındaki elektrik iletkeninin direnç kısmıdır, bu da esas olarak sargının malzemesi ve uzunluğu ile belirlenir. Direnç, elektrik enerjisinin bakır kaybı olarak bilinen ısı enerjisi şeklinde kaybolmasına neden olabilir.

• Endüktif reaktans (x): Empedansın bu kısmı sargının endüktansından kaynaklanır. Alternatif akım sargıyı geçtiğinde, endüktif reaktans akım değişikliğini engelleyecektir. Endüktif reaktans esas olarak sargıların geometrik yapısı ve sargılar arasındaki sızıntı manyetik akısı ile belirlenir.

 

1.2 Empedans ifade modu

Toplam empedans genellikle karmaşık biçimde ifade edilir ve direnç ve endüktif reaktans kombinasyonundan oluşur.

Z=r+jx,  Bunlar arasında J hayali birimdir

Not: Empedans, tek bir yüksek voltajın veya düşük voltajın kendisinin empedansına atıfta bulunmaz, daha ziyade, belirli bir çalışma durumu altında bir transformatörün sargıları arasındaki empedansı tanımlamak için kullanılan düşük voltaj, direnç ve reaktanın yüksek voltajının birleşik empedansını ifade eder.

Örneğin, üç bobin transformatörünün empedansı:

Yüksek voltaj - düşük voltaj

Yüksek voltaj - orta voltaj

Orta Gerilim - Düşük Voltaj

 

 

2.1 Kısa devre empedansının tanımı

Tanım: Transformatör isim plakasındaki kısa devre empedansı, kısa devre koşulları altında transformatörün elektriksel özelliklerini yansıtan çok önemli bir parametredir. Kısa devre empedansı, transformatörün ikincil sargısı, birincil sargının nominal voltajına kısa devre geçirildiğinde nominal akımı oluşturmak için birincil sargıya uygulanması gereken voltaj oranını temsil eden bir yüzde (%z) olarak ifade edilir.

 

 

Formülasyon:

Kısa devre empedansı () aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

Aralarında:

• birincil sargının ikincil sarma kısa devre olduğunda nominal akıma ulaşması için gereken voltajdır.

• birincil sargının nominal voltajıdır.

Kısa devre empedansının önemi

 

2.2 Kısa devre empedansının önemi

2.2.1 Kısa devre akımını sınırlayın

Kısa devre empedansı, ikincil sarma kısa devre olduğunda transformatör tarafından üretilen kısa devre akımının büyüklüğünü belirler. Kısa devre akımı, bir güç sisteminde meydana gelebilecek maksimum akımdır ve ekipman ve sistemlerin güvenliği için ciddi bir tehdit oluşturabilir.

Kısa devre empedansı ne kadar büyük olursa, transformatörü ve aşağı akım ekipmanını aşırı kısa devre akımının neden olduğu hasardan korumaya yardımcı olan kısa devre akımı o kadar küçük olur.

Kısa devre hesaplaması

Verilen: Transformatörün isim plakası kapasitesi 100MVA, voltaj 132\/11 kV'dir ve kısa devre empedansı%10'dur. Kısa devre akımını hem yüksek hem de düşük voltaj kenarlarında hesaplayın.

= kısa devre akımı

= derecelendirilmiş akım

Z%= kısa devre empedansı

 

Yüksek voltaj tarafı:

 

Düşük voltaj tarafı:

 

2.2.2 Voltaj Regülasyonu

Kısa devre empedansı ve voltaj düşüşü

Kısa devre empedansının büyüklüğü, transformatörün voltaj düşüşünü doğrudan etkiler. Daha büyük bir kısa devre empedansı, transformatör yük altında olduğunda, sargılardaki voltaj düşüşünün de daha büyük olduğu anlamına gelir, bu da çıkış voltajında ​​daha büyük bir düşüşe yol açar. Başka bir deyişle, kısa devre empedansı ne kadar büyük olursa, yük değiştiğinde çıkış voltajı daha fazla dalgalanır.

2.2.3 Paralel İşlem

Birden fazla transformatör paralel olarak çalıştığında, kısa devre empedansının büyüklüğü, her bir transformatörün taştığı yük oranını belirler. Paralel transformatörlerin kısa devre empedansları farklıysa, yük dengesiz bir şekilde dağıtılacaktır

• Düşük empedanslı transformatör

Nispeten büyük bir yük taşıyacaktır. Bunun nedeni, daha küçük bir empedansın daha küçük bir voltaj düşüşü anlamına gelmesidir, bu nedenle daha fazla akım iletebilir ve daha büyük bir yüke neden olabilir.

• Yüksek empedanslı transformatörler

Sonra daha küçük bir yük taşıyacaktır. Bunun nedeni, daha büyük bir empedansın daha büyük bir voltaj düşüşü üretmesi ve daha küçük bir iletilen akıma ve dolayısıyla daha küçük bir yüke neden olmasıdır.

Paralel çalışma koşullarından biri, çoklu transformatörlerin empedanslarının aynı olmasıdır.

Paralel olarak çalışan iki transformatör olduğunu varsayalım:

Transformatör A'nın kısa devre empedansı%8'dir.

Transformatör B'nin kısa devre empedansı%10'dur.

Bu iki transformatör paralel olarak çalışırsa, A'nın daha küçük kısa devre empedansı nedeniyle, örneğin B'den daha büyük bir yük taşır, eğer sistemin toplam yükü 1000kva ise, transformatör A 600KVA taşıyabilir, Transformer B sadece 400KVA taşır.

Bu eşit olmayan yük dağılımı aşağıdaki sorunlara yol açabilir:

• Aşırı yük: Düşük empedanslı transformatörler aşırı yüklenebilirken, yüksek empedanslı olanlar ışık yükü durumunda olabilir.

• Düşük verimlilik: Eşit olmayan yük dağılımı nedeniyle, tüm sistemin operasyonel verimliliği azalabilir.

• Kısaltılmış ömrü: Aşırı yük koşulları altında çalışan transformatörler, termal stres ve hızlandırılmış yaşlanma nedeniyle kısaltılmış bir ömür yaşayabilir.

2.2.4 Koruma Ayarları

Kısa devre empedansının röle ve devre kesiciler gibi koruyucu cihazların ayarlanması üzerinde doğrudan bir etkisi vardır. Koruyucu cihazların genellikle kısa devre akımına göre ayarlanması gerekir. Kısa devre meydana geldiğinde arızaların hemen ve etkili bir şekilde kesilmesini sağlamak, böylece sistemin diğer kısımları üzerindeki etkisini azaltmaktadır.

Bir transformatörün kısa devre empedansını anlamak, sistemin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için uygun koruma ayarlarının tasarlanması için yararlıdır.

 

 

3.1 Yüksek empedansın avantajı

• Kısa devre akımını sınırlayın

Yüksek empedanslı transformatörler, kısa devre meydana geldiğinde kısa devre akımının büyüklüğünü sınırlayabilir. Bu, güç sistemini ve ekipmanı korumaya yardımcı olur ve hataların sistem üzerindeki etkisini azaltır.

• Paralel çalışma sırasında esneklik

Paralel olarak çalışan transformatörlerde, empedansta küçük bir fark varsa (ancak makul bir aralıkta), yükü dağıtmak ve çok küçük empedans nedeniyle tek bir transformatörde yükün aşırı konsantrasyonundan kaçınmak daha kolaydır.

• Maliyet nispeten düşük olabilir

Bazı tasarımlarda, artan empedans kullanılan sarma malzemesi miktarını azaltabilir, böylece üretim maliyetlerini düşürebilir.

 

3.2 Yüksek empedansın dezavantajı

Voltaj düzenleme performansı zayıf

Yüksek empedanslı transformatörler, yük değiştiğinde çıkış voltajlarında önemli dalgalanmalar yaşayacaktır. Bu, sabit bir voltaj gerektiren yükler için elverişsizdir ve voltaj düşüşü nispeten büyüktür.

Nispeten büyük enerji kaybı

Daha fazla empedans, daha yüksek enerji kaybına yol açabilecek ve transformatörün verimliliğini azaltabilecek daha fazla direnç ve reaktans anlamına gelir.

 

3.3 Düşük empedansın avantajları

İyi voltaj düzenleme performansına sahiptir

Düşük empedanslı transformatörler, yük değiştiğinde daha küçük çıkış voltaj dalgalanmalarına sahiptir ve daha kararlı bir voltaj sağlayabilir. Bu, voltaj düşüşünün nispeten küçük olduğu elektronik cihazlar ve veri merkezleri gibi voltaj dalgalanmalarına duyarlı cihazlar için çok önemlidir.

Yüksek verimlilik

Daha küçük bir empedans, daha düşük direnç ve reaktans anlamına gelir, bu da genellikle daha yüksek enerji verimliliğine yol açar ve çalışma sırasında kayıpları azaltır.

 

3.4 Düşük empedansın dezavantajı

Kısa devre akımı nispeten büyük

Düşük empedans, bir kısa devre meydana geldiğinde, akımın çok büyük olacağı anlamına gelir, bu da sistem ve ekipman üzerinde önemli bir etkiye neden olabilir. Bu daha karmaşık ve pahalı koruyucu önlemler gerektirir.

Yüksek üretim maliyeti

Düşük empedans elde etmek genellikle daha fazla malzeme (daha kalın teller veya daha büyük çekirdekler gibi) ve daha karmaşık üretim süreçlerinin kullanılmasını gerektirir ve bu da maliyetleri artırır.

 

3.5 Uzlaşma Seçimi

Pratik uygulamalarda, transformatör tasarımcılarının genellikle empedans büyüklükleri arasında bir denge noktası bulmaları gerekir.

Bu denge noktası şunlara bağlıdır:

• Güç sistemleri için koruma gereksinimleri

Kısa devre akımının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekiyorsa, daha büyük empedansa sahip bir tasarım seçilebilir.

• Yükün voltaj stabilitesi gereksinimleri

Çok kararlı bir çıkış voltajı gerekiyorsa, daha küçük empedansa sahip bir tasarım seçilebilir.

• Maliyet değerlendirmesi

Performans gereksinimlerini karşılama öncülünde, maliyet genellikle önemli bir karar verme faktörüdür.

 

 

4.1 Test Amacı

Kısa devre empedansı ve yük kaybı testi, transformatörün kısa devre empedansını (%z) ve kısa devre koşulları altında yük kaybını (yani bakır kaybını) belirlemek için kullanılan transformatörler için önemli bir testtir. Bu test, transformatörün tasarım kalitesini ve performansını doğrulamak için yararlı olan belirli çalışma koşulları altında transformatörün önemli elektriksel karakteristik bilgilerini sağlayabilir.

• Kısa devre empedansını ölçün (%z)

Kısa devre empedansı, bir transformatörün direncinin ve reaktanının kombine etkisini yansıtır ve bir transformatörün performansını arıza koşulları altında değerlendirmek için çok önemlidir.

• Yük kaybını ölçün

Yük kaybı (veya bakır kaybı), bir transformatörün nominal yük altında sarma direncinin neden olduğu güç kaybıdır, bu da kısa devre empedans testleri ile ölçülebilir

 

4.2 Test İlkesi

Kısa devre empedans testi, ikincil sargıyı (genellikle düşük voltaj tarafı) kısa devre yaparken ve şu anda birincil sargının voltajını, akımını ve gücünü ölçerken, bir transformatörün birincil sargısına (genellikle yüksek voltaj tarafı) nispeten düşük bir voltaj uygulanmasını içerir. Bu ölçüm değerlerine dayanarak, transformatörün kısa devre empedansı ve yük kaybı hesaplanabilir.

 

4.3 Test prosedürleri

4.3.1 Test hazırlığı

Kablolama: Kısa devre Transformatörün ikincil tarafı (düşük voltaj tarafı) sargısı ve birincil tarafı (yüksek voltaj tarafı) sarma ayarlanabilir bir güç kaynağına bağlayın.

Ekipman hazırlama: Ölçüm cihazını voltaj, akım ve güç gibi parametreleri kaydetmek için bağlayın.

4.3.2 Uygulanan Voltaj

Birincil taraftaki birincil taraftaki akım nominal akıma ulaşana kadar birincil taraftaki voltajı sıfırdan yavaş yavaş artırın. Bu noktada, ikincil taraftaki kısa devre nedeniyle, voltaj sıfıra yakın olmalıdır.

4.3.3 Ölçüm

Voltaj: Voltajı ölçün ve kaydedinbirincil tarafta

Akım: Akımı ölçün ve kaydedinbirincil tarafta

Güç: Esas olarak sarmanın yük kaybı (bakır kaybı) olan giriş aktif güç P'yi ölçün ve kaydedin.

4.4.4 Hesaplama

Kısa devre empedansının hesaplama formülü:

Yüzde kısa devre empedansı (%z):

Aralarında,transformatörün nominal voltajıdır

Yük kaybı (bakır kaybı) ölçülen gücü P'yi ifade eder.

4.4.5 Test Koşulları

Testler genellikle oda sıcaklığında gerçekleştirilir, ancak sıcaklığın sarma direnci üzerindeki önemli etkisi nedeniyle, ölçülen gerçek yük kayıpları sıcaklık düzeltmesi gerektirebilir.

Testte, uygulanan voltaj nispeten düşüktür. Sadece nominal voltaja değil, nominal akıma ulaşması gerekir, çünkü ikincil sarma kısa devre olduğunda, nominal akımı üretmek için daha düşük bir voltaj uygulamak yeterlidir.

4.4.6 Test sonuçlarının analizi

Kısa devre empedans değeri

Ölçülen kısa devre empedans değeri, tasarım değeri veya isim plakasındaki değerle tutarlı olmalıdır. Farklılıklar önemliyse, transformatörün tasarımında veya üretiminde sorunlar olduğunu gösterebilir.

Yük kaybı

Ölçülen yük kaybı (bakır kaybı), tam yük koşulları altında transformatörün verimliliğini değerlendirmek için kullanılır. Bu kayıp tasarımda belirtilen aralıkta olmalıdır.

4.4.7 Önem

Kısa devre empedans testi sadece transformatörün tasarım ve üretim kalitesini doğrulamakla kalmaz, aynı zamanda sistemin arıza analizi, koruma cihazlarının ayarlanması ve transformatörün paralel çalışması için anahtar veriler sağlar. Bu test sayesinde mühendisler, gerçek operasyonda transformatörün güvenliğini ve güvenilirliğini sağlayabilir. Sonuç olarak, kısa devre empedans testi, transformatörün tasarım spesifikasyonlarına uygun olmasını ve güvenli ve verimli bir şekilde çalışabilmesini sağlamak için önemli bir adımdır.