So entwerfen und überprüfen Sie die Kurzschlussimpedanz von Transformatoren: Von der Fehlerstromberechnung bis zur FAT

Die Kurzschlussimpedanz wird oft als Prozentsatz behandelt, der in der Mitte eines Transformatordatenblatts versteckt ist. In einem realen Stromnetz beeinflusst diese Zahl den Fehlerstrom, den Spannungsabfall, die Parallellast, die Schutzkoordination und die mechanischen Kräfte innerhalb der Wicklungen. Bei Zisheng Electric betrachten wir die Kurzschlussimpedanz von Transformatoren als Systemparameter und nicht als einen vom Hersteller isoliert ausgewählten Wert. Wenn er zu niedrig ist, kann der voraussichtliche Fehlerstrom die Schaltleistung der Schaltanlage überschreiten. Wenn sie zu hoch ist, können große Motoranläufe und plötzliche Lastwechsel zu einem unzulässigen Spannungseinbruch führen.

Vergleichen Sie während der FAT die gemessene Impedanz mit der Designgarantie, der vertraglichen Toleranz und der Systemfehlerstudie.

Was die Kurzschlussimpedanz eines Transformators darstellt

Die Impedanzspannung, normalerweise als uk% angegeben, ist der Prozentsatz der Nennspannung, der erforderlich ist, um den Nennstrom zu zirkulieren, wenn eine Wicklung kurzgeschlossen ist und die angegebene Prüfspannung bei Nennfrequenz an die andere Wicklung angelegt wird. Es enthält eine Widerstandskomponente und eine Blindkomponente. Bei mittleren und großen Leistungstransformatoren dominiert normalerweise die Streureaktanz, aber der mit dem Lastverlust verbundene Widerstand spielt immer noch eine Rolle, wenn Ingenieure Spitzenstrom, Temperatur und Stufenpositionsleistung bewerten.

Eine einfache Abschirmungsberechnung für den an den Transformatorklemmen verfügbaren symmetrischen Strom lautet:

Ik ≈ In × 100 / uk%

Stellen Sie sich einen 2.000-kVA-, 0,44-kV-Transformator mit einem Niederspannungs-Nennstrom von etwa 2.624 A und einer Impedanz von 6 % vor. Wenn davon ausgegangen wird, dass die vorgeschaltete Quelle über eine unendliche Fehlerkapazität verfügt, beträgt der anfängliche symmetrische Strom etwa 43,7 kA. Die eigentliche Projektberechnung muss die Impedanz des vorgelagerten Netzwerks, der Kabel, Leitungen und Sammelschienen addieren und sollte der vom Eigentümer festgelegten Methode folgen, häufig IEC 60909. Die vereinfachte Gleichung ist für eine frühzeitige Überprüfung nützlich, nicht für einen abschließenden Bericht über die Schutzeinstellungen.

So ermitteln Sie die Zielimpedanz

Beginnen Sie mit dem einzeiligen Diagramm und der Fehlerebene

Eine Kaufspezifikation, die nur „Impedanz nach IEC“ besagt, reicht nicht aus. Der Transformatorlieferant benötigt die maximalen und minimalen Quellenfehlerpegel, die Systemspannungen, die Schaltgruppe, die Neutral-Erdungsmethode, die Anzahl der parallel geschalteten Transformatoren, die Lasteigenschaften und die Kurzzeitfestigkeit der Schaltanlage. Bergbaubetriebe, Stahlwerke und Pumpstationen sollten ebenfalls die Großmotorenliste und Startmethoden bereitstellen. Bei Solar- und Batterieprojekten muss der Beitrag des Wandlers zum Fehlerstrom erläutert werden, da er sich von dem einer rotierenden Maschine unterscheidet.

Wenn zwei Transformatoren parallel betrieben werden, wirken sich die prozentualen Impedanz- und Spannungsverhältnistoleranzen direkt auf die Lastverteilung und den Umlaufstrom aus. Gleiche Nennwerte garantieren nicht automatisch einen zufriedenstellenden Parallelbetrieb. Der Kaufvertrag sollte den akzeptablen Impedanzunterschied, die Philosophie der Stufensynchronisierung und die zulässige Belastung festlegen, wenn eine Einheit außer Betrieb ist.

Projekte für erneuerbare Energien sollten die Zielimpedanz mit dem Wandlerverhalten und der Kollektorsystemimpedanz koordinieren.

Die Wicklungsgeometrie steuert die Streureaktanz

Die Kurzschlussimpedanz kann nach dem Bau eines Transformators nicht mehr frei eingestellt werden. Radiale Wicklungsabmessungen, axiale Höhe, Hauptisolationsabstände, Scheibenanordnung und der Streuflusspfad beeinflussen alle die Reaktanz. Wenn ein Konstrukteur eine Dimension ändert, muss das Team auch den Temperaturanstieg, den dielektrischen Spielraum, die axiale Klemmkraft und die Fertigungstoleranz überprüfen. Die Reduzierung einer Isolationsstrecke nur zum Erreichen eines Impedanzziels kann das Risiko auf die dielektrische Leistung und die Kurzschlussfestigkeit übertragen.

Für ein Öltransformator , Leitermaterial, Vertauschung und Leitungslänge beeinflussen die Widerstandskomponente. Windungshöhe und radialer Abstand haben einen starken Einfluss auf die reaktive Komponente. Bei Konstruktionen mit höherer Spannung ist außerdem eine Überprüfung der Position der Anzapfwicklung und der Impedanz über den gesamten Anzapfbereich erforderlich. Unsere Designprüfung zeichnet daher die Haupt-, Maximal- und Minimalpositionen der Abgriffe auf, anstatt sich auf einen zentralen Wert zu verlassen.

Höhe, zyklische Bergbaulasten, Temperatur und Isolationskorrekturen müssen gemeinsam überprüft werden.

Kurzschlussfestigkeit gemäß IEC 60076-5

IEC 60076-5:2006 befasst sich mit der Fähigkeit eines Transformators, den Auswirkungen externer Kurzschlüsse zu widerstehen. Es umfasst thermische Berechnungen und die Überprüfung der dynamischen Belastbarkeit durch spezielle Tests oder theoretische Bewertungen. In den Projektdokumenten sollten die zutreffende Edition, die Fehlerdauer und die Fehlertypen angegeben sein. Eine zufriedenstellende Impedanzmessung allein beweist noch nicht die Kurzschlussfestigkeit. Der Impedanztest bestätigt einen elektrischen Parameter; Die Widerstandsbewertung muss auch die Leitertemperatur, axiale und radiale elektromagnetische Kräfte, Klemmung und Leitungsunterstützung umfassen.

Für ein kritisches EPC-Projekt kann der Käufer eine thermische Kurzschlussberechnung, eine Zusammenfassung der Axial- und Radialkraftprüfungen, eine Beschreibung der Wicklungsklemmung und Nachweise aus Kurzschlusstests oder eine validierte Designfamilie anfordern. Diese Dokumente sollten überprüft werden, bevor wichtige Materialien veröffentlicht werden. Wenn eine spezielle Kurzschlussprüfung erforderlich ist, müssen das Prüflabor, der Transportplan, der Prüfablauf und die Nachprüfungsmessungen im Voraus vereinbart werden.

Wie FAT das Design- und Fertigungsergebnis bestätigt

Kurzschlussimpedanz und Lastverlust werden normalerweise während des Kurzschlusstests ermittelt. Der Anschluss, die Gerätegenauigkeit, die Wicklungstemperatur, die Temperaturkorrektur, die Frequenz und die Stufenposition wirken sich alle auf den gemeldeten Wert aus. Ein FAT-Zeuge sollte die Rohmessungen überprüfen und nicht nur das Wort „Bestanden“ im Abschlussbericht überprüfen. Der gemessene Wert muss mit der Garantie und der vertraglichen Toleranz verglichen werden und die dreiphasigen Ergebnisse sollten auf ungewöhnliche Ungleichgewichte überprüft werden.

Auf die Impedanzprüfung folgen Zubehör-, Typenschild-, Dokumenten- und Transportzustandsprüfungen.

IEC 60076-1 legt die allgemeinen Anforderungen für Leistungstransformatoren fest. Die für ein Projekt geltenden genauen Toleranzen sollten dennoch anhand des Vertrags und der relevanten Klauseln bestätigt werden. Liegt die gemessene Impedanz nahe an der zulässigen Grenze, sollte der EPC-Ingenieur den gemessenen Wert in das Kurzschlussmodell eingeben. Ein formal akzeptabler Wert ist kein akzeptables technisches Ergebnis, wenn er zu einer Überschreitung der Schaltanlagenleistung führt.

Was in der Kaufspezifikation angegeben werden sollte

Eine durchsetzbare Impedanzklausel sollte den garantierten Wert, die MVA- und Temperaturbasis, die Stufenpositionen, die Toleranz, die Parallelbetriebsanforderung, die Fehlerdauer, den maximalen Systemfehlerpegel, Dokumente zur Designüberprüfung und FAT-Bezeugungspunkte angeben. Bei einem Projekt mit mehreren Transformatornennwerten sollte nicht ein einziger UK%-Wert über den gesamten Zeitplan hinweg kopiert werden. Jede Einheit sollte dem Busfehlerniveau, dem Schutzsystem und dem Lastverhalten am eigenen Standort entsprechen.

Die Daten der Schaltanlage sollten auch an den Transformatorlieferanten zurückgegeben werden. Eine Niederspannungsplatine mit einer Nennspannung von 50 kA für eine Sekunde bedeutet nicht, dass sich die Transformatorberechnung ohne Spielraum 50 kA nähern darf. Die Studie muss Netzwerkschwankungen, Berechnungsunsicherheiten und zukünftige Erweiterungen angemessen berücksichtigen. Für einen Bei einem 110-kV-Öltransformator oder einer Konstruktion mit mehreren Wicklungen sollte in der Spezifikation die Impedanz zwischen jedem Wicklungspaar und seine Kapazitätsbasis angegeben werden.

Bei Küstenwindprojekten müssen Fehlerniveau, Ausbauplan, Umgebung und Gerätebewertungen gemeinsam überprüft werden.

Eine typische technische Klarstellung

Ein Industrieprojekt sah einen 2.500-kVA-Transformator, eine Sekundärspannung von 0,4 kV und eine Impedanz von 5,5 % vor, während die Niederspannungsschaltanlage eine Kurzzeitleistung von 50 kA hatte. Die Berechnung der Abschirmung mit unendlichen Quellen ergab einen Transformatorbeitrag von etwa 65,6 kA. Die Kabelimpedanz würde den Wert verringern, aber das ursprüngliche Design hatte keinen ausreichenden Spielraum gezeigt.

Die Klarstellung konnte nicht dadurch gelöst werden, dass die Impedanz sofort auf 7 % geändert wurde. Das Team überprüfte die Motorstartspannung, die vorgeschaltete Fehlerkapazität, die Buslänge und die Parallelanordnung. Das endgültige Ziel balancierte die Fehlerstrombegrenzung mit einer akzeptablen Laststufenleistung aus und wurde in die garantierten Daten und die FAT-Toleranz eingegeben. Diese Art der Klärung kostet vor der Wicklungsherstellung nur sehr wenig und kann nach dem Einfrieren der Spulenabmessungen eine umfassende Neukonstruktion erfordern.

Verwandte Designüberlegungen werden in unserem Leitfaden besprochen Transformatorauswahl für südamerikanische Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien . Auch Beschaffungsteams können eine Überprüfung vornehmen was südamerikanische Strommärkte von Transformatorlieferanten erwarten.

Bewahren Sie die werkseitigen Basiswerte für Impedanz und Wicklungswiderstand zum Vergleich nach Transport und Installation auf.

Sorgen Sie dafür, dass der Impedanzwert für das Projekt funktioniert

Die Kurzschlussimpedanz ist nur dann nützlich, wenn sie den Kreis zwischen Transformator, Systemfehlerpegel, Schutz, Schaltanlage und Lasteigenschaften schließt. Zisheng Electric liefert Öltransformatoren, Leistungstransformatoren, Trockentransformatoren, kompakte Umspannwerke und zugehörige Umspannwerksausrüstung. Wir können eine technische Anpassung basierend auf der Projektkapazität, dem Spannungsniveau, den Umgebungsbedingungen und den technischen Spezifikationen bereitstellen und eine erste Antwort auf Anfragen innerhalb von 24 Stunden liefern. Ein einzeiliges Diagramm, eine Lastliste und Daten auf Fehlerebene ermöglichen es unseren Ingenieuren, das Impedanzziel, den FAT-Umfang und die erforderlichen technischen Dokumente während der Angebotsphase zu überprüfen.