Transformer Short-Circuit Impedance: Paano Ito Naaapektuhan ang Fault Current, Pagbaba ng Voltage at Pagpili ng Kagamitang EPC

Kapag ang mga detalye ng transpormer ay nirepaso para sa isang proyekto ng EPC, ang na-rate na kapangyarihan at boltahe ay kadalasang nakakakuha ng higit na atensyon. Ang short-circuit impedance ay madalas na itinuturing bilang isa pang numero upang kopyahin sa isang datasheet.

Iyan ay isang pagkakamali.

Mula sa pananaw ng engineering sa Zisheng Electric, ang short-circuit impedance ng transpormer ay direktang nakaupo sa pagitan ng disenyo ng transformer at ng mas malawak na sistema ng kuryente. Naiimpluwensyahan nito ang prospective na fault current, pagbaba ng boltahe, switchgear duty, proteksyon ng koordinasyon, parallel operation at maging ang mga mekanikal na puwersa na dapat mapaglabanan ng mga windings ng transpormer sa panahon ng panlabas na fault.

Ang isang transpormer na may tamang kapasidad ngunit ang maling impedance ay maaaring lumikha ng mga problema nang higit pa sa transpormer mismo. Para sa mas malawak na pagtingin sa kung paano magkatugma ang kapasidad, boltahe, kundisyon ng site at katangian ng pagkarga, tingnan ang aming gabay sa pagpili ng transpormer para sa mga proyektong pang-industriya.

Para sa isang EPC contractor, consultant o bumibili ng proyektong pang-industriya, ang impedance samakatuwid ay kailangang suriin bilang isang parameter ng system sa halip na isang nakahiwalay na detalye ng transformer.

Figure 1. Iniuugnay ng impedance ng transformer ang disenyo ng transpormer sa antas ng fault, tungkulin ng switchgear at pagganap ng pagkarga.

Ano ang Transformer Short-Circuit Impedance?

Transformer short-circuit impedance, karaniwang ipinahayag bilang isang porsyento, ay kumakatawan sa impedance ng mga paikot-ikot na transpormer na tinutukoy sa mga na-rate na kondisyon.

Sa praktikal na mga termino, maaari itong maunawaan bilang ang porsyento ng rated boltahe na kinakailangan upang magpalipat-lipat ng rated kasalukuyang sa pamamagitan ng transpormer kapag ang isang paikot-ikot ay short-circuited sa ilalim ng tinukoy na mga kondisyon ng pagsubok.

Halimbawa, kung ang isang transpormer ay may short-circuit impedance na 6%, humigit-kumulang 6% ng naka-rate na boltahe na inilapat sa isang panig ay magbubunga ng rated current kapag ang kabilang panig ay short-circuit, napapailalim sa naaangkop na pag-aayos ng pagsubok at mga kundisyon ng sanggunian.

Ang porsyentong ito ay hindi lamang isang halaga ng katalogo. Nagreresulta ito mula sa geometry ng transformer, kabilang ang mga paikot-ikot na sukat, radial spacing sa pagitan ng HV at LV windings, axial arrangement, leakage magnetic field, mga sukat ng conductor, winding height, insulation clearance at tapping arrangement.

Ang pagpapalit ng mga elementong ito ay maaaring magbago ng impedance. Iyon ang dahilan kung bakit dapat isaalang-alang ang impedance sa panahon ng electromagnetic at mekanikal na disenyo sa halip na idagdag pagkatapos matapos ang disenyo ng transpormer.

Teknikal na Sanggunian: IEC 60076-1 at IEC 60076-5 — International Electrotechnical Commission.

Bakit Mahalaga ang Transformer Short-Circuit Impedance sa Buong Electrical System

Ang isang kapaki-pakinabang na paraan upang tingnan ang impedance ay sa pamamagitan ng chain ng proyekto: Grid / Generator → Transformer → MV o LV Switchgear → Feeder → Load → Protection.

Ang transpormer ay nakaupo sa pagitan ng pinagmulan at sa ibaba ng agos na kagamitan. Ang impedance nito ay nagiging bahagi ng impedance na naglilimita sa kasalukuyang fault sa pamamagitan ng system na iyon. Habang nagbabago ang impedance ng transpormer, nagbabago ang ilang kundisyon ng disenyo sa ibaba ng agos kasama nito.

Ang Mababang Impedance ay Nangangahulugan ng Mas Mataas na Prospective Fault Current

Kung ang impedance ng transpormer ay nabawasan habang ang pinagmulan at iba pang mga parameter ng system ay nananatiling hindi nagbabago, ang inaasahang kasalukuyang fault sa pangalawang bahagi ay karaniwang tumataas.

Ang pinasimpleng relasyon sa engineering ay: Fault current ≈ Rated current × 100 / Impedance (%) . Ito ay isang pagtatantya lamang sa unang yugto. Dapat ding isaalang-alang ng wastong pag-aaral ng short-circuit ang grid source impedance, mga cable, generator, motor, parallel transformer at iba pang elemento ng network.

Ang mas mababang-impedance na transpormer ay nagbibigay-daan sa mas maraming fault current. Maaaring makaapekto iyon medium-voltage switchgear , circuit-breaker interrupting capacity, busbar withstand rating, cable thermal withstand, CT selection, protection settings at arc-flash kalkulasyon.

Ito ang dahilan kung bakit ang pagpili ng impedance ng transpormer nang hindi sinusuri ang disenyo ng switchgear ay maaaring lumikha ng isang problema sa interface ng EPC.

Figure 2. Isang pinasimpleng paghahambing na nagpapakita kung bakit pinapataas ng mas mababang impedance ng transpormer ang kasalukuyang fault na limitado sa transpormer.

Ang Mataas na Impedance ay Hindi Awtomatikong Mas Mabuti

Kung ang mas mababang impedance ay nagpapataas ng fault current, maaaring mukhang lohikal na tukuyin ang isang mas mataas na impedance hangga't maaari. Lumilikha iyon ng ibang hanay ng mga problema.

Ang mas mataas na impedance ng transpormer ay karaniwang gumagawa ng mas malaking pagbaba ng boltahe sa ilalim ng pagkarga, lalo na kung saan ang load ay may mababang power factor o malaking transient current. Mahalaga ito sa mga aplikasyon gaya ng malalaking motor, kagamitan sa pagmimina, mga crusher at mill, compressor, pump, data-centre load, pang-industriya na linya ng produksyon at renewable-energy auxiliary system.

Maaaring matugunan ng isang transpormer ang thermal rating nito at makagawa pa rin ng hindi katanggap-tanggap na performance ng system kung hindi pa nasusuri ang regulasyon ng boltahe. Para sa pagsisimula ng motor, ang labis na impedance ay maaaring maging sanhi ng pagbagsak ng pangalawang boltahe upang mapataas ang oras ng pagsisimula o maiwasan ang matagumpay na pagbilis.

Ang kasalukuyang fault ay dapat kontrolin nang hindi lumilikha ng hindi katanggap-tanggap na pagbaba ng boltahe sa operating. Ang balanseng iyon ay dapat na mapagpasyahan sa yugto ng disenyo ng system.

Ang Relasyon sa Pagitan ng Impedance at Short-Circuit Forces

Ang short-circuit current ay hindi lamang isang isyu sa proteksyon. Isa rin itong mekanikal na isyu sa disenyo sa loob ng transpormer.

Sa panahon ng isang matinding panlabas na maikling circuit, ang mga windings ng transpormer ay sumasailalim sa mga puwersang electromagnetic. Ang mga puwersang ito ay maaaring kumilos nang radially at axially, na lumilikha ng compression, tension, bending at displacement stresses sa winding conductors at supporting structures.

Ang magnitude ng mga pwersang ito ay tumataas nang malakas sa kasalukuyang fault. Ang isang disenyo na naglilimita sa kasalukuyang fault samakatuwid ay nakakaapekto sa mekanikal na tungkulin na ipinataw sa aktibong bahagi. Ngunit ang pagtukoy ng impedance lamang ay hindi sapat. Ang transpormer ay dapat pa ring idisenyo at itayo upang makayanan ang mga short-circuit na stress na nauugnay sa mga tinukoy na kundisyon ng system.

Teknikal na Sanggunian: IEC 60076-5 — International Electrotechnical Commission.

Para sa isang teknikal na pagsusuri ng EPC, nangangahulugan ito na dalawang magkaibang tanong ang dapat itanong: Ano ang tinukoy na impedance? at Nasuri ba ang disenyo ng transpormer para sa nagresultang short-circuit na tungkulin? Magkamag-anak sila, ngunit hindi sila ang parehong tanong.

Paano Nakakaapekto ang Impedance sa Disenyo ng Transformer

Ang short-circuit impedance ay malapit na nauugnay sa leakage flux. Sa isang perpektong transpormer, ang lahat ng magnetic flux na ginawa ng isang paikot-ikot ay mag-uugnay sa isa pang paikot-ikot. Ang mga tunay na transformer ay palaging may ilang leakage flux na hindi ganap na nag-uugnay sa parehong windings.

Tinutukoy ng geometry ng aktibong bahagi ang resultang leakage reactance. Maaaring ayusin ng isang taga-disenyo ang impedance sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga parameter gaya ng winding spacing, winding height o conductor arrangement. Ngunit ang bawat pagsasaayos ay may mga kahihinatnan.

Pagtaas ng Distansya sa Pagitan ng HV at LV Windings

Ang pagtaas ng radial spacing ay maaaring tumaas ang leakage reactance at samakatuwid ay impedance. Ngunit ang mas malaking espasyo ay maaari ring tumaas ang mga sukat ng aktibong bahagi, tumaas ang haba ng konduktor, makaapekto sa pagkawala ng pagkarga, dagdagan ang paggamit ng materyal at baguhin ang pamamahagi ng mekanikal na puwersa.

Pagbabago ng Winding Height

Ang taas ng paikot-ikot ay nakakaimpluwensya sa leakage-field geometry. Ang isang pagbabago na nilayon upang maabot ang isang partikular na halaga ng impedance ay maaari ding makaapekto sa mga puwersa ng axial short-circuit, mga sukat ng konduktor, paikot-ikot na mekanikal na katatagan at mga sukat ng tangke.

Paikot-ikot na Arrangement

Ang disc, layer, helical at iba pang mga winding configuration ay pinili ayon sa boltahe, kasalukuyang at mekanikal na mga kinakailangan. Impedance samakatuwid ay hindi maaaring isaalang-alang nang hiwalay mula sa paikot-ikot na disenyo. Ang parehong prinsipyo ay nalalapat sa medium-boltahe mga disenyo ng transpormer na nakalubog sa langis at kagamitang mas mataas ang boltahe tulad ng a 110kV oil-immersed na transpormer.

Para sa mga transformer na may mataas na marka, ang tinukoy na impedance ay dapat na ipaalam nang maaga. Ang pagpapalit nito pagkatapos maaprubahan ang electromagnetic na disenyo at mga guhit ay maaaring magpilit ng makabuluhang muling pagdidisenyo.

Figure 3. Ang winding geometry ay isa sa mga pangunahing driver ng disenyo sa likod ng transformer leakage reactance at short-circuit impedance.

Ano ang Dapat Kumpirmahin ng EPC Engineers Bago Ilabas ang Detalye ng Transformer

Ang isang transformer RFQ ay hindi dapat maglaman ng isang arbitrary na halaga ng impedance na kinopya mula sa isang nakaraang proyekto. Bago ayusin ang kinakailangan, dapat suriin ng EPC electrical engineer ang nakapaligid na network.

Ang diskarte na ito ay mas kapaki-pakinabang sa panahon ng pagkuha kaysa sa simpleng pagtukoy ng 'Impedance: 6%' nang hindi ipinapaliwanag kung saan nanggaling ang halaga. Para sa katamtamang laki ng mga proyektong pang-industriya, ang aming Ang 2500kVA na gabay sa pagpili ng transformer ay nagbibigay ng karagdagang konteksto sa pagtutugma ng data ng transformer sa kapaligiran ng proyekto at pakete ng dokumentasyon.

Ang Parallel Transformer Operation ay Nangangailangan ng Partikular na Atensyon

Ang impedance ay nagiging mas mahalaga kapag ang dalawa o higit pang mga transformer ay gumana nang magkatulad. Ang mga transformer na inilaan para sa parallel na operasyon ay dapat suriin para sa katugmang ratio ng boltahe, pangkat ng vector, posisyon ng gripo, phase displacement, mga katangian ng impedance at na-rate na kapasidad.

Kung ang dalawang magkatulad na mga transformer ay may materyal na magkaibang porsyento ng mga impedance, ang pagbabahagi ng pagkarga ay hindi lamang susundan ang kanilang mga na-rate na halaga ng kVA. Ang lower-impedance transformer ay may posibilidad na kumuha ng mas malaking bahagi ng load. Maaaring ma-overload ang unit na iyon habang ang transformer na mas mataas ang impedance ay nananatiling mas mababa sa na-rate na kapasidad nito.

Para sa isang proyekto sa pagpapalawak, ang isyung ito ay karaniwan kapag ang isang bagong transpormer ay binili ilang taon pagkatapos ng orihinal na yunit. Ang tamang tanong sa pagkuha ay hindi 'Maaari ka bang gumawa ng isa pang transpormer na may parehong kVA?' Ito ay 'Maaari bang gumana nang tama ang bagong unit na kahanay ng kasalukuyang transpormer sa ilalim ng kinakailangang mga kundisyon sa pag-tap at pag-load?'

Ang umiiral na nameplate ng transformer, ulat ng pagsubok at data ng impedance ay dapat na ibigay sa panahon ng teknikal na pagsusuri.

Mahalaga rin ang Impedance Tolerance

Ang halaga ng disenyo at ang sinusukat na halaga ay hindi palaging magkakapareho sa numero. Ang mga pagpapaubaya sa paggawa ay nakakaapekto sa aktwal na impedance dahil ang mga sukat ng paikot-ikot, paglalagay ng konduktor at geometry ng pagpupulong ay hindi maaaring maging tumpak na walang hanggan.

Para sa kadahilanang ito, dapat isaalang-alang ng pagsusuri ng proyekto ang parehong tinukoy na halaga ng impedance at ang naaangkop na pagpapaubaya. Ito ay nagiging partikular na mahalaga para sa mga parallel na transformer, mga network na malapit sa switchgear short-circuit na mga limitasyon, generator-transformer system, malalaking sistemang pang-industriya at mga proyektong may mahigpit na kinakailangan sa pagbagsak ng boltahe.

Sa panahon ng teknikal na paghahambing ng bid, ang paghahambing lamang ng nominal na impedance ay maaaring mapanlinlang. Ang dalawang supplier ay maaaring parehong sumipi ng parehong nominal na porsyento ngunit maglapat ng magkaibang mga pagpapalagay o pagpapaubaya sa disenyo. Dapat suriin ng engineer ng EPC ang mga garantisadong teknikal na detalye at naaangkop na pamantayan sa halip na umasa lamang sa komersyal na datasheet.

Ano ang Dapat Suriin sa Panahon ng FAT?

Ang short-circuit impedance ay karaniwang nabe-verify bilang bahagi ng transpormer na electrical testing sa pamamagitan ng impedance voltage / short-circuit impedance at mga pagsukat ng pagkawala ng pagkarga sa ilalim ng naaangkop na pamamaraan ng pagsubok. Ang sinusukat na resulta ay nagbibigay sa pangkat ng proyekto ng ilang kapaki-pakinabang na pagsusuri.

Tumutugma ba ang Manufactured Transformer sa Inaprubahang Disenyo?

Ang isang makabuluhang paglihis ay maaaring magpahiwatig ng mga pagbabago sa aktibong bahaging geometry o mga kondisyon sa pagmamanupaktura.

Nasa loob ba ng Tinukoy na Saklaw ng Pagtanggap ang Halaga?

Mahalaga ito para sa mga kalkulasyon ng system fault at parallel operation.

Malinaw ba ang Test Reference Temperature?

Ang paglaban sa paikot-ikot at interpretasyon ng pagkawala ng pagkarga ay nakasalalay sa tinukoy na mga sanggunian sa temperatura. Kailangang malinaw na sabihin ng mga ulat sa pagsubok ang mga naaangkop na kundisyon.

Tumutugma ba ang mga Resulta ng FAT sa Panghuling Data na Ginamit sa Pag-aaral ng System?

Ito ay madalas na hindi pinapansin. Kung ang pag-aaral ng short-circuit ng system ay gumagamit ng isang paunang halaga ng impedance ngunit naiiba ang panghuling resulta ng FAT, dapat matukoy ng pangkat ng EPC kung kailangang i-update ang pagkalkula ng system.

Kinakailangan sa disenyo → Data ng garantisadong transformer → Inaprubahang pagkalkula → Paggawa → Resulta ng FAT → Panghuling pag-verify ng system

Ang pagkakasunud-sunod na ito ay mas mainam kaysa sa pagbili ng transpormer, pagtanggap ng ulat ng FAT at pagkatapos lamang matuklasan na ang pagkalkula ng switchgear ay gumamit ng ibang impedance.

Figure 4. Conceptual FAT arrangement para sa short-circuit impedance measurement. Ang aktwal na paraan ng pagsubok ay dapat sumunod sa naaangkop na pamantayan at naaprubahang pamamaraan.

Mga Karaniwang Pagkakamali sa Pagbili

Pagkopya ng Impedance Mula sa Isang Lumang Detalye

Ang isang halaga na angkop para sa isang substation ay maaaring hindi angkop para sa isa pa. Ang lakas ng grid, rating ng transpormer, kapasidad ng switchgear at pag-uugali ng pag-load ay maaaring magkakaiba.

Pagpili ng Pinakamababang Posibleng Impedance upang Bawasan ang Pagbaba ng Boltahe

Na maaaring mapabuti ang regulasyon habang itinutulak ang prospective na fault current na lampas sa downstream na mga rating ng kagamitan.

Pagpili ng Mataas na Impedance Para Bawasan ang Fault Current

Ang proyekto ay maaaring makaranas ng hindi katanggap-tanggap na pagbaba ng boltahe o pagganap ng pagsisimula ng motor.

Hindi pinapansin ang Parallel Operation

Ang isang kapalit na transformer na nakakatugon sa sarili nitong standalone na detalye ay maaari pa ring gumanap nang hindi maganda kapag kahanay sa isang umiiral na unit.

Naghihintay Hanggang sa FAT na Suriin ang Epekto ng System

Sa pamamagitan ng FAT, ang pangunahing transpormador geometry ay ginawa na. Ang mga kinakailangan sa impedance ay dapat kumpirmahin bago ang huling pag-apruba ng disenyo ng electromagnetic.

Isang Mas Mahusay na Daloy ng Paggawa para sa Transformer Impedance Selection

1. Kunin ang pinagmulan ng short-circuit data

Tukuyin ang maximum at minimum na grid fault level sa transformer primary connection point.

2. Tukuyin ang rating ng transpormer at pilosopiya ng pagpapatakbo

Suriin ang normal na pag-load, pang-emergency na pag-load, kalabisan at pagpapalawak sa hinaharap.

3. Kalkulahin ang downstream prospective fault current

Isama ang transpormer impedance at ang nauugnay na upstream/downstream impedances.

4. Suriin ang switchgear at mga tungkulin ng cable

Kumpirmahin na ang mga circuit breaker, busbar, cable at iba pang kagamitan ay nakakatugon sa mga kinakailangang short-circuit rating.

5. Suriin ang regulasyon ng boltahe

Suriin ang normal na pag-load at kritikal na lumilipas na mga kondisyon.

6. Suriin ang pagsisimula ng motor kung saan nauugnay

Para sa malalaking motor, tasahin kung ang napiling impedance ay lumilikha ng hindi katanggap-tanggap na boltahe depression.

7. Suriin ang parallel operation

Kung saan gagana ang mga transformer nang magkatulad, suriin ang pagiging tugma ng impedance at inaasahang pagbabahagi ng pagkarga.

8. I-freeze ang impedance bago ang detalyadong disenyo ng transpormador

Ang naaprubahang halaga ay dapat maging bahagi ng mga garantisadong teknikal na detalye.

9. I-verify ito sa panahon ng FAT

Ihambing ang sinusukat na impedance laban sa mga naaprubahang kinakailangan at gamitin ang panghuling halaga kung saan kinakailangan sa mga kalkulasyon ng proyekto.

Paano Dapat Paghambingin ng Mga Mamimili ng Transformer ang Mga Alok ng Supplier

Ang isang teknikal na malakas na alok ng transformer ay dapat magbigay-daan sa mamimili na maunawaan ang higit sa porsyento ng impedance ng headline. Kapag sinusuri ang mga sipi, hilingin sa mga supplier na linawin ang mga sumusunod na punto.

Ang isang transpormer ay hindi dapat mapili dahil ang halaga ng impedance nito ay mukhang normal. Dapat itong piliin dahil gumagana ang value na iyon sa electrical system sa paligid nito.

Ang Tanong sa Engineering ay Mas Malaki sa Isang Porsiyento

Ikinokonekta ng short-circuit impedance ng transformer ang electromagnetic na disenyo ng transformer na may proteksyon, switchgear, pag-aaral ng system at aktwal na pagganap ng pagkarga.

Masyadong mababa, at ang fault current ay maaaring maging mahirap na pamahalaan. Masyadong mataas, at ang regulasyon ng boltahe ay maaaring maging hindi katanggap-tanggap. Para sa mga parallel na transformer, ang isang hindi angkop na relasyon sa impedance ay maaaring lumikha ng hindi pantay na pagkarga. Sa mga panlabas na fault, tinutukoy din ng short-circuit current ang thermal at mechanical stresses na dapat mapaglabanan ng transpormer.

Teknikal na Sanggunian: IEC 60076-5 at IEC 60076-1 — International Electrotechnical Commission.

Para sa isang bagong proyekto ng transpormer, ang pinakakapaki-pakinabang na impormasyon na ipapadala sa simula ay hindi lamang kapasidad at boltahe. Ang single-line diagram, grid short-circuit level, transformer datasheet, load schedule, motor list at project technical specification ay nagpapahintulot sa impedance na masuri bilang bahagi ng kumpletong power system.

Mga supply ng Zisheng Electric oil-immersed na mga transformer , power transformer, dry-type na mga transformer at kaugnay na transpormer at substation na kagamitan para sa mga aplikasyon ng proyekto. Ang kapasidad ng transformer, antas ng boltahe, impedance at iba pang mga teknikal na parameter ay maaaring itugma laban sa nakumpirma na mga kinakailangan ng proyekto at mga kondisyon ng site.

Susuriin ng aming engineering team ang mga kinakailangan at tutugon sa mga katanungan sa proyekto sa loob ng 24 na oras.