トランスの短絡インピーダンスを設計および検証する方法: 故障電流の計算から FAT まで

短絡インピーダンスは、変圧器のデータシートの中央に隠されたパーセンテージとして扱われることがよくあります。実際の電力システムでは、この数値は故障電流、電圧降下、並列負荷、保護調整、巻線内の機械力に影響します。 Zisheng Electric では、扱います。 変圧器の短絡インピーダンスを、 メーカーが個別に選択した値ではなく、システム パラメータとして低すぎる場合、予想される故障電流が開閉装置のデューティを超える可能性があります。この値が高すぎると、モーターの大きな始動や負荷の突然の変化により、許容できない電圧降下が発生する可能性があります。

FAT 中に、測定されたインピーダンスを設計保証、契約上の許容範囲、およびシステム障害調査と比較します。

トランスの短絡インピーダンスが表すもの

インピーダンス電圧は通常 uk% で示され、一方の巻線が短絡し、指定された試験電圧が定格周波数でもう一方の巻線に印加されたときに、定格電流を循環させるのに必要な定格電圧の割合です。これには、抵抗成分と反応成分が含まれます。通常、中型および大型の電力変圧器では漏れリアクタンスが支配的ですが、エンジニアがピーク電流、温度、タップ位置の性能を評価する際には、負荷損失に関連する抵抗が依然として重要です。

変圧器の端子で利用できる対称電流の簡単なスクリーニング計算は次のとおりです。

Ik ≈ In × 100 / uk%

低圧定格電流が約 2,624 A、インピーダンスが 6% の 2,000 kVA、0.44 kV 変圧器を考えてみましょう。上流電源が無限の故障容量を持つと仮定すると、初期の対称電流は約 43.7 kA になります。実際のプロジェクトの計算では、上流のネットワーク、ケーブル、回線、バスバーのインピーダンスを追加する必要があり、所有者によって指定された方法 (多くの場合 IEC 60909) に従う必要があります。 簡略化された式は、最終的な保護設定レポートではなく、初期のスクリーニングに役立ちます。

ターゲットインピーダンスを確立する方法

単線図と障害レベルから始める

「IEC に準拠したインピーダンス」だけを記載した購入仕様書では十分ではありません。変圧器のサプライヤーは、最大および最小の電源障害レベル、システム電圧、ベクトル グループ、中性点接地方法、並列変圧器の数、負荷特性、および開閉装置の短時間耐久定格を必要とします。鉱山工場、製鉄所、ポンプ場も大型モーターのリストと始動方法を提供する必要があります。太陽光発電および蓄電池プロジェクトでは、コンバータの故障電流への寄与が回転機の寄与とは異なるため、コンバータの寄与を説明する必要があります。

2 つの変圧器が並列動作する場合、インピーダンスのパーセンテージと電圧比の許容誤差は、負荷分散と循環電流に直接影響します。定格が等しいからといって、満足のいく並列動作が自動的に保証されるわけではありません。購入契約では、許容可能なインピーダンス差、タップ同期の考え方、および 1 台のユニットがサービス停止になった場合の許容負荷を定義する必要があります。

再生可能エネルギー プロジェクトでは、ターゲット インピーダンスをコンバータの動作およびコレクタ システムのインピーダンスと調整する必要があります。

巻線形状により漏れリアクタンスを制御

変圧器を作成した後は、短絡インピーダンスを自由に調整することはできません。半径方向の巻線寸法、軸方向の高さ、主絶縁体クリアランス、ディスク配置、漏れ磁束経路はすべてリアクタンスに影響します。設計者が 1 つの寸法を変更する場合、チームは温度上昇、誘電マージン、軸方向のクランプ力、および製造公差も確認する必要があります。インピーダンス目標に達するためだけに絶縁ギャップを減らすと、誘電性能と短絡強度にリスクが生じる可能性があります。

のために 油入変圧器、導体の材質、トランスポジション、リード線の長さは抵抗成分に影響します。巻線の高さと半径方向の間隔は、無効成分に大きな影響を与えます。より高電圧の設計では、タップ範囲全体にわたるタップ巻線の位置とインピーダンスを見直す必要もあります。したがって、私たちの設計レビューでは、1 つの中心値に依存するのではなく、主タップ位置、最大タップ位置、最小タップ位置を記録します。

高度、周期的な採掘負荷、温度、断熱材の補正を合わせて検討する必要があります。

IEC 60076-5 に基づく短絡耐性

IEC 60076-5:2006 は、外部短絡の影響に耐える変圧器の能力について規定しています。これには、熱計算と、特別なテストまたは理論的評価による動的耐久性の検証が含まれます。プロジェクト文書では、該当するエディション、障害期間、障害タイプを特定する必要があります。満足のいくインピーダンス測定だけでは、短絡耐性が証明されるわけではありません。インピーダンス テストにより、電気的パラメータが確認されます。耐久性の評価には、導体温度、軸方向および半径方向の電磁力、クランプ、およびリードのサポートも含まれる必要があります。

重要な EPC プロジェクトの場合、購入者は熱短絡の計算、軸方向および半径方向の力のチェックの概要、巻線のクランプの説明、短絡試験または検証された設計ファミリーからの証拠を要求する場合があります。これらの文書は、主要な資料がリリースされる前にレビューされる必要があります。特別な短絡テストが必要な場合は、テストラボ、輸送計画、テスト順序、およびテスト後の測定について事前に合意する必要があります。

FATによる設計・製造結果の確認方法

短絡インピーダンスと負荷損失は通常、短絡試験中に取得されます。接続、機器の精度、巻線温度、温度補正、周波数、タップ位置はすべて、報告される値に影響します。 FAT 証人は、最終報告書の「合格」という文字だけをチェックするのではなく、生の測定値を確認する必要があります。測定値は保証および契約上の許容範囲と比較する必要があり、三相の結果に異常な不均衡がないかどうかを確認する必要があります。

インピーダンス テストの後に、付属品、銘板、書類、輸送条件のチェックが行われます。

IEC 60076-1 は、電源変圧器の一般要件を規定しています。プロジェクトに適用される正確な許容誤差は、契約および関連条項と照らし合わせて確認する必要があります。測定されたインピーダンスが許容境界に近い場合、EPC エンジニアは測定値を短絡モデルに入力する必要があります。正式に許容される値が開閉装置のデューティを超過する場合、その値は許容可能なエンジニアリング結果ではありません。

購入仕様書に記載すべき内容

強制可能なインピーダンス条項では、保証値、MVA および温度基準、タップ位置、許容差、並列動作要件、障害期間、最大システム障害レベル、設計検証文書、および FAT 証人ポイントを特定する必要があります。複数の変圧器定格を使用するプロジェクトでは、スケジュール全体にわたって 1 つの uk% 値をコピーしないでください。各ユニットは、バス障害レベル、保護システム、およびそれぞれの場所の負荷動作に一致する必要があります。

開閉装置データも変圧器供給業者に返送する必要があります。低電圧ボードの定格が 1 秒間に 50 kA であるということは、変圧器の計算でマージンなしで 50 kA に近づくことが許されるという意味ではありません。この研究には、ネットワークの変動、計算の不確実性、および将来の拡張に対する適切な考慮が必要です。のために 110 kV 油入変圧器 または多巻線設計の場合、仕様には各巻線ペア間のインピーダンスとその容量ベースが記載されている必要があります。

沿岸風力プロジェクトでは、障害レベル、拡張計画、環境、および機器の評価を一緒にレビューする必要があります。

典型的な技術的な説明

ある産業プロジェクトでは、2,500 kVA の変圧器、0.4 kV の二次側、5.5% のインピーダンスを指定し、低圧配電盤の短時間定格は 50 kA でした。無限電源スクリーニング計算により、変圧器の寄与は約 65.6 kA になりました。ケーブルのインピーダンスにより値は減少しますが、元の設計では十分なマージンが示されていませんでした。

この問題は、インピーダンスをすぐに 7% に変更しても解決されませんでした。チームはモーターの始動電圧、上流の故障容量、バスの長さ、並列配置を検討しました。最終目標は、許容可能な負荷ステップ性能とバランスのとれた故障電流制限であり、保証されたデータと FAT トレランスに入力されました。この種の明確化は、巻線の製造前にほとんど費用がかかりませんが、コイルの寸法が固定された後は大幅な再設計が必要になる場合があります。

関連する設計上の考慮事項については、ガイドで説明されています。 南米の再生可能エネルギープロジェクト向けの変圧器の選択。調達チームもレビューできます 南米の電力市場が変圧器サプライヤーに期待していること.

輸送および設置後の比較のために、工場出荷時のインピーダンスと巻線抵抗のベースラインを保管してください。

プロジェクトに合わせてインピーダンス値を調整する

短絡インピーダンスは、変圧器、システム障害レベル、保護、開閉装置、および負荷特性の間のループを閉じる場合にのみ役立ちます。 Zisheng Electric は、油入変圧器、電力変圧器、乾式変圧器、小型変電所および関連変電所機器を供給しています。当社は、プロジェクトの容量、電圧レベル、環境条件、技術仕様に基づいた技術的なマッチングを提供し、問い合わせに対する最初の応答は 24 時間以内に提供されます。当社のエンジニアは、単線図、負荷リスト、障害レベル データを使用して、見積段階でインピーダンス目標、FAT 範囲、必要な技術文書を確認できます。