변압기 단락 임피던스: 결함 전류, 전압 강하 및 EPC 장비 선택에 미치는 영향

EPC 프로젝트를 위해 변압기 사양을 검토할 때 일반적으로 정격 전력과 전압이 가장 많은 관심을 받습니다. 단락 임피던스는 데이터시트에 복사할 또 다른 숫자로 취급되는 경우가 많습니다.

그것은 실수입니다.

Zisheng Electric의 엔지니어링 관점에서 변압기 단락 임피던스는 변압기 설계와 더 넓은 전기 시스템 사이에 직접적으로 위치합니다. 이는 예상되는 오류 전류, 전압 강하, 스위치기어 듀티, 보호 조정, 병렬 작동은 물론 외부 오류 중에 변압기 권선이 견뎌야 하는 기계적 힘에도 영향을 미칩니다.

용량은 적당하지만 임피던스가 잘못된 변압기는 변압기 자체 이상으로 문제를 일으킬 수 있습니다. 용량, 전압, 현장 조건 및 부하 특성이 어떻게 조화를 이루는지에 대한 더 넓은 관점을 보려면 당사를 참조하십시오. 산업 프로젝트를 위한 변압기 선택 가이드.

따라서 EPC 계약자, 컨설턴트 또는 산업 프로젝트 구매자의 경우 임피던스를 절연된 변압기 사양이 아닌 시스템 매개변수로 검토해야 합니다.

그림 1. 변압기 임피던스는 변압기 설계를 결함 수준, 스위치기어 듀티 및 부하 성능과 연결합니다.

변압기 단락 임피던스란 무엇입니까?

일반적으로 백분율로 표시되는 변압기 단락 임피던스는 정격 조건에 따른 변압기 권선의 임피던스를 나타냅니다.

실제로 이는 정의된 테스트 조건에서 하나의 권선이 단락될 때 변압기를 통해 정격 전류를 순환시키는 데 필요한 정격 전압의 백분율로 이해될 수 있습니다.

예를 들어, 변압기의 단락 임피던스가 6%인 경우 한쪽에 적용된 정격 전압의 약 6%는 적용 가능한 테스트 배열 및 기준 조건에 따라 다른 쪽이 단락될 때 정격 전류를 생성합니다.

이 비율은 단순한 카탈로그 값이 아닙니다. 이는 권선 치수, HV 권선과 LV 권선 사이의 반경 방향 간격, 축 배열, 누설 자기장, 도체 치수, 권선 높이, 절연 간격 및 태핑 배열을 포함한 변압기 형상으로 인해 발생합니다.

이러한 요소를 변경하면 임피던스가 변경될 수 있습니다. 그렇기 때문에 변압기 설계가 완료된 후 임피던스를 추가하는 것이 아니라 전자기적 및 기계적 설계 중에 임피던스를 고려해야 합니다.

기술 참조: IEC 60076-1 및 IEC 60076-5 — 국제전기기술위원회.

변압기 단락 임피던스가 전체 전기 시스템에 중요한 이유

임피던스를 살펴보는 유용한 방법은 프로젝트 체인을 통하는 것입니다: 계통/발전기 → 변압기 → MV 또는 LV 배전반 → 피더 → 부하 → 보호.

변압기는 소스와 다운스트림 장비 사이에 위치합니다. 그 임피던스는 해당 시스템을 통해 결함 전류를 제한하는 임피던스의 일부가 됩니다. 트랜스포머 임피던스가 변경되면 여러 다운스트림 설계 조건도 그에 따라 변경됩니다.

낮은 임피던스는 더 높은 예상 오류 전류를 의미합니다.

소스 및 기타 시스템 매개변수가 변경되지 않은 상태에서 변압기 임피던스가 감소하면 일반적으로 2차측의 예상 오류 전류가 증가합니다.

단순화된 엔지니어링 관계는 다음과 같습니다. 결함 전류 ≒ 정격 전류 × 100 / 임피던스(%) . 이는 단지 1단계 추정치일 뿐입니다. 적절한 단락 연구에서는 그리드 소스 임피던스, 케이블, 발전기, 모터, 병렬 변압기 및 기타 네트워크 요소도 고려해야 합니다.

임피던스가 낮은 변압기는 훨씬 더 많은 오류 전류를 허용합니다. 영향을 미칠 수 있는 것 중압 배전반 , 회로 차단기 차단 용량, 버스바 내열 등급, 케이블 내열성, CT 선택, 보호 설정 및 아크 플래시 계산.

이것이 스위치기어 설계를 확인하지 않고 변압기 임피던스를 선택하면 EPC 인터페이스 문제가 발생할 수 있는 이유입니다.

그림 2. 변압기 임피던스가 낮을수록 변압기 제한 오류 전류가 증가하는 이유를 보여주는 단순화된 비교입니다.

높은 임피던스가 자동으로 더 좋아지는 것은 아닙니다

낮은 임피던스로 인해 사고 전류가 증가하면 가능할 때마다 더 높은 임피던스를 지정하는 것이 논리적으로 보일 수 있습니다. 이는 다른 문제를 야기합니다.

변압기 임피던스가 높을수록 일반적으로 부하 시 더 큰 전압 강하가 발생하며, 특히 부하의 역률이 낮거나 과도 전류가 큰 경우 더욱 그렇습니다. 이는 대형 모터, 광산 장비, 분쇄기 및 분쇄기, 압축기, 펌프, 데이터 센터 부하, 산업 생산 라인 및 재생 에너지 보조 시스템과 같은 응용 분야에서 중요합니다.

전압 조정이 평가되지 않은 경우 변압기는 열 정격을 충족하더라도 여전히 허용할 수 없는 시스템 성능을 생성할 수 있습니다. 모터 시동의 경우 과도한 임피던스로 인해 2차 전압이 충분히 떨어져 시동 시간이 늘어나거나 성공적인 가속을 방해할 수 있습니다.

허용할 수 없는 작동 전압 강하를 생성하지 않고 오류 전류를 제어해야 합니다. 그 균형은 시스템 설계 단계에서 결정되어야 한다.

임피던스와 단락력의 관계

단락 전류는 보호 문제만이 아닙니다. 이는 변압기 내부의 기계적 설계 문제이기도 합니다.

심각한 외부 단락이 발생하는 동안 변압기 권선은 전자기력을 받습니다. 이러한 힘은 반경 방향 및 축 방향으로 작용하여 권선 도체 및 지지 구조물에 압축, 인장, 굽힘 및 변위 응력을 생성할 수 있습니다.

이러한 힘의 크기는 결함 전류에 따라 크게 증가합니다. 따라서 오류 전류를 제한하는 설계는 활성 부품에 부과되는 기계적 의무에 영향을 미칩니다. 그러나 임피던스를 지정하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 변압기는 지정된 시스템 조건과 관련된 단락 응력을 견딜 수 있도록 설계 및 제작되어야 합니다.

기술 참조: IEC 60076-5 — 국제전기기술위원회.

EPC 기술 검토의 경우 이는 두 가지 다른 질문을 해야 함을 의미합니다. 지정된 임피던스는 무엇입니까? ? 결과적인 단락 듀티에 대해 변압기 설계가 평가되었습니까 서로 관련되어 있지만 동일한 질문은 아닙니다.

임피던스가 변압기 설계에 미치는 영향

단락 임피던스는 누설 자속과 밀접한 관련이 있습니다. 이상적인 변압기에서는 한 권선에서 생성된 모든 자속이 다른 권선과 연결됩니다. 실제 변압기에는 항상 두 권선을 완전히 연결하지 않는 일부 누설 자속이 있습니다.

활성 부품의 기하학적 구조에 따라 결과적인 누설 리액턴스가 결정됩니다. 설계자는 권선 간격, 권선 높이 또는 도체 배열과 같은 매개변수를 변경하여 임피던스를 조정할 수 있습니다. 그러나 모든 조정에는 결과가 따릅니다.

HV 권선과 LV 권선 사이의 거리 늘리기

방사형 간격이 증가하면 누설 리액턴스가 증가하여 임피던스가 증가할 수 있습니다. 그러나 간격이 커지면 활성 부품의 크기가 늘어나고, 도체 길이가 늘어나고, 부하 손실에 영향을 미치고, 재료 사용량이 늘어나고 기계적 힘 분포가 변경될 수도 있습니다.

권취 높이 변경

권선 높이는 누설 필드 형상에 영향을 미칩니다. 특정 임피던스 값에 도달하기 위한 수정은 축방향 단락력, 도체 치수, 권선 기계적 안정성 및 탱크 치수에도 영향을 미칠 수 있습니다.

권선 배열

디스크, 레이어, 나선형 및 기타 권선 구성은 전압, 전류 및 기계적 요구 사항에 따라 선택됩니다. 따라서 임피던스는 권선 설계와 별도로 고려할 수 없습니다. 중간 전압에도 동일한 원리가 적용됩니다. 오일 침지형 변압기 설계 및 다음과 같은 고전압 장비 110kV 유침 변압기.

정격이 더 높은 변압기의 경우 지정된 임피던스를 조기에 전달해야 합니다. 전자기 설계 및 도면이 승인된 후 이를 변경하면 상당한 재설계가 필요할 수 있습니다.

그림 3. 권선 형상은 변압기 누설 리액턴스와 단락 임피던스를 뒷받침하는 주요 설계 동인 중 하나입니다.

변압기 사양을 공개하기 전에 EPC 엔지니어가 확인해야 할 사항

변압기 RFQ에는 이전 프로젝트에서 복사한 임의의 임피던스 값이 포함되어서는 안 됩니다. 요구 사항을 해결하기 전에 EPC 전기 엔지니어는 주변 네트워크를 확인해야 합니다.

이 접근 방식은 값의 출처를 설명하지 않고 단순히 '임피던스: 6%'를 지정하는 것보다 조달 중에 더 유용합니다. 중간 규모 산업 프로젝트의 경우 당사는 2500kVA 변압기 선택 가이드는 변압기 데이터를 프로젝트 환경 및 문서 패키지와 일치시키는 데 대한 추가 컨텍스트를 제공합니다.

병렬 변압기 작동에는 특별한 주의가 필요합니다

두 개 이상의 변압기가 병렬로 작동할 때 임피던스는 더욱 중요해집니다. 병렬 작동용 변압기는 호환 가능한 전압 비율, 벡터 그룹, 탭 위치, 위상 변위, 임피던스 특성 및 정격 용량을 검토해야 합니다.

두 개의 병렬 변압기의 임피던스 비율이 상당히 다른 경우 부하 공유는 단순히 정격 kVA 값을 따르지 않습니다. 임피던스가 낮은 변압기는 부하에서 더 많은 부분을 차지하는 경향이 있습니다. 임피던스가 높은 변압기가 정격 용량 미만으로 유지되는 동안 해당 장치에 과부하가 걸릴 수 있습니다.

확장 프로젝트의 경우 원래 장치를 구입한 지 몇 년 후에 새 변압기를 구입한 경우 이 문제가 흔히 발생합니다. 올바른 조달 질문은 '동일한 kVA로 다른 변압기를 제조할 수 있습니까?'가 아니라 '새 장치가 필요한 탭 및 부하 조건에서 기존 변압기와 병렬로 올바르게 작동할 수 있습니까?'입니다.

따라서 기존 변압기 명판, 테스트 보고서 및 임피던스 데이터는 기술 검토 중에 제공되어야 합니다.

임피던스 허용 오차도 중요합니다

설계값과 측정값은 항상 수치적으로 동일하지는 않습니다. 권선 치수, 도체 배치 및 어셈블리 형상은 무한정 정확할 수 없기 때문에 제조 공차는 실제 임피던스에 영향을 미칩니다.

이러한 이유로 프로젝트 평가에서는 지정된 임피던스 값과 적용 가능한 허용 오차를 모두 고려해야 합니다. 이는 병렬 변압기, 스위치기어 단락 한계에 가까운 네트워크, 발전기-변압기 시스템, 대규모 산업 시스템 및 엄격한 전압 강하 요구 사항이 있는 프로젝트에 특히 중요합니다.

따라서 기술적 입찰 비교 중에 공칭 임피던스만 비교하는 것은 오해의 소지가 있을 수 있습니다. 두 공급업체는 모두 동일한 명목 비율을 인용하지만 서로 다른 설계 가정이나 허용 오차를 적용할 수 있습니다. EPC 엔지니어는 상용 데이터시트에만 의존하기보다는 보장된 기술 세부 사항과 적용 가능한 표준을 검토해야 합니다.

FAT 중에 확인해야 할 사항은 무엇입니까?

단락 임피던스는 일반적으로 해당 테스트 절차에 따라 임피던스 전압/단락 회로 임피던스 및 부하 손실 측정을 통해 변압기 전기 테스트의 일부로 확인됩니다. 측정된 결과는 프로젝트 팀에게 몇 가지 유용한 점검을 제공합니다.

제조된 변압기가 승인된 설계와 일치합니까?

상당한 편차는 활성 부품 형상이나 제조 조건의 변화를 나타낼 수 있습니다.

값이 지정된 허용 범위 내에 있습니까?

이는 시스템 오류 계산 및 병렬 작동에 중요합니다.

테스트 기준 온도가 명확합니까?

권선 저항과 부하 손실 해석은 정의된 온도 기준에 따라 달라집니다. 테스트 보고서에는 적용 가능한 조건이 명확하게 기술되어 있어야 합니다.

FAT 결과가 시스템 연구에 사용된 최종 데이터와 일치합니까?

이것은 종종 간과됩니다. 시스템 단락 연구에서 예비 임피던스 값을 사용하지만 최종 FAT 결과가 다른 경우 EPC 팀은 시스템 계산을 업데이트해야 하는지 여부를 결정해야 합니다.

설계 요구 사항 → 변압기 보증 데이터 → 승인된 계산 → 제조 → FAT 결과 → 최종 시스템 검증

이 순서는 변압기를 구입하고 FAT 보고서를 받은 후 스위치기어 계산에서 다른 임피던스가 사용되었음을 발견하는 것보다 바람직합니다.

그림 4. 단락 임피던스 측정을 위한 개념적 FAT 배열. 실제 테스트 방법은 해당 표준 및 승인된 절차를 따라야 합니다.

일반적인 조달 실수

이전 사양에서 임피던스 복사하기

한 변전소에 적합한 값이 다른 변전소에는 적합하지 않을 수 있습니다. 전력망 강도, 변압기 정격, 스위치기어 용량 및 부하 동작은 모두 다를 수 있습니다.

전압 강하를 줄이기 위해 가능한 가장 낮은 임피던스 선택

이는 다운스트림 장비 정격 이상으로 예상되는 오류 전류를 증가시키면서 규제를 개선할 수 있습니다.

오류 전류를 줄이기 위해서만 높은 임피던스를 선택

그러면 프로젝트에서 허용할 수 없는 전압 강하 또는 모터 시동 성능이 발생할 수 있습니다.

병렬 작업 무시

자체 독립형 사양을 충족하는 교체 변압기는 기존 장치와 병렬로 연결될 때 여전히 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

FAT가 시스템 영향을 확인할 때까지 기다리는 중

FAT에 의해 주요 변압기 형상이 이미 제조되었습니다. 최종 전자기 설계 승인 전에 임피던스 요구 사항을 확인해야 합니다.

변압기 임피던스 선택을 위한 더 나은 엔지니어링 작업 흐름

1. 소스 단락 데이터 획득

변압기 1차 연결 지점에서 최대 및 최소 그리드 오류 수준을 결정합니다.

2. 변압기 정격 및 작동 철학 정의

일반 로딩, 비상 로딩, 중복성 및 향후 확장을 확인하십시오.

3. 하류 예상 고장 전류 계산

변압기 임피던스와 관련 업스트림/다운스트림 임피던스를 포함합니다.

4. 배전반 및 케이블 의무를 확인하십시오.

회로 차단기, 모선, 케이블 및 기타 장비가 필요한 단락 정격을 충족하는지 확인하십시오.

5. 전압 조정을 확인하십시오

정상 부하와 중요한 과도 조건을 평가합니다.

6. 해당되는 경우 모터 시동을 검토합니다.

대형 모터의 경우 선택한 임피던스가 허용할 수 없는 전압 저하를 일으키는지 여부를 평가합니다.

7. 병렬운전 검토

변압기가 병렬로 작동하는 경우 임피던스 호환성과 예상 부하 공유를 평가합니다.

8. 변압기 상세 설계 전에 임피던스를 동결시키십시오.

승인된 값은 보증된 기술 사양의 일부가 되어야 합니다.

9. FAT 시 확인

측정된 임피던스를 승인된 요구 사항과 비교하고 프로젝트 계산에 필요한 경우 최종 값을 사용하십시오.

Transformer 구매자가 공급업체 제안을 비교하는 방법

기술적으로 강력한 변압기 제안을 통해 구매자는 헤드라인 임피던스 비율보다 더 많은 것을 이해할 수 있어야 합니다. 견적을 검토할 때 공급업체에 다음 사항을 명확히 하도록 요청하십시오.

임피던스 값이 정상으로 보이기 때문에 변압기를 선택해서는 안 됩니다. 해당 값은 주변 전기 시스템과 함께 작동하므로 선택해야 합니다.

엔지니어링 문제는 1%보다 큽니다.

변압기 단락 임피던스는 변압기 전자기 설계를 보호, 개폐 장치, 시스템 연구 및 실제 부하 성능과 연결합니다.

너무 낮으면 결함 전류를 관리하기가 어려워질 수 있습니다. 너무 높으면 전압 조정이 허용되지 않을 수 있습니다. 병렬 변압기의 경우 부적합한 임피던스 관계로 인해 불평등한 부하가 발생할 수 있습니다. 외부 오류가 발생하는 동안 단락 전류는 변압기가 견뎌야 하는 열적, 기계적 응력도 결정합니다.

기술 참조: IEC 60076-5 및 IEC 60076-1 - 국제전기기술위원회.

새로운 변압기 프로젝트의 경우 처음에 보내는 가장 유용한 정보는 용량과 전압만이 아닙니다. 단선 다이어그램, 그리드 단락 레벨, 변압기 데이터시트, 부하 일정, 모터 목록 및 프로젝트 기술 사양을 통해 임피던스를 전체 전력 시스템의 일부로 검토할 수 있습니다.

Zisheng 전기 용품 프로젝트 적용을 위한 침지 변압기 , 전력 변압기, 건식 변압기 및 관련 변압기 및 변전소 장비. 변압기 용량, 전압 레벨, 임피던스 및 기타 기술 매개변수는 확인된 프로젝트 요구 사항 및 현장 조건과 일치할 수 있습니다.

우리 엔지니어링 팀은 요구 사항을 검토하고 24시간 이내에 프로젝트 문의에 응답할 것입니다.