Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Процент импеданса (Z%) указан на каждой заводской табличке трансформатора, однако многие инженеры считают его второстепенной характеристикой. Это единственное значение, которое для распределительных трансформаторов обычно составляет от 4% до 8%, напрямую определяет величину тока короткого замыкания, степень падения напряжения под нагрузкой, а также то, будут ли параллельные трансформаторы правильно распределять ток или будут бороться друг с другом, создавая разрушительные токи замыкания на землю.
Z% представляет собой долю номинального первичного напряжения, необходимого для прохождения номинального тока через закороченную вторичную обмотку. Трансформатор 10 кВ/0,4 кВ с импедансом 6% требует приложения напряжения 600 В к его первичным клеммам, чтобы пропустить ток полной нагрузки через закороченную вторичную обмотку. Это измерение отражает совокупное сопротивление сопротивления обмотки и утечки магнитного потока — двух физических явлений, которые ограничивают протекание тока в каждом трансформаторе.
Понимание того, что физически представляет собой этот процент, превращает Z% из абстрактного номинального значения в контролируемую вами переменную проектирования.
Импеданс трансформатора состоит из двух отдельных компонентов, работающих в векторной комбинации. Сопротивление (R%) представляет собой потери в медных обмотках — нагрев I²R, который возникает при прохождении тока через проводники. Для распределительных трансформаторов R% обычно составляет 5–15% от общего импеданса, в зависимости от материала проводника (медь или алюминий) и геометрии обмотки.
Реактивное сопротивление (X%) преобладает в трансформаторах мощностью свыше 500 кВА, обычно составляя 85–95% от общего импеданса. Этот компонент возникает из-за магнитного потока, создаваемого одной обмоткой, который не соединяется с другой обмоткой. Вместо передачи энергии этот “потока утечки” создает самоиндукцию, которая противодействует изменениям тока.
Соотношение импеданса выглядит следующим образом: Z% = √(R%² + X%²), где Z% выражается в процентах от номинального напряжения. Для распределительного трансформатора мощностью 1600 кВА с Z% = 6% приложение номинального первичного напряжения 6% (например, 600 В на первичной обмотке 10 кВ) приводит к прохождению тока полной нагрузки через вторичную обмотку при коротком замыкании.
Производители регулируют X%, изменяя радиальное расстояние между слоями обмотки. Увеличение расстояния повышает реактивное сопротивление утечки — и, следовательно, Z% — что ограничивает ток короткого замыкания, но увеличивает падение напряжения под нагрузкой. Этот фундаментальный компромисс определяет каждое решение при проектировании трансформатора.
Согласно стандарту IEC 60076-1, производители должны указывать значения импеданса с допуском ±10% для трансформаторов с двумя обмотками. Эта стандартизация гарантирует, что расчеты координации защиты остаются действительными для разных поставщиков, хотя инженеры, определяющие трансформаторы для параллельной работы, должны запрашивать более жесткие допуски.
[Мнение эксперта: полевые наблюдения по импедансным компонентам]
Импеданс трансформатора напрямую определяет максимальный ток короткого замыкания, который может протекать во время короткого замыкания. Эта обратная зависимость лежит в основе координации систем защиты: чем ниже Z%, тем выше ток короткого замыкания, что требует более надежных коммутационных аппаратов и кабелей.
Во время замыкания на вторичных клеммах только внутреннее сопротивление трансформатора ограничивает ток. Расчет выполняется в соответствии с простыми законами физики.
Формула тока короткого замыкания: Isc = (S × 100) ÷ (√3 × UL × Z%)
Где S = номинальная мощность трансформатора (кВА), UL = сетевое напряжение (В), Z% = процентное сопротивление
Для трансформатора 2500 кВА, 20/0,4 кВ с Z% = 6,25%:
Этот ток короткого замыкания 57,7 кА определяет отключающую способность автоматического выключателя, требования к креплению шин и номинальные значения короткого замыкания кабеля. Трансформатор с импедансом 4% будет производить 90 кА в идентичных условиях, что потребует значительно более дорогого защитного оборудования.
Предположение о бесконечном шине — рассмотрение источника питания как имеющего нулевое сопротивление — дает консервативные значения для наихудшего случая. В реальных установках источники питания имеют конечное сопротивление, обусловленное трансформаторами, кабелями и конфигурацией сети. Учет сопротивления источника питания снижает рассчитанные уровни неисправности:
Z_total% = Z_source% + Z_transformer%
Для трансформатора мощностью 2 МВА, подключенного к источнику мощностью 250 МВА, источник вносит вклад только в виде эквивалентного импеданса 0,81 ТП3Т (2/250 × 100). В сочетании с импедансом трансформатора 61 ТП3Т общее значение Z% становится равным 6,81 ТП3Т, что снижает ток короткого замыкания примерно на 121 ТП3Т по сравнению с расчетом для бесконечной шины.
[СТАНДАРТ ПРОВЕРКИ: IEC 60909 предоставляет подробную методологию расчета коротких замыканий, включая поправочные коэффициенты для вклада генератора и влияния температуры]
Стандарт IEC 60076-5 требует, чтобы масляные трансформаторы выдерживали симметричные токи короткого замыкания в течение 2 секунд без повреждений. Пиковый асимметричный ток, как правило, в 2,5 раза превышающий симметричное значение, определяет динамические требования к выдерживаемой нагрузке шин и мощности автоматических выключателей. При выборе защитного оборудования, соответствующего рассчитанным уровням тока короткого замыкания, обратитесь к рекомендациям производителя. вакуумные выключатели.
Более высокий импеданс вызывает большее падение напряжения во время скачков нагрузки, что является серьезной проблемой для установок с требованиями к запуску двигателей или чувствительными электронными нагрузками. Расчет падения напряжения показывает, почему коэффициент мощности существенно влияет на производительность.
ΔV% ≈ (Доля нагрузки) × [R% × cos(φ) + X% × sin(φ)]
Для трансформатора мощностью 1000 кВА с R% = 1,1% и X% = 5,64% (общее Z% = 5,75%) падение напряжения при полной нагрузке значительно варьируется в зависимости от коэффициента мощности:
При коэффициенте мощности 0,8: ΔV% = 1,0 × [1,1 × 0,8 + 5,64 × 0,6] = 4,26%
При коэффициенте мощности, равном единице: ΔV% = 1,0 × [1,1 × 1,0 + 5,64 × 0] = 1,1%
Эта четырехкратная разница объясняет, почему конденсаторы коррекции коэффициента мощности улучшают профили напряжения. Они сдвигают угол тока, уменьшая доминирующий вклад X% в падение напряжения.
Регулирование напряжения— изменение напряжения от нулевой нагрузки до полной нагрузки, выраженное в процентах — напрямую отражает характеристики импеданса. Более низкое значение Z% обеспечивает более строгую регулировку, но допускает более высокие токи короткого замыкания. Оптимальный баланс определяется применением:
| Применение | Типичный Z% | Обоснование выбора |
|---|---|---|
| Распределение в городах | 4–6% | Приоритет качества напряжения, адекватное ограничение неисправностей |
| Промышленные питатели | 5–7% | Допустимое отклонение при запуске двигателя, более высокий предел неисправности |
| Повышающий генератор | 8–12% | Вклад неисправности генератора предельного значения |
| Поставка дуговых печей | 10–15% | Амплитуда колебаний управляющего тока |
Для получения исчерпывающих рекомендаций по спецификация и закупка трансформаторов, включая выбор импеданса для конкретных применений, см. инженерный портал XBRELE.
[Мнение эксперта: Опыт работы в области регулирования напряжения]
Рост нагрузки подстанции часто превышает мощность одного трансформатора. Вместо замены работающего агрегата инженеры добавляют второй трансформатор, работающий параллельно, что обеспечивает резервирование, повышение эффективности при частичной нагрузке и поэтапные капиталовложения. Однако параллельная работа требует согласованных характеристик для предотвращения циркулирующих токов.
Должны быть выполнены четыре условия:
1. Одинаковое соотношение напряжений: Разница в коэффициенте трансформации 0,5% создает циркулирующий ток, равный несоответствию, деленному на сумму импедансов. Для двух импедансных трансформаторов 5% с разницей коэффициентов 0,5%: I_circ = 0,5% / (5% + 5%) = 5% номинального тока — протекающего непрерывно, увеличивая потери и снижая доступную мощность.
2. Одна и та же векторная группа: Трансформаторы должны иметь одинаковое фазовое смещение (Dyn11 с Dyn11, а не Dyn11 с Dyn1). Несоответствующие векторные группы создают фазовые сдвиги, которые могут вызывать циркулирующие токи, превышающие номинальный ток.
3. Процент согласованного импеданса: Параллельные трансформаторы распределяют нагрузку обратно пропорционально своим импедансам. Два трансформатора мощностью 1000 кВА с Z% = 4% и Z% = 6%, распределяющие нагрузку 2000 кВА:
Блок 4% перегружается до того, как будет использована совокупная мощность. Промышленные рекомендации предусматривают согласование импеданса в пределах ±10% для обеспечения удовлетворительной параллельной работы.
4. Правильная полярность: Неправильная полярность приводит к короткому замыканию через параллельный путь при подаче напряжения.
При закупке запасных трансформаторов для существующих параллельных батарей укажите целевое сопротивление с четким допуском. Попросите провести заводские испытания перед отправкой и подтвердите фактические измеренные значения Z% перед параллельным подключением. Для связанных технология коммутации используется в схемах защиты трансформаторов, см. базу технических знаний XBRELE.
Стандартное заводское испытание для определения Z% заключается в подаче пониженного напряжения на одну обмотку при коротком замыкании другой. Эта процедура испытания на короткое замыкание соответствует требованиям IEC 60076-1:
Напряжение импеданса (V_z) в процентах от номинального напряжения равно Z%. Измеренная мощность представляет собой потери на нагрузке — нагрев I²R в обеих обмотках, который определяет эффективность под нагрузкой.
Коррекция температуры необходимо для точного сравнения с номинальными значениями. Сопротивление изменяется с температурой проводника, что требует корректировки с учетом эталонных условий:
Rисправленный = Rизмеренный × [(235 + Tссылка) / (235 + Tизмеренный)]Референтные температуры: 75 °C (стандарты IEC), 85 °C (стандарты IEEE)
Реактивное сопротивление остается практически постоянным при изменении температуры, поэтому требуется регулировка только компонента R%. Для трансформаторов, предназначенных для параллельной работы, сравните измеренные значения Z% между устройствами перед параллельным подключением — допуски, указанные на заводской табличке, могут привести к фактическим несоответствиям, превышающим допустимые пределы.
Документация измеренных значений импеданса предоставляет важные справочные данные для будущих исследований по координации защиты и спецификаций замены трансформаторов. Для компоненты распределительного устройства которые защищают трансформаторные установки, см. технический каталог XBRELE.
Решение Z% уравновешивает противоречивые требования. Более низкий импеданс улучшает регулирование напряжения и способность запуска двигателя, но увеличивает ток короткого замыкания, что требует более дорогого защитного оборудования. Более высокий импеданс ограничивает энергию короткого замыкания, но вызывает более сильные колебания напряжения при динамических нагрузках.
Структура принятия решений:
| Приоритет | Рекомендуется Z% | Типичные области применения |
|---|---|---|
| Регулирование напряжения | 4–5% | Центры обработки данных, предприятия по производству полупроводников, точное машиностроение |
| Ограничение тока короткого замыкания | 6–8% | Городские подстанции, модернизированные установки с ограниченными номинальными характеристиками выключателей |
| Запуск двигателя | 4–5% | Промышленные предприятия с большими асинхронными двигателями, горнодобывающие предприятия |
| Параллельная работа | Соответствует существующему ±10% | Расширение мощностей, модернизация резервных систем |
Запрос нестандартного импеданса обычно увеличивает себестоимость на 3–8%. Производители изменяют расстояние между обмотками и расположение проводников для достижения заданных значений — подтвердите возможности перед окончательным утверждением спецификаций закупки.
По вопросам инженерных решений для трансформаторов с заданным согласованием импеданса обращайтесь к технической службе XBRELE через спецификация и закупка трансформаторов портал.
В: Как рассчитать ток короткого замыкания по импедансу трансформатора? A: Разделите 100 на процент импеданса, затем умножьте на номинальный вторичный ток трансформатора. Трансформатор с вторичной обмоткой 1000 кВА, 400 В и импедансом 5% производит симметричный ток короткого замыкания примерно 28,9 кА (1443 А × 20).
В: Что происходит, когда параллельные трансформаторы имеют разные значения импеданса? О: Устройство с более низким импедансом несет непропорционально большую нагрузку, что может привести к перегрузке до того, как будет использована совокупная мощность банка. Разница импедансов 10% обычно вызывает дисбаланс нагрузки между устройствами в размере 5–8%.
Вопрос: Почему коэффициент мощности влияет на падение напряжения больше, чем предполагает процент импеданса? A: Реактивная составляющая (X%) умножается на sin(φ) в уравнении падения напряжения. При коэффициенте мощности 0,8 X% вносит примерно в три раза больший вклад в падение напряжения, чем при единичном коэффициенте мощности, где на регулирование влияет только меньшая составляющая R%.
В: Могут ли производители изготавливать трансформаторы с индивидуальными значениями импеданса? A: Да, импеданс регулируется с помощью геометрии обмотки, а именно радиального расстояния между первичными и вторичными катушками. Индивидуальные значения Z% в пределах физических ограничений обычно добавляют 3–8% к себестоимости единицы продукции и требуют проверки конструкции перед производством.
В: Как температура влияет на измеренное сопротивление во время полевых испытаний? О: Только резистивная составляющая изменяется с температурой; реактивное сопротивление остается постоянным. Сопротивление меди увеличивается примерно на 0,41 ТП3Т на каждый градус Цельсия, что требует корректировки до 75 °C (IEC) или 85 °C (IEEE) для точного сравнения с паспортными данными.
В: Какой допуск по импедансу следует указать для параллельной работы? A: При заказе трансформаторов, предназначенных для параллельных батарей, запрашивайте допуск ±5%. Стандартный производственный допуск ±10% может привести к фактическим различиям в импедансе, превышающим рекомендуемый предел согласования 10% между устройствами.
В: Всегда ли более высокое сопротивление означает лучшую защиту от неисправностей? A: Более высокое значение Z% снижает величину тока короткого замыкания, но увеличивает падение напряжения при скачках нагрузки и пуске двигателя. Оптимальное значение зависит от того, что имеет приоритет для конкретной установки: ограничение тока короткого замыкания или регулирование напряжения.
