Mikä on impedanssijännite?
IEC 60076-1:n määritelmän mukaan impedanssijännite on AC-jännite nimellistaajuudella, joka kohdistetaan yhteen käämiin, kun taas vastakkainen käämi on kiinteästi oikosuljettu, säädetään, kunnes nimellisvirta kulkee käämien läpi. Tämä käytetty jännite, joka ilmaistaan prosentteina nimelliskäämijännitteestä, on prosentuaalinen impedanssijännite Uk%.
Fyysisesti Uk% edustaa muuntajan sisäisen kokonaisimpedanssin yksikköarvoa. Se sisältää kaksi erillistä komponenttia: resistiivisen komponentin kuparikäämin resistanssista ja reaktiivisen komponentin, joka on peräisin ensiö- ja toisiokäämien välisestä vuotovuosta, joka tunnetaan vuotoreaktanssina. Tyypillisissä 11 kV öljyupotettavissa jakelumuuntajissa vuotoreaktanssi hallitsee kokonaisimpedanssia, kun taas resistiivinen osa on suhteellisen pieni. Kaikki impedanssijännitteen testitulokset on viitattava 75 asteen vakiolämpötilaan. Kuparin vastus kasvaa lämpötilan myötä; mitatut impedanssilukemat poikkeavat, jos lämpötilakorjaus jätetään pois, mikä on pakollinen vaatimus tehdastestien sertifikaateissa ja paikan hyväksymisraporteissa.
Laajalti viitattu esimerkki: 11kV / 0,4kVöljyupotettu muuntajamerkitty 4 %:n impedanssijännitteellä tarkoittaa, että kun LV-käämitys on oikosulussa, vain 4 %:n käyttäminen nimellissuurjännitejännitteestä ohjaa nimellisvirran kelojen läpi. Tämä yksittäinen prosenttiosuus ohjaa suoraan loppupään jakeluverkon mahdollista vikavirtatasoa.
Impedanssin jännitteen mittaus oikosulkutestillä
Impedanssijännite saadaanmuuntajaoikosulkutesti, yksi pakollisista tyyppitesteistä valmistuksessa ja rutiinitoimipaikan hyväksyntätesteissä. Testimenettely noudattaa standardoituja vaiheita. Ensinnäkin toisiokäämin liittimet oikosuljetaan turvallisesti kolmessa vaiheessa. Vaihtuvataajuussovitettu AC-lähde on kytketty ensiöpuolelle. Testijännitettä nostetaan asteittain samalla kun ensiövirtaa valvotaan jatkuvasti. Kun ensiövirta saavuttaa muuntajan nimellisvirran, jännitteen säätö pysähtyy ja syötetty jännitearvo tallennetaan. Prosenttiimpedanssi lasketaan jakamalla mitattu jännite nimellisjännitteellä ja kertomalla 100 %:lla, jonka jälkeen se korjataan matemaattisesti 75 asteen referenssilämpötilaan.
Oikosulkutestin aikana magneettivuon tiheys rautasydämen sisällä pysyy erittäin alhaisena, joten tyhjäkäyntihäviö voidaan jättää huomiotta. Lähes kaikki syöttöteho haihtuu käämin kuormituksen häviämisenä. Tämä selittää, miksi oikosulkutestiä käytetään samanaikaisesti kuormitushäviöiden mittaamiseen, ja se suoritetaan yleensä yhdessä tyhjäkäyntitestin kanssa täydellisessä muuntajan testisarjassa.
Tyypilliset Uk % -alueet ja IEC-toleranssi 11 kV öljyupotetuille muuntajille
Päävirran 11kVöljyupotetut jakelumuuntajatmukaan lukien S11-, S13- ja S22-sarjat, joiden kapasiteetti vaihtelee välillä 50 kVA - 2500 kVA, vakioimpedanssiluokat ovat 4%, 4,5% ja 6%. 4% ja 6% ovat yleisimmin määritettyjä vaihtoehtoja.
- Pienemmät yksiköt 500 kVA asti: 4 % impedanssi on parempi jännitteen säätelyyn.
- Keskikokoiset ja suuret muuntajat 800 kVA:sta ylöspäin: 6 %:n impedanssi on usein määritetty rajoittamaan vikavirtaa ja vähentämään tuhoavia sähkömagneettisia voimia käämeissä oikosulkutapahtumissa.
IEC 60076 asettaa selkeät toleranssirajat impedanssijännitteelle: tehdastestissä mitattu arvo ei saa poiketa enempää kuin ±7,5 % tyyppikilven arvosta. Rinnakkaiskäyttöön suunnitelluilta muuntajilta vaaditaan tiukempi toleranssi, normaalisti ±2,5 % yksiköiden välillä. Virheellinen impedanssijännite aiheuttaa epätasaista kuormanjakoa, kiertovirtaa rinnakkaisten muuntajien välillä, ylikuumenemista ja katastrofaalisia vikoja vakavissa tapauksissa.
Järjestelmävaikutus ja keskeiset kompromissit määrittelyn aikana
Impedanssijännite ei ole luonnostaan hyvä eikä huono. Insinöörien on tasapainotettava jännitteen säätelyn suorituskyky ja vikavirtarajoitukset jokaisessa projektissa.
- Matala impedanssi, kuten 4 %: Toisiojännitehäviö muuttuvassa kuormituksessa on minimoitu, mikä tuottaa vakaan jännitteen herkille kuormille, mukaan lukien tarkkuusvalmistuslaitteet, datakeskusten virtalähteet ja lääketieteelliset järjestelmät. Huono puoli on kohonnut oikosulkuvirta, joka vaatii kojeistoa, virtakiskoja ja kaapeleita, joilla on suurempi lyhytkestoisuus, mikä lisää kokonaisinvestointeja.
- Suuri impedanssi, kuten 6 %: Vikavirta vaimennetaan tehokkaasti. Oikosulkuvikojen aikana käämitykset kärsivät pienemmästä mekaanisesta rasituksesta, mikä parantaa muuntajan oikosulkukestävyyttä. Kompromissi on suurempi jännitehäviö täydellä kuormalla ja huonompi jännitteen säätö. Linjan loppujännite voi poiketa sallittujen rajojen ulkopuolelle raskaassa kuormituksessa, mikä vaatii käämikytkimiä tai kuorman välioton säätöä kompensoimiseksi
Saman jännitesuhteen ja sovitusvektoriryhmän ohella sovitettu impedanssijännite on yksi kolmesta jakelumuuntajien turvallisen rinnakkaistoiminnan perusedellytyksestä.
Yleisiä väärinkäsityksiä käytössä ja tarkastuksissa
Monet ostajat ja huoltoteknikot olettavat, että impedanssijännite on staattinen tehdasparametri, joka pysyy muuttumattomana koko käyttöiän ajan. Todellisuudessa oikosulkuiskut voivat aiheuttaa käämien siirtymiä, löystyä eristyslohkoja ja muuttaa kelan geometriaa. Nämä rakenteelliset muutokset muuttavat vuotovuon reittiä ja vuotoreaktanssia, mikä johtaa siirtyneeseen Uk% lukemaan uudelleentestauksen aikana. Impedanssijännitteen uudelleentestaus vikatapahtuman jälkeen on elintärkeä diagnostinen menetelmä käämien muodonmuutosten tunnistamiseksi, yleensä yhdistettynä taajuusvasteanalyysiin (FRA) kattavaa kunnon arviointia varten.
Lämpötilan korjaus on toinen helposti huomiotta jäävä kohta. Kuparin vastus laskee alhaisessa lämpötilassa ja nousee korkeassa lämpötilassa. Raakaimpedanssilukemia ilman lämpötilakorjausta ei voida verrata suoraan tyyppikilven arvoon. 75 asteen vertailulämpötila on yleisesti hyväksytty kansainvälisissä muuntajastandardeissa.
Johtopäätös
Impedanssijännite Uk% linkitmuuntajamekaaninen suunnittelu, jakeluverkon ominaisuudet ja suojausjärjestelmät. Käämin geometrian, etäisyyden ja sijoittelun perusteella määritettynä, oikosulkutestillä mitattuna, se säätelee vikatasoa, jännitteen vakautta, rinnakkaistoiminnan yhteensopivuutta ja oikosulkukestävyyttä. Teknisten eritelmien vaiheessa insinöörit eivät saisi mielivaltaisesti asettaa oletusarvoksi 4 tai 6 prosenttia. Impedanssiluokka on valittava, kun on arvioitu ylävirran verkon vikataso, kuormitustyyppi ja kojeiston kestävyys, tasapainotettu tasainen jännitteen laatu ja riittävä turvamarginaali oikosulkuvaurioita vastaan.
