Què és la tensió d'impedància?
Tal com es defineix per IEC 60076-1, la tensió d'impedància és la tensió de CA a la freqüència nominal aplicada a un bobinat mentre que el bobinat oposat està sòlidament curtcircuitat, ajustat fins que el corrent nominal flueix pels bobinatges. Aquesta tensió aplicada, expressada com a percentatge de la tensió nominal del bobinat, és la tensió d'impedància percentual Uk%.
Físicament, Uk% representa el valor per unitat de la impedància interna total del transformador. Conté dos components separats: el component resistiu de la resistència del bobinat de coure i el component reactiu que s'origina del flux de fuites entre bobinatges primaris i secundaris, conegut com a reactància de fuga. Per als transformadors de distribució immersos en oli típics de 11 kV, la reactància de fuita domina la impedància total, mentre que la part resistiva és relativament petita. Tots els resultats de la prova de tensió d'impedància s'han de fer referència a la temperatura estàndard de 75 graus. La resistència del coure augmenta amb la temperatura; Les lectures d'impedància mesurades variaran si s'omet la correcció de temperatura, que és un requisit obligatori per als certificats de prova de fàbrica i els informes d'acceptació del lloc.
Un exemple àmpliament referenciat: un 11kV / 0,4kVtransformador submergit en olietiquetat amb una tensió d'impedància del 4% significa que quan el bobinatge BT està en curtcircuit, l'aplicació només del 4% de la tensió nominal d'HV conduirà el corrent nominal a través de les bobines. Aquest percentatge únic governa directament el nivell de corrent de falla potencial de la xarxa de distribució aigües avall.
Mesura de la tensió d'impedància mitjançant prova de curtcircuit
La tensió d'impedància s'obté per latransformadorprova de curtcircuit, una de les proves de tipus obligatòries en les proves de fabricació i d'acceptació rutinària del lloc. El procediment de prova segueix passos estandarditzats. En primer lloc, els terminals del bobinatge secundari estan curtititzats de manera segura en tres fases. Al costat primari es connecta una font de CA coincident en freqüència variable. La tensió de prova augmenta gradualment mentre es controla contínuament el corrent primari. Un cop el corrent primari arriba al corrent nominal del transformador, l'ajust de tensió s'atura i es registra el valor de tensió aplicat. La impedància percentual es calcula dividint la tensió mesurada per la tensió nominal i multiplicant-la per 100%, després es corregeix matemàticament a una temperatura de referència de 75 graus.
Durant la prova de curtcircuit, la densitat de flux magnètic dins del nucli de ferro segueix sent extremadament baixa, de manera que es pot ignorar la pèrdua sense càrrega. Gairebé tota la potència d'entrada es dissipa com a pèrdua de càrrega de bobinatge. Això explica per què la prova de curtcircuit s'utilitza simultàniament per mesurar les pèrdues de càrrega, i normalment es realitza juntament amb la prova sense càrrega en un conjunt complet de proves de transformadors.
Intervals típics del Regne Unit i tolerància IEC per a transformadors immersos en oli de 11 kV
Per a corrent principal 11kVtransformadors de distribució submergits en oliincloses les sèries S11, S13 i S22 amb capacitats que oscil·len entre 50 kVA i 2500 kVA, els graus d'impedància estàndard són 4%, 4,5% i 6%. 4% i el 6% són les opcions especificades més habitualment.
- Unitats més petites de fins a 500 kVA: es prefereix una impedància del 4% per a una regulació de tensió superior.
- Transformadors mitjans i grans a partir de 800 kVA: s'especifica amb freqüència una impedància del 6% per restringir el corrent de falla i reduir les forces electromagnètiques destructives en els bobinatges en cas de curtcircuit.
L'IEC 60076 estableix límits de tolerància clars per a la tensió d'impedància: el valor mesurat a la prova de fàbrica no s'ha de desviar més d'un ±7,5% del valor de la placa d'identificació. Per als transformadors planificats per al funcionament en paral·lel, es requereix una tolerància més estreta, normalment dins del ±2,5% entre unitats. La tensió d'impedància no coincident provoca un repartiment de càrrega desigual, corrent circulant entre transformadors en paral·lel, sobreescalfament i fallades catastròfiques en casos greus.
Impacte del sistema i compensacions clau durant l'especificació
La tensió d'impedància no és inherentment bona ni dolenta. Els enginyers han d'equilibrar el rendiment de la regulació de la tensió i la limitació del corrent de falla per a cada projecte.
- Impedància baixa com el 4%: la caiguda de tensió secundària sota càrrega variable es redueix al mínim, proporcionant una tensió estable per a càrregues sensibles, inclosos equips de fabricació de precisió, fonts d'alimentació del centre de dades i sistemes mèdics. L'inconvenient és l'elevat corrent de curtcircuit, que requereix aparells de commutació, barres de bus i cablejat amb una capacitat de suport a curt termini més alta, la qual cosa augmenta la despesa de capital global.
- Alta impedància com el 6%: el corrent de fallada es suprimeix de manera eficaç. Els bobinatges pateixen una tensió mecànica menor durant les fallades de curtcircuit, millorant la capacitat de resistència a curtcircuits del transformador. La compensació és una caiguda de tensió més gran a plena càrrega i una regulació de tensió més pobre. La tensió de final de línia pot derivar fora dels límits permesos sota càrregues pesades, requerint canviadors o regulació de taps en càrrega per a la compensació
Al costat de la relació de tensió idèntica i el grup de vectors coincidents, la tensió d'impedància coincident és un dels tres requisits previs fonamentals per al funcionament segur en paral·lel dels transformadors de distribució.
Concepcions errònies habituals en l'operació i la inspecció
Molts compradors i tècnics de manteniment assumeixen que la tensió d'impedància és un paràmetre de fàbrica estàtic que es manté sense canvis durant tota la vida útil. En realitat, els cops de curtcircuit poden provocar el desplaçament del bobinat, afluixar els blocs d'aïllament i deformar la geometria de la bobina. Aquests canvis estructurals alteren el camí del flux de fuites i la reactància de fuites, donant lloc a una lectura de Uk% desplaçada durant la nova prova. Tornar a provar la tensió d'impedància després d'un esdeveniment de falla és un mètode de diagnòstic vital per identificar la deformació del bobinatge, normalment combinat amb l'anàlisi de resposta en freqüència (FRA) per a una avaluació integral de l'estat.
La correcció de la temperatura és un altre punt fàcil de passar per alt. La resistència del coure cau a baixa temperatura i augmenta a alta temperatura. Les lectures d'impedància en brut sense correcció de temperatura no es poden comparar directament amb el valor de la placa d'identificació. La temperatura de referència de 75 graus s'adopta universalment en els estàndards internacionals de transformadors.
Conclusió
Tensió d'impedància Uk% enllaçostransformadordisseny mecànic, característiques de la xarxa de distribució i esquemes de protecció. Determinat per la geometria del bobinat, l'espaiat i la disposició, mesurat per prova de curtcircuit, regula el nivell de falla, l'estabilitat de tensió, la compatibilitat de funcionament en paral·lel i la resistència a curtcircuits. En l'etapa d'especificacions tècniques, els enginyers no haurien de tenir un 4% o un 6% per defecte arbitràriament. El grau d'impedància s'ha de seleccionar després d'avaluar el nivell de falla de la xarxa aigües amunt, el tipus de càrrega i la capacitat de resistència de l'aparell de commutació, equilibrant la qualitat de tensió constant i un marge de seguretat suficient contra danys de curtcircuit.
