ولتاژ امپدانس چیست؟
همانطور که توسط IEC 60076-1 تعریف شده است، ولتاژ امپدانس عبارت است از ولتاژ AC در فرکانس نامی اعمال شده به یک سیم پیچ در حالی که سیم پیچ مخالف به طور محکم اتصال کوتاه دارد، تا زمانی که جریان نامی از سیم پیچ ها عبور کند تنظیم می شود. این ولتاژ اعمال شده، که به صورت درصدی از ولتاژ سیم پیچ نامی بیان می شود، درصد ولتاژ امپدانس Uk است.
از نظر فیزیکی، Uk% نشان دهنده مقدار هر واحد امپدانس داخلی کل ترانسفورماتور است. این شامل دو جزء مجزا است: جزء مقاومتی از مقاومت سیم پیچ مسی، و جزء واکنشی ناشی از شار نشتی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه، که به عنوان واکنش نشتی شناخته می‌شود. برای ترانسفورماتورهای توزیع غوطه ور روغن معمولی 11 کیلوولت، راکتانس نشتی بر امپدانس کل غالب است، در حالی که بخش مقاومتی نسبتاً کوچک است. تمام نتایج آزمایش ولتاژ امپدانس باید به دمای استاندارد 75 درجه ارجاع داده شود. مقاومت مس با دما افزایش می یابد. اگر تصحیح دما حذف شود، قرائت‌های امپدانس اندازه‌گیری شده تغییر می‌کند، که یک الزام اجباری برای گواهی‌های آزمایش کارخانه و گزارش‌های پذیرش سایت است.
یک مثال به طور گسترده ارجاع شده: 11kV / 0.4kVترانسفورماتور غوطه ور در روغنبرچسب گذاری با ولتاژ امپدانس 4٪ به این معنی است که وقتی سیم پیچ LV اتصال کوتاه دارد، اعمال تنها 4٪ از ولتاژ HV نامی باعث عبور جریان نامی از سیم پیچ ها می شود. این درصد واحد مستقیماً بر سطح جریان خطای آینده شبکه توزیع پایین دست حاکم است.
اندازه گیری ولتاژ امپدانس از طریق تست اتصال کوتاه
ولتاژ امپدانس توسطترانسفورماتورتست اتصال کوتاه، یکی از آزمایش‌های نوع اجباری در ساخت و آزمون‌های معمول پذیرش سایت. روش تست مراحل استاندارد شده را دنبال می کند. اول، پایانه های سیم پیچ ثانویه به طور ایمن در سه فاز کوتاه می شوند. یک منبع متناوب متناوب با فرکانس متغیر به سمت اصلی متصل است. ولتاژ تست به تدریج افزایش می یابد در حالی که جریان اولیه به طور مداوم نظارت می شود. هنگامی که جریان اولیه به جریان نامی ترانسفورماتور می رسد، تنظیم ولتاژ متوقف می شود و مقدار ولتاژ اعمال شده ثبت می شود. درصد امپدانس با تقسیم ولتاژ اندازه گیری شده بر ولتاژ نامی و ضرب در 100٪ محاسبه می شود و سپس به صورت ریاضی تا دمای مرجع 75 درجه تصحیح می شود.
در طول آزمایش اتصال کوتاه، چگالی شار مغناطیسی درون هسته آهنی بسیار کم باقی می‌ماند، بنابراین می‌توان از تلفات بدون بار چشم پوشی کرد. تقریباً تمام توان ورودی به عنوان از دست دادن بار سیم پیچ تلف می شود. این توضیح می دهد که چرا آزمایش اتصال کوتاه به طور همزمان برای اندازه گیری تلفات بار استفاده می شود و معمولاً همراه با آزمایش بی باری در مجموعه آزمایش کامل ترانسفورماتور انجام می شود.
محدوده درصد معمولی بریتانیا و تحمل IEC برای ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن 11 کیلوولت
برای جریان اصلی 11 کیلو ولتترانسفورماتورهای توزیع غوطه ور در روغناز جمله سری های S11، S13 و S22 با ظرفیت 50 کیلو ولت آمپر تا 2500 کیلو ولت آمپر، گریدهای امپدانس استاندارد 4%، 4.5% و 6%. 4% و 6% رایج ترین گزینه های مشخص شده هستند.
- واحدهای کوچکتر تا 500 کیلوولت آمپر: امپدانس 4% برای تنظیم ولتاژ برتر ترجیح داده می شود.
- ترانسفورماتورهای متوسط و بزرگ از 800 کیلو ولت آمپر به بالا: امپدانس 6% اغلب برای محدود کردن جریان خطا و کاهش نیروهای مخرب الکترومغناطیسی روی سیم پیچ ها در حوادث اتصال کوتاه مشخص می شود.
IEC 60076 محدودیت های تلورانس واضحی را برای ولتاژ امپدانس تعیین می کند: مقدار اندازه گیری شده در آزمایش کارخانه نباید بیش از 7.5% از مقدار پلاک نام منحرف شود. برای ترانسفورماتورهایی که برای عملکرد موازی برنامه ریزی شده اند، تلرانس سخت تری مورد نیاز است، معمولاً بین 2.5% بین واحدها. عدم تطابق ولتاژ امپدانس باعث تقسیم بار ناهموار، جریان در گردش بین ترانسفورماتورهای موازی، گرمای بیش از حد و خرابی فاجعه بار در موارد شدید می شود.
تاثیر سیستم و مبادلات کلیدی در طول مشخصات
ولتاژ امپدانس نه ذاتا خوب است و نه بد. مهندسان باید عملکرد تنظیم ولتاژ و محدودیت جریان خطا را برای هر پروژه متعادل کنند.
- امپدانس کم مانند 4٪: افت ولتاژ ثانویه تحت بار متغیر به حداقل می رسد، ولتاژ پایدار را برای بارهای حساس از جمله تجهیزات ساخت دقیق، منابع تغذیه مرکز داده و سیستم های پزشکی ارائه می دهد. نقطه ضعف آن افزایش جریان اتصال کوتاه است که به تابلو برق، شین‌ها و کابل‌کشی با ظرفیت تحمل کوتاه‌مدت بالاتر نیاز دارد که هزینه‌های سرمایه کلی را افزایش می‌دهد.
- امپدانس بالا مانند 6٪: جریان خطا به طور موثر سرکوب می شود. سیم‌پیچ‌ها در هنگام خطای اتصال کوتاه، تنش مکانیکی کمتری را متحمل می‌شوند، که باعث بهبود قابلیت مقاومت در برابر اتصال کوتاه ترانسفورماتور می‌شود. مبادله افت ولتاژ بزرگتر در بار کامل و تنظیم ولتاژ ضعیف تر است. ولتاژ انتهای خط ممکن است تحت بارگذاری سنگین به خارج از محدوده مجاز حرکت کند و برای جبران نیاز به تعویض شیر یا تنظیم شیر در بار باشد.
در کنار نسبت ولتاژ یکسان و گروه بردار منطبق، ولتاژ امپدانس منطبق یکی از سه پیش نیاز اساسی برای عملکرد موازی ایمن ترانسفورماتورهای توزیع است.
باورهای غلط رایج در عملیات و بازرسی
بسیاری از خریداران و تکنسین‌های تعمیر و نگهداری تصور می‌کنند که ولتاژ امپدانس یک پارامتر ثابت کارخانه است که در طول عمر سرویس بدون تغییر باقی می‌ماند. در واقعیت، شوک های اتصال کوتاه می تواند باعث جابجایی سیم پیچ، شل شدن بلوک های عایق و تغییر شکل هندسه سیم پیچ شود. این تغییرات ساختاری مسیر شار نشتی و راکتانس نشتی را تغییر می‌دهند، که منجر به تغییر درصد خواندن Uk در طول آزمایش مجدد می‌شود. آزمایش مجدد ولتاژ امپدانس پس از یک رویداد خطا یک روش تشخیصی حیاتی برای شناسایی تغییر شکل سیم‌پیچ است که معمولاً با تجزیه و تحلیل پاسخ فرکانس (FRA) برای ارزیابی شرایط جامع ترکیب می‌شود.
اصلاح دما نکته دیگری است که به راحتی نادیده گرفته می شود. مقاومت مس در دمای پایین کاهش می یابد و در دمای بالا افزایش می یابد. خوانش امپدانس خام بدون تصحیح دما را نمی توان مستقیماً با مقدار پلاک مقایسه کرد. دمای مرجع 75 درجه به طور جهانی در استانداردهای بین المللی ترانسفورماتور پذیرفته شده است.
نتیجه گیری
پیوندهای امپدانس ولتاژ Uk%ترانسفورماتورطراحی مکانیکی، ویژگی های شبکه توزیع و طرح های حفاظتی. تعیین شده توسط هندسه سیم پیچ، فاصله و طرح، اندازه گیری شده توسط تست اتصال کوتاه، سطح خطا، پایداری ولتاژ، سازگاری عملکرد موازی و مقاومت در برابر اتصال کوتاه را کنترل می کند. در مرحله مشخصات فنی، مهندسان نباید خودسرانه 4% یا 6% را پیش‌فرض کنند. درجه امپدانس باید پس از ارزیابی سطح خطای شبکه بالادست، نوع بار و درجه مقاومت تابلو برق، متعادل کردن کیفیت ولتاژ ثابت و حاشیه ایمنی کافی در برابر آسیب اتصال کوتاه انتخاب شود.
