Краткотрайна устойчивост: какво се случва вътре в трансформатора по време на 2-секундна повреда

Краткосрочната повреда на нисковолтовия шинопровод е най-насилственото събитие, което един разпределителен трансформатор някога ще изпита. За част от секундата преди защитата да отстрани повредата, намотките носят токове от 20 до 25 пъти тяхната номинална стойност и са разтегнати от сили от няколко тона. IEC 60076-5 изисква трансформаторът да оцелее при това – и определя как се демонстрира способността.

Токът

Симетричният ток на късо съединение се определя от собствената импеданс на трансформатора (за безкрайно силна мрежа): I_sc = I_n / u_k. За u_k = 4 % това е 25 × I_n; за 6 % е 16.7 × I_n. Първият пик, с пълен DC офсет, достига около 2.5 пъти симетричната RMS стойност – за единица 630 kVA / 0.42 kV това е пик от приблизително 55 kA на нисковолтовата страна.

Два вида натоварване

	Термична устойчивост	Динамична устойчивост
Причина	I²R нагряване на проводниците	Електромагнитни сили между намотките
Продължителност в стандарта	2 с (Категория I–II, ≤ 2 500 kVA)	Първи пик, след това намалява
Граница	Температура на намотката ≤ 250 °C (Cu) / 200 °C (Al) след 2 с	Без постоянна деформация; промяна на реактивността < 2 % (масло) след тест
Проверка	Изчисление по IEC 60076-5	Изчисление или тест в лаборатория с висока мощност

Къде отиват силите

Течението на магнитния поток между концентричните HV и LV намотки произвежда радиална сила, която се опитва да изблъска външната намотка навън и да смачка вътрешната намотка навътре, и аксиална сила, която компресира намотките към центъра им. Аксиалните сили са опасните: всяка асиметрия между намотките – намотка с отвод на единия край, неравномерно свиване на изолацията – произвежда нетна сила, която може да премести цялата намотка. Производителите контролират това с прецизна геометрия на намотките, аксиално притискане под определено налягане и сушене под вакуум преди импрегниране.

Как се доказва устойчивостта

1. Изчисление: IEC 60076-5 позволява демонстрация чрез изчисление, при условие че методът на производителя е валидиран чрез тестове на сравними дизайни.
2. Типов тест в независима лаборатория: трансформаторът се подлага на серия от къси съединения (три на фаза, всяко 0.5 с) при пълен асиметричен ток; след това реактивността не трябва да се е променила с повече от разрешената стойност и рутинните тестове се повтарят. Лаборатории като KEMA, CESI или LTC провеждат тези тестове.

Тъй като тестът не унищожава нищо, а доказва всичко, той обикновено се провежда на едно представително устройство от семейство дизайн. Попитайте доставчика към кое семейство принадлежи вашата номинална стойност и дали съществува сертификат за тест.

Дизайнерски характеристики, които имат значение

• Фолио LV намотки (често срещани в PNACHO-D и в маслени единици до ~1 000 kVA): аксиалната сила е равномерно разпределена по цялото фолио – по същество здраво.
• Ригидно аксиално притискане с пресована изолация и пружинни елементи.
• Симетрично разположение на намотката с отвод.
• Кръгли, самоопорни намотки вместо правоъгълни.

Трансформаторите PNACHO са проектирани за краткосрочна категория I (≤ 2 500 kVA) по IEC 60076-5 с 2-секундна термична устойчивост; стойностите на импеданса на PNACHO-O и PNACHO-D страниците на продуктите ви позволяват да изчислите тока на повреда за вашия дизайн на комутационна апаратура.