Ток на насищане на трансформатор: защо 630 kVA единица може да изтегли 10 kA при включване

Трансформатор, който задейства собствената си защита веднага щом бъде захранен, почти винаги е правилно проектиран и свързан. Виновникът е токът на насищане – преходно явление, което няма нищо общо с товара и всичко общо с момента, в който ключът се затваря.

Откъде идва токът на насищане

Магнитният поток в ядрото изостава от приложеното напрежение с 90°. Ако автоматичният прекъсвач се затвори при нулевото пресичане на напрежението, потокът трябва да започне от нула и да достигне два пъти нормалния си пик в първата половина на цикъла. Добавете остатъчния поток, останал в ядрото от последното изключване, и ядрото се насища. Наситеното ядро почти няма индуктивност, така че единственото нещо, което ограничава тока, е съпротивлението на намотките и импеданса на мрежата. Резултатът: пик на тока от 8 до 12 пъти номиналния ток, богат на втори хармоник, намаляващ за 0.1 до 1 с в зависимост от размера на трансформатора.

Типични стойности

Номинал	Номинален HV ток при 21 kV	Пик на насищане (≈ 10 × In, MV страна)	Време на намаляване
250 kVA	6.9 A	≈ 70 A	0.1 – 0.2 с
630 kVA	17.3 A	≈ 170 A	0.2 – 0.4 с
1 600 kVA	44 A	≈ 440 A	0.5 – 1 с
2 500 kVA	68.7 A	≈ 690 A	до 1 с

Отнася се до LV страната на 630 kVA / 0.42 kV единица, която е пик от около 8–9 kA – затова и заглавието.

Какво влошава ситуацията

• Ядра с ниски загуби. Модерната стомана с ориентация на зърната работи по-близо до насищане, така че трансформаторите от втори клас имат малко по-висок ток на насищане от единиците от 1990-те години с еднакъв номинал.
• Включване при нулево напрежение на една фаза – неизбежно с триполен ключ; една фаза винаги е близо до най-лошия случай.
• Остатъчен поток от предишно деенергизиране под товар.
• Силна MV мрежа (нисък импеданс на източника).

Настройки на защитата, които работят

1. MV предпазители: изберете номинал от таблиците на производителя на предпазители за трансформатори, а не от номиналния ток. 630 kVA / 20 kV единица обикновено използва предпазител с номинал 40–50 A, приблизително 2.5 × In, точно за да премине през насищането.
2. Релей на свръхток (50/51): моментният елемент над 12 × In или с кратко забавяне (≥ 0.1 с); елементът с времево забавяне с крива, която допуска 10 × In за 0.1 с.
3. Ограничаване на втория хармоник: числовите релейи откриват съдържанието на 2-ри хармоник, типично за насищане (> 15 %) и блокират задействането – активирайте го.
4. Контролирано включване: за многократно включвани трансформатори (фотоволтаични инсталации всяка сутрин, тестови полета) устройство за включване на вълната затваря всеки полюс в оптималния момент и намалява насищането до около 1–2 × In.

Фотоволтаични инсталации

Фотоволтаичните трансформатори се захранват от MV страната всеки ден, когато инсталацията се събужда – или остават захранени през нощта, плащайки загуби без товар. И двете стратегии са чести. Ако включвате ежедневно, задайте контролирано включване или се уверете, че релейът на оператора използва ограничаване на хармониците; ако останете захранени, изберете единица с най-ниски възможни загуби без товар, като версии PNACHO-O PV.