Rezistența la scurtcircuit: ce se întâmplă în interiorul unui transformator în timpul unei defecțiuni de 2 secunde

Un scurtcircuit pe bara de joasă tensiune este cel mai violent eveniment pe care un transformator de distribuție îl va experimenta vreodată. Pentru o fracțiune de secundă înainte ca protecția să elimine defecțiunea, înfășurările transportă curenți de 20 până la 25 de ori mai mari decât ratingul lor și sunt împinse de forțe de câteva tone. IEC 60076-5 cere ca transformatorul să supraviețuiască acestuia – și definește cum este demonstrată această capacitate.

Curentul

Curentul simetric de scurtcircuit este stabilit de impedanța proprie a transformatorului (pentru o rețea infinit de puternică): I_sc = I_n / u_k. Pentru u_k = 4 % aceasta este 25 × I_n; pentru 6 % este 16.7 × I_n. Prima vârf, cu offset DC complet, atinge aproximativ 2.5 ori valoarea RMS simetrică – pentru o unitate de 630 kVA / 0.42 kV aceasta este un vârf de aproximativ 55 kA pe partea de joasă tensiune.

Două tipuri de stres

	Rezistență termică	Rezistență dinamică
Cauză	Încălzirea conductorilor I²R	Forțele electromagnetice între înfășurări
Durata în standard	2 s (Categoria I–II, ≤ 2 500 kVA)	Punctul maxim, apoi decădere
Limită	Temperatura înfășurării ≤ 250 °C (Cu) / 200 °C (Al) după 2 s	Fără deformare permanentă; schimbarea reactanței < 2 % (ulei) după test
Verificare	Calcul conform IEC 60076-5	Calcul sau test într-un laborator de mare putere

Unde merg forțele

Fluxul de scurgere între înfășurările concentrice de înaltă și joasă tensiune produce o forță radială care încearcă să spargă înfășurarea exterioară spre exterior și să zdrobească înfășurarea interioară spre interior, și o forță axială care comprimă înfășurările spre centrul lor. Forțele axiale sunt cele periculoase: orice asimetrie între înfășurări – o înfășurare de tap la un capăt, contracția inegală a izolației – produce o forță netă care poate deplasa întreaga bobină. Producătorii controlează acest lucru cu o geometrie precisă a înfășurării, prindere axială sub presiune definită și uscare sub vid înainte de impregnare.

Cum se dovedește rezistența

1. Calcul: IEC 60076-5 permite demonstrarea prin calcul, cu condiția ca metoda producătorului să fi fost validată prin teste pe designuri comparabile.
2. Test de tip într-un laborator independent: transformatorul este supus unei serii de scurtcircuite (trei pe fază, fiecare 0.5 s) la curent asimetric complet; ulterior, reactanța nu trebuie să fi fost schimbată cu mai mult decât valoarea permisă și testele de rutină sunt repetate. Laboratoare precum KEMA, CESI sau LTC efectuează aceste teste.

Pentru că un test nu distruge nimic, dar dovedește totul, acesta este de obicei efectuat pe o unitate reprezentativă dintr-o familie de design. Întrebați furnizorul la ce familie aparține ratingul dumneavoastră și dacă există un certificat de test pentru acesta.

Caracteristici de design care contează

• Înfășurări de joasă tensiune din folie (comune în PNACHO-D și în unități cu ulei de până la ~1 000 kVA): forța axială este distribuită uniform pe întreaga folie – intrinsec robustă.
• Prindere axială rigidă cu izolație presată și elemente de arc.
• Plasare simetrică a înfășurării de tap.
• Bobine rotunde, auto-susținute în loc de cele dreptunghiulare.

Transformatoarele PNACHO sunt proiectate conform IEC 60076-5 pentru categoria de scurtcircuit I (≤ 2 500 kVA) cu o rezistență termică de 2 secunde; valorile impedanței de pe paginile de produse PNACHO-O și PNACHO-D vă permit să calculați curentul de defecțiune pentru designul dumneavoastră de echipamente electrice.