Вхідний струм трансформатора: чому одиниця 630 кВА може споживати 10 кА при ввімкненні

Трансформатор, який спрацьовує свій власний верхній захист в момент, коли його енергізують, майже завжди був правильно розрахований і підключений. Винуватцем є магнітний вхідний струм – перехідний процес, який не має нічого спільного з навантаженням і все з моментом закриття вимикача.

Звідки береться вхідний струм

Магнітний потік у сердечнику відстає від прикладеної напруги на 90°. Якщо автоматичний вимикач закривається при перетині нуля напруги, потік повинен почати з нуля і досягти двох своїх нормальних піків протягом першого півперіоду. Додайте залишковий потік, що залишився в сердечнику після останнього вимкнення, і сердечник насичується. Насичений сердечник має майже нульову індуктивність, тому єдиним обмеженням струму є опір обмоток і імпеданс мережі. Результат: піковий струм 8 до 12 разів номінального струму, багатий на другу гармоніку, що зменшується протягом 0.1 до 1 с в залежності від розміру трансформатора.

Типові значення

Номінал	Номінальний HV струм при 21 кВ	Піковий вхідний струм (≈ 10 × In, MV сторона)	Час зменшення
250 кВА	6.9 A	≈ 70 A	0.1 – 0.2 с
630 кВА	17.3 A	≈ 170 A	0.2 – 0.4 с
1 600 кВА	44 A	≈ 440 A	0.5 – 1 с
2 500 кВА	68.7 A	≈ 690 A	до 1 с

Відносно низьковольтної сторони одиниці 630 кВА / 0.42 кВ це пікове значення близько 8–9 кА – звідси і назва.

Що погіршує ситуацію

• Ядра з низькими втратами. Сучасна сталь з орієнтованим зерном працює ближче до насичення, тому трансформатори другого класу мають дещо вищий вхідний струм, ніж одиниці 1990-х років з таким же номіналом.
• Вимикання при перетині нуля напруги на одній фазі – неминуче з трьохполюсним вимикачем; одна фаза завжди близька до найгіршого випадку.
• Залишковий потік від попереднього вимкнення під навантаженням.
• Сильна мережа середньої напруги (низький імпеданс джерела).

Налаштування захисту, які працюють

1. MV запобіжники: вибирайте номінал з таблиць трансформаторів виробника запобіжників, а не з номінального струму. Одиниця 630 кВА / 20 кВ зазвичай потребує запобіжника на 40–50 A, приблизно 2.5 × In, щоб витримати вхідний струм.
2. Реле перевантаження (50/51): миттєвий елемент вище 12 × In або з короткою затримкою (≥ 0.1 с); елемент з затримкою часу з кривою, що допускає 10 × In протягом 0.1 с.
3. Обмеження другої гармоніки: числові реле виявляють вміст 2-ї гармоніки, типовий для вхідного струму (> 15 %) і блокують спрацьовування – увімкніть його.
4. Контрольоване вимикання: для трансформаторів, які вимикаються повторно (Сонячні електростанції щоранку, випробувальні поля), пристрій вимикання з точкою на хвилі закриває кожен полюс у оптимальний момент і зменшує вхідний струм до приблизно 1–2 × In.

Сонячні електростанції

Сонячні трансформатори енергізуються з боку середньої напруги щодня, коли станція прокидається – або залишаються енергізованими вночі, сплачуючи втрати без навантаження. Обидві стратегії є поширеними. Якщо ви вимикаєте щодня, вкажіть контрольоване вимикання або переконайтеся, що реле оператора використовує обмеження гармоніки; якщо ви залишаєтеся енергізованими, виберіть одиницю з найнижчими можливими втратами без навантаження, наприклад, версії PNACHO-O PV.