ترانسفورماتور چیست؟
بررسی امپدانس اتصال کوتاه و اهمیت آن
در مشخصات فنی هر ترانسفورماتور، پارامترهای مختلفی مانند توان نامی، ولتاژ اولیه و ثانویه، جریان نامی، گروه برداری و تلفات ذکر می‌شود. یکی از مهم‌ترین پارامترهای فنی ترانسفورماتور که نقش مستقیمی در جریان اتصال کوتاه، افت ولتاژ و عملکرد ترانسفورماتور در شرایط بار و خطا دارد، مقدار UK% یا درصد امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتور است.
در این مقاله از مجموعه ابداع ترانس، مفهوم UK%، نحوه تعیین آن، اهمیت آن در بهره‌برداری و ارتباط آن با تعمیر و ارزیابی وضعیت ترانسفورماتورهای توزیع را بررسی می‌کنیم.
UK% ترانسفورماتور به چه معناست؟
UK% که با عناوینی مانند درصد امپدانس ترانسفورماتور، امپدانس درصد یا ولتاژ اتصال کوتاه نیز شناخته می‌شود، بیانگر مقدار امپدانس داخلی ترانسفورماتور نسبت به امپدانس مبنای آن است.
به زبان ساده، UK% نشان می‌دهد برای اینکه در شرایط اتصال کوتاه سمت فشار ضعیف، جریان نامی ترانسفورماتور برقرار شود، چه درصدی از ولتاژ نامی باید به سیم‌پیچ فشار قوی اعمال شود.
رابطه عمومی آن به صورت زیر بیان می‌شود:
UK% = 100 × Z / Zbase
که در آن:
– Z امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتور بر حسب اهم است.– Zbase امپدانس مبنا است.– UK% درصد امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتور است.
امپدانس مبنا نیز از رابطه زیر به دست می‌آید:
Zbase = V² / S
بنابراین UK% یک پارامتر بدون واحد است که معمولاً به صورت درصد روی پلاک یا مدارک فنی ترانسفورماتور درج می‌شود.
آزمایش UK% چگونه انجام می‌شود؟
آزمایش UK%برای تعیین ولتاژ اتصال کوتاه، یکی از سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، معمولاً سمت فشار ضعیف، اتصال کوتاه می‌شود و ولتاژ سیم‌پیچ دیگر از مقدار صفر به تدریج افزایش پیدا می‌کند.
افزایش ولتاژ تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که جریان سیم‌پیچ‌ها به مقدار جریان نامی برسد.
ولتاژی که در این حالت به سیم‌پیچ اعمال شده است، به عنوان ولتاژ اتصال کوتاه شناخته می‌شود.
برای مثال، اگر برای رسیدن جریان به مقدار نامی، تنها 6 درصد ولتاژ نامی سیم‌پیچ فشار قوی مورد نیاز باشد، مقدار UK ترانسفورماتور برابر با:
UK% = 6%
خواهد بود.
تفاوت UK% با مقاومت DC سیم‌پیچ
یکی از نکات مهم در بررسی ترانسفورماتور این است که UK% را نباید با مقاومت اهمی سیم‌پیچ اشتباه گرفت.
مقاومت DC سیم‌پیچ با آزمایش مقاومت اهمی یا Winding Resistance Test اندازه‌گیری می‌شود و عمدتاً برای بررسی وضعیت هادی‌ها، اتصالات داخلی، کنتاکت‌های کلید تنظیم ولتاژ و سلامت سیم‌پیچ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اما امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتور از دو مؤلفه اصلی تشکیل می‌شود:
Z = R + jX
که در آن:
– R مؤلفه مقاومتی امپدانس است.– X مؤلفه راکتیو یا راکتانس نشتی است.
بنابراین UK% تنها نشان‌دهنده مقاومت اهمی سیم‌پیچ نیست، بلکه اثر مجموع امپدانس داخلی ترانسفورماتور را نشان می‌دهد.
اهمیت UK% در جریان اتصال کوتاه
یکی از مهم‌ترین کاربردهای UK%، محاسبه تقریبی جریان اتصال کوتاه در خروجی ترانسفورماتور است.
در یک تقریب ایده‌آل، اگر امپدانس شبکه بالادست را نادیده بگیریم، جریان اتصال کوتاه اولیه در محل خروجی ترانسفورماتور تقریباً از رابطه زیر به دست می‌آید:
Icc ≈ In × 100 / UK%
برای مثال، اگر UK ترانسفورماتور 5 درصد باشد:
Icc ≈ In × 20
یعنی جریان اتصال کوتاه تئوری می‌تواند تا حدود 20 برابر جریان نامی ترانسفورماتور برسد.
البته در یک شبکه واقعی، امپدانس شبکه، کابل‌ها، شینه‌ها و سایر تجهیزات نیز در جریان اتصال کوتاه مؤثر هستند؛ بنابراین برای طراحی حفاظتی دقیق باید تمام امپدانس‌های مسیر خطا در نظر گرفته شوند.
UK% چه تأثیری بر افت ولتاژ دارد؟
افزایش امپدانس ترانسفورماتور باعث محدود شدن جریان اتصال کوتاه می‌شود، اما در شرایط بارگذاری می‌تواند باعث افزایش افت ولتاژ داخلی نیز شود.
از طرف دیگر، کاهش UK% باعث می‌شود ترانسفورماتور امپدانس کمتری در مسیر اتصال کوتاه داشته باشد و در نتیجه جریان خطا افزایش پیدا کند.
به همین دلیل انتخاب مقدار مناسب UK% یک مصالحه مهندسی میان محدود کردن جریان اتصال کوتاه و کنترل افت ولتاژ است.
چرا UK% در تعمیر ترانسفورماتور اهمیت دارد؟
در فرآیند تعمیر اساسی ترانسفورماتور، تنها تعویض قطعات یا سیم‌پیچ‌ها اهمیت ندارد؛ بلکه باید مشخصات الکتریکی ترانسفورماتور پس از تعمیر نیز با مقادیر مورد انتظار مطابقت داشته باشد.
تغییر در ساختار سیم‌پیچ، تعداد دور، ابعاد و آرایش سیم‌پیچ‌ها یا فاصله بین سیم‌پیچ‌های فشار قوی و فشار ضعیف می‌تواند روی امپدانس اتصال کوتاه تأثیر بگذارد.
بدون دیدگاه