変圧器の短絡耐量: 2 秒のテストが実際に証明するもの

米国中西部の電力会社は昨年、故障した 2,000 kVA パッドマウント変圧器 2 台を交換しました。どちらも同じ仕様書（12.47 kV デルタから 480Y/277 V、5.75% のインピーダンス、同一の損失制限）に従って注文されました。両方のユニットは、約 200 メートル上流で同じフィーダーフラッシュオーバーを乗り切りました。ユニット A は障害が解消された後、稼働に戻りました。定期的なテストでは、そのインピーダンスが工場出荷時の報告から 0.6% ずれていたことがわかりました。ユニット B のサウンドは決して正しくありませんでした。そのインピーダンスの測定値は 3.8% オフで、タンクを開けると、低電圧巻線の内側の巻線が潰れた缶のように内側に曲がっていました。同じ評価です。紙に書かれた同じ数字。障害が発生すると、まったく異なる動作が発生します。

そのギャップこそが、トランス短絡耐量を意味し、ほとんどのデータシートでは最も目立たない仕様です。購入者はテストレポートから損失を読み取り、認定の銘板をチェックすることができますが、短絡耐性は、ほとんどの購入者が決して見ない 1 つの暴力的なテストで証明されます。このテストで実際に証明されたこと、および同じ仕様の 2 つの変圧器が異なる故障を起こす可能性がある理由を以下に示します。

何トランス短絡耐量実際の意味

変圧器のトランス短絡耐量ボルトで固定された外部障害（樹木がフィーダーを外したり、ケーブルの接続が失敗したり、車両が電柱に衝突したりする場合に発生する種類）に耐える能力です。耐用年数を縮める機械的または熱的損傷を受けることはありません。業界では、その義務を現在と期間として表現しています。北米では、液浸配電および電力変圧器の一般要件規格である IEEE C57.12.00 では、要件を短絡持続性として規定しています。2秒ユニットが定格負荷および動作温度にあるときに適用される計算された故障電流。その規格の範囲は、IEEE C57.12.00規格ページ.

保護機能では通常 5 ～ 15 サイクルで障害が解決されるのに、なぜ 2 秒かかるのでしょうか?最初の非対称な電流ピークが最も激しい瞬間であり、ブレーカーの再投入によって変圧器に 2 番目と 3 番目の障害が連続して発生する可能性があるためです。 2 秒には、電力会社が設計する低速バックアップ保護シナリオも含まれます。つまり、障害は実際に発生し、一次保護が失敗し、バックアップ リレーが動作するまで変圧器を保持する必要があります。つまり、この数字は実験室の都合によるものではなく、意図的に最悪のケースを想定したものです。

ここがほとんどの購入者が見落としている部分です。2 秒の要件を必要とするのと同じ物理学により、定期的な工場テストに合格した変圧器は故障について何も証明されていないことも意味します。損失、比率、さらには温度上昇の実行さえも、電流が定格の 17 倍に跳ね上がったときにユニットがどのように動作するかについては何も教えてくれません。

物理学: なぜ力は電流の 2 乗に比例して変化するのか

短絡により負荷インピーダンスがなくなるため、電流を制限するのはトランス自体の漏れインピーダンス (%Z) だけになります。インピーダンスが 5.75% のユニットはおおよそ通過します。定格電流の17倍二次側のボルト付き故障に陥ります。巻線間の電磁力は、電流の二乗、つまり、障害によって約300回全負荷時に巻線が受ける機械的力。それは小さな違いではありません。それが、同じ構造物に吹くそよ風とハリケーンの違いです。

それらの力は 2 つの方向から到着します。軸方向の力は、高電圧巻線と低電圧巻線の両端をヨークに向かって押し、中心でそれらを押しつけようとします。そのため、クランプとエンドブロッキングの形状が非常に重要になります。半径方向の力は、シリンダーにかかる圧力のように各巻線に作用します。ほとんどの設計では内側の巻線である低電圧巻線は、コアに向かって内側に押され、故障する可能性があります。巻き変形- 中西部のユニットで見られた座屈。高電圧巻線は、内圧がかかる樽のバンドのように、フープ張力で外側に引っ張られます。

暑さは第二の敵です。短絡電流も導体を介して I²t 熱パルスを発生させます。 IEEE の短時間制限により、銅線は約250度とアルミニウムについて200度故障中は通常の動作温度をはるかに超えており、巻線の絶縁は直ちに故障することなくその変動に耐える必要があります。機械的衝撃と熱パルスの間の 2 秒間の故障は、巻線構造の全身応力テストとなります。

どのようにしてトランス短絡試験完了しました

の変圧器の短絡試験タイプテストファミリーに属します。ライン外のすべてのユニットで実行されるわけではありません。生産ユニットで意図的な障害を実行する工場はありません。これは、特定の設計ファミリーの代表的な変圧器に対して実行され、その後、その設計に基づいて構築されたすべてのユニットとともにレポートが送信されます。

この手順の概念は単純です。低圧巻線は確実に短絡され、電圧が高電圧側に印加され、必要な故障電流が循環するまで上昇します。通常、設計の %Z に応じて、定格電流の 10 ～ 25 倍の範囲になります。テストでは、変圧器の温度を一定にして、定義された期間およびショット数でその電流を適用します。撮影の合間に、ラボではインピーダンスと励磁電流を測定します。シーケンス後の受け入れチェックでは、目に見える損傷がないこと、放電の証拠がないこと、および巻線の形状がそのままであることを証明するのに十分なほど小さいリアクタンスの変化、つまりおよそ2%以下ほとんどの工場やバイヤーが合格として扱う閾値であり、周波数応答分析 (FRA) は、そのセカンドオピニオンとして使用されることが増えています。巻き変形抵抗値の測定値では見ることができません。

購入者にとっての実際的なルールは単純です。実際の商品を尋ねるのです。変圧器の短絡試験「テスト済み」と記載された証明書ではなく、レポートです。レポートには、テスト前およびテスト後のインピーダンス測定、達成された電流レベル、ショット数、立会エンジニアの署名が表示されます。この文書は、デザインファミリーが証明された唯一の実際の証拠です。事後的には作成できないため、PO に署名する前に文書を要求する必要があります。

合否を決める製造の詳細

これは、同じ仕様書に従って建設されている 2 つの工場が分岐する場所であり、中西部の 2 つのユニットを説明しています。短絡耐量は、紙上の電気設計ではなく、データシートには決して記載されない機械的な決定によって決まります。

設計面では、重要な数値はアンペアターンバランス（不均衡により軸力が増大するため、HV 巻線と LV 巻線の起磁力がどの程度均一に相殺されるか）と、内側巻線の座屈強度を設定するラジアルサポートブロックのブレーシングピッチです。製造現場での差別化要因は、乾燥後のクランプ圧力、エンドブロックの密度と位置、導体の転位品質、そして乾式タイプの場合は、真空圧含浸によって巻線が単一の剛性ブロックに完全に結合されているかどうかです。これらの変数はすべて、変圧器の写真では見えませんが、障害の余波では完全に見えます。

私たちの工場では、同じ kVA の 2 つの見積もりがなぜ異なるのか、または生産前レビューでブレースとクランプのスキームを徹底的に検討することになぜこだわるのかをお客様が尋ねたときに、短絡的な会話が始まります。正直な答えは、巻線サポート システムは外部からは評価できないということです。購入者は文書でエンジニアリングを確認し、型式試験報告書で証拠を見るか、最初の故障後に違いを発見するかのどちらかです。私たちは、衝撃でテストベイ全体が震えるサードパーティの研究所で短絡タイプのテストを行ってきました。テスト後の検査は常に同じ儀式でした。インピーダンスを測定し、ノイズを聞き、タンクを開け、そこにあるべきではないシワを探します。この経験が、当社のセールス エンジニアが見積もりの​​前に現場で利用可能な故障電流を尋ねる理由です。頑丈な公共バス用のパッド取り付けユニットは、田舎の長いフィーダを介して給電されるユニットとはまったく異なる任務に直面しています。

ご注文前に聞いていただきたいこと

以下の質問を RFQ に追加し、いずれかの質問に沈黙がある場合は危険信号として扱います。

サプライヤーが見積対象の設計の型式試験レポートを作成できない場合、次の問題は、代わりに何を作成できるかということです。同じ規格に対する計算ベースのデモンストレーション、拡大縮小したモックアップでのテスト、または次の家族が研究室に行くときの証人招待などです。 3 つとも正規のものです。漠然とした「当社の変圧器は IEEE 標準に従ってテストされています」は答えではなく、話題を変える方法です。

ライアン・エレクトリックのアプローチ

当社は江蘇省の工場で油入変圧器と乾式変圧器の両方を製造しており、ポートフォリオにはUL、CSA、IEEE、DEKRA認証を取得しており、イートンの合弁パートナーでもあります。北米のパッド取り付け型の注文の場合、短絡に関する質問はすべての生産前レビューの一部です。設計計算の概要、ブレーシング スキーム、およびデザイン ファミリの型式テスト レポートは、購入者が 2 回質問した後ではなく、生産が開始される前に文書パッケージに組み込まれます。

どれもエキゾチックではありません。それは、仕様を販売することと、グリッドが誤動作したときに形状を維持するマシンを構築することの違いです。変圧器はその損失とその認証のために購入されますが、それは故障が発生した日にそれが何をしたかによって判断されます - そしてその日は数か月前に巻線工場で決定されます。

障害が起こる前に証拠を入手する

指定する場合トランス短絡耐量パッドマウント、変電所、または乾式タイプの注文に組み込む場合は、事前にサプライヤーにタイプテストレポートと設計計算の概要を依頼し、現場で実際にどのような故障電流が発生するかを尋ねてください。あなたの評価、システムインピーダンス、保護スキームを下記までお送りください。ライアントランスフォーマー.com- 納期を約束する前に、設計の裏にあるテスト証拠をお見せします。

著者について:この記事は、イートンの合弁パートナーであり、中国江蘇省の UL/CSA 認定変圧器メーカーである Ryan Electric のエンジニアリング チームによって書かれました。ライアン エレクトリック社は、北米、ラテンアメリカ、東南アジア、中東の電力会社、EPC 請負業者、産業バイヤーにサービスを提供しています。