محاسبه UK درصد ترانس یا امپدانس درصد ترانس + جریان اتصال کوتاه ترانس

پلاک ترانسفورماتورهای سه فاز، علاوه بر اطلاعاتی مانند ولتاژ نامی، جریان نامی و توان نامی، دارای عددی به صورت درصد بین 2 تا 6 درصد نیز هستند که به آن ولتاژ اتصال کوتاه، امپدانس ترانس، امپدانس درصد ترانس یا UK درصد ترانس ( %UK) می‌گویند. در این مطلب آموزشی که تو شرکت نیکسا (مجری پروژه های برق و اتوماسیون) است به بررسی آزمایش ولتاژ اتصال کوتاه و کاربرد آن در محاسبات مربوط به ترانسفورماتور می‌پردازیم.

هدف از انجام این محاسبه، برآورد اولیه قدرت اتصال کوتاه کلیدهای تابلو برق صنعتی بعد از ترانسفورماتور است تا بتوان به سرعت، صحت قدرت کلیدهای انتخاب شده را بررسی کرد. لازم به ذکر است که میزان قدرت اتصال کوتاه کلیدها بر قیمت ساخت تابلو برق صنعتی تاثیرگذار است.

در ترانسفورماتور توزیع، آزمایش هایی جهت تعیین هر یک از پارامترها انجام می شود. یکی از آن ها، آزمایش اتصال کوتاه ترانس است که در محاسبات شبکه فشار ضعیف از جمله محاسبه جریان اتصال کوتاه و هم چنین، قدرت اتصال کوتاه استفاده می گردد.

اکنون به تشریح آزمایش اتصال کوتاه با تمرکز بر U_k% (درصد امپدانس ترانسفورماتور) و نحوه محاسبه امپدانس معادل ترانس توزیع و جریان اتصال کوتاه می پردازیم.

خدمات نیکسا: طراحی تاسیسات برق صنعتی و الکتریکی نیکسا

UK درصد ترانس چیست یا امپدانس درصد ترانس؟ (UK%)

آزمایش ولتاژ اتصال کوتاه، آزمایشی است که در در این آزمایش ابتدا طرف دوم ترانس را اتصال کوتاه می‌نمایند سپس ولتاژ طرف اولیه را از صفر به میزانی که جریان طرف دوم را به مقدار نامی برساند، افزایش می دهند.این ولتاژ، درصدی از ولتاژ نامی طرف اولیه و در نتیجه همان درصد از ولتاژ نامی ثانویه خواهد بود که به آن درصد ولتاژ اتصال کوتاه و یا اصطلاحا” ولتاژ اتصال کوتاه می گویند. و آن را باUK درصد ترانس (Uk%) نیز نمایش می دهند.

محاسبه امپدانس اتصال کوتاه ترانس یا UK%

با توجه به این که مدار معادل ترانسفورماتور را می توان به صورت زیر نمایش داد:

بنابراین…

رابطه ولتاژ اتصال کوتاه ترانس با امپدانس ترانسفورماتور

با استفاده از رابطه فوق داریم:

که از طرفی رابطه حداکثر بارمصرفی Z_L  با جریان و ولتاژ ترانس از رابطه

محاسبه می گردد که اگر V_2n در فرمول Z_e را با فرمول فوق جایگزین کنیم خواهیم داشت:

                      Z_e =  U_k% x Z_L   

همانطور که مشاهده می‌گردد دراین رابطه امپدانس معادل ترانس Ze درصدی از امپدانس نامی ترانس ZL می‌باشد. به همین دلیل به این عدد (Uk%) امپدانس درصد ترانس نیز می‌گویند.

  بیشتر بخوانید: گروه برداری ترانسفورماتور سه فاز

اهمیت ولتاژ اتصال کوتاه ترانس

همانطور که مشاهده گردید ولتاژ اتصال کوتاه در موارد زیر کاربرد دارد:

• محاسبه جریان اتصال کوتاه: با دانستن درصد ولتاژ اتصال کوتاه و یا امپدانس معادل ترانسفورماتور، می‌توان جریان اتصال کوتاه را محاسبه کرد.
• محاسبه مدار معادل ترانسفورماتور: درصد ولتاژ اتصال کوتاه در محاسبه پارامتر مدار معادل ترانسفورماتور Ze به کار می‌رود.
• انتخاب تجهیزات حفاظتی: درصد ولتاژ اتصال کوتاه در انتخاب  انواع حفاظت های ترانسفورماتور مانند فیوز و رله‌ها نقش دارد. به عنوان مثال هر قدر UK درصد ترانس پایین باشد به معنای نیاز به فیوزهایی با ظرفیت قطع بالاتر است.

محاسبه جریان اتصال کوتاه ترانس

و در صورت بروز اتصال کوتاه در طرف فشار ضعیف، جریان اتصال کوتاه در طرف فشار ضعیف ترانس برابر:

خواهد بود که در آن S_n برابر قدرت نامی ترانس می باشد.

مثالی از کاربرد امپدانس درصد ترانس و جریان اتصال کوتاه ترانس

به عنوان مثال برای یک ترانسفورماتور 1250 KVA با درصد ولتاژ اتصال کوتاه U_k = 6%، قدرت اتصال کوتاه در طرف فشار ضعیف حداکثر برابر …

یعنی معادل 21 MVA که جریان حاصل از آن در طرف فشار ضعیف با فرض (V_2n = 400 VAC) …

این جریان اتصال کوتاه در شرایطی رخ می دهد که سیستم شبکه قبل، ترانسفورماتور را ایده آل گرفته و امکان توان تحویلی در طرف اولیه نامحدود باشد و اتصال کوتاه به صورت دقیق بر روی مقره ترانس اتفاق بیفتد. بنابراین جریان اتصال کوتاه در تابلو بعد از ترانس، به دلیل مقاومت کابل فشار ضعیف، بین ترانس و تابلو و هم چنین محدود بودن توان تحویلی به طرف اولیه ترانس سبب می شود تا جریان اتصال کوتاه از تابلو بعد از ترانس بسیار کم تر از اتصال کوتاه محاسبه شده (30 KA) گردد.

جریان اتصال کوتاه به دست آمده (30 KA) تنها یک مقایسه سریع به دست می دهد که آیا کلیدهای انتخابی به طور تقریبی می توانند قدرت اتصال کوتاه پیش آمده را تحمل کنند یا خیر؟ برای مثال اگر کلیدهای قدرت بعد از ترانس با قدرت 36 KA انتخاب گردد، نیاز به محاسبه سایر موارد نیست و این قدرت بسیار بالاتر از جریان اتصال کوتاه سیستم می باشد.

رابطه UK درصد ترانس با ظرفیت ترانسفورماتور

UK درصد یا امپدانس درصد ترانسفورماتور، یکی از مهمترین پارامترهای ترانسفورماتور است که ارتباط مستقیمی با جدول ظرفیت ترانسفورماتور آن دارد. این پارامتر نشان‌دهنده مقاومت در برابر جریان اتصال کوتاه است و هرچه مقدار آن کمتر باشد، جریان اتصال کوتاه در صورت بروز خطا بیشتر خواهد بود.

ترانسفورماتورهای با ظرفیت بالاتر معمولاً دارای سیم‌پیچ‌هایی با سطح مقطع بیشتر و طول بیشتری هستند. این افزایش در ابعاد سیم‌پیچ‌ها باعث افزایش مقاومت داخلی ترانسفورماتور می‌شود که به صورت افزایش UK درصد خود را نشان می‌دهد. همچنین هرچه ظرفیت ترانسفورماتور بیشتر باشد، جریان نامی آن نیز بیشتر خواهد بود. برای محدود کردن جریان اتصال کوتاه در ظرفیت‌های بالاتر، لازم است امپدانس داخلی ترانسفورماتور افزایش یابد تا از آسیب دیدن تجهیزات در هنگام بروز خطا جلوگیری شود.

سخن پایانی

ولتاژ اتصال کوتاه ترانسفورماتور سه فاز، شاخصی مهم برای تعیین مقاومت داخلی ترانسفورماتور در برابر اتصال کوتاه است. این پارامتر در محاسبات مربوط به جریان اتصال کوتاه، توان اتصال کوتاه، مدار معادل و انتخاب تجهیزات حفاظتی نقش کلیدی دارد.درک مفهوم UK درصد ترانس یا همان امپدانس درصد ترانس (UK%) و کاربردهای آن، به مهندسان برق در طراحی، نصب و بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای سه فاز کمک می‌کند. و سبب می گردد موثرتر از ترانسفورماتورهای سه فاز در سیستم‌های قدرت استفاده گردد.