Transformatör Kısa Devre Akımı Hesabı – Kısa Devre Gerilimi ve Arıza Seviyeleri

Kısa devre akımı, downstream dağıtım hücrelerinden gereken kesme kapasitesini, bara sistemlerinde gereken mekanik destekleme yapısını ve transformatör ile arıza noktası arasındaki her bileşenin dayanım değerini belirler. Neredeyse tamamen etiket üzerindeki tek bir parametre tarafından belirlenir: kısa devre gerilimi.

Formül

Sonsuz bir üst kaynak varsayımıyla, transformatör uçlarında meydana gelen bir arıza için:

Tam yük akımı, anma gücü ve gerilimden elde edilir — yöntem ve referans tabloları için bkz. Transformatör Tam Yük Akımı Hesabı.

İlişki terstir: kısa devre geriliminin yarıya inmesi arıza akımını iki katına çıkarır. %4 kısa devre gerilimine sahip bir transformatör, uçlarındaki bir arızaya anma akımının 25 katını verir; %6 kısa devre geriliminde bu değer yaklaşık 16.7 kata düşer.

Çözümlü Örnek

630 kVA'lık bir transformatör, 400 V sekonder, %4 kısa devre gerilimi:

Aynı ünite %6 kısa devre gerilimiyle üretilseydi yaklaşık 15.2 kA verirdi — bu fark, gereken dağıtım hücresi anma değerini ve dolayısıyla tüm AG tesisinin maliyetini değiştirebilir.

Standart Kısa Devre Gerilimi Değerleri

Kısa devre gerilimi rastgele belirlenmez. IEC 60076-5 ve EN 50588-1, dağıtım transformatörleri için standart değerler belirler:

Kısa Devre Akımı Tablosu — 400 V Sekonder

Sonsuz Bara Varsayımı

Yukarıdaki formül, üst şebekenin sonsuz bir kaynak olduğunu, yani YG beslemesinin kendisinin hiçbir empedans katkısı yapmadığını varsayar. Pratikte şebekenin sonlu bir kısa devre gücü vardır ve transformatör uçlarındaki gerçek kısa devre akımı hesaplanandan biraz daha düşüktür.

Üst şebekenin kısa devre gücü bilindiğinde, birleşik sonuç şu şekildedir:

Çoğu dağıtım tesisi için şebeke katkısı, bunu göz ardı etmenin yalnızca birkaç yüzdelik bir hataya yol açacağı kadar büyüktür — ve bu hata muhafazakâr yöndedir, çünkü hesaplanan değer gerçekte olduğundan daha yüksektir. Bir üretim kaynağına veya güçlü bir trafo merkezine yakın tesislerde tam hesaplama yapılmalıdır.

Tepe Asimetrik Akım

Yukarıdaki değerler RMS simetrik akımlardır. Arızanın başlamasından sonraki ilk çevrimde, akım ani tepe değerini önemli ölçüde artıran bir DC ofset bileşeni içerir. IEC 60909, devrenin X/R oranına bağlı bir tepe faktörü tanımlar:

• Tipik dağıtım transformatörleri için tepe faktörü 1.8 ile 2.2 arasındadır
• 22.7 kA'lık simetrik bir arıza, bu nedenle yaklaşık 50 kA'lık bir ani tepe değerine ulaşabilir
• Bara mekanik destekleme yapısı ve dağıtım hücresi kapatma kapasitesi, RMS değerine değil bu tepe değerine göre anma değerine sahip olmalıdır

Pratik Sonuçlar

• Dağıtım hücresi seçimi — AG devre kesicilerinin kesme kapasitesi, kurulum noktasındaki hesaplanan arıza akımını aşmalıdır. Kablo empedansı, transformatörden uzaklaştıkça arıza seviyesini azaltır.
• Bir tasarım tercihi olarak kısa devre gerilimi — daha yüksek kısa devre gerilimi arıza akımını sınırlar ve dağıtım hücresi maliyetini azaltır, ancak gerilim regülasyonunu ve reaktif güç tüketimini artırır. Bu ödünleşim, tasarım aşamasında değerlendirilmelidir.
• Paralel çalışma — paralel çalışan iki transformatör, ortak baradaki mevcut arıza akımını yaklaşık iki katına çıkarır. Dağıtım hücreleri, birleşik değere göre anma değerine sahip olmalıdır.
• Dayanım süresi — IEC 60076-5, transformatörlerin uçlarında 2 saniye boyunca hasar görmeden kısa devreye dayanmasını gerektirir. Bu, tasarım hesabı veya tip testi ile doğrulanan termal ve mekanik bir gerekliliktir.