Önce cevap: gerilim regülasyonu, sekonder geriliminizin yük altında ne kadar düştüğüdür — bir dağıtım transformatörü için tipik olarak %4–6 ve neredeyse tamamen empedans gerilimi (Uk%) tarafından belirlenir
Gerilim regülasyonu, sabit primer gerilimi ve sabit güç faktöründe, yüksüz durumdan tam yüke geçerken bir transformatörün sekonder geriliminin düştüğü yüzdedir. Standart bir yağ daldırmalı dağıtım transformatörü için bu düşüş normalde %4–6'dır ve bu, tasarımla ortadan kaldırabileceğiniz bir şey değildir — ünitenin iç empedansa (direnç artı kaçak reaktans) sahip olmasının bedelidir. İşe yarayan kısım şudur: bu öngörülebilirdir: etiket plakasında yazılı empedans geriliminden (Uk%), yük akımından ve yük güç faktöründen hesaplayabilir ve kademe değiştiricilerle telafi edebilirsiniz. Yükünüz büyük ölçüde endüktifse — motorlar, kompresörler, pompalar — gerilimin tamamen dirençli bir ısıtma yükünden daha fazla düşmesini bekleyin, çünkü düşüşün çoğunu yapan transformatörün reaktansıdır (direnci değil).
Önemli çıkarımlar
- Gerilim regülasyonu, yüksüz durumdan tam yüke gerilim düşüşüdür, yüzde olarak. Dağıtım transformatörleri için tipik olarak %4–6'dır; kesin sayı bir tasarım tercihidir, kaza değil.
- Empedans gerilimi Uk% tarafından belirlenir. Uk% = %6 olan bir ünite, birim güç faktöründe tam yükte yaklaşık %6 düşer — etiket plakası empedansı, regülasyonun birinci dereceden tahmininizdir.
- Gerisini güç faktörü belirler. Endüktif yükler (motorlar) gerilimi dirençli yüklerden çok daha fazla düşürür; öncü (kapasitif) bir güç faktörü sekonder gerilimi yükseltebilir bile.
- Kademe değiştiriciler telafi eder, ortadan kaldırmaz. Yüksüz kademeler (±2×2,5%) ve yüklü kademeler (±10% veya daha fazla) tüm oranı kaydırır, ancak müşteri tarafındaki yüke bağlı düşüşü değil, ortalama seviyeyi düzeltirler.
- Arıza akımıyla bir ödünleşim vardır. Daha düşük Uk% daha sıkı regülasyon ancak daha yüksek kısa devre akımı verir; daha yüksek Uk% arıza akımını sınırlar ancak regülasyonu kötüleştirir — aynı gerilim kısa devre hesaplama kılavuzumuzda açıklanmıştır.
Gerilim regülasyonu aslında neyi ölçer
Gerilim regülasyonu, primer anma geriliminde ve güç faktörü sabit tutulurken, sekonder gerilimin yüksüz durumdan tam yüke değişimi olarak tam yük geriliminin yüzdesi cinsinden tanımlanır:
Gerilim regülasyonu % = (Vyüksüz − Vtam yük) ÷ Vtam yük × 100
Somut bir örnek: yüksüz durumda 400 V ve tam yükte 380 V okuyan 400 V'luk bir transformatörün regülasyonu (400 − 380) ÷ 380 × 100 = %5,26'dır. Bu sayı iki nedenden önemlidir. Birincisi, transformatör yoğun çalışırken alt akış ekipmanınızın gerçekte ne kadar gerilim göreceğini söyler. İkincisi, ünitenin iç empedansının doğrudan bir ölçüsüdür — bu yüzden tanım, güç transformatörleri için genel gereksinimler standardı olan IEC 60076-1'in anma gerilimi çerçevesine yerleştirilmiştir. Pratikte çoğu alıcı regülasyonu sıfırdan hesaplamaz; etiket plakasından empedans gerilimi Uk%'yi okur ve bunu bir vekil olarak kullanır, çünkü birim güç faktöründe iki büyüklük neredeyse aynıdır.
Gerilim neden düşer: direnç, kaçak reaktans ve düşüş formülü
Transformatörün içinde, her amper yük akımı iki şeyden geçmek zorundadır: sargı direnci (R) ve kaçak reaktans (X) — çekirdekten kaçan ve yalnızca bir sargıyı bağlayan manyetik akı. Birlikte transformatörün kısa devre empedansını oluştururlar. Bu empedansın neden olduğu birim başına gerilim düşüşü, cos φ güç faktöründeki bir yük için yaklaşık olarak şöyledir:
ΔU% ≈ ukr% × cos φ + ukx% × sin φ
Burada ukr% dirençli bileşendir — yük (bakır) kaybının anma kVA'ya bölümüne eşittir, örn. 10,5 kW yük kaybı olan 1000 kVA'lık bir ünitede ukr% ≈ %1,05 — ve ukx% baskın olan reaktif bileşendir. Tipik bir dağıtım transformatörü için reaktans, direncin 5 ila 10 katıdır, bu nedenle gerilim düşüşünün çoğu reaktiftir. Bu tek gerçek, izleyen her pratik sonucu yönlendirir.
Empedans gerilimi (Uk%): regülasyonunuzu belirleyen tek sayı
Empedans gerilimi Uk%, sekonderi kısa devre edilmiş bir transformatörde tam yük akımını dolaştırmak için uygulanması gereken, anma geriliminin yüzdesi olarak ifade edilen primer gerilimidir. Rutin bir testte ölçülür ve etiket plakasına basılır ve hem gerilim regülasyonunu hem de kısa devre akımını tahmin etmek için en yararlı tek sayıdır. IEC 60076 ve IEEE C57.12.00 kapsamındaki dağıtım transformatörleri için tipik değerler şunlardır:
- %4 — daha küçük dağıtım üniteleri için yaygın (kabaca 630 kVA'ya kadar).
- %6 — daha büyük dağıtım üniteleri için standart (yaklaşık 1000–2500 kVA).
- %8–10 — arıza akımını sınırlamak istediğinizde (örn. düşük empedanslı bir ağı veya birden fazla besleyiciyi beslerken) daha gevşek regülasyon pahasına belirtilir.
Bu gerçek bir ödünleşimdir ve bir transformatörün "her şeyde iyi" olamamasının nedenidir: düşük empedans size sert, iyi regüle edilmiş bir gerilim verir ancak devasa bir arıza akımının akmasına izin verir; yüksek empedans ise arıza akımını sınırlar ancak gerilimin yük altında belirgin şekilde düşmesine izin verir. Uk%'nin mevcut kısa devre akımını nasıl sınırladığının tüm mantığı üç adımlı kısa devre hesaplamasında ortaya konmuştur.
Güç faktörü her şeyi değiştirir: dirençli, endüktif ve kapasitif yük
Düşüş formülü dirençli ve reaktif bileşenleri cos φ ve sin φ ile ağırlıklandırdığından, yükün türü büyüklüğü kadar önemlidir. Aşağıdaki tablo, %6 Uk'lu bir dağıtım transformatörünün farklı yük güç faktörleri altındaki yaklaşık tam yük regülasyonunu göstermektedir (gösterge değerler; dirençli bileşen ~%1 alınmıştır):
| Yük güç faktörü | Tipik yük | Yaklaşık tam yük regülasyonu |
|---|---|---|
| 1,0 (birim) | Dirençli ısıtma, aydınlatma | ~%1–2 |
| 0,9 geri | Karışık ticari yük | ~%3–4 |
| 0,8 geri | Motorlar, pompalar, kompresörler | ~%4,5–5 |
| 0,5 geri | Motor yol verme (kilitli rotor) | ~%6–7 |
İki sonuç çıkar. Birincisi, motorlarla dolu bir tesis, aynı transformatörde saf ısıtma yükünden belirgin şekilde daha yumuşak bir gerilim görecektir — bu yüzden yükün güç faktörü, yalnızca kVA'sı değil, boyutlandırma kararınıza girer (boyutlandırma formülümüz bunu bir girdi olarak ele alır). İkincisi, öncü (kapasitif) bir güç faktörü — kondansatör banklarından veya uzun hafif yüklü kablolardan — reaktif terimi negatif yapar, böylece sekonder gerilim hafif yükte yüksüz değerin üzerine çıkabilir. Bu yüzden güç faktörünün aşırı düzeltilmesi gerilimi kabul edilebilir banttan çıkarabilir.
Kademe değiştiriciler nasıl telafi eder — ve neden iyi tasarımın yerini tutmazlar
Bir kademe değiştirici, etkin sarım oranını kademeler halinde hareket ettirerek tüm çıkış gerilimi eğrisini yukarı veya aşağı kaydırır. Bir yüksüz kademe değiştirici (tipik olarak ±2 × %2,5) yalnızca ünite enerjisizken ayarlanır ve sabit bir primer gerilim seviyesini düzeltir; bir yüklü kademe değiştirici (OLTC) (tipik olarak %1,25 adımlarla ±%10 veya daha fazla) enerjiliyken ayarlanır ve mevsimsel veya günlük değişimi izleyebilir. Ayrım — ve bir OLTC'nin eklediği %10–20 fiyat primi — yüklü vs yüksüz kademe değiştirici kılavuzunda ayrıntılı olarak ele alınmıştır.
Bir kademe değiştiricinin yapamayacağı şey, kullanım noktasındaki yüke bağlı düşüşü düzeltmektir. Motorunuza ulaşan gerilim iki kez azalır: önce transformatörün kendi regülasyonu, sonra alçak gerilim besleyici kablosundaki gerilim düşüşü. Bir kademe değiştirici yalnızca birincisini, transformatör terminallerinde düzeltir. Yükünüz uzun bir besleyicinin ucundaysa veya büyük bir motor her yol vermede barayı düşürüyorsa, doğru çözüm kullanım noktasında özel bir otomatik gerilim regülatörüdür — yükten bağımsız olarak çıkış gerilimini dar bir bantta tutan bir cihaz.
Projeniz için gerilim regülasyonu nasıl belirtilir
- İhtiyacınız olan empedans gerilimini belirtin. Gerilim sertliği önemliyse (motor yol verme, hassas elektronik), daha düşük bir Uk% (örn. %4) belirtin ve daha yüksek arıza akımını kabul edin; arıza sınırlaması önemliyse %6–8 belirtin.
- Yük güç faktörünüzü bilin. 0,8 geri endüstriyel bir yük, aynı ünitede dirençli bir yükün neredeyse iki katı kadar düşer — hesaplamanıza birim değil, gerçek güç faktörünü koyun.
- Primer tarafı değişimi için kademe aralığı ekleyin. Şebeke geriliminiz değişiyorsa, sekonderi IEC 60038 besleme gerilimi bandında (tipik olarak −%10/+%6 veya yardımcı hizmete bağlı olarak daha dar) tutabilmeniz için daha geniş bir kademe aralığı sipariş edin (örn. yüksüz ±2 × %2,5 veya yüklü ±%10).
- Besleyiciyi sistemin bir parçası olarak ele alın. Transformatör artı kablo birleşik düşüşünü hesaplayın; iyi regüle edilmiş bir transformatör, çok uzun veya çok ince bir besleyiciyi kurtaramaz.
- Test raporunu isteyin. Rutin test raporundaki ölçülen empedans gerilimi ve yük kaybı, bir katalog değerine güvenmek yerine sizin ünitenizin kesin regülasyonunu hesaplamanıza olanak tanır — transformatör seçim kılavuzunun arkasındaki aynı disiplin.
Kaynaklar
Kaynak: IEC 60076-1 — Güç transformatörleri — Bölüm 1: Genel (anma gerilimi, empedans gerilimi ve regülasyon tanımları)
Kaynak: IEC 60076-5 — Güç transformatörleri — Bölüm 5: Kısa devreye dayanma yeteneği (empedans gerilimi ve kısa devre dayanımı)
Kaynak: IEC 60038 — IEC standart gerilimleri (nominal ve beyan edilen besleme gerilimi bantları)
Kaynak: IEEE C57.12.00 — Sıvı Daldırmalı Dağıtım, Güç ve Regülasyon Transformatörleri için Genel Gereksinimler IEEE Standardı
Kaynak: Sektör deneyimi — QDTB Engineering (tipik empedans gerilimi ve regülasyon değerleri ile seçim rehberliği)