Transformatör Kısa Devre Akımı: 3 Adımlı Hesaplama (ve Empedans Gerilimi Uk% Sınırı Nasıl Belirler)

Cevap önce: arıza akımı = anma akımı ÷ kısa devre gerilimi

Bir dağıtım transformatörünün alçak gerilim (AG) terminallerindeki kısa devre akımı, bir eğride arayacağınız bir değer değildir — tek satırlık bir bölme işlemidir. Simetrik (kararlı durum) kısa devre akımı:

I_sc = I_n ÷ Uk% = (S ÷ (√3 × U)) ÷ (Uk ÷ 100)

burada S anma gücü (kVA), U anma AG gerilimi (kV) ve Uk% empedans (kısa devre) gerilimidir. Uk = 6% olan bir 1.000 kVA, 10 ÷ 0,4 kV transformatörü ele alalım: anma AG akımı 1.000.000 ÷ (1.732 × 400) = 1.443 A'dir, bu nedenle arıza akımı 1.443 ÷ 0,06 = 24,1 kA'dir. İlk çevrim asimetrik tepe değeri yaklaşık olarak 2,55 × bu değer = 61 kA'dir. Her AG ana şalteri, barası ve kablosu bu değeri kesmek ve taşımak üzere anma değerine sahip olmalıdır — bu yüzden bunu satın almadan önce hesaplarsınız, sonradan değil. Hâlâ kVA değerini seçiyorsanız, tek formüllü boyutlandırma rehberinden başlayın; bu arızayı karşılaması gereken şalt tesisatı ve besleme hatları için Bir Dağıtım Sistemi Nasıl Boyutlandırılır bölümüne bakın.

Adım 1 — Anma akımını bulun

Herhangi bir sargıdaki anma (tam yük) akımı, gücün √3 ve gerilime bölünmesidir. 10/0,4 kV'luk bir ünitenin AG tarafında:

I_n = S ÷ (1.732 × 0,4)

Adım 2 — Uk%'ye (empedans gerilimi) bölün

Uk%, AG terminalleri kısa devre iken anma akımını dolaştırmak için YG sargısına uygulamanız gereken gerilimdir — anma geriliminin yüzdesi olarak ifade edilir. Transformatörün iç empedansıdır ve arıza akımını belirleyen tek kaldıraçtır. Standart dağıtım transformatörleri için tipik olarak %4–%6'dır (2026 itibarıyla):

Daha düşük bir Uk%, daha düşük kayıplar ve daha sıkı gerilim regülasyonu anlamına gelir, ancak daha yüksek bir arıza akımı — bu nedenle AG şalt tesisatınız daha pahalı hale gelir. Bu, S11/S13/S20 sınıflarını yönlendiren aynı empedans-kayıp dengesidir; empedans ve yüksüz kaybın birlikte nasıl değiştiği için kayıp sınıfı karşılaştırmasına bakın.

Adım 3 — Asimetrik tepe değerini ekleyin

Yukarıdaki 24,1 kA simetrik RMS değeridir. İlk yarım çevrim sırasında bir DC bileşeni anlık tepe değerini yaklaşık simetrik değerin 2,55 katına çıkarabilir (IEC 60909 / IEC 60076-5 bu faktörü dağıtım transformatörleri için uygular). 1.000 kVA / %6'lık ünite için tepe değeri ≈ 61 kA'dir. Kesiciler ve baralar hem RMS kesme anma değeri hem de tepe (yapma) akımı için belirlenir, bu nedenle siparişte her ikisini de belirtin.

Dayanma kuralı: IEC 60076-5 (GB 1094.5)

IEC 60076-5, bir transformatörün harici bir kısa devrenin termal ve dinamik (mekanik) etkilerine hasar görmeden, varsayılan olarak 2 saniye süreyle dayanmasını gerektirir (bazı şartnameler bunu daha büyük üniteler için 3 saniyeye uzatır). İki arıza modu birbirinden farklıdır: termal — bakır, arıza akımı altında tanımlı bir sınıra doğru ısınır — ve dinamik — sargılar arasındaki, tepe akımın karesiyle artan elektromanyetik kuvvetler, sargıyı fiziksel olarak ezer veya deforme eder. Bu kare yasası, düşük Uk%'nin neden iki ucu keskin bir kılıç olduğunu açıklar: arıza akımını artırır ve kuvvet I² ile arttığından, mekanik tasarım marjı termal olandan daha önemlidir. Yetkin bir fabrikanın rutin bir kısa devre dayanma testiyle — veya kritik üniteler için tam bir tip testiyle — doğruladığı şey tam olarak budur.

Nasıl belirtilir (ve siparişe ne yazılır)

• Anma gücü, gerilim oranı ve bağlantı grubu (örn. 1.000 kVA, 10/0,4 kV, Dyn11).
• Anma kademesindeki Uk% (örn. %6) ve kabul ettiğiniz tolerans — IEC 60076-1, belirtilen empedans üzerinde ±%10 toleransa izin verir.
• Kısa devre süresi (2 s standart) ve sistemin YG terminallerindeki beklenen arıza seviyesi.
• AG şalt tesisatının hesaplanan I_sc'yi kesmesi gerektiği — Uk%'ye bağlı olarak tipik olarak 36 kA veya 50 kA'lik bir AG kesicisi.

Uk% ve arıza seviyesini yanlış belirlerseniz, ya şalt tesisatını eksik belirlersiniz (24 kA'yı kesemeyen bir kesici tehlikelidir) ya da ihtiyacınız olmayan düşük bir empedans için fazla ödersiniz. Bize anma değerinizi ve beklenen YG arıza seviyesini gönderin; tam AG arıza akımını hesaplayalım, regülasyonu şalt maliyetiyle dengeleyen bir Uk% seçelim ve IEC 60076-5 kısa devre dayanma test raporuyla birlikte eşleşmiş üniteler — yağlı tip veya kuru tip — için teklif verelim.

Hesaplanmış tablo: Yaygın boyutlar için AG arıza akımı (10/0,4 kV, Uk = %6)

Yukarıdaki tüm değerler, AG terminallerinde sağlam üç fazlı kısa devre olduğunu varsayar; kablo empedansı eklendiğinde gerçek dünya arıza seviyeleri biraz daha düşüktür. Tablo, şartname kontrolünüzdür — AG ekipmanınız üçüncü sütundaki değeri temizleyemiyorsa, enerji vermeden önce Uk%'yi artırın veya şalt tesisatını yükseltin.