Impedansi transformator

 

 

 

1.1 Definisi impedansi

Definisi: Impedansi transformator mengacu pada resistensi yang diberikannya pada arus ketika arus mengalir melalui itu. Ini terdiri dari dua bagian: resistensi dan reaktansi induktif. Besarnya impedansi biasanya dinyatakan sebagai persentase dan ditandai pada papan nama transformator.

Bagian Konstituen:

• Resistance (R): Ini adalah bagian resistansi dari konduktor listrik dalam belitan transformator, yang terutama ditentukan oleh material dan panjang belitan. Resistensi dapat menyebabkan energi listrik hilang dalam bentuk energi panas, yang dikenal sebagai kehilangan tembaga.

• Reaktansi induktif (x): Bagian impedansi ini berasal dari induktansi belitan. Saat arus bergantian melewati belitan, reaktansi induktif akan menghambat perubahan arus. Reaktansi induktif terutama ditentukan oleh struktur geometris belitan dan fluks magnet bocor di antara belitan.

 

1.2 Mode ekspresi impedansi

Impedansi total biasanya diekspresikan dalam bentuk kompleks dan terdiri dari kombinasi resistensi dan reaktansi induktif.

Z=r+jx,  Di antara mereka, J adalah unit imajiner

Catatan: Impedansi tidak merujuk pada impedansi tegangan tinggi tunggal atau tegangan rendah itu sendiri, melainkan impedansi gabungan tegangan tinggi terhadap tegangan rendah, resistansi dan reaktansi, yang digunakan untuk menggambarkan impedansi antara belitan transformator di bawah keadaan operasi tertentu.

Misalnya, impedansi transformator tiga koil:

Tegangan Tinggi - Tegangan Rendah

Tegangan tinggi - tegangan sedang

Tegangan sedang - Tegangan rendah

 

 

2.1 Definisi impedansi sirkuit pendek

Definisi: Impedansi sirkuit pendek pada papan nama transformator adalah parameter yang sangat penting, yang mencerminkan karakteristik listrik transformator dalam kondisi hubung singkat. Impedansi sirkuit pendek biasanya dinyatakan sebagai persentase (%z), mewakili rasio tegangan yang perlu diterapkan pada belitan primer untuk menghasilkan arus pengenal ketika belitan sekunder transformator dihubungkan pendek terhadap tegangan pengenal belitan primer.

 

 

Perumusan:

Impedansi sirkuit pendek () dapat diekspresikan dengan formula berikut:

Di antara mereka:

• adalah tegangan yang diperlukan untuk belitan primer untuk mencapai arus pengenal ketika belitan sekunder dihirup pendek.

• adalah tegangan terukur dari belitan primer.

Pentingnya impedansi sirkuit pendek

 

2.2 pentingnya impedansi hubung singkat

2.2.1 Batasi arus sirkuit pendek

Impedansi sirkuit pendek menentukan besarnya arus sirkuit pendek yang dihasilkan oleh transformator ketika belitan sekunder adalah siram pendek. Arus sirkuit pendek adalah arus maksimum yang dapat terjadi dalam sistem daya, dan dapat menimbulkan ancaman serius bagi keamanan peralatan dan sistem.

Semakin besar impedansi sirkuit pendek, semakin kecil arus sirkuit pendek, yang membantu melindungi transformator dan peralatan hilir dari kerusakan yang disebabkan oleh arus hubung singkat yang berlebihan.

Perhitungan Sirkuit Pendek

Diberikan: Kapasitas papan nama transformator adalah 100MVA, tegangannya adalah 132\/11 kV, dan impedansi sirkuit pendek adalah 10%. Hitung arus sirkuit pendek pada sisi tegangan tinggi dan rendah.

= arus sirkuit pendek

= Nilai arus

Z%= impedansi sirkuit pendek

 

Sisi tegangan tinggi:

 

Sisi tegangan rendah:

 

2.2.2 Regulasi tegangan

Impedansi sirkuit pendek dan penurunan tegangan

Besarnya impedansi sirkuit pendek secara langsung mempengaruhi penurunan tegangan transformator. Impedansi sirkuit pendek yang lebih besar berarti bahwa ketika transformator berada di bawah beban, penurunan tegangan pada belitan juga lebih besar, yang mengarah ke penurunan yang lebih besar dalam tegangan output. Dengan kata lain, semakin besar impedansi hubung singkat, semakin buruk kinerja regulasi tegangan, karena tegangan output berfluktuasi lebih banyak ketika beban berubah.

2.2.3 Operasi Paralel

Ketika beberapa transformator beroperasi secara paralel, besarnya impedansi sirkuit pendek menentukan proporsi beban yang masing-masing beruang transformator. Jika impedansi sirkuit pendek dari transformator paralel berbeda, beban akan didistribusikan secara tidak merata

• Transformator dengan impedansi rendah

Itu akan menanggung beban yang relatif besar. Ini karena impedansi yang lebih kecil berarti penurunan tegangan yang lebih kecil, sehingga dapat mentransmisikan lebih banyak arus, menghasilkan beban yang lebih besar.

• Transformer dengan impedansi tinggi

Maka itu akan menanggung beban yang lebih kecil. Ini karena impedansi yang lebih besar akan menghasilkan penurunan tegangan yang lebih besar, menghasilkan arus yang ditransmisikan lebih kecil dan dengan demikian beban yang lebih kecil.

Salah satu kondisi untuk operasi paralel adalah bahwa impedansi beberapa transformator adalah sama.

Misalkan ada dua transformator yang beroperasi secara paralel:

Impedansi sirkuit pendek transformator A adalah 8%.

Impedansi sirkuit pendek Transformer B adalah 10%.

Jika kedua transformator ini beroperasi secara paralel, karena impedansi sirkuit pendek yang lebih kecil dari A, ia akan menanggung beban yang lebih besar dari B. misalnya, jika total beban sistem adalah 1000 kVA, maka transformator A mungkin memiliki 600kVA, sedangkan transformator B hanya mengandung 400kVA.

Distribusi beban yang tidak merata ini dapat menyebabkan masalah berikut:

• Overload: Transformator dengan impedansi rendah mungkin kelebihan beban, sedangkan mereka yang memiliki impedansi tinggi mungkin dalam keadaan beban ringan.

• Efisiensi rendah: Karena distribusi beban yang tidak merata, efisiensi operasional seluruh sistem dapat berkurang.

• Umur yang lebih pendek: Transformator yang beroperasi di bawah kondisi kelebihan beban dapat mengalami umur yang lebih pendek karena tekanan termal dan penuaan yang dipercepat.

2.2.4 Pengaturan Perlindungan

Impedansi sirkuit pendek memiliki dampak langsung pada pengaturan perangkat pelindung seperti relay dan pemutus sirkuit. Perangkat pelindung biasanya perlu diatur sesuai dengan arus hubung pendek untuk memastikan bahwa kesalahan dapat dipotong segera dan efektif ketika sirkuit pendek terjadi, sehingga mengurangi dampak pada bagian lain dari sistem.

Memahami impedansi sirkuit pendek dari transformator sangat membantu untuk merancang pengaturan perlindungan yang tepat untuk memastikan keamanan dan keandalan sistem.

 

 

3.1 Keuntungan dari impedansi tinggi

• Batasi arus hubung singkat

Transformator dengan impedansi tinggi dapat membatasi besarnya arus hubung singkat ketika sirkuit pendek terjadi. Ini membantu melindungi sistem daya dan peralatan dan mengurangi dampak kesalahan pada sistem.

• Fleksibilitas selama operasi paralel

Dalam transformator yang beroperasi secara paralel, jika ada sedikit perbedaan dalam impedansi (tetapi dalam kisaran yang masuk akal), lebih mudah untuk mendistribusikan beban dan menghindari konsentrasi beban yang berlebihan pada transformator tunggal karena impedansi yang terlalu kecil.

• Biaya mungkin relatif rendah

Dalam beberapa desain, peningkatan impedansi dapat mengurangi jumlah bahan belitan yang digunakan, sehingga menurunkan biaya produksi.

 

3.2 Kerugian dari impedansi tinggi

Kinerja regulasi tegangan buruk

Transformer dengan impedansi tinggi akan mengalami fluktuasi yang signifikan dalam tegangan output mereka ketika beban berubah. Ini tidak menguntungkan untuk beban yang membutuhkan tegangan yang stabil, dan penurunan tegangan relatif besar

Kehilangan energi yang relatif besar

Impedansi yang lebih besar berarti resistensi dan reaktansi yang lebih besar, yang dapat menyebabkan kehilangan energi yang lebih tinggi dan mengurangi efisiensi transformator.

 

3.3 Keuntungan dari impedansi rendah

Ini memiliki kinerja regulasi tegangan yang baik

Transformer dengan impedansi rendah memiliki fluktuasi tegangan output yang lebih kecil ketika beban berubah, dan dapat memberikan tegangan yang lebih stabil. Ini sangat penting untuk perangkat yang sensitif terhadap fluktuasi tegangan, seperti perangkat elektronik dan pusat data, di mana penurunan tegangan relatif kecil.

Efisiensi tinggi

Impedansi yang lebih kecil berarti resistansi dan reaktansi yang lebih rendah, yang biasanya menyebabkan efisiensi energi yang lebih tinggi dan mengurangi kerugian selama operasi.

 

3.4 Kerugian Impedansi Rendah

Arus hubung singkat relatif besar

Impedansi rendah berarti bahwa ketika hubung singkat terjadi, arus akan sangat besar, yang dapat menyebabkan dampak signifikan pada sistem dan peralatan. Ini membutuhkan langkah -langkah perlindungan yang lebih kompleks dan mahal.

Biaya manufaktur yang tinggi

Mencapai impedansi rendah biasanya membutuhkan penggunaan lebih banyak bahan (seperti kabel yang lebih tebal atau inti yang lebih besar) dan proses pembuatan yang lebih kompleks, yang meningkatkan biaya.

 

3.5 Pilihan Kompromi

Dalam aplikasi praktis, desainer transformator biasanya perlu menemukan titik keseimbangan antara besaran impedansi.

Titik keseimbangan ini tergantung pada:

• Persyaratan Perlindungan untuk Sistem Tenaga

Jika arus hubung singkat perlu dikontrol secara ketat, desain dengan impedansi yang lebih besar dapat dipilih.

• Persyaratan stabilitas tegangan beban

Jika tegangan output yang sangat stabil diperlukan, desain dengan impedansi yang lebih kecil dapat dipilih.

• Pertimbangan Biaya

Atas premis memenuhi persyaratan kinerja, biaya seringkali merupakan faktor pengambilan keputusan yang penting.

 

 

4.1 Tujuan Tes

Impedansi sirkuit pendek dan uji kehilangan beban adalah tes penting untuk transformator, yang digunakan untuk menentukan impedansi hubung singkat (%z) dari transformator dan kehilangan beban (yaitu, kehilangan tembaga) dalam kondisi hubung singkat. Tes ini dapat memberikan informasi karakteristik listrik yang penting dari transformator dalam kondisi kerja tertentu, yang bermanfaat untuk memverifikasi kualitas desain dan kinerja transformator.

• Ukur impedansi sirkuit pendek (%z)

Impedansi sirkuit pendek mencerminkan efek gabungan dari resistensi dan reaktansi transformator dan sangat penting untuk mengevaluasi kinerja transformator dalam kondisi kesalahan.

• Ukur kehilangan beban

Kehilangan beban (atau kehilangan tembaga) adalah kehilangan daya yang disebabkan oleh resistansi belitan transformator di bawah beban yang dinilai, yang dapat diukur melalui uji impedansi hubung singkat

 

4.2 Prinsip Uji

Uji impedansi sirkuit pendek melibatkan penerapan tegangan yang relatif rendah untuk belitan primer (biasanya sisi tegangan tinggi) dari transformator sementara sirkit pendek belitan sekunder (biasanya sisi tegangan rendah), dan mengukur tegangan, arus dan kekuatan belitan primer pada saat ini. Berdasarkan nilai-nilai pengukuran ini, impedansi sirkuit pendek dan kehilangan beban transformator dapat dihitung.

 

4.3 Prosedur Uji

4.3.1 Persiapan Tes

Pengkabelan: Sirkuit pendek sisi sekunder (sisi tegangan rendah) belitan transformator dan sambungkan sisi primer (sisi tegangan tinggi) belitan ke catu daya yang dapat disesuaikan.

Persiapan Peralatan: Sambungkan perangkat pengukur untuk merekam parameter seperti tegangan, arus, dan daya.

4.3.2 Tegangan Terapan

Secara bertahap tingkatkan tegangan pada sisi primer dari nol sampai arus di sisi primer mencapai arus pengenal. Pada titik ini, karena sirkuit pendek di sisi sekunder, tegangan harus mendekati nol.

4.3.3 Ukur

Tegangan: Ukur dan catat tegangandi sisi utama

Saat ini: Ukur dan catat saat inidi sisi utama

Daya: Ukur dan catat power power p, yang terutama merupakan kehilangan beban (kehilangan tembaga) dari belitan.

4.4.4 Perhitungan

Formula Perhitungan Impedansi Sirkuit Pendek:

Persentase Impedansi Sirkuit Pendek (%Z):

Di antara mereka,adalah tegangan pengenal transformator

Kehilangan beban (kehilangan tembaga) mengacu pada daya yang diukur P.

4.4.5 Kondisi tes

Tes biasanya dilakukan pada suhu kamar, tetapi karena pengaruh suhu yang signifikan terhadap resistensi belitan, kehilangan beban yang diukur yang sebenarnya mungkin memerlukan koreksi suhu.

Dalam pengujian, tegangan yang diterapkan relatif rendah. Itu hanya perlu mencapai arus pengenal, bukan tegangan pengenal, karena ketika belitan sekunder dihirup pendek, menerapkan tegangan yang lebih rendah sudah cukup untuk menghasilkan arus pengenal.

4.4.6 Analisis hasil tes

Nilai impedansi sirkuit pendek

Nilai impedansi sirkuit pendek yang diukur harus konsisten dengan nilai desain atau nilai pada papan nama. Jika perbedaannya signifikan, itu mungkin menunjukkan bahwa ada masalah dalam desain atau pembuatan transformator.

Kehilangan beban

Kehilangan beban yang diukur (kehilangan tembaga) digunakan untuk mengevaluasi efisiensi transformator dalam kondisi beban penuh. Kehilangan ini harus dalam kisaran yang ditentukan dalam desain.

4.4.7 Signifikansi

Tes impedansi hubung singkat tidak hanya memverifikasi kualitas desain dan manufaktur transformator, tetapi juga menyediakan data utama untuk analisis kesalahan sistem, pengaturan perangkat perlindungan, dan operasi paralel transformator. Melalui tes ini, insinyur dapat memastikan keamanan dan keandalan transformator dalam operasi aktual. Sebagai kesimpulan, uji impedansi sirkuit pendek adalah langkah penting untuk memastikan bahwa transformator mematuhi spesifikasi desain dan dapat beroperasi dengan aman dan efisien.