A impedância de curto-circuito de um transformador, também conhecida como tensão de impedância, é definida na indústria de transformadores da seguinte forma: quando o enrolamento secundário do transformador está em curto-circuito (estado estacionário), a tensão aplicada ao enrolamento primário enquanto a corrente nominal flui é chamada de tensão de impedância Uz. Normalmente, Uz é expressa como uma porcentagem da tensão nominal, ou seja, uz=(Uz/U1n)*100%.

Quando o transformador está operando em plena carga, o nível de impedância de curto-circuito tem um certo impacto na tensão de saída do lado secundário. Uma pequena impedância de curto-circuito resulta em uma pequena queda de tensão, enquanto uma grande impedância de curto-circuito resulta em uma grande queda de tensão. Quando ocorre um curto-circuito na carga do transformador, uma pequena impedância de curto-circuito leva a uma grande corrente de curto-circuito, e a força eletromagnética suportada pelo transformador é grande. Por outro lado, uma grande impedância de curto-circuito resulta em uma pequena corrente de curto-circuito, e a força eletromagnética suportada pelo transformador é pequena.

(1) Operação em paralelo de transformadores com diferentes razões de tensão:

Como os princípios dos transformadores trifásicos e monofásicos são os mesmos, para facilitar a análise, analisaremos a operação em paralelo de dois transformadores monofásicos. Como as tensões primárias dos dois transformadores são iguais, mas as razões de tensão não são, os potenciais induzidos nos enrolamentos secundários também são desiguais, resultando em uma diferença de potencial △E. Sob a influência de △E, uma corrente circulante IC aparece no enrolamento secundário. Quando as capacidades nominais dos dois transformadores são iguais, ou seja, SNI=SNII, a corrente circulante é:

IC=△E/(ZdI＋ZdII)

Onde ZdI representa a impedância interna do primeiro transformador.

ZdII representa a impedância interna do segundo transformador.

Se Zd for expressa como tensão de impedância UZK, então

Zd=UZK*UN/100IN

Onde UN representa a tensão nominal (V), IN representa a corrente nominal (A).

Quando as capacidades nominais dos dois transformadores não são iguais, ou seja, SNI≠SNII, a corrente circulante IC é:

IC=á＊II/[UZKI＋(UZKII/â)]

Onde: UZKI representa a tensão de impedância do primeiro transformador.

UZKII representa a tensão de impedância do segundo transformador.

INI＜INII

á representa a diferença de tensão secundária expressa como uma porcentagem.

II é a corrente de carga do lado secundário do transformador I.

A partir da análise acima, pode-se ver que sob condições de carga, devido à presença da corrente circulante Ic, a corrente no enrolamento do transformador com uma razão de tensão menor aumenta, enquanto a corrente no enrolamento do transformador com uma razão de tensão maior diminui. Isso faz com que a operação em paralelo dos transformadores não compartilhe a carga em proporção às suas capacidades. Por exemplo, se a corrente total de carga do barramento é I (I=INI＋INII), se o transformador I está operando em plena carga, então o transformador II está subcarregado; se o transformador II está operando em plena carga, então o transformador I está sobrecarregado. Assim, quando transformadores com razões de tensão desiguais operam em paralelo, a presença da corrente circulante Ic impede que os transformadores suportem a carga total, resultando na capacidade total não sendo totalmente utilizada.

Além disso, como a corrente circulante do transformador não é a corrente de carga, ela ocupa a capacidade do transformador, reduzindo assim a potência de saída e aumentando as perdas. Quando as razões de tensão diferem significativamente, isso pode interromper a operação normal do transformador e até causar danos ao transformador. Para evitar que a corrente circulante Ic excessiva, devido a uma grande diferença nas razões de tensão, afete a operação normal dos transformadores em paralelo, estipula-se que a diferença nas razões de tensão não deve exceder 0,5%.

(2) Operação em paralelo de transformadores com tensões de impedância desiguais:

Porque a distribuição de carga entre os transformadores é proporcional às suas capacidades nominais e inversamente proporcional às tensões de impedância. Em outras palavras, quando os transformadores operam em paralelo, se as tensões de impedância são diferentes, suas cargas não são distribuídas em proporção às suas capacidades nominais. A corrente suportada pelos transformadores em paralelo é inversamente proporcional às tensões de impedância, ou seja, II/III=UZKII/UZKI ou UZKIIII=UZKIIIII. Deixe os dois transformadores operarem em paralelo com capacidades SNI e SNII, e tensões de impedância UZI e UZII, então as cargas de cada transformador podem ser calculadas usando as seguintes fórmulas:

SI=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]＊(SNI/UZKI)

SII=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]＊(SNII/UZKII)

Ou seja, S△I/SII=(SNI＊UZKII)/(SNII＊UZKI)

A partir da análise acima, pode-se ver que quando dois transformadores com tensões de impedância desiguais operam em paralelo, o transformador com uma tensão de impedância maior tem uma distribuição de carga menor. Quando este transformador está em plena carga, o outro transformador com uma tensão de impedância menor ficará sobrecarregado. A operação prolongada de transformadores em sobrecarga não é permitida; portanto, apenas o transformador com uma tensão de impedância maior pode operar subcarregado, o que limita a potência total de saída, aumenta as perdas de energia e não pode garantir a operação econômica do transformador. Portanto, para evitar um grave desequilíbrio na distribuição da corrente de carga devido a diferenças excessivas nas tensões de impedância, que afetam a plena utilização da capacidade do transformador, estipula-se que a diferença nas tensões de impedância não deve exceder 10%.

(3) Operação em paralelo de transformadores com diferentes grupos de conexão:

O grupo de conexão de um transformador reflete a relação correspondente entre as tensões do lado alto e do lado baixo, geralmente representada usando notação de relógio. Quando transformadores em paralelo têm razões de tensão iguais e tensões de impedância iguais, mas grupos de conexão diferentes, isso significa que há uma diferença de ângulo de fase á e uma diferença de tensão △U nas tensões secundárias dos dois transformadores. Sob a influência da diferença de tensão, a corrente circulante Ic é gerada:

Ic=△E/(ZdI+ZdII)

Se o ângulo á representa o ângulo entre as tensões de linha de transformadores com diferentes grupos de enrolamento, e Zd é expresso como UZK, a corrente circulante pode ser expressa da seguinte forma:

Ic=2U1sin(á/2)/(ZdI+ZdII)=200sin(á/2)/[UZK1/In1+UZK2/In2]

Se In1=In2=In, UZK1=UZK2=UZK, então a fórmula acima se torna

Ic=100sin(á/2)/UZK

Onde In e UZK podem ser qualquer corrente nominal e tensão de impedância de um transformador.

Assumindo que dois transformadores têm razões de transformação iguais e tensões de impedância iguais, com seus grupos de conexão sendo Y/Y0-12 e Y/△-11 respectivamente, pode-se inferir a partir dos grupos de conexão que quando á = 360° - 330° = 30°, UZK% = (5～6)% Ic = 100sin(á/2)/UZK leva a IC = (4～5)In, o que significa que a corrente circulante é de 4 a 5 vezes a corrente nominal durante a análise da corrente circulante. Pode-se ver que quando dois transformadores com diferentes grupos de conexão operam em paralelo, a corrente circulante pode às vezes ser comparável à corrente nominal, mas sua proteção diferencial e proteção instantânea de corrente não podem atuar para desligar, e quando a proteção contra sobrecorrente não pode atuar a tempo para desligar, isso causará o superaquecimento das bobinas do transformador e até mesmo a queima.

A partir da análise acima, pode-se ver que se as razões de tensão (razões de transformação) não forem as mesmas, a operação em paralelo de dois transformadores gerará correntes circulantes, afetando a saída dos transformadores. Se as impedâncias percentuais não forem iguais, a carga suportada pelos transformadores não pode ser distribuída proporcionalmente de acordo com a capacidade dos transformadores; o transformador com menor impedância suporta uma carga maior, enquanto o transformador com maior impedância suporta uma carga menor, o que também afeta a saída dos transformadores. A operação em paralelo de transformadores frequentemente encontra situações em que as razões de tensão (razões de transformação) e as impedâncias percentuais não são completamente as mesmas. O método de alterar as conexões dos taps do transformador pode ser usado para ajustar os valores de impedância dos transformadores. Se a terceira condição não for atendida, isso causará correntes circulantes equivalentes a um curto-circuito, potencialmente queimando o transformador; portanto, transformadores com diferentes grupos de conexão não podem operar em paralelo. Geralmente, se for necessário operar transformadores com diferentes grupos de conexão em paralelo, métodos como trocar os nomes de cada fase e inverter os pontos de início e fim devem ser adotados de acordo com as diferenças nos grupos de conexão, para que as conexões dos transformadores possam ser feitas iguais para operar em paralelo.

De acordo com a experiência operacional, a razão de capacidade de dois transformadores em paralelo não deve exceder 3:1. Isso ocorre porque transformadores com capacidades diferentes têm valores de impedância relativamente grandes, levando a uma distribuição de carga extremamente desequilibrada; ao mesmo tempo, do ponto de vista operacional, quando o modo de operação muda, durante a manutenção ou em caso de falta de energia, o transformador de menor capacidade não servirá como backup.