8.7. Режим короткого замыкания трансформатора

Следует различать режим короткого замыкания в эксплуатацион­ных условиях и опыт короткого замыкания. Первый представляет собой аварийный режим трансформатора, так как трансформатор сильно нагревается и перегрев может вызвать его разрушение.

Рис. 8.15.

Опытом короткого замыкания назы­вается испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной об­мотки и номинальном первичном токе

I_1k = I_1HOM . Этот опыт (рис.8.15) служит для определения важнейших па­раметров трансформаторов: мощности потерь в проводах, внутреннего падения

напряжения и т. п. Опыт короткого замыкания, как и опыт холосто­го хода, обязателен при заводских испытаниях. В режиме корот­кого замыкания (U₂ = 0) ЭДС E_2к, индуктируемая во вторичной обмотке, как следует из второго закона Кирхгофа (8.116), равна сумме напряжений на активном сопротивлении и индуктивном соп­ротивлении рассеяния вторичной обмотки:

_2к =-(r₂+j_xрас2)_2к ,

в то время как в рабочем режиме

₂ =-(₂₊r₂₂+jx_рас22)

Напряжение первичной обмотки в опыте короткого замыкания U_1k при токе I_1к = I_1ном равно примерно 5—10 % номинального Г_1ном. Поэтому действующее значение ЭДС _2к составляет лишь несколько процентов (2—5 %) действующего значения ЭДС Е₂ в рабочем режиме. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток в маг­нитопроводе (8.16), а вместе с ним намагничивающий ток и мощность потерь в магнитопроводе, пропорциональная Ф². Следовательно, можно считать, что при опыте короткого замыкания вся мощность Р_ы трансформатора равна мощности потерь в проводах первичной и вто­ричной обмоток:

P_1к =r₁I²_1k + r₂I²_2k = r₁I²_1k + r’₂I’²_2k

Так как намагничивающим током I_1х ввиду его относительной ма­лости можно пренебречь, то (8.10а) I_1к = I’²_2k и

P_1к =(r₁ + r’₂₎I²_1k =r_kI²_1к (8.14)

С увеличением номинальной полной мощности S_H0M трансформа­тора активная мощность Р_1к в опыте короткого замыкания относительно убывает. При S_H0M = 5 20 кВА отношениеP_lK/S_ном равно 3,7—3 %, а при S_Н0М = 320 5600 кВ • А это отношение равно 2—1 %.

р_ис 8.16

По мощности потерь в трансформаторе при коротком замыкании

вторичной обмотки Р_и и номинальном значении первичного тока I_1к = I_1ном на основании (8.14) определяет­ся активное сопротивление короткого за­мыкания трансформатора:

r_к = Р_1к / I²_1k (8.15)

Чтобы обеспечить минимальные разме­ры трансформатора, конструкторы выби­рают такие плотность тока в проводах и. индукцию в магнитопроводе, которые соот-ветствуют почти предельно допустимой тем­пературе нагревания при работе трансформатора. По этой причине для определения мощности потерь в обмотках нагруженного трансфор­матора значение г_к, найденное из опыта короткого замыкания, должно быть соответственно пересчитано (приведено к температуре 75 °С) (см. табл. 1.2).

Индуктивное сопротивление короткого замыкания можно считать не зависящим от температуры. Поэтому оно определяется непосред­ственно из результатов опыта:

х_к ==. (8.16)

Таким образом, полное сопротивление короткого замыкания, при­веденное к рабочей температуре 75 °С,

(8.17)

z_к =

На рис. 8.16, а и б построены треугольник сопротивлений и по­добный ему имеющий важное практическое значение основной тре­угольник короткого замыкания, катеты которого представляют в про­центах номинального напряжения (U_1ном активную и индуктивную составляющие первичного напряжения в опыте короткого замыка­ния U_1к. Эти составляющие определяются при номинальном токе в первичной обмотке I_1к = I_1ном, т. е. катеты

и гипотенуза

Напряжение короткого замыкания и_к является важным параметром трансформатора, на основании которого определяются изменения вто­ричного напряжения нагруженного трансформатора (см. § 8.8). Напря­жение короткого замыкания указывается на щитке трансформатора.

Чем выше номинальные напряжения обмоток трансформатора, тем больше напряжение и_к, так как с увеличением толщины изоляции проводов возрастают потокосцепления рассеяния, а следовательно, и индуктив­ные сопротивления рассеяния x_рас1 и х_рaс2. При номинальной полной мощности . S_H0M = 5000 5600 кВ-А и номиналь­ном высшем напряжении 6,3 и 10 кВ напряжение u_к = 5,5 %, а при номинальной полной мощности 3200—4200 кВ-А и номинальном высшем напряжении 35 кВ напряжение и_к = 7 %.

Опыт короткого замыкания может служить также контрольным опытом для определения коэффициента транс­формации. При коротком замыкании в уравнении (8.4) составляющая I_1xw₁ ничтожно мала по сравнению с двумя другими составляющими и ею можно пренебречь; следовательно,

и коэффициент трансформации

Пц = Ш₂/Ш1',

(8.18)

n₂₁= w₂ / w₁ = I_1k / I_1k (8.19)

Пренебрегая током холостого хода трансформатора I_1х и определив параметры трансформатора r_к и x_к из опыта короткого замыкания, составим (рис. 8.17, а) упрощенную эквивалентную схему замещения трансформатора, для которой на рис. 8.17, б построена векторная диаграмма.