§ 3. Режим короткого замыкания трансформатора

При работе трансформатора могут быть случаи, когда его вторичная обмотка замыкается накоротко, а к пер­вичной подведено номинальное напряжение. Ток корот­кого замыкания в этом случае будет в 10—20 раз больше номинального. Такой вид замыкания называют ава­рийным коротким замыканием. Транс­форматор в этом случае отключается от сети выключаю­щей аппаратурой или предохранителями.

Для исследования трансформатора проводят опыт ко­роткого замыкания. При опыте короткого замыкания вто­ричную обмотку замыкают накоротко, а к первичной подводят пониженное напряжение такой величины, чтобы токи короткого замыкания в обмотках трансформатора были равны номинальным. Схема опыта короткого замы­кания приведена на рисунке 97, а.

Подводимое в этом случае к трансформатору напря­жение называют напряжением короткого замыкания, его величину выражают обычно в про­центах от номинального напряжения

Напряжение короткого замыкания обозначают на за­водском щитке трансформатора.

Рис. 97. Опыт короткого замыкания трансформатора:

а — схема, б — упрощенная векторная диаграмма, в — упро­щенная схема замещения, г — характеристики короткого замыкания

Для советских трансформаторов напряжением до 35 кв включительно оно равно 5,5—7,5%, а для трансформа­торов 110 кв — 10,5—11,5%.

Упрощенная векторная диаграмма трансформатора при опыте короткого замыкания имеет вид треугольника ABC, который принято называть треугольником ко­роткого замыкания (рис. 97, б). Вектор на­пряжения U'₂ = 0, так как вторичная обмотка трансфор­матора замкнута накоротко.

Напряжение U_K , подведенное к трансформатору при опыте, состоит из двух составляющих — падений напря­жения на активном сопротивлении обмоток I₁r_к и на ин­дуктивном сопротивлении обмоток I₁х_к.

Упрощенная схема замещения, соответствующая этой векторной диаграмме, приведена на рисунке 97,в. К за­жимам трансформатора АХ подведено пониженное напря­жение U_к, а зажимы ах замкнуты накоротко, ток I₁ равен номинальному.

При опыте короткого замыкания зажимы вторичной обмотки трансформатора ах тщательно замыкают нако­ротко, а к зажимам первичной обмотки АХ подводят от генератора переменного тока пониженное напряже­ние U_К (рис. 97, а). В схему включают те же приборы, что и при опыте холостого хода. Амперметр в цепь вто­ричной обмотки включать нельзя, так как это сильно исказит результаты опыта.

Из данных опыта короткого замыкания можно опре­делить параметры короткого замыкания z_K, r_k и x_к. Так как

Подведенная к трансформатору при опыте короткого замыкания мощность тратится в основном на покрытие потерь в меди обмоток, так как во время этого опыта трансформатор никакой полезной работы не совершает, а потерями в стали можно пренебречь. Потери в стали очень малы, так как мал магнитный поток трансформа­тора Ф, т. е. Р_к Р_меди в первичной Р_м1 и вторичной P_м2 обмотках трансформатора. Тогда

откуда

Для получения реальной величины активного сопро­тивления короткого замыкания вычисленное из опыта со­противление r_к приводят к условной температуре 75°, средней температуре, которую имеют обмотки трансфор­матора в процессе эксплуатации при нагрузке,

где r_k75 — сопротивление обмоток при температуре 75° (ом), r_kt — сопротивление обмоток, измеренное при тем­пературе t° (ом), t — температура обмоток при проведении опыта (град).

Так как при опыте короткого замыкания по обмоткам протекают номинальные токи, то, определив мощность Р_k, мы узнаем потери в меди обмоток трансформатора при его номинальной нагрузке. Для этого в основном и про­водят опыт короткого замыкания.

Изменяя подводимое к первичной обмотке трансфор­матора напряжение от нуля до U_K, можно построить характеристики короткого замыкания. Зависимость мощ­ности Р_к, тока I_к и коэффициента мощности короткого замыкания cos φ_к от подводимого напряжения при постоян­ной частоте в сети называют характеристиками корот­кого замыкания (рис. 97, г). Как видно из рисунка, при изменении напряжения коэффициент мощности остается постоянным, ток I_к возрастает прямо пропорционально, мощность короткого замыкания резко возрастает с уве­личением напряжения, так как Р_к = I²_кr_к, а так как с увеличением напряжения I_к возрастает прямо пропор­ционально, то кривая Р_к имеет параболический вид.

Мощность короткого замыкания при номинальной на­грузке трансформаторов, приведенная к условной темпе­ратуре 75°, для силовых трансформаторов составляет 1—3,7% номинальной мощности трансформаторов. Чем больше мощность трансформатора, тем меньше процент потерь в меди его обмоток.