§ 5.6. Расчет напряжения короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания трансформатора, представляющее полное падение напряжения в нем, измеряется у готового трансформатора при опыте короткого замыкания.

Опыт короткого замыкания заключается в том, что вторичную обмотку (обычно НН) замыкают накоротко, а к первичной обмотке через регулятор напряжения РН подводят напряжение. Схема опыта короткого замыкания изображена на рис. 15.5.

Напряжение поднимают от нуля до тех пор, пока амперметр не покажет номинальное значение тока I₁.Так как вторичная обмотка,ставляет собой замкнутый контур, то в ней также возникнет локальный ток I₂(I₁ω₁= I₂ω₂).

Ввиду отсутствия внешней вторичной цепи мощность, которую по-.ажет ваттметр, называется мощностью, или потерями, короткого замыкания Р_к, которые состоят, как было сказано в § 5.2, из потерь в обмоточных проводах, добавочных потерь и потерь в отводах.

Рис. 5.4. Треугольник короткого замыкания (векторная диаграмма)

Напряжение, которое необходимо подвести к одной из обмоток трансформатора, чтобы в ней установился ток, соответствующий номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке называется напряжением короткого замыкания. Это напряжение U_K компенсирует активные и реактивные падения напряжения в обеих обмотках, вызванные токами I₁ и I₂, и поэтому является полным падением напряжения в трансформаторе. Напряжение короткого замыкания составляет несколько процентов

от номинального напряжения (от 5,5 до 7,5% для трансформаторов габаритов I—II—III напряжением до 35 кв). Так как насыщение магнито-провода, а следовательно, потери и ток холостого хода будут при этом весьма малы, то последними при расчете U_K можно пренебречь.

Векторная диаграмма короткого замыкания трансформатора может быть получена из упрощенной векторной диаграммы приведенного трансформатора, в которой вектор вторичного напряжения Ич равен нулю. Треугольник ЛВО, построенный на катетах, равных суммам активных и реактивиых падений напряжения обеих обмоток, называется треугольником короткого замыкания (см. рис. 5.4).

Напряжение короткого замыкания U_K, а также и его составляющие U_а и U_p удобнее выражать в % от номинального напряжения. Расчет напряжения рассеяния U_p уже был рассмотрен в § 5.5.

Активная составляющая U_а зависит от величины потерь короткого замыкания и ее формула выводится следующим образом. Для каждой из обмоток на основании закона Ома

U_a1=I₁r₁ и U_a1=I₁r₁,

или, выразив падения напряжения в % от номинального,

u_a1=U_a1/U₁•100= (I₁r₁/U₁)•100= (I²₁r₁/ U₁I²₁)•100=(P_k1/S)•100%;

u_a2=U_a2/U₂•100= (I₂r₂/U₂)•100= (I²₂r₂/ U₂I²₂)•100=(P_k2/S)•100%;

u_a= u_a1+ u_a2= [(P_k1+ P_k2) /S]•100%

Потери Р_к обычно выражаются в вт, а мощность — в ква, поэтому окончательно

u_a= (P_k /1000S)•100=P_k /10S, % (5.9)

Так как в треугольнике короткого замыкания напряжение короткого замыкания Pк является гипотенузой, то через свои составляющие это напряжение, очевидно, будет выражено формулой

U_K=√U²_a+U²_p

Соотношения между Ua и Up различны и зависят от мощности трансформатора. У самых малых трансформаторов (мощностью до 1 ква) реактивная составляющая мала, и напряжение U_K можно считать равным U_a. С ростом мощности значение U_p относительно увеличивается, и у самых крупных трансформаторов, наоборот, напряжение U_K становится уже почти равным реактивной составляющей Up.