§ 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

Uк% = ^- ЮО.

Напряжение короткого замыкания обозначают на заводском щитке трансформатора.

135

а

Рис. 97. Опыт короткого замыкания трансформатора:

о — схема, б — упрощенная векторная диаграмма, в — упро- щенная 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 АВС, который принято называть треугольником короткого замыкания (рис. 97, б). Вектор напряжения U2 = 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 I_гг_к и на индуктивном сопротивлении обмоток 1_гх_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 1_Х 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_K (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, г_п и х_к.

Так как

U _к = /_К2_К, то z_k^=y^<. (92)

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. Рц -Р_меди в первичной Р_щ и вторичной Р_Ша обмотках трансформатора.

Тогда

И_к = Рщ + И_М2 = II (г! % г'₂) = Г_кг_к,

137

откуда

(93)

(94)

(95)

Г*— -F7,

12 ’

К

Х_к ~\f Zjf

COS <p_K :

w

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

„ 310 _/ое,

Гк_п Гщ ₂₃₅ _|_ _t, (96)

где г_Кп — сопротивление обмоток при температуре 75° (ом),

^гк₍ — 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_и, 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 Е7_К, можно построить характеристики короткого замыкания. Зависимость мощности Р_к, тока /_к и коэффициента мощности короткого замыкания cos ф_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 /_к возрастает прямо пропорционально, мощность короткого замыкания резко возрастает с увеличением напряжения, так как Р_к = /^З_кг_к, а так как с увеличением напряжения /_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

138