6.3. Экспериментальное определение параметров схемы замещения трансформатора

6.3.2. Опыт короткого замыкания. При опыте КЗ вторичную обмо­­тку замыкают на­коротко (рис. 6.6), а к первичной подводят пониженное напряжение U_1к = (0,050,1)U_1н, при котором т оки в обмотках равны номинальным токам, т.е. I₁ = I_1к = I_1н и I₂ = I_2к = = I_2н. При пониженном напряжении U₁ = U_1к магнитный поток в сердечнике Ф мал, поэтому потерями мощности в стали ΔР_ст Тр пренебрегают.

Так как в реальном трансформаторе сопротивления R₀ >> (R₁ + R₂') и X₀ >> (X₁ + Х₂'), то в схеме замещения исключают поперечную ветвь. При этом показание ваттметра приближенно равно активным потерям в обмотках (потерям в меди ΔР_м). Откуда

В каталожных данных на силовой Тр, кроме значений номинальной мощности S_н в кВ·А и номинальных напряжений U_1н/U_2н, приводят также значения потерь в стали ΔP_ст = P₀ и в меди ΔP_м. Значения тока ХХ и напряжения КЗ Тр выражают в процентах:

6.5.1. Особенности трёхфазных трансформаторов

       В трёхфазном трансформаторе на каждом стержне магнитопровода размещают по две об­мотки: обмотку высшего напряжения и обмотку низшего напряжения (рис. 6.9а). Выводы обмоток размечают в порядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения выводы А, В, С – начало обмоток, Х, Y, Z – их концы; на стороне низшего напряжения – соответственно а, b, c и x, y, z. Обмотки трёхфазных трансформаторов соединяют по схеме звезда или треугольник. Э ти соединения условно обозначают символами Y и Δ.

Кроме указания на схему соединений, указывается также группа соединений обмо­ток. Основанием для деления трансформаторов по группам соединений служит значение угла сдвига фаз между линейными высшим U_1л и низшим U_2л напряжениями. Обоснование групп соединений основано на сопоставлении относительного положения векторов высшего и низшего линейных напряжений в комплексной плоскости с положением минутной и часовой стрелок. Для сопоставления минутная стрелка считается установленной на цифре 12 и с ней совмещается вектор линейного высшего напряжения U_1л, а часовая стрелка совмещается с вектором линейного низшего напряжения U_2л. Группе соединений дают название по положению часовой стрелки.

       В случае однофазных трансформаторов возможны два положения: 0 (или 12) – одинаковое направление векторов U_1л и U_2л и 6 – противоположное их направление. У трёхфазных трансформаторов возможны все 12 различных групп соединений, но желательно иметь минимальное их число, учитывая, что трансформаторы, как правило, включаются на параллельную работу. Согласно действующему в Российской федерации ГОСТу для однофазных трансформаторов установлена одна группа соединений – 0, а для трёхфазных – две: 11 для соединений звезда/треугольник, т.е. Y/Δ–11 (рис. 6.9б и рис. 6.9в) и 12 для соединений звезда/звезда, т.е. Y/Y–12 (рис. 6.9г).

       При соединении обмоток по схеме Y/Y отношение линейных напряжений равно фазно­му коэффициенту трансформации (U_1л/U_2л = n), при этом отношение линейных и фазных напряжений как обмотки высшего, так и низшего напряжений равно U_л/U_ф = √3. При соединении обмоток понижающего трансформатора по схеме Y/Δ отношение U_1л/U_2л = √3n, а линейные напряжения обмоток низшего напряжения равны соответс­тву­ющим фазным напряжениям, т.е. U_2ф = U_2л. Внешний вид трёхфазного масляного трансформатора с трубчатым баком представлен на рис. 6.10.

6.5.2. Автотрансформаторы

О днофазный автотрансформатор (АТР) отличается от обычного транс­фор­­матора тем, что имеет лишь одну обмотку - обмотку высшего напряжения, а обмоткой низшего напряжения слу­жит часть обмотки высшего напряжения (рис. 6.11а).

Изменением точки а на обмотке АТР можно плавно регулировать вторичное напряжение U₂, например, в лабораторных автотрансформато­рах (ЛАТР), у которых одним из выводов вторичной цепи служит подвижный контакт.

Напряжения и токи ЛАТР связаны теми же приближен­ными соотношениями, что и в Тр:

U₁/U₂ ≈ w₁/w₂ ≈ I₂/I₁.

Ток в общей части обмотки приближенно равен разности вторичного и первичного токов. Поэтому общую часть первичной и вторичной обмоток можно изготовить из значительно более тонкого провода, что снижает стоимость обмотки АТР. К тому же для размещения об­мотки в окне магнитопровода требуется меньше места. Однако эти преимущества уменьшаются с увеличением коэффициента трансформации.

Обмотки трёхфазных АТР обычно соединяют по схеме звезда с выведенной нейтральной точкой или без неё (рис. 6.11б) .

6.5.3. Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяют, во-первых, для изо­ляции измерительных приборов и аппаратов автоматической защиты от цепи вы­сокого напряжения, и, во-вторых, для расширения пределов измерения измерительных приборов.

Трансформатор напряжения (ТН) подобен силовому Тр небольшой мощности и используется в цепях переменного тока с напряжением от 0,4 до 1150 кВ для питания измерительных приборов и цепей релейной защиты. Его первичная обмотка с большим числом витков w₁ включается в цепь, напряжение U₁ которой нужно измерить, а к вторичной обмотке со значительно меньшим числом витков w₂ – обмотке низшего напряжения U₂ присоединяется вольтметр PV (рис. 6.12а). При этом заземляют один вывод вторичной обмотки и корпус Тр.

Сопротивление вольтметра PV составляет несколько тысяч ом, т.е. ТН работает в условиях, близких к режиму ХХ силового Тр, что позволяет считать U₁ ≈ Е_1х и U₂ ≈ Е_2х. Так как отношение Е_1х/Е_2х =  w₁/w₂ = n, то напряжение сети U₁ = nU₂, где U₂ – показание PV.

Т рансформаторы тока (ТТ) позволяют обеспечить питание цепей релейной защиты и измерения тока произвольной величины типовыми при­­борами (рис. 6.12б). Их номинальный вторичный ток 1 или 5 А. Первичный ток – в пределах от 5 А до 24 кА при напряжениях измеряемой сети от 0,4 до 24 кВ. Выпускаются серийно ТТ и на напряжения 35, 110, 220, 330, 500 и 750 кВ.

Трансформатор тока со стороны первичной обмотки, имеющей небольшое число витков w₁, включается последовательно с контролируемой установкой (рис. 6.12б), а его вторичная обмотка с большим числом витков w₂ замыкается непосредственно на амперметр PА, имеющий внутреннее сопротивление, меньшее 2 Ом. Поэтому ТТ работа­ет в условиях, близких к режиму КЗ Тр, для которого соотношение токов I₁ ≈ nI₂.

Следовательно, первичный ток I₁ может быть определён умножением вторичного тока I₂ (показания PА со стандартной шкалой 1 или 5 А) на коэффициент трансформации n.

При измерении больших токов первичная обмотка представляет собой провод с измеряемым током, продетый в окно магнитопровода (см. рис. 6.12б).

Напряжение на первичной обмотке ТТ во много раз меньше вторичного напряжения (w₁ << w₂). При разомкнутой вторичной обмотке неуравновешенная МДС первичной обмотки w₁I₁ индуктирует во вторичной обмотке ЭДС порядка сотен вольт (до 1,5 кВ у ТТ на большие токи). Поэтому нельзя размыкать вторичную цепь ТТ при измерении тока приёмника.