6.2.4. Характеристики трёхфазного короткого замыкания

Режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подводится напряжение от источника переменного тока, а выводы вторичной обмотки замкнуты накоротко, называют режимом короткого замыкания. Если короткое замыкание происходит при номинальном подводимом напряжении, токи в обмотках превышают номинальные в 6 – 20 раз. Такой режим является аварийным, и трансформатор должен быть немедленно отключён от сети.

Опыт короткого замыкания выполняют при таком пониженном напряжении первичной обмотки, при котором токи в обмотках не превышают 1,2 от номинальных. В опыте измеряют линейные напряжение U_к , ток I_к и потребляемую активную мощность Р_к. По результатам измерений строят графики зависимостей I_{к ,} P_к , cosφ_к = f(U_к ) (рис. 6.5).

Для анализа характеристик и параметров короткого замыкания с учётом соотношения сопротивлений Z_μ* >>Z_1*, используется упрощённая схема замещения (рис. 6.3) при закороченных выводах вторичной обмотки.

Ток I_к при увеличении напряжения изменяется по линейному закону, так как сопротивления r_к и x_к не зависят от напряжения. Сопротивление r_к зависит от температуры, и при быстром проведении опыта температура обмоток не меняется. Сопротивление соответствует полям рассеяния, замыкающимся в основном по воздуху, магнитная проницаемость которого постоянна.

Активная мощность, потребляемая трансформатором из сети, расходуется на электрические потери в обмотках и добавочные потери Р_к = р_э1 + + р_э2 + р_доб. Магнитными потерями в стали магнитопровода можно пренебречь, так как поток в сердечнике мал из-за малого подводимого напряжения. Электрические потери в обмотках и добавочные потери, связанные с током нагрузки, пропорциональны квадрату тока, а ток I_к пропорционален напряжению U_к, поэтому на рис. 6.6 график зависимости Р_к = f(U_к) имеет вид квадратичной параболы.

Коэффициент мощности при коротком замыкании определяется по формуле:

=, (6.5)

где I_кл, I_кф – линейные и фазные токи; U_кл ,U_кф - линейные и фазные напряжения. Коэффициент мощности, который можно выразить также через сопротивления упрощённой схемы замещения (рис. 6.3) как cosφ_к = r_к/Z_к, при изменении напряжения остаётся постоянным, так как сопротивления r_к и x_к не зависят от напряжения.

По характеристикам короткого замыкания определяют потери короткого замыкания Р_кн и напряжение короткого замыкания U_кн, соответствующие номинальному току (рис. 6.5).

Напряжение короткого замыкания – это напряжение, которое нужно подвести к зажимам первичной обмотки трансформатора при замкнутой накоротко вторичной обмотке, чтобы в обмотках установились номинальные токи при номинальной частоте.В соответствии со схемой замещения (рис. 6.3), напряжение короткого замыкания и его активную и реактивную составляющие определяют по формулам:

U_кн= I_нфZ_к, U_ка= I_нф r_к, U_кr = I_нф x_к. (6.6)

Рис. 6.5. Характеристики короткого замыкания

По данным опыта короткого замыкания можно рассчитать сопротивления упрощённой схемы замещения:

. (6.7)

Сопротивления обмоток, потери короткого замыкания и напряжение короткого замыкания согласно ГОСТ 3484.1-88 следует привести к расчётной условной температуре Θ_р= 75⁰С для изоляции класса А, Е, В по формулам:

, ,

(6.8) ,

где t₀ − температура окружающей среды во время опыта.

Напряжение короткого замыкания выражают в процентах от номинального:

u_к% = 100U_кн75 /U_нф.

Обычно u_к% составляет 5 – 15%.

Напряжение короткого замыкания и его составляющие в относительных единицах равны соответствующим сопротивлениям короткого замыкания в относительных единицах:

u_к* = Z_к* , u_ка* = r_к* , u_кr* = x_к* .

Потери короткого замыкания Р_кн75 и напряжение короткого замыкания u_к% приводятся в паспорте трансформатора.