3.4 Опыт короткого замыкания

Опыт короткого замыкания проводят с целью построения характеристик короткого замыкания, определения параметров главной ветви Т – об-

разной схемы замещения и определения важной эксплутационной величины трансформатора – напряжения короткого замыкания.

Схема опыта для однофазного трансформатора приведена на рис. 3.4, б. Вторичная обмотка в опыте короткого замыкания замкнута накоротко, а к первичной через регулятор напряжения подводят пониженное напряжение при котором токи короткого замыкания в обмотках не превысят номинальные значения. Это напряжение значительно меньше номинального напряжения первичной обмотки

Если при закороченной вторичной обмотке к первичной подвести номинальное напряжение, то токи в обмотках в десятки раз превысят номинальные значения. Резко возрастут электрические потери в обмотках и электродинамические силы, действующие на обмотки. В результате чего обмотки трансформатора могут быть разрушены. Таким образом, в реальных условиях эксплуатации режим короткого замыкания является аварийным режимом.

Поэтому опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении. Напряжение изменяют от 0 до такого значения, чтобы ток первичной обмотки изменялся от до номинального значения . Обычно фиксируют 5 – 6 точек.

В однофазном трансформаторе для каждого значения напряжения измеряют потребляемые первичной обмоткой ток и мощность и рассчитывают коэффициент мощности: .

В трехфазном трансформаторе для каждой точки опыта определяют средние значения фазного тока короткого замыкания , фазного напряжения короткого замыкания , суммарную потребляемую мощность при коротком замыкании и рассчитывают коэффициент мощности

По результатам опыта строят характеристики короткого замыкания , , представленные на рис.3.7. Характеристики короткого замыкания объясняются следующим образом.

Характеристика . Обычно в опыте короткого замыкания , т.е. не превышает 15 % от номинального значения первичного напряжения. При таком пониженном напряжении сталь магнитопровода трансформатора не насыщена и зависимость повторяет линейный участок кривой намагничивания стали. При увеличении напряжения ток возрастает линейно.

Характеристика . Коэффициент мощности при коротком замыкании определяется формулой:

, (3.29)

здесь полная мощность первичной обмотки в режиме холостого хода; активная мощность первичной обмотки в режиме короткого замыкания; реактивная мощность первичной обмотки в режиме короткого замыкания; активная составляющая тока короткого замыкания; реактивная (намагничивающая) составляющая тока короткого замыкания.

Так как магнитопровод трансформатора не насыщен намагничивающий ток мал и при изменении напряжения фактически остается постоянным . Поэтому зависимость - прямая параллельная оси абцисс.

Характеристика . Активная электрическая мощность при коротком замыкании потребляется первичной обмоткой для покрытия электрических потерь в первичной обмотке , вторичной обмотке и магнитных потерь в магнитопроводе. В виду отсутствия насыщения магнитными потерями можно пренебречь и считать, что вся потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется для компенсации электрических потерь в обмотках трансформатора:

. (3.30)

Или для приведенного трансформатора:

, (3.31)

где активное сопротивление обмоток при коротком замыкании; ток короткого замыкания протекающий в обмотках приведенного трансформатора.

Из (3.31) следует, что при увеличении напряжения мощность увеличивается по параболической зависимости.

По результатам опыта короткого замыкания определяют параметры главной ветви Т – образной схемы замещения. Т – образная схема замещения для режима короткого замыкания показана на рис.3.8. Намагничивающий контур в схеме отсутствует из-за пренебрежения намагничивающим током (отсутствие насыщения стали при малых значениях ).

Полное сопротивление короткого замыкания:

. (3.32)

Активное сопротивление обмоток короткого замыкания:

. (3.33)

Индуктивное сопротивление рассеяния короткого замыкания:

. (3.34)

В формуле (3.42), (3.43), ток короткого замыкания равен номинальному току первичной обмотки , а значения напряжения и суммарной мощности (для фазного трансформатора) принимают соответствующими этому току.

Из опыта короткого замыкания определяется важная эксплуатационнаяная паспортная величина трансформатора – напряжение короткого замыкания . Под напряжением короткого замыкания понимают такое напряжение, которое необходимо подать на одну из обмоток трансформатора при закороченной другой, чтобы по обмоткам протекали номинальные токи.

Напряжение короткого замыкания принято выражать в процентах от номинального напряжения:

(3.35)

Значение указывается в паспортной табличке трансформатора. Оно оказывает непосредственное влияние на изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузках, определяет значения ударного и установившегося значения тока короткого замыкания при номинальном напряжении и определяет распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами. Для силовых трансформаторов =4,5 – 15 %. Первая цифра относится к трансформаторам с линейным напряжением кВ, а вторая – к трансформаторам с кВ, обладающим большим рассеянием вследствии большого расстояния между обмотками.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания в процентах от номинального:

. (3.36)

Если умножить числитель и знаменатель (3.46) на , то получим еще одну формулу для определения по паспортным данным трансформатора:

(3.37)

здесь мощность потерь короткого замыкания при номинальных токах в Вт; полная номинальная мощность трансформатора в кВ А. Из (3.37) возможно судить о процентном значении электрических потерь в обмотках трансформатора или потерь короткого замыкания при номинальных токах.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания в процентах от номинального:

. (3.38)

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании с током представлена на рис. 3.9. Данная векторная диаграмма называется треугольником короткого замыкания (реактивный треугольник). При номинальном токе гипотенуза треугольника – напряжение короткого замыкания (В) или (%). А катеты треугольника - активная составляющая напряжения короткого замыкания (В) или (%) и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания (В) или (%). Из рисунка 3.9 видно, что

; ; . (3.39)

Если короткое замыкание во вторичной обмотке произошло при номинальном напряжении в первичной обмотке (аварийный режим), то с помощью можно определить величину установившегося тока короткого замыкания относительно номинального тока:

. (3.30)

Так как в силовых трансформаторах напряжение =4,5 – 15 %, ток установившегося короткого замыкания может составить от 20 до 6 номинальных значений .

Например, если =10 %, то установившийся ток короткого замыкания в десять раз превысит номинальный ток первичной обмотки .

Тест для самоконтроля

Тема трансформаторы раздел3

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА I₀=f(U₁) …

1. а; б) b; в) с; г) d; д) е.

(Эталон: б)

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА P₀=f(U₁) …

1. а; б) b; в) с; г) d; д) е.

(Эталон: а)

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА cos=f(U₁)

1. а;

2. b;

3. с;

4. d;

5. е.

(Эталон: д)

4. ЗНАЧЕНИЕ ТОКА УСТАНОВИВШЕГОСЯ КЗ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ U₁=U_Н ПО ОТНОШЕНИЮ К НОМИНАЛЬНОМУ ТОКУ …

1. 30 – 62;

2. 20 – 42;

3. 10 – 22;

4. 5 – 7.

(Эталон: в)

5. МОЩНОСТЬ НА ОСНОВАНИИ КОТОРОЙ ОПРЕДЕЛЯЮТ МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ОБМОТКАХ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА …

1. активная мощность в опыте холостого хода;

2. активная мощность в опыте короткого замыкания при номинальном токе в обмотках;

3. активная мощность в режиме номинальной нагрузки;

4. полная мощность в опыте холостого хода;

5. полная мощность в опыте короткого замыкания при номинальном токе в обмотках;

6. полная мощность в режиме номинальной нагрузки.

(эталон б)

6. МОЩНОСТЬ, НА ОСНОВАНИИ КОТОРОЙ МОЖНО ОПРЕДЕЛИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В ОБМОТКАХ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА …

1. полная мощность в опыте холостого хода;

2. активная мощность в опыте короткого замыкания при номинальном токе в обмотках;

3. активная мощность в режиме номинальной нагрузки;

4. активная мощность в опыте холостого хода;

5. полная мощность в опыте короткого замыкания при номинальных токах в обмотках.

6. полная мощность в режиме номинальной нагрузки;

(эталон б)

7. ХАРАКТЕРИСТИКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА I_K=f(U₁) …

1. а; б) b; в) с; г) d; д) е.

(Эталон: а)

8. ХАРАКТЕРИСТИКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА cos=f(U₁) …

1. а; б) b; в) с; г) d; д) е.

(Эталон: д)

9. ХАРАКТЕРИСТИКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНС-ФОРМАТОРА P_K=f(U₁) …

1. а; б) b; в) с; г) d; д) е.

(Эталон: а)