Режим короткого замыкания трансформатора

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк

где U1ном — номинальное первичное напряжение.

Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения обмоток трансформатора. Так, например, при высшем напряжении 6—10 кВ uK = 5,5%, при 35 кВ uK = 6,5÷7,5%, при 110 кВ uK = 10,5% и т. д. Как видно, с повышением номинального высшего напряжения увеличивается напряжение короткого замыкания трансформатора.

При напряжении Uк составляющем 5—10% от номинального первичного напряжения, намагничивающий ток (ток холостого хода) уменьшается в 10—20 раз или еще более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считают, что

Основной магнитный поток Ф также уменьшается в 10—20 раз, и потоки рассеяния обмоток становятся соизмеримыми с основным потоком.

Так как при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора напряжение на ее зажимах U2 = 0, уравнение э. д. с. для нее принимает вид

а уравнение напряжения для трансформатора записывается как

Этому уравнению соответствует схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 1.

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании соответствующая уравнению и схеме рис. 1, показана на рис. 2. Напряжение короткого замыкания имеет активную и реактивную составляющие. Угол φк между векторами этих напряжений и тока зависит от соотношения между активной и реактивной индуктивной составляющими сопротивления трансформатора.

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

У трансформаторов с номинальной мощностью 5—50 кВА XK/RK = 1 ÷ 2; с номинальной мощностью 6300 кВА и более XK/RK = 10 и более. Поэтому считают, что у трансформаторов большой мощности UK = Uкр, а полное сопротивление ZК = Хк.

Этот опыт, как и опыт холостого хода, проводят для определения параметров трансформатора. Собирают схему (рис. 3), в которой вторичная обмотка замкнута накоротко металлической перемычкой или проводником с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке подводится такое напряжение Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.

Рис. 3. Схема опыта короткого замыкания трансформатора

По данным измерений определяют следующие параметры трансформатора.

Напряжение короткого замыкания

где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.

При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания .

Из уравнения напряжения для трансформатора, а также из схемы замещения (см. рис. 1) получаем

где ZK — полное сопротивление трансформатора.

Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора

Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой

поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора

находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zк, RК и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Испытание мощных трансформаторов и реакторов — Опыт короткого замыкания

Содержание материала

ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ОПЫТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

а) Определения

Опыт короткого замыкания (КЗ) служит для проверки потерь и напряжения КЗ.
Опытом КЗ называют испытание, при котором одну из обмоток трансформатора, обычно низшего напряжения, замыкают накоротко, а другую питают от источника переменного (периодического) тока при номинальной частоте (допустимое отклонение частоты от номинальной не более 1%) и пониженном (против номинального) напряжении при разомкнутых остальных обмотках и при токах в паре обмоток, не превышающих существенно их номинальные значения [Л. 2-1].

Напряжение, которое нужно подвести при опыте КЗ к одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары, называют напряжением КЗ и выражают в процентах номинального напряжения питаеМОй обмотки

Потери, измеренные в указанных условиях и приведенные к расчетной температуре, называют потерями КЗ. Для двухобмоточного трансформатора понятие «потери и напряжение КЗ пары обмоток» совпадает с понятием «потери и напряжение КЗ трансформатора». Исключением является трансформатор с обмоткой ПН, состоящей из двух или большего числа гальванически не связанных частей, который согласно [Л. 2-1] можно рассматривать как многообмоточный трансформатор. Для трехобмоточного трансформатора проводят опыт КЗ для. трех пар обмоток: ВН и СП; ВН и НН; СН и НН, а для трансформатора о расщепленной на две части обмоткой НН (НН1 и НН2) проводят опыт для следующих пар обмоток: ВН и HH1; ВН и НН2; HH1 и НН2.
За расчетную условную температуру, к которой должны быть приведены потери и напряжения КЗ, принимают для всех масляных и сухих трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости А, Е, В 75°С [Л. 1-3].
Данные опыта КЗ необходимы в следующих случаях: 1) определение превышения температур масла и обмоток трансформатора при испытании на нагрев (гл. 12); 2) расчет или испытание трансформатора на стойкость при КЗ; 3) определение к. п. д. трансформатора; 4) расчет и определение возможности параллельной работы данного трансформатора с другими; 5), расчет изменения вторичного напряжения трансформатора при нагрузке.
Потери и напряжение КЗ являются величинами, определяемыми для каждого отдельного трансформатора, они зависят от его типа. Их числовые значения и допуски даются в стандартах или технических условиях на трансформаторы. Так, для трансформаторов общего назначения класса напряжения 330 кВ эти значения указаны в ГОСТ 17545-72 [Л. 7-1].

б) Общие условия испытания

При операционных или специальных электромагнитных испытаниях методом КЗ опыт производят после второй сборки трансформатора с целью определения
потерь и напряжения КЗ без бака или измерения полей рассеяния в различных местах активной части трансформатора. При приемо-сдаточных испытаниях опыт КЗ производят, на собранном и залитом маслом трансформаторе. При квалификационных и периодических испытаниях на нагрев методом КЗ трансформатор собирается полностью вместе с системой охлаждения (гл. 12).
Результаты измерения потерь и напряжения КЗ практически не зависят от того, с какой стороны подводится питание. Поэтому из соображений удобства испытания на двухобмоточных трансформаторах замыкают накоротко обмотку НН, а питание подводят к обмотке ВН. Па трехобмоточных трансформаторах при опыте КЗ пары обмоток ВП и СН напряжение подают на обмотку СН при замкнутой накоротко обмотке ВН.
Перед опытом КЗ должно быть обеспечено надежное замыкание накоротко соответствующей обмотки, а также зажимов всех вторичных обмоток ТТ, встроенных в трансформатор. Замыкание вводов замыкаемой накоротко обмотки следует делать как можно тщательнее, применяя короткие медные провода или шины, сечение которых должно быть не менее сечения токоведущей шпильки или шины ввода этой обмотки.
Согласно [Л. 1-3] при испытании каждого первого образца трансформаторов данного типа плотности тока в подводящих проводах и в проводах, применяемых для выполнения КЗ обмоток, при проведении опытов не должны быть более 1,8 в медных и 1,2 А/мм2 в алюминиевых.
При приемо-сдаточных испытаниях опыт КЗ производят на ступени номинального напряжения, а при квалификационных и периодических испытаниях, кроме того, на ступенях максимального и минимального напряжения обмоток. Перед опытом устройства переключения ответвлений обмоток должны быть установлены на требуемые ступени, а их приводы должны быть застопорены. При неправильной установке приводов устройств, например ПБВ, между подвижными и неподвижными контактами переключателя может образоваться небольшой зазор. Напряжение КЗ при опыте может оказаться достаточным для пробоя зазора между контактами, а возникающая между ними электрическая дуга может вызвать повреждение (оплавление) контактов.

в) Потери КЗ

Активную мощность Ркϑ, измеренную при опыте КЗ с температурой обмоток ϑ, СС, принято считать условно (для удобства расчетов) состоящей из следующих слагаемых: 1) основных потерь в обмотках и других токоведущих частях трансформатора Σ, определяемых током данной обмотки или токоведущей части и ее электрическим сопротивлением, измеренным при постоянном токе; 2) добавочных потерь в опыте КЗ Рдобϑ, определяемых как разность потерь Ркϑ— Σ, измеренных при определенном токе в опыте КЗ, и основных потерь в токоведущих частях, определенных при том же токе.
Добавочные потери при опыте КЗ имеют две слагаемые: а) потери в токоведущих частях, вызванные полем рассеяния; б) потери от гистерезиса и вихревых токов, возникающие в металлических элементах конструкций трансформатора от воздействия поля рассеяния. Кроме того, в добавочные потери могут входить потери от циркулирующих токов, наведенных полем рассеяния и замыкающихся в параллельно соединенных ветвях обмоток трансформатора.
Согласно (Л. 1-31) основные потери в обмотках определяют вычислением, исходя из данных измерения электрического сопротивления обмоток постоянному току. Для однофазного трансформатора эти потери равны, Вт:

(7-2)
где I1-2 — номинальные токи обмоток, участвующих в опыте; r1ϑ, r2ϑ — электрические сопротивления постоянному току этих обмоток при температуре ϑ, °G.

У трехфазного трансформатора основные потери пары обмоток, участвующих в опыте, вычисляются по формулам:

где I1, I2 —линейные токи трансформатора; r — междуфазные электрические сопротивления обмоток, измеренные на линейных вводах при температуре ϑ, °С; Iф1, Iф2 —фазные токи обмоток; rф1ϑ, rфϑ2 — фазные сопротивления обмоток при температуре °С.

При подсчете основных потерь в автотрансформаторах ток последовательной обмотки принимается равным току обмотки ВН, а ток общей обмотки — разности токов СН и ВН.
Междуфазное электрическое сопротивление при соединении фаз в треугольник равно:
.*
а при соединении в звезду:

Добавочные потери Рдобϑ определяют вычитанием из потерь КЗ Ркϑ потерь в обмотках Σ, вычисленных по (7-2) или (7-3). Следовательно,
(7-4)
Таким образом, измерение потерь КЗ требуется, по существу, для определения добавочных потерь, так как основные потери в обмотках легко определяется вычислениями по данным измерений электрического сопротивления обмоток.
г) Мощность, требуемая для опыта КЗ

Полная мощность SK, потребляемая трансформатором при опыте КЗ в номинальных условиях, равна, МВ-А:
(7-5)
где Рн — номинальная мощность испытываемого трансформатора, МВ-А; % — напряжение КЗ, %.

Активная мощность Рк, необходимая для опыта КЗ, и коэффициент мощности нагрузки φн связаны соотношением:
(7-6)
где Рк — потери КЗ, кВт; Рн — номинальная мощность трансформатора, МВ-А; ик — напряжение КЗ, %.
В табл. 7-1 приведены значения cosφ и SK при опытах КЗ трехфазных двухобмоточных трансформаторов класса 330 кВ, вычисленные по данным ГОСТ 17545-72 [Л. 7-1].

Коэффициент мощности cosφK и полная мощность SK при опытах КЗ трансформаторов класса 330 кВ

Мощность источника питания, например испытательного генератора 50 Гц, должна быть больше мощности, требуемой для опыта КЗ, так как не всегда можно использовать генератор при его номинальном токе и напряжении для получения необходимого диапазона токов и напряжений, даже с применением промежуточного трансформатора.
Кроме того, испытываемый трансформатор может иметь напряжение КЗ, большее, чем указано и табл. 7-1, например трансформаторы класса 500 кВ по ГОСТ 17544-72 [Л. 5-1], при этом с положительным допуском + 10% согласно ГОСТ 11677-75 [Л. 1-1].
Из табл. 7-1 следует, что активная мощность КЗ Рн весьма мала по сравнению с полной мощностью SK. Поэтому измерение потерь КЗ мощных трансформаторов имеет специфические особенности (§ 5-5).

Источник