Режим короткого замыкания трансформатора

РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА.

Следует различать режим  короткого замыкания в эксплуатационных условиях и опыт короткого замыкания. Первый представляет собой аварийный режим трансформатора, так как трансформатор сильно нагревается и перегрев может вызвать его разрушение.

Опытом короткого  замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном токе . Этот опыт (рис. 9.14) служит для определения важнейших параметров трансформаторов: мощности потерь в проводах, внутреннего падения напряжения и т. п. Опыт короткого замыкания, как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях. В режиме короткого замыкания (U₂=0) ЭДС Е_2к, индуктируемая во вторичной обмотке, как следует из второго закона Кирхгофа (9.116), равна сумме напряжений на активном сопротивлении и индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки:

 

 в то время как в рабочем режиме

 

Напряжение первичной  обмотки в опыте короткого  замыкания  _{при токе} равно примерно 5-10% номинального . Поэтому действующее значение ЭДС Е₂ составляет лишь несколько процентов (2-5%) действующего значения ЭДС Е₂ в рабочем режиме. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток в магнитопроводе, а вместе с ним намагничивающий ток и мощность потерь в магнитопроводе, пропорциональная Ф². Следовательно, можно считать, что при опыте короткого замыкания вся мощность Р_1к трансформатора равна мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток:

 

Так как намагничивающим  током  ввиду его относительной малости можно пренебречь, то согласно и

 

С увеличением номинальной  полной мощности S_ном трансформатора активная мощность _{в опыте короткого замыкания относитель}но убывает. При S_ном = 5 ÷ 20 кВ•А отношение _/S_ном равно 3,7-3%, а при S_ном = 320 ÷ 5600 кВ•А это отношение равно 2-1%.

По мощности потерь в трансформаторе при коротком замыкании вторичной  обмотки  и номинальном значении первичного тока            на основании вышеприведенной формулы определяется активное сопротивление короткого замыкания трансформатора:

 

   Чтобы обеспечить минимальные размеры трансформатора, конструкторы выбирают такие плотность тока в проводах и индукцию в магнитопроводе, которые соответствуют почти предельно допустимом температуре нагревания при работе трансформатора. По этой причине для определения мощности потерь в обмотках нагруженного трансформатора значение , найденное из опыта короткого замыкания, должно быть соответственно пересчитано (приведено к температуре 75°С).

Индуктивное сопротивление  короткого замыкания можно считать не зависящим от температуры. Поэтому оно определяется непосредственно из результатов опыта:

 

Таким образом, полное сопротивление короткого замыкания, приведенное к рабочей температуре 75 °С,

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 9.15, а и б построены треугольник сопротивлений и подобный ему имеющий важное практическое значение основной треугольник короткого замыкания, катеты которого представляют в процентах номинального напряжения активную и индуктивную составляющие первичного напряжения в опыте короткого замыкания . Эти составляющие определяются при номинальном токе в первичной обмотке  , т. е. катеты

 

 

и гипотенуза

 

Напряжение короткого  замыкания  является важным параметром трансформатора, на основании которого определяются изменения вторичного напряжения нагруженного трансформатора. Напряжение короткого замыкания указывается на щитке трансформатора.

Чем выше номинальные напряжения обмоток трансформатора, тем больше напряжение , так как с увеличением толщины изоляции проводов возрастают потокосцепления рассеяния, а следовательно, и индуктивные сопротивления рассеяния и . При номинальной полной мощности S_ном = 5000 ÷ 5600 кВ•А и номинальном высшем напряжении 6,3 и 10 кВ напряжение = 5,5%, а при номинальной мощности 3200-4200 кВ•А и номинальном высшем напряжении 35 кВ напряжение = 7%.

Опыт короткого замыкания  может служить также контрольным  опытом для определения коэффициента трансформации.

 

и коэффициент трансформации

 

Пренебрегая током холостого  хода трансформатора и определив параметры трансформатора и из опыта короткого замыкания, составим (рис. 9.16, а) упрощенную эквивалентную схему замещения трансформатора, для которой на рис. 9.16, б построена векторная диаграмма.