Короткое замыкание(КЗ) трансформатора.
КЗ трансформатора – это соединение зажимов его вторичной обмотки между собой проводником нулевого или малого сопротивления, если на первичную обмотку подается номинальное напряжение. Этот режим является аварийным. При этом по вторичной обмотке течет ток, который в начальный момент может превышать номинальное значение в 20-40 раз, потом ток КЗ принимает установившееся значение, превышающее номинальное в 10-20 раз. При таких токах происходит увеличение температуры проводов, что приводит к повреждению изоляции. Кроме того в мощных трансформаторах при КЗ возникают такие большие электромагнитные силы между проводниками обмоток, что обмотки разрушаются, а магнитопровод деформируется. Силовые трансформаторы снабжаются быстродействующей защитой от короткого замыкания.
Опыт короткого замыкания.
Он позволяет получить значения, характеризующие работу трансформатора, проводится при пониженном напряжении питания, при котором режим короткого замыкания не является аварийным.
Номинальное напряжение короткого замыкания Uк.ном – это такое напряжение, при котором токи в обмотках принимают номинальные значения I1номи I2ном.
Рисунок 1. Схема опыта короткого замыкания 
Схема опыта короткого замыкания приведена на рисунке 1. Напряжение сети подается на однофазный регулятор напряжения. В качестве первичной обмотки выбирается обмотка ВН, ее напряжение равно Uк.ном. Ток вторичной обмотки в опыте КЗ не измеряют, поскольку амперметр может нарушить режим КЗ (так как он обладает сопротивлением).
Номинальное напряжение КЗ составляет 5…10% от номинального напряжения питания, значит, в опыте КЗ магнитный поток составляет 5…10% от номинального потока (магнитный поток пропорционален напряжению питания).
|
|
При построении упрощенной схемы замещения трансформатора принималось во внимание, что приведенный ток вторичной обмотки близок по значению к току первичной обмотки. Так как при КЗ магнитный поток и соответственно ток намагничивания существенно меньше, чем при номинальной нагрузке, упрощенная схема оказывается более правомерной.
Введем обозначения: Rк=R1+R2΄; Хк=Х1+Х2΄; Z к= Z 1+ Z 2, (1)
где Rк, Хк и Z к – активное, индуктивное и комплексное сопротивления короткого замыкания трансформатора.
При построении векторной диаграммы нагруженного трансформатора приближенно можно принять R1≈R2΄≈ Rк/2; Х1≈Х2΄≈ Хк/2. (2)
Рисунок 2. 
Схема замещения трансформатора в опыте короткого замыкания (рисунок 2,а) построена на основе упрощенной схемы замещения для случая нулевого сопротивления нагрузки с учетом обозначений. Этой схеме замещения соответствует уравнение:
U к.ном= I 1ном Z к= I 1ном Rк+j I 1ном Хк= U а+ U р, (3)
где U а и U р – активная и реактивная составляющие номинального напряжения короткого замыкания соответственно. Очевидно, что U к.ном= √(U² а+ U² р).(4)
Векторная диаграмма трансформатора для режима КЗ (рис.2,б) построена в соответствии с уравнением (3).
В опыте КЗ, как и опыте холостого хода, полезная мощность равна нулю: в опыте ХХ ток нагрузки равен нулю, а в опыте КЗ напряжение на нагрузке равно нулю, поскольку сопротивление нагрузки равно нулю. Таким образом, ваттметр, включенный в схему опыта КЗ, измеряет мощность потерь. Потери в стали в этом опыте малы ввиду того, что магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому мощность потерь Рк, потребляемая в трансформатором в опыте КЗ, расходуется, главным образом, на покрытие тепловых потерь в обмотках (потери в меди).
|
|
Если по обмоткам текут номинальные токи, то мощность тепловых потерь:
Рк.ном = I²1ном R1+ I²1ном R2΄= I²1ном Rк (5)
При изменении токов изменяются тепловые потери. Итак, потери в меди являются временными потерями, зависящими от нагрузки.
Определение параметров короткого замыкания.
Из опыта КЗ определяют:
1) номинальное напряжение КЗUк.ном: напряжение на выходе регулятора напряжения повышают до тех пор, пока показание амперметра не будет соответствовать номинальному току первичной обмотки;
2) мощность потерь в меди Рк.ном при номинальном токе (по показанию ваттметра);
3) активное сопротивление КЗ Rк, зная мощность потерь в меди, на основании соотношения: Rк= Рк.ном/ I²1ном
4) полное сопротивление КЗ Zк на основании закона Ома: Zк=Uк.ном/ I1ном;
5) индуктивное сопротивление короткого замыкания Хк: Хк=√ (Zк²- Rк²).
Коэффициент мощности в режиме КЗ: сosφ= Rк/ Zк
Если в схеме опыта КЗ (рис.1) регулировать напряжение первичной обмотки от нуля до номинального напряжения короткого замыкания или до несколько большего значения можно получить характеристики КЗ трансформатора – зависимости тока КЗ, мощности потерь и коэффициента мощности от напряжения на первичной обмотке.
Контрольные вопросы:
1. Как проводится опыт короткого замыкания трансформатора?
2. Что называется номинальным напряжением короткого замыкания?
3. Какие сопротивления и мощность определяются из опыта короткого замыкания?