Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

Необходимо различать два режима короткого замыкания:

1. Аварийный режим – тогда, когда замкнута вторичная обмотка при номинальном первичном напряжении. При таком замыкании токи возрастают в 15-20 раз. Обмотка при этом деформируется, а изоляция обугливается. Железо так не подгорает. Это тяжелый режим. Максимальная и газовая защита отключает трансформатор от сети при аварийном коротком замыкании.

2. Опытный режим короткого замыкания – это режим, когда вторичная обмотка накоротко замкнута, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение, когда по обмоткам протекает (ток) номинальный ток – это UК – напряжение короткого замыкания.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

UK выражается в %

U K% = Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

U K% = 5,5 для малых трансформаторов

U K% = 10,5 для средних и больших

Рассмотрим физическую сторону работы трансформатора при коротком замыкании

U ¯ I0 = (2 ¸ 5)% IН при UН при ¯ 20 раз I0 – очень мал

15-20 раз и им можно пренебречь т.е.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

т. е. Намагничивающая сила первичной обмотки полностью уравновешенна н.с. вторичной обмотки.

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Основные уравнения:

1) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

2) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

3) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

4) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

5) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru , пойдет в уравнение (1)

Параметры короткого замыкания Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru ; Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru ; Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

 
  Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

ток Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru , откуда схема замыкания

т.е. схема замещения при коротком замыкании представляет собою цепь, состоящую из двух последовательных сопротивлений.

Потери при коротком замыкании

При коротком замыкании трансформатор потребляет из сети активную мощность. Эта мощность в основном идет на покрытие потерь в обмотках. Потерями в стали можно пренебречь т.к.

B º U; pмг = B2 т.к. U ¯ 15-20 раз, то потери в стали в 400 раз.

pк = pэл1+ pэл2 = Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Экспериментальное определение параметров короткого замыкания

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

PK, IK, UK

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Треугольник короткого замыкания

Используя схему замещения трансформатора при коротком замыкании, получим

1) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

2) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

3) Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru UK – представляет собой полное падение напряжения в обеих обмотках трансформатора.

UK% = 5.5% ¸ 10.5 %

Сделать UK% большим – большое падение напряжения. Сделать его малым, будут большие токи, короткие замыкания.

Совмещение режимов

Характеристики трансформатора при нагрузке определяют его рабочие свойства. Эти характеристики непосредственно можно получить только для трансформаторов небольшой мощности. Для трансформаторов средней и большой мощности характеристики при нагрузке определяют косвенным путем, т.е. путем наложения данных опыта короткого замыкания на режиме холостого хода.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

1) Путем наложения треугольника короткого замыкания на режим холостого хода получим режим нагрузки т.е. напряжение U2 и угол j2 между потоками I.

2) Потери при нагрузке равны потерям мощности при холостом ходе и коротком замыкании.

ПНГ = ПХХ + ПКЗ = P0 + Pэл1,2

3) Ток нагрузки трансформатора не равен току холостого хода и короткого замыкания.

Для холостого хода Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Для короткого замыкания Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

а при нагрузке Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

4) Коэффициент полезного действия можно получить через данные полученные в опыте холостого хода и короткого замыкания.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

при холостом ходе P0 = PМГ

При коротком замыкании PК= PЭЛ1,2 = I2rк, Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Тогда Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru ; PК – при номинальном токе IH, Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Задаваясь b = 0,25; 0,5; 0.75; 1.0; 1.25 при cosj2 = const построим зависимость h = f(b)

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Максимумы h наступает тогда, когда потери в стали равны потерям в меди.

p0 = b2pКН , откуда

Uн   Iн

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Относительные изменения напряжения - DU.

Изменением напряжения трансформатора называется (выраженная в % от номинального вторичного напряжения) арифметическая разность между номинальным вторичным напряжением при холостом ходе UГН и напряжением U2 при номинальном токе.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

1) при выводе используется предыдущая векторная диаграмма

2) расчет проведем аналитически

3) определим DU при номинальном токе

4) примем U1 равным 100 ед. т.е. U1 = 100,

тогда Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru , т.е. для определения DU достаточно определить вторичное напряжение Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru из D OA р. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru - mК

где mК = рс, nК = Ap/

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

возможны первые два члена, т.е.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru , тогда Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru равно

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru - mК, а DU

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Выразим DГ через составляющие напряжения короткого замыкания.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru , тогда

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

эта величина очень мала и ей можно пренебречь

тогда Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Это выражение для b = 1, при различных значениях b

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru , из формулы видно, что DU зависит как от величины, так и от характера нагрузки. Кроме того, видим, что для определения DU используется данные, полученные из опыта короткого замыкания.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Используя это выражение, можно получить ряд характеристик при нагрузке:

Видим, что, используя опыты холостого хода и короткого замыкания можно получить все характеристики трансформатора при нагрузке.

Трехфазные трансформаторы

Трехфазный трансформатор представляет собой соединение трех однофазных трансформаторов. Поэтому вся теория, рассмотренная для однофазного трансформатора относится и к трехфазному применительно к одной фазе. Но в трехфазных трансформаторах есть свои особенности, которые мы рассмотрим ниже.

По конструкции трехфазные трансформаторы бывают в двух основных видах.

1. трансформаторы с независимой магнитной системой (групповые), где каждая фаза трансформируется своим трансформатором.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru

Групповой трансформатор

рис. 1

2. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Трансформаторы трехстержневые, где существует магнитная связь между фазами

рис.2

Недостатки группового трансформатора:

1) занимает большую площадь;

2) большая стоимость;

3) меньше КПД.

Преимущества:

1) резерв достаточен на 1/3 установленной мощности;

2) транспортный габарит меньше чем у трехстержневого трансформатора.

Групповой трансформатор используется на большие мощности на тепловых станциях.

Трехстержневые трансформаторы используется в распределительных сетях на предприятиях.

Первая особенность.

Эта особенность относится к трехстержневому трансформатору (рис.2). Поток в среднем стержне при холостом ходе проходит путь меньше, чем в крайних стержнях, а это приводит к тому, что токи в крайних стержнях на 40-50% больше, чем в среднем при симметричном потоке. Т.е. при холостом ходе токи представляют несимметричную систему. Модули не равны и угол не равен 120°.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru При нагрузке система токов по фазам принимает симметричную систему.

Вторая особенность.

Связана со способом соединения обмоток. Гостом предусмотрены следующие способы соединения обмоток: l, D, Z. Обозначение фаз.

  Начало концы
Обмотка В.Н. A, B, C X, Y, Z
Обмотка Н.Н. a, b, c x, y, z

При изготовлении трансформаторов, гостом предусматриваются следующие способы соединения:

1) l/l0 для мелких распределительных трансформаторов (на предприятиях);

2) l/D для трансформаторов средней и большой мощности;

3) l0/D для трансформаторов большой мощности при повышенном напряжении.

Соединение в зигзаг делается на стороне низкого напряжения.

Режим короткого замыкания однофазного трансформатора - student2.ru Соединение делается так, чтобы ЭДС этих полуобмоток вычиталось, для этого необходимо конец одной части фазы соединить с концом второй части другого стержня.

Такой способ применяется там, где существует резкая не симметрия (точные трансформаторы, трансформаторы для выпрямительных устройств). При таком способе соединения выравнивается магнитная не симметрия по стержням.

Наши рекомендации