Режим короткого замыкания трансформатора

Короткое замыкание трансформатора – это такой режим работы трансформатора, когда вторичная обмотка замкнута накоротко, т.е. zнг = 0, при этом U2 = 0. В условиях, когда к трансформатору подведено первичное номинальное напряжение U1= U, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет большую опасность для трансформатора, т.к. ток короткого замыкания Iк >(10 … 20)I. Поэтому при опыте короткого замыкания (к.з.) вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к зажимам первичной обмотки подводят пониженное напряжение Uк = (5 … 10)%Uн (рис. 2.20).

При этом под номинальным напряжением короткого замыкания подразумевают напряжение, подведённое к зажимам первичной обмотки при замкнутой вторичной, когда по обеим обмоткам протекают номинальные токи.Номинальное напряжение короткого замыкания составляет Uкн =(3 … 10)%Uн.

Часто напряжение короткого замыкания выражают в процентах от номинального напряжения:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.57)

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru При коротком замыкании токи Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru и Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru создают МДС Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru и Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru , в результате взаимодействия которых создаётся основной магнитный поток. А так как Uк =(5 … 10)%Uн, то основной магнитный поток и необходимая для его создания МДС Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru невелики, вследствие чего намагничивающим током Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru и намагничивающим контуром в схеме замещения можно пренебречь.

Тогда запишем уравнения напряжений и токов:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.58)

Учитывая, что Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru , получаем

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru , (2.59)

Учитывая, что Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru , получаем

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru . (2.60)

Раскрывая полные сопротивления первичной и вторичной обмоток, получаем:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru . (2.61)

Здесь Iк – ток короткого замыкания, rк, xк, zк – активное, индуктивное и полное сопротивления короткого замыкания соответственно, причём

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.62)

Тогда схемы замещения трансформатора при коротком замыкании (рис. 2.21)

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru

Рис. 2.21. Схемы замещения трансформатора

При коротком замыкании

Согласно уравнениям напряжений и токов, построим векторную диаграмму трансформатора в режиме короткого замыкания (рис. 2.22).

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru

Для режима короткого замыкания обычно строят треугольник короткого замыкания (рис. 2.22).

Стороны треугольника соответствуют:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru , (2.63)

где Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru – активная, реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, и полное напряжение короткого замыкания соответственно при токе короткого замыкания Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru .

Активная, реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, и напряжение короткого замыкания, выраженные в процентах (при токе короткого замыкания Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru ):

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.64)

Номинальные величины активной, реактивной составляющих напряжения короткого замыкания, и номинальное напряжение короткого замыкания, выраженные в процентах:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.65)

Можно выразить номинальные величины активной, реактивной составляющих напряжения короткого замыкания, и номинальное напряжение короткого замыкания в относительных единицах:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.66)

Сопротивления короткого замыкания (или параметры короткого замыкания) также выражают в процентах или относительных единицах. Так, полное сопротивление короткого замыкания:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru . (2.67)

Аналогично, активное и реактивное составляющие сопротивления короткого замыкания в относительных единицах:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.68)

Так как обмотки в режиме короткого замыкания нагреваются, то активное сопротивление короткого замыкания и все величины, с ним связанные, приводят к температуре 75°:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru , (2.69)

где a – температурный коэффициент, равный для меди и алюминия: a=0,004;

q1 – температура окружающей среды.

Тогда полное сопротивление схемы замещения, приведённое к температуре 75°:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.70)

Коэффициент мощности при коротком замыкании:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru . (2.71)

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru (2.72)

При к.з. ЭДС и поток составляют всего несколько процентов от их значений при номинальном напряжении, то магнитными потерями можно пренебречь и считать, что потребляемая трансформатором мощность при коротком замыкании идёт полностью на покрытие электрических потерь в обмотках:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru . (2.73)

Потери короткого замыкания (или мощность короткого замыкания) также приводят к температуре 75°:

Режим короткого замыкания трансформатора - student2.ru . (2.74)

Наши рекомендации