Что такое напряжение короткого замыкания трансформатора: Напряжение короткого замыкания

Короткое замыкание трансформатора

Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации

Короткие замыкания в электрических установках возникают обычно вследствие каких-либо неисправностей в сетях (при механическом повреждении изоляции, электрическом ее пробое в результате перенапряжений и т. д.) или при ошибочных действиях эксплуатационного персонала.

Для трансформатора короткое замыкание очень опасно, так как при этом возникают очень большие токи. При коротком замыкании зажимов вторичной обмотки сопротивление нагрузки Zн практически равно Нулю и, следовательно, напряжение на зажимах вторичной обмотки U2 также равно нулю. Таким образом, напряжение U1, приложенное к первичной обмотке, будет уравновешено падением напряжения в полных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток zK=Z1+Z2 Эквивалентная схема для одной фазы трансформатора при коротком замыкании изображена на рис. 11, а.

Уравнение равновесия э. д. с. первичной обмотки трансформатора при коротком замыкании вторичной обмотки запишется в следующем виде:

U1=Ikzk где Ik—ток короткого замыкания.

На рис. 11, б показана векторная диаграмма для одной фазы трансформатора при коротком замыкании. Вертикально вверх направлен вектор тока короткого замыкания Ik. Параллельно вектору тока направлен вектор падения напряжения в активном сопротивлении короткого замыкания IkRk. Повернут относительно вектора тока на — в сторону опережения (против часовой стрелки вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении короткого замыкания трансформатора

Геометрическая сумма векторов IkRk определит вектор приложенного к первичной обмотке напряжения U1, который подвернут относительно вектора тока короткого замыкания Ik в сторону опережения на угол короткого замыкания рk. Этот угол зависит

от соотношения сопротивлений xk и rk. Чем больше индуктивное .сопротивление xk и чем меньше активное сопротивление rk, тем большим будет угол ф. Таким образом, сила тока короткого замы­кания трансформатора Ik=U1/zk

Так как падение напряжения в полном сопротивлении обмоток трансформатора при номинальном токе составляет 5-7% от номинального напряжения, т. е ток короткого ‘замыкания окажется большим поминального тока во столько раз во сколько номинальное напряжение больше падения напряжения в полном сопротивлении обмоток при номинальном токе.

Отношение Ik/Iн=100/uk называется кратностью тока короткого замыкания, где Uk — напряжение короткого замыкания.

Следовательно, ток короткого замыкания трансформатора во много раз больше номинального тока Здесь мы имели в виду установившееся значение тока короткого замыкания трансформатора. Такой ток, во много раз больший номинального, будет протекать в обмотках трансформатора в течение всего вре­мени короткого замыкания, как бы велико оно ни было. Однако в момент короткого замыкания кратность тока короткого замыкания может оказаться еще большей. В зависимости от мгновенного значения приложенного напряжения мгновенный ток короткого замыкания отличается от установившегося 2 раза.

Если короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора произошло в момент, когда мгновенное значение напряжения щ равно максимальному значению Uim, то мгновенный ток короткого

При коротком замыкании в момент, когда напряжение равно нулю, мгновенный ток короткого замыкания окажется в 2 раза большим установившегося тока.

Ток короткого замыкания резко повышает температуру обмотки, что угрожает целости изоляции. Потери в проводах обмоток трансформатора пропорциональны току во второй степени. Поэтому в случае, когда ток короткого замыкания окажется, например, в 20 раз большим номинального тока, потери в проводах обмоток будут в 400 раз большими, чем при номинальном токе (если не учитывать увеличения сопротивления обмоток от нагрева). Выделение большой мощности в проводах обмоток вызывает резкое повышение их температуры, вследствие которого возможна нарушение целости изоляции и выход трансформатора из строя

Поэтому все трансформаторы снабжаются достаточно быстродействующей защитой, которая отключает трансформатор в случае его короткого замыкания. Если время, в течение которого трансформатор находится в режиме короткого замыкания, будет мало, обмотки его не успеют нагреться до температуры, опасной для их изоляции.

Короткое замыкание трансформатора очень опасно, так как может привести к его разрушению Как известно, между проводами, обтекаемыми током, возникает механическое взаимодействие. Если в двух параллельных проводах протекают токи, направленные в одну и ту же сторону, эти провода притягиваются друг к другу, а если токи направлены в противоположную сторону, провода взаимно отталкиваются.

В трансформаторе имеется очень много параллельных друг другу витков, каждый из которых можно рассматривать как отдельный провод. В витках какой-либо одной обмотки (первичной или вторичной) протекают токи одинакового направления, так что все витки одной обмотки взаимно притягиваются. Намагничивающие силы первичной и вторичной обмоток имеют встречное направление, поэтому обмотки стремятся оттолкнуться одна от другой.

Механические силы, действующие на обмотки, зависят от конструкции обмоток, размещения витков и токов, протекающих в обмотках. В концентрических симметричных обмотках силы F, действующие на обмотки, направлены перпендикулярно оси катушек в дисковых чередующихся обмотках силы направлены параллельно оси катушек

Так как силы, действующие на провода с током, зависят от произведения токов, то и силы F, действующие на обмотки трансформаторов при коротком замыкании, будут во много раз большими сил, которые возникают при номинальной нагрузке. Под действием очень больших механических сил обмотки трансформатора деформируются настолько, что может быть нарушена изоляция и резко уменьшена их электрическая прочность. Конструкция обмоток должна быть рассчитана на такую механическую прочность, которая противостояла бы силам, возникающим в первый момент от мгновенных токов короткого замыкания.

Работа трансформатора в режиме короткого замыкания. Опыт короткого замыкания трансформатора. Суть короткого замыкания

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.

Моделирование основного трансформатора выпрямителя требует понимания конструкции. После начального фронта волны конденсатора «реальный» ток поступает от выпрямительного трансформатора через схему выпрямления. Типичный трансформатор, используемый для гальванической развязки и трансформации напряжения внутри зарядного устройства, обеспечивает некоторые ограничения по току. От напряжения намотки и импеданса вы можете оценить наихудший ток короткого замыкания, который очень консервативен.

Для краткости мы собираемся пропустить переходный ток и получить право на максимальный наихудший текущий ток. Сопротивление между неисправностью и трансформатором, включая проводку в корпусе зарядного устройства. Быстрая работа контура управления, приводящего зарядное устройство в предел тока. Одно и то же зарядное устройство, одна и та же печатная плата, просто подстраивая параметр, изменило поведение короткого замыкания зарядного устройства.

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 характеристика трансформатора, указываемая в паспорте.

Таким образом (%):

Оценка энергозависимой энергии вспышки зарядного устройства

Рисунок 8 График тока повреждения с разной длиной провода. Чем больше индуктивность, тем ниже пиковый ток и больший интеграл времени. Зарядное устройство немного отличается в плане расчета энергии разряда, чем батарея, трансформатор или генератор. Исторически проанализированные источники, такие как батареи, трансформаторы и генераторы, представляют собой источники с низким импедансным напряжением, способные к очень большим токам короткого замыкания. Инженеры более практично оценивают эти традиционные источники энергии падающей дуги.

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.

Типичное зарядное устройство для стационарных применений представляет собой ограниченный по току постоянный потенциал. Напряжение поплавка выбирается таким образом, чтобы противодействовать саморазряду аккумулятора, сохраняя его при полной зарядке. Очевидно, зарядное устройство регулирует напряжение, поскольку оно поддерживается постоянным между нагрузкой и полной номинальной нагрузкой. Фактически, усиление в цепи обратной связи зарядного устройства значительно уменьшает выходное сопротивление постоянного напряжения.

Однако, когда аккумулятор разряжен значительно ниже поплавкового напряжения зарядного устройства, например, при продолжительном отключении электроэнергии, напряжение батареи будет более или менее продиктовано состоянием заряда. Когда аккумулятор находится на низком уровне заряда, зарядное устройство будет работать в пределе тока, который является источником постоянного тока. Источник тока имеет очень высокий импеданс.

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.

Расчеты со вспышкой дуги должны рассчитываться в худшем случае. Источник тока может быть смоделирован с помощью эквивалентной схемы Нортона, где «смотрение» с выходных клемм дает идеальный источник тока параллельно с внутренним сопротивлением. Для любого источника напряжения или источника тока максимальная мощность, подаваемая на нагрузку, возникает, когда импеданс нагрузки, наблюдаемый клеммами, равен импедансу источника. Сопротивление провода к неисправности и сопротивление дугу эффективно последовательно, как это видно на клеммах источника напряжения или тока.

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.

Поскольку мы находимся после наихудшего сценария, дуговая вспышка должна рассчитываться в рабочей точке, которая обеспечивает максимальную мощность в неисправности. Этот подход упрощает анализ. Рисунок 10 Максимальная рабочая точка питания для источника напряжения или источника тока.

Энергия в калориях напрямую связана с джоулями и ваттами. Только оценивая энергию падающей энергии дуги при максимальной точке мощности данного источника, можно исключить все перестановки или возможную длину проволоки и расстояние от зазоров дуги и соответствующую сходимость. Трансформатор в зарядном устройстве 25А-48В фактически имел более низкий процент импеданса; хотя и ниже номинальной мощности. Нам нужно изменить метод расчета, чтобы разместить зарядное устройство, работающее как источник с высоким импедансом, режим ограничения тока.

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.

В таблице 4 приведена сравнительная характеристика вспышки оригинала и пересмотренного расчета для зарядного устройства, которое ограничивает ток при коротком замыкании. У характеристики короткого замыкания зарядного устройства явно много переменных. Сроки проведения схем управления против.
. Авторы: Эугениуш Корнатовский.

Аннотация: В статье представлен метод виброакустического анализа трансформатора в стационарном состоянии. Стандартный подход к этой проблеме основан на анализе спектра частоты колебаний, записанного с помощью акселерометра, установленного на баке трансформатора.

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

Авторы: Цзянь Юнь Лю, Цзянь Мин Ван, Чонг Цзин, Чан Зай Фан, Юань Чжай. Метод расчета и результаты проверяются, выдерживая испытание на прочность на короткое замыкание изделия. Предлагается ряд полезных предложений для проектирования силовых трансформаторов.

Авторы: Да Чжуан Чэнь, Цзя Донг Хуанг. Аннотация: В настоящей работе представлен корреляционный анализ, позволяющий различать намагничивающий пусковой ток от токов повреждения в трансформаторах. Предлагаемый метод основан на нормированном коэффициенте корреляции, поступающем в трансформаторы во время тока повреждения или пускового тока трансформатора. Метод нуждается в мнимых частях основных частотных составляющих, которые получены из дифференциального тока выборки, основанного на полноволновом алгоритме Фурье и алгоритме полуволнового Фурье, затем вычисляют нормированный коэффициент корреляции с теорией коэффициента корреляции.

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.

Опыт короткого замыкания.

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.

Результаты теоретического анализа и динамического моделирования показывают, что метод эффективен и надежен при различных условиях сбоя и прост в применении. Авторы: Ван Цин Ли, Вэй Ван, Ле Тин Линь, Бэй Мин Се, Мин Чао Ся, Пинг Чжу Лю, Вэй Ма. Аннотация: В статье представлена ​​схема проектирования системы мониторинга состояния сверхвысоковольтного трансформатора, которая основана на сборе и анализе сигналов обмотки трансформатора и сердечника. Эта система состоит из датчиков сигнала вибрационного ускорения и компьютера анализа сигналов, где собранный и обработанный сигнал вибрации сохраняется.

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.

Анализирующий компьютер может выполнять задачи контроля сбора данных, анализа данных и запроса исторических данных. Характеристики вибрационной характеристики обмотки трансформатора и сердечника включают в себя пиковое значение, спектр, эксцесс и компонент амплитуды 100 Гц и его компоненты с более высокой гармоникой.

Поэтому это условие необходимо удалить как можно скорее. Возможность выдерживания короткого замыкания, как показано на рисунке 5, определяется количеством времени, которое требуется от начала тока короткого замыкания до тех пор, пока модуль не будет разрушен.

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

Возможность выдерживания короткого замыкания: минимум 10 мкс. В целом, чем выше напряжение питания или температура, тем ниже вероятность выдерживания короткого замыкания.

Рис. 5-1. Схема измерения и форма волны. В таблице 5-1 перечислены режимы и причины короткого замыкания, возникающие в инверторах.

Таблица 5-1 Режим короткого замыкания и причина.

Поэтому время от обнаружения максимального тока до полного выключения в каждой цепи должно быть как можно короче. На рис. 5-2 показаны методы вставки для детекторов сверхтоков, а в таблице 5-2 перечислены особенности различных методов наряду с их возможностями обнаружения. Определив, какая защита необходима, выберите наиболее подходящую форму обнаружения.

где ZK — полное сопротивление трансформатора.

ОПЫТ
КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Следует
различать короткое замыкание в
эксплуатационных условиях и опыт короткого
замыкания.

Коротким
замыканием трансформатора

называется
его режим, когда вторичная обмотка
трансформатора замкнута накоротко. В
эксплуатационных условиях короткое
замыкание является аварийным режимом,
при котором
внутри трансформатора выделяется
большое количество
теплоты, способное его разрушить.

Этот метод может защитить от всех типов короткого замыкания, перечисленных в таблице 5. Поскольку все операции от обнаружения перегрузки по току до защиты выполняются со стороны схемы привода, это обеспечивает максимальную защиту.

Главу 7 «Конструкция контура привода». Реализовать трехфазный двухмоторный трансформатор с конфигурируемыми соединениями обмоток и геометрией сердечника.

Опыт
короткого замыкания

выполняется
при сильно
пониженном до небольшого значения
первичном напряжении
(примерно 5-10% номинального первичного
напряжения). Его значение выбирают так,
чтобы ток I 1 в
первичной обмотке был равен номинальному
значению, несмотря на короткое замыкание
вторичной обмотки. При помощи комплекта
измерительных приборов (рис. 103) посредством
опыта определяются
напряжение U 1к,
ток I 1 k и
мощность P 1 k .

Блок трехфазной трансформаторной матрицы индуктивности представляет собой трехфазный трансформатор с сердечником с тремя лимбами и двумя обмотками на фазу. Трансформаторный сердечник и обмотки показаны на следующем рисунке. Фазовые обмотки трансформатора пронумерованы следующим образом.

Эта геометрия ядра подразумевает, что фазовая обмотка 1 соединена со всеми другими обмотками фазы, тогда как в трехфазном трансформаторе блочная обмотка 1 соединена только с обмоткой. Номера фазных обмоток 1 и 2 не следует путать с числами, используемыми для идентификации трехфазных обмоток трансформатора. Трехфазная обмотка 1 состоит из фазных обмоток 1, 2, 3, а трехфазная обмотка 2 состоит из фазных обмоток 4, 5.

Ток I 2
при
номинальном значении I 1
также
будет иметь номинальное
значение. Эдс Е
2

при
этом опыте будет лишь покрывать внутреннее
падение напряжения, т. е. E 2 K = I 2 z 2 ,

а
при номинальной нагрузке

2 = 2 +

2

поэтому
Е 2 k составляет
лишь несколько процентов от Е
2
.

Малой
эдс Е
2

соответствует
малый основной магнитный поток. Потери
энергии в магнитопроводе пропорциональны
квадрату магнитного потока, поэтому
при опыте короткого замыкания они
незначительны.
Но в обеих обмотках при этом опыте токи
имеют номинальные значения, поэтому
потери энергии в обмотках такие же, как
и при номинальной нагрузке. Следовательно,
мощность Р 1к,
получаемая трансформатором из сети при
опыте короткого замыкания, затрачивается
на потери энергии в проводах обмоток:

Блок матричной матрицы индуктивности трехфазного трансформатора реализует следующее соотношение матриц. Два набора значений в положительной последовательности и в нулевой последовательности позволяют вычислять 6 диагональных членов и 15 недиагональных членов симметричной матрицы индуктивности. В этом условии параметры положительной последовательности и нулевой последовательности идентичны, и вы указываете только значения положительной последовательности. Предполагая следующие параметры положительной последовательности.

Когда короткозамкнутая обмотка 2. Самостоятельные и взаимные реактивные состояния с положительной последовательностью определяются. Расширение из двух следующих матриц реактивности в позитивной последовательности и в нулевой последовательности. Где сам и взаимные условия даются.

P 1K =I 2 1 r 1 +I 2 2 r 2 .

Вместе
с тем на основании напряжения короткого
замыкания определяется (в % к первичному
напряжению) падение напряжения в
трансформаторе при номинальной нагрузке.
По этим соображениям напряжение короткого
замыкания (при короткозамкнутой
обмотке низшего напряжения) всегда
указывается на щитке трансформатора.

Ток возбуждения в нулевой последовательности

Для моделирования потерь в сердечнике дополнительные шунтирующие сопротивления также подключаются к клеммам одной из трехфазных обмоток. Если выбрана обмотка 1, сопротивления вычисляются как. Зачастую ток возбуждения нулевой последовательности трансформатора с сердечником 3-лимба не предоставляется изготовителем. В таком случае разумное значение можно угадать, как объяснено ниже.

На следующем рисунке показано ядро ​​с тремя лимбами с одной трехфазной обмоткой. Поэтому в этом конкретном случае, если индуктивность рассеяния обмотки В была бы равна нулю, напряжение, индуцированное на фазах А, было бы -к. Кроме того, когда три обмотки возбуждаются напряжением нулевой последовательности, путь потока должен возвращаться через воздух и резервуар, окружающие железный сердечник.

Режим
короткого замыкания

Как
известно, в режиме нагрузки вторичная
обмотка трансформатора включается на
сопротивление приемников. Во вторичной
цепи устанавливается ток, пропорциональный
нагрузке трансформатора. При питании
большого числа приемников нередки
случаи, когда нарушается изоляция
соединительных проводов. Если в местах
повреждения изоляции произойдет
соприкосновение проводов, питающих
приемники, то возникнет режим, называемый
коротким замыканием (к. з.) участка цепи.
Если соединительные провода, идущие от
обмотки, замкнутся где-то в точках а и
б, расположенных до приемника энергии
(рисунок 1), то возникнет короткое
замыкание вторичной обмотки трансформатора.
В этом режиме вторичная обмотка окажется
замкнутой накоротко. При этом она будет
продолжать получать энергию из первичной
обмотки и отдавать ее во вторичную цепь,
которая состоит теперь только из обмотки
и части соединительных проводов.

1
— первичная обмотка; 2 — вторичная
обмотка; 3 — магнитопровод
Рисунок
1 — Короткое замыкание на выводах вторичной
обмотки трансформатора
На
первый взгляд кажется, что при коротком
замыкании трансформатор должен неизбежно
разрушиться, так как сопротивление
r 2 обмотки
и соединительных проводов в десятки
раз меньше сопротивления r приемника.
Если допустить, что сопротивление r
нагрузки хотя бы в 100 раз больше r 2 ,
то и ток короткого замыкания I 2к должен
быть в 100 раз больше тока I 2 при
нормальной работе трансформатора. Так
как первичный ток также возрастает в
100 раз (I 1 ω 1 =
I 2 ω 2),
потери в обмотках трансформатора резко
увеличатся, а именно в 100 2 раз
(I 2 r),
т. е. в 10000 раз. При этих условиях температура
обмоток за 1-2 с достигнет 500-600° С и они
быстро сгорят. Кроме того, при работе
трансформатора между обмотками всегда
существуют механические усилия,
стремящиеся раздвинуть обмотку в
радиальном и осевом направлениях. Эти
усилия пропорциональны произведению
токов I 1 I 2 в
обмотках, и если при коротком замыкании
каждый из токов I 1 и
I 2 увеличится,
например, в 100 раз, то и усилия увеличатся
в 10000 раз. Их величина при этом достигнет
сотен тонн и обмотки трансформатора
должны были бы мгновенно разрушиться.
Однако на практике этого не происходит.
Трансформаторы выдерживают, как правило,
короткие замыкания в те весьма малые
промежутки времени, пока защита не
отключит их от сети. При коротком
замыкании резко проявляется действие
какого-то дополнительного сопротивления,
ограничивающего ток короткого замыкания
в обмотках. Это сопротивление связано
с магнитными потоками рассеяния Ф Р1 и
Ф Р2 ,
которые ответвляются от основного
потока Ф 0 и
замыкаются каждый вокруг части витков
«своей» обмотки 1 или 2 (рисунок 2).

1
— первичная обмотка; 2 — вторичная
обмотка; 3 — общая ось обмоток и стержня
трансформатора; 4 — магнитопровод; 5 —
главный канал рассеяния
Рисунок
2 — Потоки рассеяния и концентрическое
расположение обмоток
трансформатора
Непосредственно
измерять величину рассеяния очень
трудно: слишком разнообразны пути, по
которым могут замыкаться эти потоки.
Поэтому на практике рассеяние оценивают
по влиянию, которое оно оказывает на
напряжение и токи в обмотках. Очевидно,
что потоки рассеяния возрастают с
увеличением тока, протекающего в
обмотках. Очевидно также, что при
нормальной работе трансформатора поток
рассеяния составляет сравнительно
небольшую долю основного потока Ф 0 .
Действительно, поток рассеяния сцеплен
только с частью витков, основной поток
— со всеми витками. Кроме того, поток
рассеяния большую часть пути вынужден
проходить по воздуху, магнитная
проницаемость которого принята за
единицу, т. е. она в сотни раз меньше
магнитной проницаемости стали, по
которой замыкается поток Ф 0 .
Все это справедливо как для нормальной
работы, так и для режима короткого
замыкания трансформатора. Однако
поскольку потоки рассеяния определяются
токами в обмотках, а в режиме короткого
замыкания токи увеличиваются в сотни
раз, то во столько же увеличиваются и
потоки Ф р;
при этом они значительно превосходят
поток Ф 0 .
Потоки рассеяния индуктируют в обмотках
эдс самоиндукции Е p1 и
Е р2 ,
направленные против тока. Противодействие,
например, эдс Е р2 можно
считать некоторым дополнительным
сопротивлением в цепи вторичной обмотки
при ее коротком замыкании. Это сопротивление
называют реактивным. Для вторичной
обмотки справедливо уравнение Е 2 =
U 2 +
I 2 r 2 +
(-E p2).
В режиме короткого замыкания U 2 =0
и уравнение преобразуется следующим
образом: E 2 =
I 2K r 2K +
(-E p2K),
или E 2 =
I 2K r 2K +
I 2K х 2K ,
где индекс «к» относится к сопротивлениям
и токам в режиме короткого замыкания;
I 2K х 2K —
индуктивное падение напряжения в режиме
короткого замыкания, равное но величине
E p2K ;
х 2K —
реактивное сопротивление вторичной
обмотки. Опыт показывает, что в зависимости
от мощности трансформатора сопротивление
х 2 в
5-10 раз больше r 2 .
Поэтому в действительности ток I 2K не
в 100, а лишь в 10-20 раз будет больше тока
I 2 при
нормальной работе трансформатора
(активным сопротивлением из-за его малой
величины пренебрегаем). Следовательно,
в действительности потери в обмотках
увеличатся не в 10000, а только в 100-400 раз;
температура обмоток за время короткого
замыкания (несколько секунд) едва
достигнет 150-200° С и в трансформаторе
за это малое время не возникнет никаких
серьезных повреждений. Итак, благодаря
рассеянию трансформатор способен сам
защищаться от токов короткого замыкания.
Все рассмотренные явления происходят
при коротком замыкании на зажимах
(вводах) вторичной обмотки (см. точки а
и б на рисунке 1). Это — аварийный режим
работы для большинства силовых
трансформаторов и возникает он, конечно,
не каждый день или даже не каждый год.
За время работы (15-20 лет) трансформатор
может иметь всего несколько столь
тяжелых коротких замыканий. Тем не
менее, он должен быть так спроектирован
и изготовлен, чтобы они не разрушили
его и не привели к аварии. Надо четко
представлять себе явления, происходящие
в трансформаторе при коротком замыкании,
сознательно собирать наиболее
ответственные узлы его конструкции. В
этом отношении весьма существенную
роль играет одна из важнейших характеристик
трансформатора — напряжение короткого
замыкания.

Определение
параметров траснформатора

Совершенно
случайно читателю в руки может попасть
старый выходной трансформатор, который,
судя по внешнему виду, должен обладать
неплохими характеристиками, однако
полностью отсутствует информация, что
же все-таки скрывается внутри его. К
счастью, можно достаточно просто
идентифицировать параметры старого
выходного трансформатора, имея в
распоряжении только цифровой универсальный
вольтметр, так как их проектирование
всегда следует строго определенным
правилам.

Перед
тем как приступать к проверке, необходимо
зарисовать схему всех имеющихся на
трансформаторе внешних соединений и
перемычек, а затем удалить их. (Использование
цифрового фотоаппарата для этих целей
оказывается весьма плодотворным.)
Несомненно, первичная обмотка должна
иметь отвод от средней точки, чтобы
обеспечить возможность использования
трансформатора в двухтактной схеме,
также на этой обмотке могут быть
дополнительные отводы для обеспечения
ультралинейного режима работы. Как
правило, сопротивление обмотки на
постоянном токе, замеряемое омметром
между крайними точками обмотки, будет
составлять максимальное значение
сопротивления среди всех полученных
значений и может колебаться от 100 до 300
Ом. Если обнаружена обмотка с подобным
значением сопротивления, то, практически
во всех случаях, можно считать, что
идентифицированы клеммы трансформатора
А 1 и
А 2 соответствующие
крайним точкам первичной обмотки.

У
трансформаторов высокого качества
первичная обмотка наматывается
симметрично, то есть сопротивления
между крайними выводами А 1 и
А 2 и
средней точкой высоковольтной обмотки
всегда равны, поэтому следующим шагом
является определение вывода, для которого
сопротивление между ним и выводами А 1 и
А 2 было
бы равным половине сопротивления между
крайними точками первичной обмотки.
Однако более дешевые модели трансформаторов
могут оказаться изготовленными не столь
тщательно, поэтому сопротивления между
двумя половинами обмотки могут не
оказаться абсолютно равными между
собой.

Так
как для изготовления первичной обмотки
трансформатора без всяких исключений
используется провод одного сечения, то
отвод, который расположен на витке,
составляющем 20% от общего количества
витков между центральным высоковольтным
отводом и выводом А 1 либо
А 2 ,
(конфигурация для отбора полной мощности
усилителя), будет иметь и сопротивление,
составляющее 20% от величины сопротивления
между крайним выводом А 1 или
А 2 и
центральным отводом первичной обмотки.
Если же трансформатор был предназначен
для усилителя более высокого качества,
то наиболее вероятным расположением
этого отвода будет виток, соответствующий
47% сопротивления между этими же точками
(конфигурация усилителя мощности,
обеспечивающая минимальные искажения).

Вторичная
обмотка, скорее всего, также будет иметь
четное число выводов, либо будет иметь
один отвод. Следует помнить, что в эпоху
расцвета электронных ламп сопротивления
громкоговорителей составляли либо 15
Ом (громкоговорители высшего качества),
либо 4 Ом, поэтому параметры выходных
трансформаторов были оптимизированы
для этих значений импедансов.

Наиболее
распространенным вариантом является
использование двух идентичных секций,
в которых обмотки используются
последовательно включенными для
сопротивления громкоговорителей 15 Ом,
либо параллельно для сопротивлений 4
Ом (в действительности, 3,75 Ом). Если после
того, как определена первичная обмотка
трансформатора, обнаружены две обмотки,
имеющие сопротивления по постоянному
току порядка 0,7 Ом каждая, то, скорее
всего, имеется стандартный образец
трансформатора.

В
трансформаторах высокого качества
вышеизложенная идея получила свое
дальнейшее развитие, когда вторичную
обмотку представляют четыре идентичные
секции. Включенные последовательно,
они используются для согласования с
нагрузкой 15 Ом, однако, будучи все
включенными параллельно, они согласуют
нагрузку 1 Ом. Это связано не с тем, что
были доступны громкоговорители с
импедансом 1 Ом (эпоха создания плохих
по качеству кроссоверов пока еще не
наступила), а с тем, что большая степень
секционирования обмотки позволяла
получить трансформатор более высокого
качества. Поэтому следует искать четыре
обмотки с приблизительно одинаковыми
сопротивлениями по постоянному току и
равными по величине примерно 0,3 Ом. Также
необходимо иметь в виду, что помимо
того, что контактное сопротивление
зонда может составить очень значительную
долю при проведении измерений очень
малых сопротивлений (что вызывает
настоятельную необходимость иметь не
только чистый, но и надежный контакт),
но также и то, что обычный 41/2 разрядный
цифровой вольтметр не обеспечивает
достаточной точности при измерениях
таких малых значений сопротивлений,
поэтому зачастую приходится строить
догадки и предположения.

Если
после идентификации первичной обмотки
установлено, что все остающиеся обмотки
оказываются соединенными вместе, то в
наличии имеется вторичная обмотка с
отводами, наибольшая величина сопротивления
которой измеряется между выводами 0 Ом
и (допустим) 16 Ом. При условии, что
отсутствует отвод обмотки, согласующий
сопротивление 8 Ом, то наименьшие значения
сопротивления по постоянному току от
любого из этих выводов будет являться
отводом 4 Ом, а точка с сопротивлением
0 Ом окажется ближайшей к отводу 4 Ом
(как правило, во вторичных обмотках с
межвитковыми отводами стремятся
использовать для отвода 4 Ом более
толстый провод). Если же следует ожидать
наличия отвода 8 Ом, то идентифицировать
отводы следует с использованием метода
измерений на переменном токе, который
будет описан ниже.

Если
назначение некоторых обмоток не удается
определить, то, вероятнее всего, они
предназначены для обратной связи,
возможно действующей на катоды
индивидуальных выходных ламп, либо для
организации межкаскадной обратной
связи.

В
любом случае их более точная идентификация
может быть проведена позже, так как
следующим шагом будет определение
коэффициента трансформации, а затем по
полученным результатам определение
импеданса первичной обмотки трансформатора.

Внимание.


Несмотря
на то, что при точном выполнении
нижеприведенных измерений они не должны
представлять опасности для сохранности
выходного трансформатора, на выводах
трансформатора могут возникнуть

представляющие
опасность для жизни человека
напряжения.


Поэтому,
если возникают

любого
рода


сомнения
относительно имеющегося профессионального
опыта, необходимого для выполнения
описанных ниже измерений, то следует
сразу отказаться от попыток их выполнения.

Выходные
трансформаторы ламповых схем предназначены
для снижения напряжения с нескольких
сотен вольт до десятка вольт в частотном
диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, поэтому
приложение сетевого напряжения к выводам
первичной обмотки А 1 и
А 2 не
представляет для трансформатора никакой
угрозы. При условии, что выводы А 1 и
А 2 были
определены правильно, следует подать
сетевое напряжение непосредственно на
выводы А 1 и
А 2 и
измерить напряжение на вторичной
обмотке, чтобы определить коэффициент
трансформации (или отношение количества
витков первичной и вторичной обмоток).
Строго говоря, в целях безопасности
рекомендуется подавать не сетевое
напряжение, а пониженное напряжение от
ЛАТРа.

Тестирование
трансформатора следует выполнять в
следующем порядке:

Установите
в сетевой шнур предохранитель с наименьшим
из имеющихся значением тока плавкой
вставки, например, предохранитель,
рассчитанный на ток 3 А, окажется
достаточным, но использование
предохранителя на 1 А будет предпочтительнее;

Присоедините
к сетевой вилке (желательно с заземляющим
контактом) три коротких гибких провода.
В силу очевидных причин они получили
название «провода самоубийцы» и поэтому,
когда не используются, должны храниться
отдельно и под замком;

Припаяйте
луженый наконечник на конец провода,
помеченного ярлыком «земля», и привинтите
наконечник к металлическому шасси
трансформатора, используя специальные
зазубренные шайбы, обеспечивающие очень
хороший электрический контакт;

Припаяйте
фазный провод к выводу А 1 ,
а провод нейтрали (нуля) к выводу А 2 ;

Убедитесь,
что положение всех соединительных
перемычек на вторичной об мотке
зарисовано, после чего они все удалены;

Установите
вид измерений цифрового вольтметра
«переменное напряжение» и подключите
его к выводам вторичной обмотки;

Убедившись,
что шкала прибора находится в пределах
видимости, включите в розетку сетевую
вилку. Если на приборе сразу же не
появятся результаты измерений, выдернете
вилку из розетки. Если прибор фиксирует
наличие на-

пряжения
во вторичной обмотке, величину которого
можно определить, дождитесь стабилизации
показаний прибора, запишите полученный
результат, выключите сетевое питание
и отключите вилку от сетевой розетки;

Проверьте
величину сетевого напряжения, для этого
подключите цифровой вольтметр к выводам
А 1 и
А 2 трансформатора
и включите повторно сетевое напряжение.
Спишите показания прибора.

После
этого можно определить коэффициент
трансформации «N»,

используя
следующее простое соотношение между
напряжениями:

На
первый взгляд эта процедура не покажется
очень значительной, но следует помнить,
что импедансы пропорциональны квадрату
коэффициента трансформации, N
2 ,
следовательно, зная величину N

можно
определить импеданс первичной обмотки,
так как уже известен импеданс вторичной.Из
всех многочисленных проводов у
трансформатора имеется пять проводов,
которые оказались электрически
соединенными между собой (результаты
были получены, когда проводились
измерения электрического сопротивления
с использованием цифрового тестера).
Максимальное значение сопротивления
между двумя проводами составляет 236 Ом,
следовательно, выводы этих проводом
могут быть помечены как А 1 и
А 2 .
После того, как одни щуп цифрового
тестера оставался подключенным к выводу
А 1 ,
было обнаружен второй провод, имеющий
сопротивление 110 Ом. Полученное значение
достаточно близко к значению сопротивления
118 Ом, чтобы эта точка могла оказаться
выводом от центральной точки первичной
обмотки трансформатора. Поэтому данную
обмотку можно идентифицировать, как
высоковольтную обмотку трансформатора.
После этого следует переместить один
из щупов цифрового тестера к среднему
отводу высоковольтной обмотки и измерить
сопротивления относительно двух
оставшихся выводов. Значение сопротивления
для одного вывода составило 29 Ом, а для
второго было равно 32 Ом. Учитывая, что
(29 Ом: 110 Ом) = 0,26, а (32 Ом: 118 Ом) = 0,27, можно
с достаточной уверенностью предположить,
что эти выводы используются в качестве
ультралинейных отводов для получения
максимальной мощности (то есть составляют
примерно 20% обмотки). Один из выводов,
для которого сопротивление относительно
вывода А, имеет меньшее значение,
представляет отвод к сетке 2 лампы V
1
,
g
2(V1)

а
второй отвод — к сетке 2 лампыV
2
,
g
2(V2)

(рис.
5.23).

Вторичная
обмотка имеет только две секции, поэтому,
скорее всего, они предназначены для
подключения нагрузки 4 Ом. Это предположение
затем подтверждается измерениями
сопротивлений обмоток секций, для первой
из них оно составило 0,6 Ом, а для второй
0,8 Ом, что совпадает с типичными значениями
для обмоток, предназначенных для
согласования нагрузок 4 Ом.

Рис.
5.23 Идентификация обмоток трансформатора
с неизвестными параметрами

При
подключении трансформатора к сети было
зафиксировано сетевое переменное
напряжение 252 В, а напряжение на вторичных
обмотках составляло 5,60 В. Подставляя
полученные значения в формулу для
расчета коэффициента трансформации,
получим:

Импедансы
обмоток изменяются пропорционально N
2 ,
поэтому отношение импедансов первичной
обмотки к импедансу вторичной составляет
45 2 =
2025. Так как напряжение на вторичной
обмотке измерялось на секции 4 Ом,
импеданс первичной обмотки должен
составлять (2025 х 4 Ом) = 8100 Ом. Такой
результат является вполне допустимым,
так как измерения с использованием
сетевого напряжения 252 В и частотой 50
Гц могли сдвинуть рабочую точку ближе
к области насыщения, что привело к
погрешностям определения параметров,
Поэтому полученное значение можно
округлить до 8 кОм.

Далее
необходимо определить начало и конец
обмоток каждой из секций вторичной
обмотки трансформатора. Это выполняется
подключением только одного провода
между одной и второй секциями, включая,
таким образом, обмотки секций
последовательно. После подачи напряжения
на первичную обмотку, получим удвоенное
значение напряжения на вторичной
обмотке, по сравнению с индивидуальным
напряжением на каждой. То есть напряжения
двух секций дополняют друг друга и
следовательно, подключенными оказались
конец обмотки первой секции к началу
обмотки второй, поэтому можно обозначить
вывод секции, где кончается соединительный
провод, как « + », а другой конец, как «-».
Однако в случае, если напряжение на
вторичной обмотке будет отсутствовать,
то это будет означать что обмотки в двух
секциях включены встречно друг другу,
поэтому оба вывода можно будет обозначить,
либо как « + », либо как «-».

После
того, как все идентичные по характеристикам
секции были определены, и для них
определены точки начала обмоток, могут
измеряться напряжения на всех оставшихся
обмотках, быть определены для них
коэффициенты трансформации, либо
относительно первичной обмотки, либо
относительно вторичной, в зависимости
от того, какой способ окажется удобнее.
Начиная с этого момента наиболее удобным
оказывается использование схемы с
кратким пометками, так, например,
получение двукратного увеличения
напряжения вторичной обмотки является
очень показательным, так как этот факт
может означать либо наличие секции с
отводом от средней точки, либо отводы
4 Ом и 16 Ом.

Основные
причины выхода из строя трансформаторов,
в тракте звуковых частот

Трансформаторы
относятся к электронным компонентам с
наиболее длительным сроком службы,
достигающим 40 и более лет. Все же иногда
они могут выходить из строя. Обмотки
трансформатора выполняются из провода,
который может выходить из строя при
протекании через него слишком высоких
токов, а изоляция провода может оказаться
пробитой, если напряжения, приложенные
к обмоткам, превысят допустимые значения.

Наиболее
частым случаем, при котором отказывают
выходные трансформаторы, является
такой, когда он вынужден работать на
усилитель в режиме перегрузки. Это может
произойти в двухтактном усилителе,
когда одна выходная лампа полностью
отключена (например, вышла из строя), а
вторая работает с явной перегрузкой.
Индуктивность рассеяния той половины
трансформатора, которая должна пропускать
ток отключенной лампы, стремиться
поддерживать ток этой половины обмотки
неизменным, что влечет за собой появление
значительных перенапряжений в первичной
обмотке (прежде всего за счет ЭДС
самоиндукции), приводящих к пробою
межвитковой изоляции. Процесс изменения
напряжения на индуктивной обмотке во
времени, характеризуется следующим
дифференциальным уравнением:

Так
как при разрыве тока, его производная
стремится к бесконечности di
/dt

≈
∞, возникающая ЭДС самоиндукции развивает
напряжение на полуобмотке в цепи вышедшей
из строя лампы, значительно превышающее
значение высоковольтного источника
питания, которое способно легко пробить
межвитковую изоляцию.

Также
пробой изоляции может быть вызван
неправильными условиями эксплуатации
аппаратуры. Так. например, если в
трансформатор проникла влага, то изоляция
(в качестве которой чаще всего используется
специальная бумага) становится более
проводящей, что значительно увеличивает
вероятность ее пробоя.

Также
существует опасность выхода из строя
выходного трансформатора в случае
работы усилителя на громкоговорители,
сопротивление которых значительно ниже
необходимого. В этом случае, при больших
уровнях громкости, токи, текущие через
обмотки трансформатора, могут оказаться
существенно превышенными.

Еще
одна специфическая проблема в ряде
случаев возникает в не очень качественных
усилителях, например таких, которые
одно время широко применялись для
электрогитар. В силу того, что скорость
нарастания тока при перегрузке очень
высока, а качество выходного трансформатора,
используемого в усилителях для
электрогитар, как правило, не очень
хорошее, то высокие значения индуктивности
рассеяния могут привести к возникновению
таких высоких значений напряжений (эдс
самоиндукции) на обмотках, что не
исключается возникновение внешней
электрической дуги. При этом сам
трансформатор мог быть спроектирован
таким образом, чтобы благополучно
выдержать подобное случайное
перенапряжение. Напряжение, необходимое
для возникновения электрической дуги,
в некоторой степени зависит от степени
загрязнения пути, по которому она
развивается, поэтому загрязнения
(особенно проводящие) снижают это дуговое
напряжение. Именно поэтому углеродные
следы, остающиеся от прежних дуговых
процессов, несомненно, приводят к
снижению напряжения, необходимого для
возникновения нового дугового процесса.

Evgeny I. Zabudsky

     4.2. Опыт короткого замыкания

     Опыт короткого замыкания проводится по схеме, приведенной на рис.1.7,
при замкнутой накоротко вторичной обмотке. U_1к=(5…10)%.

     К трансформатору подводят пониженное напряжение U_1к=(5…10)% от номинального напряжения U_1фном, чтобы ток короткого замыкания I_1к был равен
или несколько превышал (не более, чем на 20%) номинальный ток первичной
обмотки. Затем, постепенно снижая автотрансформатором TV первичное напряжение, записывают показания приборов для 4…6 значений U_1к. При этом
одному из значений U_1к должно соответствовать значение тока I_1к=I_1ном. По результатам опытов, которые заносят в табл.1.2, строят характеристики короткого
замыкания трансформатора I_к , P_к , cosj_к = f(U_1к).

Таблица 1.2

П р и м е ч а н и е. столбцы 1-4 — измерение, столбцы 5, 6 — расчёт, столбцы 7-15 — расчет при I_1к=I_1ном

     В табл.1.2 U_1к, I_1к — фазные напряжение и ток, P_к=C_цk_t(P_Aк+P_Cк) — мощность потребляемая трансформатором из сети при коротком замыкании, C_w -
цена деления ваттметра; k_t — коэффициент трансформации трансформатора тока;
cosj_к=P_к/3U_1кI_1к — коэффициент мощности.

     Рассчитываются параметры схемы замещения трансформатора:

     Z_к = Z₁ + Z₂’= U_1к/I_1ном,

     R_к = R₁ + R₂’= P_к/3(I_1ном)², X_к = X₁ + X₂’= (Z_к²– R_к²)^1/2,

     а также напряжение короткого замыкания трансформатора по формуле:

     u_к% = 100 U_1к / U_1фном = 100 I_1ном Z_к / U_1фном.

     Для Т-образной схемы замещения исследуемого трансформатора можно
принять R₁ ~ R₂’= P_к/2, X₁ ~ X₂’= X_к/2.

     Активное сопротивление R_к следует привести к расчетной рабочей температуре трансформатора, равной 75°C для трансформаторов с изоляцией классов А, Е, В. C этой целью можно воспользоваться приближенной формулой
R_к75 ~ 1,2R_к. Тогда, с учетом приведения, полное сопротивление двух обмоток
R_к75=((R_к75)²+X_к²)^1/2, а напряжение короткого замыкания
u_к75%=100I_1номZ_к75/U_1фном. Активная и реактивная составляющие напряжения КЗ
будут соответственно равны:

     u_a75%=100I_1номR_к75/U_1фном , u_p%=100I_1номX_к / U_1фном.

     По значению напряжения короткого замыкания uк% и его составляющих
u_a% и u_p% можно судить о возможности параллельной работы трансформаторов,
об изменении вторичного напряжения при изменении нагрузки, о величине установившегося тока трехфазного КЗ на зажимах вторичной обмотки в условиях
эксплуатации.

     4.3. Опыт под нагрузкой. Внешняя характеристика трансформатора

     Схема опыта приведена на рис.1.8, ко вторичной обмотке подсоединена
активная нагрузка. Порядок проведения опыта следующий. Трансформатор без
нагрузки через автотрансформатор TV подключают к питающей сети с напряжением U₁ и устанавливают значение напряжения U_1x таким, чтобы
U_2x= U_2фном. Затем трансформатор загружают равномерно, по всем фазам, постепенно меняя ток I₂ в пределах от (0…1,2)I_2ном и поддерживая при этом постоянным напряжение U_1x. В качестве нагрузки используется реостат RR_нг. Результаты опытов (5…6 точек) заносятся в табл.1.3.

Таблица 1.3

     В табл.1.3 b = I₂/I_2ном — коэффициент загрузки трансформатора.

     По опытным данным строится внешняя характеристика трансформатора
U_2ф = f (b) {или U_2ф = f(I_2ф)} при U₁ =const, cosj₂ = 1,0.

     4.4. Расчет и построение внешних характеристик

     Внешние характеристики можно получить аналитическим, то есть расчетным путем. При любой нагрузке вторичное напряжение определяется как:

     U_2ф = U_2фном (1,0–0,01 DU_%),

где U_2фном — номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора; DU_% — изменение вторичного напряжения при нагрузке, равное

     DU_% = 100 (U_2фном – U_2ф)/U_2фном.

     При номинальной нагрузке величина DU% составляет 2…5%. С достаточной точностью изменение напряжения можно определить по выражению:

     DU_%=b(u_a75% cosj₂ + u_p% sinj₂) .

     Следует задаться значениями коэффициента загрузки трансформатора
b = 0; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 и при заданных значениях cosj₂ и sinj₂ (см. пункт 2.8)
рассчитать DU_% и U_2ф. Pезультаты расчетов сводят в табл. 1.4.

Таблица 1.4

     Используя полученные данные строят расчетные внешние характеристики
U_2ф = f(b) в одних координатах с опытной внешней характеристикой и сравнивают их между собой (для cosj₂ = 1,0).

     4.5. Расчет и построение зависимости КПД от коэффициента загрузки

     ГОСТ рекомендует определять КПД косвенным методом, используя значения потерь мощности в трансформаторе, получаемых из опытов ХХ и КЗ.
Расчетное выражение для определения КПД приведено ниже

     h =1,0 – (P_xном+ b² P_кном75)/(b S_ном cosj₂+ P_xном+ b² P_кном75),

где P_xном – магнитные потери мощности в магнитопроводе, равные мощности
ХХ при U_1x = U_1фном; P_кном75 – электрические потери в обмотках, равные мощности потерь КЗ при I_1к= I_1ном и температуре 75°C, т.е. P_кном75= 3(I_1ном)2R_к75;
S_ном — номинальная мощность трансформатора.

     Используя данные опытов ХХ и КЗ и задавшись рядом значений коэфициента нагрузки b, необходимо рассчитать КПД при заданном значении коэффициента мощности и построить зависимости h = f (b). Результаты расчетов сводятся в табл.1.5.

Таблица 1.5

     Коэффициент полезного действия максимален при равенстве
электрических потерь в обмотках и магнитных потерь в стали.

     Наиболее вероятная нагрузка, при которой h = hmax имеет место при значении b = 0,5…0,7.

     Значение коэффициента нагрузки b, которое соответствует максимальному
значению КПД h_max может быть определено по формуле:
b_опт = (P_xном/P_кном75)^1/2

     Тогда максимальное значение КПД определится как
h_max = 1,0 – (P_xном)/(0,5 h_опт Sном cosj₂+ P_xном). Значения КПД hmax, рассчитанные для cosj₂ = 1,0 и cosj₂ = 0,8, необходимо сопоставить с данными, полученными на основе зависимостей h = f (b).

     5. Содержание отчета

     Отчет должен содержать программу лабораторной работы, паспортные
данные используемого трансформатора, схемы испытаний и Т-образную схему
замещения трансформатора, результаты опытных и расчетных данных испытаний, сведенных в соответствующие таблицы и представленных графически
(Форма отчета по Лабораторной работе (образец оформления) приведена в
Прил. 3, см. с.141,сл.).

     6. Контрольные вопросы

     1. Объяснить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.

     2. Что такое коэффициент трансформации?

     3. Почему токи ХХ в обмотке трехфазного трансформатора не одинаковы по фазам?

     4. Чем обусловлена необходимость проведения опытов ХХ и КЗ при испытаниях силовых трансформаторов?

     5. В чем смысл определения параметров и построения схемы замещения трансформатора?

     6. Дать понятие напряжения КЗ трансформатора и пояснить его важность для целей практики.

     7. Почему мощность потребляемую из сети в режиме ХХ принимают за магнитные потери, а в режиме КЗ – за электрические потери?

     8. Какие потери для трансформатора считаются постоянными, а какие – переменными?

     9. Что называется изменением вторичного напряжения трансформатора, отчего оно зависит и в каких единицах выражается?

     10. Чем объяснить, что у трехфазного трехстержневого трансформатора магнитная система несимметрична? Отражается ли это обстоятельство на рабочем режиме трансформатора?

     11. Дать понятие о коэффициенте полезного действия и коэффициенте мощности трансформатора. Сопоставить эти коэффициенты.

Знаете ли вы, что такое сопротивление короткого замыкания трансформатора? | в процессе использования Grace jia

необходимо постоянно улучшать использование и эффективность трансформатора, такого как трансформатор сухого типа . Поскольку на напряжение трансформатора, такого как трансформатор с литой изоляцией , влияет множество факторов, напряжение контролируется и используется. Давление регулировки не то же самое. Полное сопротивление короткого замыкания трансформатора также является основной причиной работы трансформатора и одним из наиболее эффективных средств контроля напряжения. Так что же означает сопротивление короткого замыкания трансформатора в реальной эксплуатации и эксплуатации? Здесь мы дадим вам подробное введение:

Концепция A

Как правило, полное сопротивление короткого замыкания трансформатора относится к эквивалентному последовательному полному сопротивлению Zk=Rk+jXk между клеммами пары обмоток при номинальной частоте и эталонная температура. Поскольку его значение определяется нагрузочным испытанием в дополнение к расчету, его принято называть напряжением короткого замыкания или напряжением импеданса.

Концепция B

Сопротивление короткого замыкания является важным элементом в индексе производительности трансформатора, и отклонение между измеренным значением и указанным значением во время отгрузки очень строгое.

Влияние сопротивления короткого замыкания трансформатора на работу трансформатора

Полное сопротивление короткого замыкания трансформатора, также называемое напряжением полного сопротивления, определяется в трансформаторной промышленности: напряжение, прикладываемое первичной обмоткой к номинальному току, называется напряжением импеданса Uz. Обычно Uz выражается в процентах от номинального напряжения, т.е. uz=(Uz/U1n)*100%

При полной нагрузке трансформатора уровень импеданса короткого замыкания оказывает определенное влияние на выходное напряжение трансформатора. второстепенная сторона. Сопротивление короткого замыкания мало, падение напряжения мало, сопротивление короткого замыкания велико, падение напряжения велико. Когда нагрузка трансформатора закорочена, импеданс короткого замыкания мал, ток короткого замыкания велик, а электрическая мощность, которой подвергается трансформатор, велика.Сопротивление короткого замыкания велико, ток короткого замыкания мал, а электрическая сила, воздействующая на трансформатор, мала.

Выше приведен эффект импеданса короткого замыкания трансформатора и базовый анализ концепции для справки. Каждый может постоянно повышать стабильность и стабильность трансформатора. В этом случае будут проявляться многие эффекты трансформатора, и это более безопасно.

Испытание трансформатора на короткое замыкание – нарушение напряжения

Испытание на короткое замыкание выполняется на трансформаторе для измерения эквивалентного последовательного сопротивления и реактивного сопротивления . Последовательное сопротивление предоставляет информацию о потерях трансформатора в меди при полной нагрузке, а последовательное реактивное сопротивление определяет импеданс трансформатора. Переменное напряжение подается на обмотку высокого напряжения , а обмотка низкого напряжения замыкается накоротко . Напряжение изменяется до тех пор, пока не потечет номинальный вторичный ток, при котором снимаются показания времени.

Схема проверки трансформатора на короткое замыкание

Первичное напряжение, при котором протекает номинальный вторичный ток . Затем это напряжение делится на номинальное первичное напряжение (умноженное на 100), что дает импеданс трансформатора % .

Ток возбуждения I _ex очень меньше, так как приложенное напряжение будет очень низким и им можно пренебречь. Следовательно, можно с уверенностью предположить, что весь ток I _sc , зарегистрированный на обмотке высокого напряжения во время испытания на короткое замыкание, проходит через эффективное последовательное сопротивление обмотки и эффективное последовательное реактивное сопротивление, как показано ниже.

Испытания на короткое замыкание и обрыв цепи — это два обычных испытания, проводимых на трансформаторном заводе перед отгрузкой трансформатора.В сочетании эти два теста определяют потери в обмотке, импеданс трансформатора, потери в сердечнике, импеданс намагничивания и сопротивление потерь в сердечнике.

Чтение: Тест трансформатора на обрыв цепи

Эквивалентная схема испытания трансформатора на короткое замыкание

Эквивалентная схема испытания трансформатора на короткое замыкание показана здесь. Сопротивление обмотки и последовательное реактивное сопротивление показаны как относительно первичной цепи . Это означает, что сопротивление вторичной обмотки и реактивное сопротивление переносятся на первичную после корректировки коэффициента трансформации трансформатора.

Вычислитель тока короткого замыкания трансформатора

Другое соображение заключается в том, что если сторона ВН соединена звездой, то тестовые соединения будут между фазой и нейтралью, а если соединение треугольником, то будет подано напряжение фаза-фаза. Измеренный линейный ток также необходимо скорректировать для соединения ВН треугольником, чтобы определить фазный ток в обмотке. Это повлияет на расчеты сопротивления обмотки и полного сопротивления утечки. Калькулятор ниже учитывает обмотку звездой/треугольником и использует соответствующие поправочные коэффициенты.Калькулятор также предоставляет эквивалентное сопротивление потерь в сердечнике в единицах (о.е.) и расчетное полное сопротивление трансформатора [%Z].

Сводка

Испытание на короткое замыкание устанавливает потерю мощности обмотки при полной нагрузке (потеря меди) трансформатора. Потери в меди являются важным параметром для конечных пользователей, так как большие потери означают потерю энергии, а также добавляют дополнительную тепловую нагрузку на объект. Трансформаторы с меньшими потерями при полной нагрузке предпочтительнее с точки зрения энергоэффективности.Информация о значении потерь в меди также полезна при некоторых исследованиях моделирования переходных процессов, поскольку это значение определяет резистивное демпфирование, обеспечиваемое обмоткой.

Испытание на короткое замыкание также определяет полное сопротивление утечки (% Z) трансформатора , которое используется в исследованиях по моделированию короткого замыкания и других исследованиях в области энергетики. Реактивное сопротивление утечки также влияет на потребность в реактивной мощности силового трансформатора.

Импеданс трансформатора

: почему импеданс выражается в процентах?

Как рассчитать реактивную мощность трансформатора?

Полное сопротивление трансформатора в процентах и ​​его расчет

Что такое импеданс в процентах?

Полное сопротивление трансформатора в процентах указано на большинстве шильдиков, но что это такое и что означает цифра Z%?

Полное сопротивление трансформатора – это полное сопротивление переменному току.Это можно рассчитать для каждой обмотки.

Однако довольно простой тест обеспечивает практический метод измерения эквивалентного импеданса трансформатора без разделения импеданса обмоток.

Когда речь идет об импедансе трансформатора, имеется в виду импеданс , эквивалентный .

Определение

Полное сопротивление трансформатора в процентах представляет собой падение напряжения при полной нагрузке из-за сопротивления обмотки и реактивного сопротивления рассеяния, выраженное в процентах от номинального напряжения.

Это также процент нормального напряжения на клеммах, необходимый для циркуляции тока полной нагрузки в условиях короткого замыкания.

Другими словами, импеданс трансформатора в процентах представляет собой процентное отношение номинального напряжения, приложенного к одной стороне (первичной обмотке), для циркуляции номинального тока на трансформаторе, поддерживающем другую сторону (вторичную обмотку) в условиях короткого замыкания.

Указывается в процентах на паспортной табличке силовых трансформаторов каждой электрической подстанции.

Полное сопротивление в процентах на паспортной табличке трансформатора 11 кВ/415 В

Объяснение импеданса в процентах

Если мы приложим номинальное напряжение к первичной обмотке трансформатора, сохраняя его вторичную обмотку короткозамкнутой , то величина тока в обеих обмотках будет чрезвычайно высокой по сравнению с номинальным током.

Процентное сопротивление схемы подключения трансформатора

Этот ток называется током короткого замыкания , и его величина очень велика из-за нулевого импеданса нагрузки (короткое замыкание вторичной обмотки).

Теперь, если мы уменьшим подаваемое напряжение на первичную обмотку трансформатора, т. е. мы приложим процент номинального напряжения к первичной обмотке трансформатора, ток на обеих обмотках также уменьшится.

При определенном проценте от номинального напряжения по обмоткам трансформатора будет протекать номинальный ток. Этот процент номинального напряжения на одной стороне трансформатора, при котором номинальный ток циркулирует по обмоткам трансформатора, сохраняя короткозамкнутую обмотку другой стороны, называется процентным полным сопротивлением трансформатора .

Расчет импеданса в процентах

Для определения эквивалентного сопротивления одна обмотка трансформатора закорочена. А к другой обмотке прикладывается достаточное напряжение, чтобы создать полный ток нагрузки, протекающий в короткозамкнутой обмотке.

Это напряжение известно как напряжение импеданса.

Полное сопротивление трансформатора в процентах

Любая обмотка может быть замкнута накоротко для этого испытания, но обычно удобнее замыкать накоротко низковольтную обмотку.

На паспортной табличке трансформатора указано значение импеданса в процентах. Это означает, что падение напряжения из-за импеданса выражается в процентах от номинального напряжения.

Подробнее здесь: Как проверить процентное сопротивление трансформатора?

Пример расчета

Например, если трансформатор на 2400/240 В имеет измеренное напряжение импеданса 72 В на обмотках высокого напряжения, его полное сопротивление (Z), выраженное в процентах, составляет:

Z% =  (полное сопротивление / номинальное напряжение)   x  100

процента Z = (72/2400)*100 = 3 процента

Это означает, что при полной нагрузке в высоковольтной обмотке произойдет падение на 72 вольта из-за потерь в обмотках и сердечнике. Только 1 или 2% потерь приходится на сердечник; около 98 % связано с импедансом обмотки.

Если бы трансформатор не работал на полную нагрузку, падение напряжения было бы меньше. Если для стороны высокого напряжения требуется фактическое значение импеданса в омах (закон Ома):

Z = В/И

, где V — падение напряжения или, в данном случае, 72 вольта; I — ток полной нагрузки в первичной обмотке.

Если ток полной нагрузки составляет 10 ампер:

Z = 72 В/10 А = 7.2 Ом

Конечно, нужно помнить, что импеданс представляет собой комбинацию как резистивной, так и реактивной составляющих.

Изменение значения импеданса в процентах

Наиболее экономичное расположение сердечника и обмоток приводит к «естественному» значению импеданса, определяемому потоком рассеяния .

Поток рассеяния является функцией ампер-витков обмотки, а также площади и длины пути потока рассеяния.

Их можно варьировать на этапе проектирования, изменяя вольт на виток и геометрическое соотношение обмоток.

Влияние более высокого и более низкого импеданса в процентах

Полное сопротивление трансформатора в процентах оказывает большое влияние на уровни неисправности системы . Он определяет максимальное значение тока, который будет протекать в условиях неисправности.

Легко рассчитать максимальный ток, который трансформатор может отдать в условиях симметричной неисправности.

В качестве примера рассмотрим трансформатор мощностью 2 МВА с импедансом 5%. Максимальный уровень неисправности, доступный на вторичной стороне:

.

2 МВА x 100/5 = 40 МВА

, и по этому рисунку можно рассчитать эквивалентные первичные и вторичные токи короткого замыкания.

Роль импеданса в процентах в расчетах короткого замыкания

Полное сопротивление трансформатора в процентах играет чрезвычайно важную роль при расчете сети, т.е.

• Расчет короткого замыкания
• Расчет падения напряжения.

Как мы обсуждали в предыдущем разделе, когда мы прикладываем номинальное напряжение к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого короткозамкнута, ток короткого замыкания будет протекать по обмоткам трансформатора.

Значение тока короткого замыкания,

I _sc = I _{номинал} × 100/Z%

Значение импеданса в процентах одинаково для обеих обмоток, поскольку оно представляет собой процент от номинального напряжения. Однако значение номинального тока будет различным для первичной и вторичной обмоток. Соответственно значение тока короткого замыкания также будет различным для первичной и вторичной обмоток.

Меньший процент импеданса имеет как положительные, так и отрицательные эффекты.

1. Если Z% трансформатора меньше, ток короткого замыкания будет больше, что вызовет большее напряжение в изоляции . Это отрицательный фактор .
2. С другой стороны, уменьшит падение напряжения в обмотке трансформатора. Это будет способствовать лучшему регулированию напряжения . Это положительный фактор .

Поэтому процентное сопротивление трансформатора должно быть точно выбрано для поддержания надлежащего баланса между уровнем неисправности и регулированием напряжения.

Роль импеданса в процентах при параллельной работе трансформаторов

Полное сопротивление в процентах играет важную роль при параллельной работе трансформаторов.

Если отношение номинальной мощности кВА к процентному импедансу двух параллельно работающих трансформаторов одинаково, они будут делить одинаковую нагрузку. Однако, если соотношение отличается, они будут делить неравную нагрузку. Это может привести к перегреву одного трансформатора.

Допустимое отклонение в Z% трансформатора

Полное сопротивление трансформатора в процентах указывается при заказе. Но следует отметить, что IEC 60076 допускает +1-10% допуск в процентном сопротивлении на стороне производителя.

Пример : Если мы заказываем трансформатор с процентным импедансом 8 %, его фактический Z % после изготовления может быть любым значением от 7,2 % (-10 % от 8) до 8,8 % (+10 % от 8), за исключением случаев, когда специально согласовано с производителем во время заказа.

Допуск в процентах импеданса должен учитываться при расчетах энергосистемы, и, соответственно, уровень отказа системы и регулировка напряжения должны быть окончательно определены.

Ссылка: IEEE C57.112.10

Испытание трансформатора на обрыв и короткое замыкание

Испытания трансформатора на обрыв и короткое замыкание проводятся для определения:

1. Эквивалентной схемы трансформатора
2. Регулирования напряжения трансформатора
3. КПД трансформатора

Мощность, необходимая для Испытания на обрыв цепи и испытания на короткое замыкание трансформатора равны потерям мощности, происходящим в трансформаторе.

Тест на обрыв цепи трансформатора

Схема соединений для теста на обрыв цепи трансформатора показана на рисунке. Вольтметр, ваттметр и амперметр подключены к стороне низкого напряжения трансформатора, как показано на рисунке. На эту сторону НН подается напряжение номинальной частоты с помощью вариатора автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации.

Сторона высокого напряжения трансформатора остается открытой. Теперь с помощью вариатора прикладываемое напряжение медленно увеличивается до тех пор, пока вольтметр не покажет показания, равные номинальному напряжению стороны НН.После достижения номинального напряжения на стороне НН мы записываем показания всех трех приборов (показания вольтметра, амперметра и ваттметра).

Показание амперметра дает ток холостого хода I _e . Поскольку ток холостого хода I _e довольно мал по сравнению с номинальным током трансформатора, падение напряжения из-за этого тока можно считать незначительным.

Поскольку показание вольтметра V ₁ можно считать равным вторичному наведенному напряжению трансформатора, показание ваттметра указывает входную мощность во время испытания.Поскольку трансформатор разомкнут, выходная мощность отсутствует, поэтому входная мощность здесь состоит из потерь в сердечнике в трансформаторе и потерь в меди в трансформаторе при отсутствии нагрузки. Но, как было сказано ранее, ток холостого хода в трансформаторе довольно мал по сравнению с током полной нагрузки, поэтому мы можем пренебречь потерями в меди из-за тока холостого хода. Следовательно, можно принять показания ваттметра равными потерям в сердечнике трансформатора.

Рассмотрим показания ваттметра P _o .

Где, R _м – сопротивление шунтирующей ветви трансформатора.

If, Z _m – полное сопротивление шунтирующей ветви трансформатора.

Следовательно, если реактивное сопротивление шунтирующей ветви трансформатора составляет X _м ,

Эти значения относятся к стороне НН трансформатора, так как испытания проводились на стороне НН трансформатора. Эти значения можно легко отнести к стороне ВН, умножив эти значения на квадрат коэффициента трансформации.

Таким образом, видно, что испытание на обрыв цепи трансформатора используется для определения потерь в сердечнике трансформатора и параметров шунтирующей ветви эквивалентной схемы трансформатора.

Проверка трансформатора на короткое замыкание

Схема соединений для проверки на короткое замыкание трансформатора показана на рисунке ниже. Вольтметр, ваттметр и амперметр подключены на стороне высокого напряжения трансформатора, как показано на рисунке. Низкое напряжение около 5-10% подается на эту сторону ВН с помощью вариатора (т.е. автотрансформатора с переменным коэффициентом). Замыкаем накоротко сторону НН трансформатора. Теперь с помощью вариатора приложенное напряжение медленно увеличивают до тех пор, пока ваттметр не даст показания, равные номинальному току стороны ВН.

После достижения номинального тока стороны ВН фиксируем показания всех трех приборов (показания вольтметра, амперметра и ваттметра). Показания амперметра дают первичный эквивалент тока полной нагрузки IL. Поскольку напряжение, приложенное для полного тока нагрузки при испытании на короткое замыкание на трансформаторе, довольно мало по сравнению с номинальным первичным напряжением трансформатора, потерями в сердечнике трансформатора здесь можно пренебречь.

Допустим, показание вольтметра V _sc .Показания ваттметра показывают входную мощность во время теста. Поскольку мы замкнули трансформатор, выхода нет; следовательно, входная мощность здесь состоит из потерь в меди в трансформаторе. Поскольку приложенное напряжение V _sc является напряжением короткого замыкания в трансформаторе и, следовательно, оно довольно мало по сравнению с номинальным напряжением, то потерями в сердечнике из-за малого приложенного напряжения можно пренебречь. Следовательно, показания ваттметра можно принять равными потерям в меди в трансформаторе.Примем показание ваттметра P _sc .

Где, R _e – эквивалентное сопротивление трансформатора.

If, Z _e эквивалентное полное сопротивление трансформатора.

Следовательно, если эквивалентное реактивное сопротивление трансформатора равно X _e .

Эти значения относятся к стороне высокого напряжения трансформатора, поскольку испытание проводится на стороне высокого напряжения трансформатора. Эти значения можно легко преобразовать в сторону LV, разделив эти значения на квадрат коэффициента преобразования.

Следовательно, испытание на короткое замыкание трансформатора используется для определения потерь в меди в трансформаторе при полной нагрузке. Он также используется для получения параметров для аппроксимации эквивалентной схемы трансформатора.

Расчет тока короткого замыкания трансформатора и решения по усилению

О диссертации

Эта диссертация преследует три основные цели. Первая цель состоит в том, чтобы ввести типы коротких замыканий. Во-вторых, ввести расчет тока короткого замыкания трансформатора. И последнее – найти подходящие методы усиления трансформаторов, которые сейчас работают.

Расчет токов короткого замыкания трансформатора и решения по армированию (на фото: испытательная установка сильноточного короткого замыкания; кредит: CPRI)

Используя сравнительный подход к аналитическому исследованию, можно проанализировать преимущества и недостатки различных методов армирования.

Результат показывает, что нейтральный реактор является лучшим выбором для повышения стойкости S/C : низкая стоимость, простота обслуживания, высокая технологическая отработанность и так далее.

Явление короткого замыкания

Короткое замыкание (КЗ) в электрической цепи — это часть цепи, которая по каким-то причинам стала «короче», чем должна быть .

Ток в электрической цепи течет самым простым путем, и если две точки в цепи с разными потенциалами соединены с низким электрическим импедансом, то ток проходит между двумя точками кратчайшим путем.

Последствия S/C могут быть любыми: от незначительной неисправности до катастрофы.Последствия зависят от способности системы управлять током в ситуации S/C и от того, как долго ток S/C может протекать.

Типы неисправностей

Почти в каждой электрической цепи должна быть какая-либо защита от токов короткого замыкания. При математическом анализе цепей S/C обычно описывается нулевым импедансом между двумя узлами в цепи .

В действительности невозможно, чтобы импеданс был равен нулю, поэтому расчеты дадут не «реальное» значение, а в большинстве случаев максимально возможное значение.

Для получения правильного результата расчета также важно знать все параметры схемы. Особенно в ситуациях S / C поведение цепей «странное», и нет никакой линейности между напряжением системы и текущим током.

Короткое замыкание может привести к возникновению электрической дуги, если пропускная способность системы по току «достаточна» и защитные устройства не отключают цепь. Дуга представляет собой канал горячей ионизированной плазмы с высокой проводимостью.Даже короткие дуги могут удалить значительное количество материалов из точек контакта.

Температура электрической дуги очень высока , что приводит к плавлению металла на контактных поверхностях .

Расчет тока короткого замыкания трансформатора и решения – Ling Song

Сопутствующий контент EEP со рекламными ссылками

Расчеты короткого замыкания с использованием импеданса трансформатора и источника

Расчет бесконечного короткого замыкания шины может использоваться для определения максимального тока короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора, используя только данные с паспортной таблички трансформатора.Это хороший (и простой) метод определения максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае, поскольку он игнорирует полное сопротивление источника/сети. Игнорирование импеданса источника означает, что предполагается, что оно равно нулю, а напряжение, деленное на ноль, равно бесконечности, отсюда и часто используемый термин «бесконечная шина» или «бесконечный источник».

В моей статье Infinite Bus на сайте brainfiller.com метод бесконечной шины проиллюстрирован для расчета максимального наихудшего тока короткого замыкания во вторичной обмотке 480 В трансформатора мощностью 1500 кВА с 5.Импеданс 75 процентов. Использование «бесконечной шины» или «наихудшего случая» показало доступный ток короткого замыкания 31 374 ампер.

Однако что, если вы оцениваете адекватность панели на вторичной обмотке с номинальным током короткого замыкания 30 000 ампер? При подходе с бесконечной шиной это будет означать, что панель имеет неадекватную мощность прерывания. Но так ли это на самом деле? Это может быть дорогостоящим выводом, основанным на предполагаемых (бесконечных первичных) данных.

Еще одна проблема, связанная с использованием подхода с бесконечной шиной, связана с тем, следует ли использовать расчеты короткого замыкания для исследования вспышки дуги.Это то, что я обсуждаю на своем учебном курсе по дуговому разряду, посвященному использованию IEEE 1584 для выполнения расчетов дугового разряда.

При исследованиях вспышки дуги более высокий ток короткого замыкания может привести к наихудшему падению энергии, но это не всегда так. Возможно, что меньший ток короткого замыкания может привести к увеличению времени срабатывания защитного устройства, что приведет к увеличению продолжительности вспышки дуги и увеличению общей падающей энергии.

Чтобы обеспечить более точные расчеты короткого замыкания, необходимо включить импеданс источника.Давайте посмотрим, как учесть влияние фактического тока короткого замыкания источника и эквивалентного импеданса источника. Для учета импеданса источника можно использовать ту же формулу, которая использовалась для решения с бесконечной шиной, но необходимо добавить еще несколько шагов.

Формула бесконечной шины основана на импедансе трансформатора, как показано ниже. Он игнорирует импеданс источника:

SCA _{вторичный} = (FLA _{вторичный} x 100) / (%Z _{трансформатор} )

Импеданс источника и трансформатора
Фактический ток короткого замыкания на клеммах вторичной обмотки трансформатора зависит не только от импеданса трансформатора, но и от силы источника на первичной обмотке трансформатора. Трансформатор, подключенный к сильному источнику, например, близкому к крупной коммунальной подстанции, будет иметь больший вторичный ток короткого замыкания, чем если бы тот же трансформатор был подключен к слабому источнику, например к длинной распределительной линии в сельской местности.

Чтобы учесть силу/слабость импеданса источника, нам нужно всего лишь добавить одну дополнительную переменную, % Z _{источник} к предыдущему уравнению.

Новое уравнение будет таким:

SCA _{вторичный} = (FLA _{вторичный} x 100) / (%Z _{трансформатор} + %Z _{источник} )

При добавлении источника %Z _{к преобразователю} %Z _{мощность источника включается.Более сильный источник будет иметь меньшее значение для %Z source , а более слабый источник будет иметь большее значение.}

Процедура расчета аналогична расчету бесконечной шины, но теперь мы должны добавить дополнительный шаг расчета импеданса источника.

Шаг 1 — Расчет эквивалентного импеданса источника:

%Z _{источник} = (кВА _{трансформатор} ) / (кВА _{короткое замыкание} ) x 100

где:

кВА _{короткое замыкание} = кВ _{Первичная} x кв.(3) x SCA _{первичная}

Это кажется достаточно простым, но где взять первичный SCA _{? Отличный вопрос! Если трансформатор будет подключен к инженерной системе, источником этой информации обычно является энергоснабжающая компания.Лучше всего начать с определения того, кто является представителем коммунального счета, и спросить, могут ли они либо предоставить вам информацию, либо направить вас к тому, кто может иметь информацию.}

Если трансформатор не подключен напрямую к сети, а находится ниже по течению в системе распределения электроэнергии, вам необходимо получить расчеты короткого замыкания для входной части системы. Это означает, что кому-то (возможно, вам) придется выполнять расчеты короткого замыкания от коммунального предприятия до системы распределения электроэнергии.

Если вы не можете определить какую-либо из этих сведений и вас беспокоит наихудший вариант короткого замыкания с максимальной амплитудой, вы всегда можете по умолчанию использовать более простой и, как правило, более консервативный расчет бесконечной шины.

Будьте осторожны! Расчеты с бесконечной шиной хороши для оценки максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае (за исключением вклада двигателя и допусков импеданса для трансформаторов, которые еще не поставлены/испытаны). Однако, если вас интересуют минимальные токи короткого замыкания для анализа, например вспышки дуги, мерцания напряжения или гармонического резонанса, расчет бесконечной шины не подходит.

Вывод шага 1
Формула для расчета импеданса источника может показаться немного странной при первом знакомстве с ней. Разделение двух разных кВА волшебным образом становится импедансом. Однако этот метод берет свое начало в системе на единицы. Источник %Z _{фактически представляет собой истинное полное сопротивление первичного источника в омах, деленное на полное сопротивление базы трансформатора в омах. Вот как работает вывод шага 1:}

%Z _{, источник} = (Z _{, источник, Ом} / Z _{, база трансформатора} ) x 100

%Z _{источник} = (кВ2 _{вторичный} / МВА _{короткое замыкание} ) / (кВ2 _{вторичный} / МВА _{трансформатор} ) x 100

где:
Z _{источник Ом} = кВ2 _{вторичный} / МВА _{короткое замыкание}

Z _{основание трансформатора} = кВ2 _{вторичное} / МВА _{трансформатор}

КВ _{вторичка} в числителе и знаменателе сокращают друг друга и у вас остается:

%Z _{источник} = [(1 / МВА _{короткое замыкание} ) / (1 / МВА _{трансформатор} )] x 100

, который становится:

%Z _{источник} = (МВА _{трансформатор} / МВА _{короткое замыкание} ) x 100

или в нашем случае мы используем килограмм вместо мега, поэтому наши числа масштабируются на 1000:

%Z _{источник} = (кВА _{трансформатор} / кВА _{короткое замыкание} ) x 100

Шаг 2 — Рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора:

FLA _{вторичная} = кВА _{3-фазная} / [кВ _{вторичная} x кв. (3)]

Шаг 3 — Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора, но на этот раз мы используем импеданс трансформатора И импеданс источника.

SCA _{вторичный} = (FLA _{вторичный} x 100) / (% Z _{трансформатор} + %Z _{источник} )

Вот пример расчета
Допустим, у нас есть трансформатор мощностью 1500 кВА с вторичным напряжением 480Y/277В, первичным напряжением 13,2 кВЛ-L и импедансом 5,75%. Предположим, коммунальное предприятие сообщает нам, что их максимальный ток короткого замыкания на первичной обмотке трансформатора составляет 6740 ампер при 13,2 кВ.

Шаг 1 — Расчет импеданса источника:

кВА _{короткое замыкание} = 6740 ампер x 13,2 кВL-L x sqrt(3)

кВА _{короткое замыкание} = 154 097 кВА

(некоторые коммунальные предприятия могут называть это 154 МВА)

% Z _{источник} = (1500 кВА / 154 097 кВА) x 100

% Z _{источник} = 0,97%

Шаг 2 — Как и в случае с бесконечной шиной, рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора.

FLA _{вторичная} = 1500 кВА / [0,48 кВЛ x кв. (3)]

FLA _{вторичный} = 1804 ампер

Шаг 3 — Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора.

SCA _{вторичный} = (1804 ампер x 100) / (5,75% + 0,97%)

SCA _{вторичный} = 26 845 ампер

Если бы этот расчет проигнорировал источник и предположил, что он бесконечен, ток короткого замыкания на вторичной обмотке был бы:

SCA _{вторичный} = 31 374 ампер

Вы можете видеть, что учет импеданса источника (силы источника) оказывает значительное влияние на величину тока короткого замыкания на вторичных клеммах трансформатора.

Все перечисленные выше переменные:
FLA _{вторичная} = ток полной нагрузки вторичной обмотки
кВ _{первичная} = напряжение первичной линии LL в кВ
кВ _{вторичная} = напряжение вторичной линии LL в кВ
кВА _{3 фазы} = трансформатор трехфазный фаза кВА,
самоохлаждение
Sqrt (3) = квадратный корень из трех (1,73)
% Z _{трансформатор} = сопротивление трансформатора в процентах
% Z _{источник} = сопротивление источника в процентах
относительно базы трансформатора
кВА _{короткое замыкание} = мощность короткого замыкания
SCA _{вторичная} = ток трехфазного короткого замыкания на вторичной шине
SCA _{первичная} = ток трехфазного короткого замыкания на первичной шине

Еще несколько слов предостережения! Импеданс трансформатора должен соответствовать фактической паспортной табличке, а не предполагаемому значению. Полные сопротивления трансформаторов, которые еще не были построены или испытаны, могут отличаться на +/- 7,5% от указанного полного сопротивления. Приведенный выше расчет не включает вклад двигателя, который также необходимо учитывать.

Добавление импедансов источника и трансформатора, как мы только что сделали, хорошо для точной аппроксимации, но это не идеально. Импедансы должны быть добавлены с использованием векторного сложения, что означает разделение каждого импеданса на его соответствующие значения X и R и объединение отдельных членов для определения истинной величины общего импеданса.Отношение X/R представляет собой количество реактивного сопротивления X, деленное на величину сопротивления R, которое также является тангенсом угла, создаваемого реактивным сопротивлением и сопротивлением в цепи.

Источник: Перепечатано с разрешения. Brainfiller.com. Расчеты короткого замыкания с учетом импеданса трансформатора и источника. https://brainfiller.com/2018/03/18/short-circuit-calculations-with-transformer-and-source-impedance/ и https://brainfiller. com/2005/08/22/short-circuit-calculations -метод бесконечной шины/

Рассчитайте ток короткого замыкания любого трансформатора всего за 3 шага

Рассчитайте ток короткого замыкания любого трансформатора всего за 3 шага

https://www.theelectricalguy.in/wp-content/uploads/2020/05/rt-схема-ток-любого-трансформатора-всего-всего-3-шага-theelectricalguy-YABHOrP8mr0-1024×576.jpg
1024
576

Гаурав Дж.

Гаурав Дж.

https://secure.gravatar.com/avatar/87a2d2e0182faacb2e003da0504ad293?s=96&d=mm&r=g

28 мая 2020 г. 4 июня 2020 г.

В этом уроке я объясню три простых шага для расчета тока короткого замыкания любого трансформатора. Это также поможет вам определить номинал автоматического выключателя. Итак, начнем !

Шаг 1

Получите следующие данные

• КВА/МВА Номинальная мощность трансформатора (для понимания предположим, что это 100 кВА)
• Вторичное напряжение (Предположим, 440 вольт)
• % Полное сопротивление (Вы получите его на паспортной табличке трансформатора, для нашего примера предположим, что 5% )

Этап 2

Расчет тока полной нагрузки

Для трехфазного трансформатора используйте следующую формулу

Для однофазного трансформатора используйте следующую формулу

Рассчитаем ток полной нагрузки в нашем примере.

Шаг 3

Рассчитать ток короткого замыкания

Теперь мы рассчитаем фактический ток короткого замыкания по следующей формуле.

Итак, это наш ток короткого замыкания.