Напряжение короткого замыкания трансформатора что характеризует: Напряжение короткого замыкания трансформатора физический смысл

Напряжение короткого замыкания трансформатора физический смысл

Автор На чтение 12 мин. Опубликовано 12.12.2019

Как и для чего проводится опыт короткого замыкания трансформатора?

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.
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

находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zк, Rк и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

5. Как и для чего проводится опыт холостого хода трансформатора.

Для чего проводится опыт холостого хода: Опыты холостого хода и короткого замыкания проводятся для определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения. Холостой ход трансформатора – это один из предельных режимов работы трансформатора.
Опыт холостого хода.Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1)

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

,

где и – число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому при любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,2…0,3.

Автор: Губко А.А., Губко Е.А.

Одной из причин нарушения нормальной работы систем электроснабжения может быть короткое замыкание. Коротким замыканием (к.з.) назы-вается замыкание между фазами, а в системах с заземленной нейтралью – замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод. При возникновении к.з. общее электрическое сопротивление цепи резко уменьшается, что вызывает увеличение тока в сети. Главная причина возникновения к.з. – нарушение изоляции элементов электрооборудования. Эти нарушения могут быть вызваны перенапряжением, механическими повреждениями, старением изоляционных материалов, попаданием в распределительные устройства или в аппараты посторонних предметов, загрязнением изоляторов токопроводящей пылью, при неосторожном монтаже или демонтаже электрооборудования и т.д. Причиной возникновения к.з. могут быть и ошибки, допущенные обслуживающим персоналом при выполнении переключений.

В системах трехфазного переменного тока возможны следующие виды коротких замыканий:
• трехфазное к.з. – одновременное замыкание трех фаз между собой;
• двухфазное к.з. – замыкание двух фаз;
• однофазное к.з. – замыкание одной фазы на землю.

Однофазное замыкание на землю имеет место только в сетях с неизолированной нейтралью.
В системах с изолированной нейтралью возможны только трехфазные и двухфазные к.з.
В электроустановках выше 1000 В ток короткого замыкания может достигать больших величин и при несвоевременном отключении вызвать разрушение кабелей, электроаппаратуры и других элементов сети. При проектировании и эксплуатации электроустановок предусматриваются мероприятия, уменьшающие вероятность возникновения к.з, а при возникновении их – ограничивающие вредное воздействие.

К этим мероприятиям относятся: выбор более рациональных схем электроснабжения; выбор электрооборудования, устойчивого к действию токов к.з; применение специальных аппаратов для ограничения токов к.з; применение специальных защит от токов к.з. и перенапряжений. Наибольшего значения токи к.з. достигают при возникновении их в местах установки источников питания. При расчете токов к.з. за источники питания принимают турбо- и гидрогенераторы электростанций. Как дополнительные источники питания могут учитываться синхронные и асинхронные двигатели при их мощности более 1000 кВт, установленные вблизи от места к.з. Электрические величины (ток, напряжение мощность и др.), относящиеся к различным видам к,з. обозначаются соответствующими символами с верхними цифровыми индексами в круглых скобках.

Знать токи к.з. в общем случае необходимо для выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и выбора средств ограничения токов к.з. Рассмотрим процесс трехфазного короткого замыкания в электрической цепи (рис 1). При нормальном режиме работы в цепи протекал ток нагрузки iн При возникновении к.з. сопротивление цепи уменьшается и ток возрастает. Так как электрическая цепь содержит не только активное, но и индуктивное сопротивление (обмотки трансформаторов, двигателей), то увеличение тока происходит не мгновенно, а через некоторый промежуток времени. Возникает переходный процесс, в течение которого ток изменяется от начального значения до какого-то установившегося. Процесс короткого замыкания состоит из двух периодов: неустановившегося режима, когда значение тока меняется во времени и установившегося, когда тюк остается постоянным.

Рисунок 1 – Процесс короткого замыкания

Суммарный ток к.з. в первый период (переходный процесс неустановившегося режима) состоит из двух составляющих: апериодической составляющей ia, которая возникает в момент к.з. и затухает до нуля через 0,1-0,2 с после возникновения кз вследствии наличия в цепи активного сопротивления, и периодической составляющей in, являющейся вынужденным синусоидальным током промышленной частоты. Значение периодической составляющей в начальный момент времени называют начальным значением тока короткого замыкания I» (I0). Данная величина используется при выборе уставок и проверке чувствительности релейной защиты.

Мгновенное значение полного тока к.з. для произвольного момента времени равно:

Максимальное мгновенное значение полного тока к.з. получило название ударного тока короткого замыкания iу. Это значение используется при проверке элекчрооборудования и токопроводов на электродинамическую устойчивость. Наибольшее значение ударный ток достигает через половину периода после возникновения к.з, т.е. через 0,01 с. Силовые выключатели на отключающую способность проверяют по действующему значению периодической составляющей тока к.з, I0,2, т.е. через 0,2 с от начала возникновения к.з. Для быстродействующих выключателей это время может уменьшится до 0,1 с. В установившемся режиме, после затухания апериодической составляющей, в цепи будет протекать установившийся ток к.з. Ioo. По этому току проверяют электрические аппараты, шины, кабели, проходные изоляторы на термическую стойкость. Наибольшее значение установившегося тока равно:

При трехфазном коротком замыкании действующее значение периодической составляющей тока к.з. за первый период после возникновения к.з. определяют по формуле:

В энергетических системах существуют различные устройства, предназначенные для производства, преобразования и передачи электроэнергии на большие расстояния. Среди них следует особо отметить конструкции силовых трансформаторов, без которых любые действия были бы невозможны. Именно они преобразуют одно значение напряжение в другое, в зависимости от потребностей в тот или иной момент времени. Важнейшей характеристикой является напряжение короткого замыкания трансформатора, отражаемое в паспорте каждого устройства.

Данная величина соответствует конкретному изделию и полностью зависит от его конструкции. Зная ее, возможно установить способность трансформатора к параллельной работе, позволяющей избежать увеличения токов, снизить перегрузки, более эффективно решать задачи электроснабжения.

Общие сведения о трансформаторах

Практически на всех объектах энергосистемы практикуется установка трехфазных трансформаторов. Их потери по сравнению с однофазными устройствами снижены на 12-15%, а себестоимость на 20-25% ниже, чем у трех преобразователей с аналогичной суммарной мощностью.

Каждый трансформатор имеет собственную предельную единичную мощность, которая полностью зависит от размеров, веса и условий доставки оборудования к месту монтажа. Так мощность трехфазных устройств на 220 кВ составляет около 1000 МВА, при 330 кВ этот показатель повышается до 1250 МВА и т.д.

Применение однофазных трансформаторов встречается значительно реже. Они устанавливаются при невозможности выбора или изготовления трехфазного устройства с запланированной мощностью. Многие трехфазные преобразователи сложно доставлять к месту установки из-за больших размеров и веса. Поэтому однофазные устройства группируются в зависимости от требуемой общей мощности. Приборы на 500 кВ составляют 3х533 МВА, на 750 кВ – 3х417 МВА, на 1150 кВ – 3х667 МВА.

В соответствии с числом обмоток, рассчитанных на разные потенциалы, преобразователи могут быть двух- или трехобмоточными. В свою очередь, обмотки с одним и тем же напряжением бывают разделены на параллельные ветви в количестве две и выше. Они разъединены между собой перегородками и разделяются изоляцией с заземляющими элементами. Подобные обмотки называются расщепленными, и в соответствии с напряжением, которое бывает высшим, средним или низшим, они обозначаются как ВН, СН и НН.

Наиболее значимые характеристиками трансформаторов:

• Номинальная мощность. Это наибольший показатель, до которого преобразователь может быть беспрерывно нагружен в обычных условиях, определенных паспортными данными
• Номинальное обмоточное напряжение. Включает в себя сумму потенциалов обмоток №№ 1 и 2 в режиме холостого хода. При подключении к потребителю и подаче на обмотку-1 обыкновенного напряжения, во вторичной обмотке оно будет снижено на величину потерь. Отношение высшего напряжения к низшему называется коэффициентом трансформации.
• Номинальные токи. Их величина отмечена в документации и должна обеспечивать нормальную функциональность трансформатора в течение продолжительного времени.
• Номинальный ток обмоток. Величина определяется номинальной мощностью и потенциалом преобразователя.
• Напряжение КЗ трансформатора. Образуется в условиях, когда обмотка-2 коротко замыкается, а к первичной подходит обычный номинальный ток. Данный показатель определяется по спаду напряжения и характеризует величину полного сопротивления трансформаторных обмоток.

Характеристика напряжения короткого замыкания

Рассматриваемый параметр является одной из основных характеристик трансформаторных устройств. Его показатели должны быть минимальными во избежание чрезмерных ограничений токов КЗ. Проводимые испытания устанавливают их соответствие нормам и требованиям, определяемым ПУЭ. Одновременно проверяется состояние изоляции проводов.

В трансформаторах с двумя обмотками напряжением, КЗ является величина, приведенная к заданной температуре и номинальной частоте, подводимая к одной из обмоток, в то время как другая замыкается накоротко. После этого номинальный ток устанавливается в каждой обмотке, а переключатель занимает положение, обеспечивающее подачу номинального напряжения.

Используя напряжение КЗ, можно установить падение напряжения, внешние характеристики и токи короткого замыкания преобразователя. Эти данные учитываются при дальнейшем включении трансформатора в параллельную работу. Напряжение короткого замыкания включает в себя активную и реактивную составляющие.

Величина активной составляющей определяется в процентах и вычисляется по следующей формуле: U_a = (P_об1 + P_об2)/10S_н = Р_об/10S_н, в которой Роб – общие потери в трансформаторных обмотках, S_н – номинальная мощность устройства (кВА).

Значение реактивной составляющей определяется по собственной формуле, в которой все переменные величины определяются заранее: Х_к = √Z_k2 – R_k2. В ней Z_k2 и R_k2 являются общим и активным сопротивлением вторичной обмотки.

Лабораторные испытания

В режиме КЗ обмотка-2 оказывается перемкнутой проводником тока, сопротивление которого стремится к нулю. В процессе деятельности трансформатора, короткое замыкание приводит к возникновению аварийного режима, поскольку величина первичного и вторичного токов многократно возрастает в сравнении с номиналом. В связи с этим для таких устройств предусматривается специальная защита для самостоятельного отключения.

В лабораториях короткое замыкание используется для испытания трансформаторов. С этой целью на обмотку-1 подается напряжение U_к, не превышающее номинал. Обмотка-2 замыкается коротко и в ней возникает напряжение, обозначаемое _uK, которое является напряжением короткого замыкания трансформатора, выраженное в % от U_к. При этом ток короткого замыкания равен номинальному. Как формула — это будет выглядеть в виде _uK = (U_к х 100)/U_1ном, где U_1ном будет номинальным напряжением в первичной обмотке.

Напряжение КЗ напрямую связано с высшим напряжением трансформаторных обмоток. Если оно составляет от 6 до 10 кВ, то величина _uK будет 5,5%, при 35 кВ – 6,5-7,5%, при 110 кВ – 10,5% и далее по нарастающей. Быстро найти значение поможет специальная таблица.

Опыт и напряжение КЗ

Установить параметры трансформатора с достаточно высокой точностью позволяет опыт короткого замыкания. Для этой цели используется специальная методика, при которой обмотка-2 коротко замыкается с помощью токопроводящей перемычки или проводника. Сопротивление замыкающего элемента очень низкое и стремится к нулю. В обмотку-1 поступает напряжение (U_к), при котором сила тока (I_ном) будет номинальной. К выводам подключаются измерительные приборы – амперметр, вольтметр и ваттметр, необходимые для выявления требуемых показателей трансформатора.

В режиме КЗ напряжение короткого замыкания _uK будет слишком маленьким, что вызывает многократное снижение потерь холостого хода по сравнению с номиналом. Следовательно, можно условно принять мощность первичной обмотки равной нулю – Р_по = 0, а мощность, замеряемая ваттметром, будет потерянной мощностью короткого замыкания (Р_пк), вызванной под влиянием активного сопротивления трансформаторных обмоток.

При режиме с одинаковыми токами можно определить величину номинальных потерь мощности, связанных с нагревом обмоток, известные как потери короткого замыкания или электрические потери (Р_пк._ном).

Потери холостого хода и короткого замыкания

Помимо напряжения короткого замыкания существуют и другие, не менее важные параметры трансформаторных устройств. Например, экономичность их работы во многом определяется потерями холостого хода (Р_х) и короткого замыкания (Р_к).

В первом случае затраты связаны с потерями в стальных компонентах, задействованных в создании вихревых токов и перемагничивании. Они снижаются за счет использования специальной электротехнической стали, содержащей малое количество углерода и определенные виды присадок. Для защиты используется жаростойкое изоляционное покрытие. Существуют разные уровни потерь холостого хода и причины, от чего зависит величина их для преобразователей. Удельные потери уровня А составляют до 0,9 Вт/кг, а на уровне Б они будут не выше 1,1 Вт/кг.

Потери КЗ включают в себя потери в обмотках, находящихся под нагрузкой, а также дополнительные потери в обмотках и конструктивных элементах. На их появление оказывают влияние магнитные поля рассеяния, способствующие возникновению вихревых токов в витках, расположенных по краям обмотки и самих деталях устройства. Снизить такие потери возможно за счет использования в обмотках многожильного транспонированного провода, а на стенках бака устанавливаются экраны из магнитных шунтов.

Опыт короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания трансформатора

Опыт короткого замыкания производится на приемо-сдаточных испытаниях при выпуске с завода каждого трансформатора. Но не нужно думать, что у каждого трансформатора при этом на полном рабочем напряжении закорачивают вводы вторичной или первичной обмоток, т. е. создают аварийные режимы. Испытания, при которых искусственно создаются аварийные режимы, производятся только на одном представителе целой серии аналогичных трансформаторов и входят в состав типовых испытаний трансформатора. Задача этих испытаний — проверить электродинамическую стойкость типовой конструкции того или иного трансформатора. Задача опыта короткого Замыкания при приемо-сдаточных испытаниях на заводе — оценить потери в обмотках и конструкции, а также потоки рассеяния в трансформаторе.

Опыт короткого замыкания производится при пониженном первичном напряжении, величина которого определяется из следующих соображений. Допустим, что у трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой (рисунок 1) и с токами I_1K и I_2K, в 10—20 раз большими токов I₁ и I₂, снизили первичное напряжение U₁. Очевидно, и токи в обмотках тоже уменьшатся. Если напряжение U₁ уменьшить, например, в 3—5 раз, то во столько же раз уменьшатся и токи I_1K и I_2K. Другими словами, можно установить

напряжение U₁ такой величины, что токи I_1K и I_2K станут равными своим значениям при нормальной работе трансформатора, т. е. I_1K = I₁ и I_2K = I₂.

1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопровод

Рисунок 1 — Короткое замыкание вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора

Напряжение, которое надо приложить к одной из обмоток (при другой короткозамкнутой), чтобы в обмотках установились номинальные токи I₁ и I₂, называют напряжением короткого замыкания и обозначают U_K. Напряжение короткого замыкания обычно выражают в процентах от первичного напряжения U₁:

Величиной u_K и оценивают потоки рассеяния, а также их влияние на работу трансформатора.

Чтобы показать непосредственную связь между u_K и рассеянием, представим, что в трансформаторе с определенными u_K (например, 5%) нам удалось каким-то образом «раздвинуть» обмотки. Тотчас же амперметр в цепи первичной обмотки 1 покажет снижение тока I_1K, хотя напряжение, показанное вольтметром, останется неизменным (5% от U₁). Однако оно уже не будет равным u_K, так как токи в обмотках понизились и стали меньше своих номинальных значений. Чтобы восстановить их величину, надо повысить напряжение до величины u`_K, большей u_K (например, до 8% от U₁). Значит, при увеличении расстояния между обмотками u_K растет.

Увеличение канала между обмотками увеличивает поток рассеяния, замыкающийся по воздуху вокруг обмоток. Соответственно увеличиваются эдс рассеяния Е_р1 и E_р2 и, следовательно, индуктивные сопротивления обмоток. Вследствие этого токи в обмотках уменьшаются, и чтобы повысить их до нормальных значений, надо увеличить первичное напряжение до u`_K. Рассуждая точно так же, можно установить, что при уменьшении расстояния между обмотками напряжение короткого замыкания снижается.

Чем больше u_K, тем меньше ток короткого замыкания, следовательно, медленнее растет температура обмоток, по которым течет этот ток, и тем меньше опасность разрушительных механических усилий. В то же время чем больше u_K, тем больше рассеяние, что увеличивает потери в конструкции и падение напряжения в обмотках. Следствием этого является снижение кпд и отдаваемой трансформатором мощности.

Зная величину u_K, очень просто определить ток короткого замыкания в обмотке. Действительно, ток I_1K будет во столько раз больше номинального тока I₁, во сколько первичное напряжение U₁ больше U_K, т. е.

I_1K = I₁ · U₁/U_K.

Учитывая, что u_K обычно выражают в процентах от U₁, получим

I_1K = I₁ · 100/u_K.

Так, если u_K равно 5%, то ток I_1K в 100/5 = 20 раз больше тока I₁ при нормальной работе трансформатора.

Режимы работы трансформатора. Часть 2

Всем доброго времени суток! В первой части статье о режимах работы трансформатора я рассказал о холостом ходе и расчете параметров в этом режиме. Кроме данного режима трансформатор может оказаться в аварийном режиме – режиме короткого замыкания. Кроме того одним из этапов испытания и проверки параметров трансформатора является опыт короткого замыкания, при котором на первичную обмотку подают такое напряжение, при котором в замкнутой вторичной обмотке протекает номинальный ток. Данный опыт и опыт короткого замыкания позволяют определить КПД трансформатора. Об этом пойдет речь в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Режим короткого замыкания

В процессе работы трансформатора иногда возникают ситуации, когда его вторичная обмотка оказывается замкнутой. В этом случае в ней возникает ток, превышающий номинальный в десятки раз. В этом случае говорят о работе трансформатора в режиме короткого замыкания. Данный режим является аварийным и недопустимым, так как вследствие перегрева обмоток трансформатора происходит их разрушение. Таки образом, режим короткого замыкания характеризуется следующими параметрами напряжения и тока

Для испытания трансформатора и определения некоторых его параметров проводят опыт короткого замыкания, при котором вторичную обмотку замыкают, а на первичную обмотку подают такое напряжение, что во вторичной обмотке устанавливается номинальный ток. В таком случае напряжение на первичной обмотке называется нормальным напряжением короткого замыкания. Величину данного напряжения в параметрах трансформатора обычно выражают в процентах от номинального напряжения первичной обмотки

где U_КЗ – нормальное напряжение короткого замыкания,

U_H – номинальное напряжение на первичной обмотки.

«Нормальное» короткое замыкание

В виду того, что нормальное напряжение короткого замыкания U_КЗ составляет несколько процентов (обычно 1-3%), то и противодействующая ей ЭДС самоиндукции Е₁ в первичной обмотке так же имеет незначительное значение. Соответственно и электромагнитная индукции и потери в сердечнике будут незначительными, то есть в практических расчётах их можно не учитывать. Ниже приведена эквивалентная схема замещения трансформатора в режиме «нормального» короткого замыкания

Эквивалентная схема замещения трансформатора в режиме «нормального» короткого замыкания.

Так как мощность, подводимая к трансформатору, тратится в основном на преодоление сопротивления провода обмоток, то параметры магнитного контура трансформатора можно не учитывать. Тогда параметры трансформатора можно описать следующими выражениями

где Р_КЗ – мощность при коротком замыкании,

I_КЗ – ток короткого замыкания,

R_К – суммарное сопротивление первичной и вторичной обмоток.

Так как в данном режиме по обмоткам протекают номинальные токи, то и температура обмоток также будет соответствовать рабочей, поэтому для определения реальной величины сопротивления обмоток необходимо сопротивление короткого замыкания полученное опытным путем пересчитать с учетом температурного коэффициента сопротивления и условной температуры 75 °С.

Опыт короткого замыкания

Как я уже говорил в предыдущей статье, изготовленный трансформатор подвергают двум основным испытаниям: опыту холостого хода и опыту короткого замыкания. Первое испытание я рассмотрел в предыдущей статье, а для второго собирают схему изображенную ниже

Схема опыта короткого замыкания.

Как видно на схеме в цепь первичной обмотки трансформатора включены вольтметр PV1, амперметр РА1 и ваттметр PW1, а вторичная обмотка замкнута накоротко. Для снятия характеристик трансформатора в этом режиме на первичную обмотку трансформатора подают такое напряжение U_КЗ, при котором ток I_КЗ в обмотке соответствовал номинальному току. После того как трансформатор прогреется в течении нескольких минут снимают показания с приборов.

Для построения графической характеристики короткого замыкания снимают параметры при изменении напряжения на первичной обмотке от 30 до 110 % U_КЗ.

При проведении опыта короткого замыкания определяют следующие параметры трансформатора:

— процентное отношение напряжения короткого замыкания U_КЗ%

где U_КЗ – «нормальное» напряжение короткого замыкания,

U_Н – номинальное напряжение первичной обмотки.

— активное сопротивление обмоток трансформатора R_К

где Р_КЗ – мощность, снимаемая с ваттметра PW1,

I_КЗ – ток короткого замыкания, снимаемая с амперметра РА1.

— полное сопротивление обмоток трансформатора Z_K

где U_КЗ – «нормальное» напряжение короткого замыкания, снимаемое с вольтметра PV1.

— реактивное сопротивление обмоток трансформатора Х_К

— коэффициент мощности короткого замыкания cos φ_КЗ

Мощность, подводимая к трансформатору при проведении опыта короткого замыкания для силовых трансформаторов, составляет 1 – 4 % от номинальной мощности трансформатора. При этом, чем больше номинальная мощность трансформатора, тем меньше мощность при проведении опыта короткого замыкания, то есть меньше потери в обмотках.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Одной из основных характеристик любого преобразовательного устройства и трансформатора, в частности, является коэффициент полезного действия или сокращенно КПД.

Коэффициентом полезного действия трансформатора (КПД) η называется отношение активной мощности отдаваемой трансформатором Р₂ к активной мощности подаваемой на трансформатор Р₁

КПД трансформатора можно определить несколькими способами: прямым измерением мощностей и косвенным.

Прямой метод вычисления КПД заключается в измерении отдаваемой Р₂ и поступаемой Р₁ мощностей при полной нагрузке трансформатора и взятии их отношения. Однако такой метод не нашёл применения из-за неэкономичности, так как необходимо использовать большое количество энергии при испытаниях трансформаторов.

На практике чаще используют косвенный метод, заключающийся в определении потерь в сердечнике Р_С из опыта холостого хода, а потерь в обмотке (потерь в меди) Р_М из опыта короткого замыкания. Тогда подводимая к трансформатору мощность составит

Соответственно КПД определяют по следующему выражению

Так как отдаваемая мощность Р₂ трансформатора имеет как активную так и реактивную составляющую, соотношение между которыми определяется коэффициентом мощности cos φ, то КПД трансформатора составит

где U₂ – номинальное напряжение вторичной обмотки, определяемое из опыта холостого хода,

I₂ – номинальный ток вторичной обмотки, определяемое из опыта короткого замыкания,

Р_С – потери мощности в сердечнике трансформатора,

Р_М – потери мощности в обмотках трансформатора.

Стоит отметить, что потери мощности в опыте холостого хода и опыте короткого замыкания желательно измерять у предварительно прогретого трансформатора или пересчитывать токи и напряжения с учётом нормальной температуры работы Т = 75 °С.

Со следующей статьи я буду рассказывать, как рассчитывать различные типы трансформаторов, которые чаще всего используют.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Режим короткого замыкания трансформатора — Студопедия.Нет

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.

Опыт короткого замыкания трансформатора

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.

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.

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

где ZK — полное сопротивление трансформатора.

Измерив Uк и I1 можно вычислить полное сопротивление трансформатора

Потери мощности при коротком замыкании можно выразить формулой

поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора

находят из показаний ваттметра и амперметра. Зная Zк и RК, можно вычислить индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zк, RК и Хк трансформатора, можно построить основной треугольник напряжений короткого замыкания (треугольник ОАВ на рис. 2), а также определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

Принцип работы трансформатора под нагрузкой

Если к первичной обмотке трансформатора подключить напряжение U₁, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в обмотках появятся токи I₁ и I₂. Эти токи создадут магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, направленные навстречу друг другу. Суммарный магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным потоком ЭДС E₁ и E₂ уменьшаются. Действующее значение напряжения U₁ остается неизменным. Уменьшение E₁, согласно (2), вызывает увеличение тока токи I₁. При увеличении тока I₁ поток Ф₁ увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие потока Ф₂. Вновь восстанавливается равновесие при практически прежнем значении суммарного потока.

12. Коэффициент трансформации.
оэффициентом трансформации «k» называется отношение напряжения U1 на концах первичной обмотки трансформатора к напряжению U2 на выводах его вторичной обмотки, определенному на холостом ходу (когда вторичных обмоток несколько, то коэффициентов k – тоже несколько, они определяются в этом случае по очереди). Это отношение принимается равным соотношению количеств витков в соответствующих обмотках. Величина коэффициента трансформации легко вычисляется путем деления показателей ЭДС обмоток исследуемого трансформатора: ЭДС первичной обмотки — на ЭДС вторичной.

13.Потери и КПД трансформатора.
В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электриче­ского тока. Мощность электрических потерь пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в пер­вичной и во вторичной обмотках

Электрические потери называют переменными, так как их ве­личина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 44).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнито­проводе трансформатора. Причина этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнит­ных потерь: потери от гистерезиса , связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материа­ле магнитопровода, и потери от вихревых токов , наводимых пере­менным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

.

Эффективность или КПД η трансформатора определяется отношением выходной мощности P₂ к еговходной мощности P₁:

η = P₂ / P₁

14. Трехфазные трансформаторы.
Устройство и особенности трехфазных трансформаторов. Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном трансформаторе, т.е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН—на обмотках низшего напряжения. Для правильного соединения обмоток необходимо разметить начала и концы фаз высшего напряжения (A, В, С и X, У, Z) и низшего напряжения (а, b, с и х, у, z) и придерживаться этой маркировки. Ошибка в маркировке одной из фаз или ошибка в соединении фаз может привести к тому, что ЭДС, наведенные в одноименных фазах, будут не совпадать по фазе, а будут сдвинуты относительно друг друга на 180°.

В трехфазных трансформаторах, кроме гальванической связи фаз, есть и магнитная, так как магнитопроводы отдельных фаз объединены в общую магнитную систему (рис. 2.18). Такое объединение возможно благодаря тому, что магнитные потоки в отдельных фазах сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 120°. Если объединить стержни трех фаз (рис. 2.19, а) в один общий стержень (рис. 2.19,б), то сумма трех потоков в нем в любой момент времени равна нулю и, следовательно, стержень не нужен (рис. 2.19, в). Таким образом, магнитная система трехфазного трансформатора из шестистержневой модифицируется в трехстержневую (рис. 2.19, г и 2.18).

Опыт короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания трансформатора

Опыт короткого замыкания производится на приемо-сдаточных испытаниях при выпуске с завода каждого трансформатора. Но не нужно думать, что у каждого трансформатора при этом на полном рабочем напряжении закорачивают вводы вторичной или первичной обмоток, т. е. создают аварийные режимы. Испытания, при которых искусственно создаются аварийные режимы, производятся только на одном представителе целой серии аналогичных трансформаторов и входят в состав типовых испытаний трансформатора. Задача этих испытаний — проверить электродинамическую стойкость типовой конструкции того или иного трансформатора. Задача опыта короткого Замыкания при приемо-сдаточных испытаниях на заводе — оценить потери в обмотках и конструкции, а также потоки рассеяния в трансформаторе.

Опыт короткого замыкания производится при пониженном первичном напряжении, величина которого определяется из следующих соображений. Допустим, что у трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой (рисунок 1) и с токами I_1K и I_2K, в 10—20 раз большими токов I₁ и I₂, снизили первичное напряжение U₁. Очевидно, и токи в обмотках тоже уменьшатся. Если напряжение U₁ уменьшить, например, в 3—5 раз, то во столько же раз уменьшатся и токи I_1K и I_2K. Другими словами, можно установить.

Напряжение U₁ такой величины, что токи I_1K и I_2K станут равными своим значениям при нормальной работе трансформатора, т. е.:  I_1K = I₁ и I_2K = I₂.

Рисунок 1 — Короткое замыкание вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора.

1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопровод.

Напряжение, которое надо приложить к одной из обмоток (при другой короткозамкнутой), чтобы в обмотках установились номинальные токи I₁ и I₂, называют напряжением короткого замыкания и обозначают U_K. Напряжение короткого замыкания обычно выражают в процентах от первичного напряжения U₁:

Величиной u_K и оценивают потоки рассеяния, а также их влияние на работу трансформатора.

Чтобы показать непосредственную связь между u_K и рассеянием, представим, что в трансформаторе с определенными u_K (например, 5%) нам удалось каким-то образом «раздвинуть» обмотки. Тотчас же амперметр в цепи первичной обмотки 1 покажет снижение тока I_1K, хотя напряжение, показанное вольтметром, останется неизменным (5% от U₁). Однако оно уже не будет равным u_K, так как токи в обмотках понизились и стали меньше своих номинальных значений. Чтобы восстановить их величину, надо повысить напряжение до величины u_K, большей u_K (например, до 8% от U₁). Значит, при увеличении расстояния между обмотками u_K растет.

Увеличение канала между обмотками увеличивает поток рассеяния, замыкающийся по воздуху вокруг обмоток. Соответственно увеличиваются эдс рассеяния Е_р1 и E_р2 и, следовательно, индуктивные сопротивления обмоток. Вследствие этого токи в обмотках уменьшаются, и чтобы повысить их до нормальных значений, надо увеличить первичное напряжение до u_K. Рассуждая точно так же, можно установить, что при уменьшении расстояния между обмотками напряжение короткого замыкания снижается.

Чем больше u_K, тем меньше ток короткого замыкания, следовательно, медленнее растет температура обмоток, по которым течет этот ток, и тем меньше опасность разрушительных механических усилий. В то же время чем больше u_K, тем больше рассеяние, что увеличивает потери в конструкции и падение напряжения в обмотках. Следствием этого является снижение кпд и отдаваемой трансформатором мощности.

Зная величину u_K, очень просто определить ток короткого замыкания в обмотке. Действительно, ток I_1K будет во столько раз больше номинального тока I₁, во сколько первичное напряжение U₁ больше U_K, т. е.:

I_1K = I₁ · U₁/U_K

Учитывая, что u_K обычно выражают в процентах от U₁, получим:

I_1K = I₁ · 100/u_K

Так, если u_K равно 5%, то ток I_1K в 100/5 = 20 раз больше тока I₁ при нормальной работе трансформатора.

Опыт короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания трансформатора | Теорія

Опыт короткого замыкания производится на приемо-сдаточных испытаниях при выпуске с завода каждого трансформатора. Но не нужно думать, что у каждого трансформатора при этом на полном рабочем напряжении закорачивают вводы вторичной или первичной обмоток, т. е. создают аварийные режимы. Испытания, при которых искусственно создаются аварийные режимы, производятся только на одном представителе целой серии аналогичных трансформаторов и входят в состав типовых испытаний трансформатора. Задача этих испытаний — проверить электродинамическую стойкость типовой конструкции того или иного трансформатора. Задача опыта короткого Замыкания при приемо-сдаточных испытаниях на заводе — оценить потери в обмотках и конструкции, а также потоки рассеяния в трансформаторе.

Опыт короткого замыкания производится при пониженном первичном напряжении, величина которого определяется из следующих соображений. Допустим, что у трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой (рисунок 1) и с токами I_1K и I_2K, в 10—20 раз большими токов I₁ и I₂, снизили первичное напряжение U₁. Очевидно, и токи в обмотках тоже уменьшатся. Если напряжение U₁ уменьшить, например, в 3—5 раз, то во столько же раз уменьшатся и токи I_1K и I_2K. Другими словами, можно установить

напряжение U₁ такой величины, что токи I_1K и I_2K станут равными своим значениям при нормальной работе трансформатора, т. е. I_1K = I₁ и I_2K = I₂.

1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — магнитопровод

Рисунок 1 — Короткое замыкание вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора

Напряжение, которое надо приложить к одной из обмоток (при другой короткозамкнутой), чтобы в обмотках установились номинальные токи I₁ и I₂, называют напряжением короткого замыкания и обозначают U_K. Напряжение короткого замыкания обычно выражают в процентах от первичного напряжения U₁:

Величиной u_K и оценивают потоки рассеяния, а также их влияние на работу трансформатора.

Чтобы показать непосредственную связь между u_K и рассеянием, представим, что в трансформаторе с определенными u_K (например, 5%) нам удалось каким-то образом «раздвинуть» обмотки. Тотчас же амперметр в цепи первичной обмотки 1 покажет снижение тока I_1K, хотя напряжение, показанное вольтметром, останется неизменным (5% от U₁). Однако оно уже не будет равным u_K, так как токи в обмотках понизились и стали меньше своих номинальных значений. Чтобы восстановить их величину, надо повысить напряжение до величины u`_K, большей u_K (например, до 8% от U₁). Значит, при увеличении расстояния между обмотками u_K растет.

Увеличение канала между обмотками увеличивает поток рассеяния, замыкающийся по воздуху вокруг обмоток. Соответственно увеличиваются эдс рассеяния Е_р1 и E_р2 и, следовательно, индуктивные сопротивления обмоток. Вследствие этого токи в обмотках уменьшаются, и чтобы повысить их до нормальных значений, надо увеличить первичное напряжение до u`_K. Рассуждая точно так же, можно установить, что при уменьшении расстояния между обмотками напряжение короткого замыкания снижается.

Чем больше u_K, тем меньше ток короткого замыкания, следовательно, медленнее растет температура обмоток, по которым течет этот ток, и тем меньше опасность разрушительных механических усилий. В то же время чем больше u_K, тем больше рассеяние, что увеличивает потери в конструкции и падение напряжения в обмотках. Следствием этого является снижение кпд и отдаваемой трансформатором мощности.

Зная величину u_K, очень просто определить ток короткого замыкания в обмотке. Действительно, ток I_1K будет во столько раз больше номинального тока I₁, во сколько первичное напряжение U₁ больше U_K, т. е.

I_1K = I₁ · U₁/U_K.

Учитывая, что u_K обычно выражают в процентах от U₁, получим

I_1K = I₁ · 100/u_K.

Так, если u_K равно 5%, то ток I_1K в 100/5 = 20 раз больше тока I₁ при нормальной работе трансформатора.

Напряжение короткого замыкания трансформатора | Сборка масляных трансформаторов

Страница 9 из 79

§ 8. НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Итак, вы выяснили, что потоки рассеяния играют заметную  роль в работе трансформатора и во многом определяют его размеры и  характеристики. Однако нам неясно пока, каким образом учитывать и как оценить влияние рассеяния.
Измерять непосредственно величину рассеяния очень трудно: слишком разнообразны пути, по которым могут замыкаться магнитные силовые линии этих потоков. Поэтому на практике редко занимаются измерением потока рассеяния непосредственно. Вместо этого его оценивают по тому влиянию, которое он оказывает на напряжение и токи в обмотках.

Рис. 8. Короткое замыкание вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора: 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная обмотка, 3 — магнитопровод

Мы уже знаем, в чем заключается это влияние: при коротком замыкании токи в обмотках лишь в 10—20, а не в 100 раз превосходят свои значения при нормальной работе трансформатора.
Допустим теперь, что у трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой (рис. 8) и с токами I\к и h к, в 10—20 раз большими токов /1 и /2, снизили первичное напряжение Ui. Очевидно и токи в обмотках тоже будут уменьшаться. Если напряжение U1 уменьшить, например, в 3—5 раз, то во столько же раз уменьшатся и токи / 1Ки /2к. А если его снизить в 10—20 раз, то в 10—20 раз уменьшатся и токи. Другими словами, можно установить напряжение Ui такой величины, что токи 1\к и hK

станут равными своим значениям при нормальной работе трансформатора, т. е. It к = Л и /2к = 1ъ
Напряжение, которое надо приложить к одной из обмоток {при другой короткозамкнутой), чтобы в обмотках установились токи 1\ и h нормальной нагрузки, называют напряжением короткого замыкания и обозначают ик. Величиной ик и оценивают потоки рассеяния, а также их влияние на работу трансформатора. Напряжение короткого замыкания обычно выражают в процентах от первичного напряжения Ui:

Чтобы показать непосредственную связь между ик и рассеянием, представим, что в трансформаторе с определенным йк (например, 5%) нам удалось каким-то образом «раздвинуть» обмотки. Тотчас же амперметр в цепи первичной обмотки 1 покажет снижение тока /и, хотя напряжение, показанное вольтметром, останется неизменным (5% от Ui). Однако оно уже не будет равным и к, так как токи в обмотках понизились и стали меньше своих номинальных значений. Очевидно, чтобы восстановить их величину, надо повысить напряжение до величины ик, большей ик (например, до 8% от Ui). Значит при увеличении расстояния между обмотками и к растет.

Объяснить это явление нетрудно, если вспомнить, что увеличение канала между обмотками увеличивает поток рассеяния, замыкающийся по воздуху вокруг обмоток. Соответственно увеличиваются ЭДС рассеяния £р1 и Е р2 и, следовательно, индуктивные сопротивления обмоток. Вследствие этого токи в обмотках уменьшаются и, чтобы повысить их до нормальных значений, надо увеличить первичное напряжение до ик. Рассуждая точно так же, можно установить, что при уменьшении расстояния между обмотками напряжение короткого замыкания снижается.
Таким образом, мы показали, что существует прямая связь между рассеянием и напряжением короткого замыкания. Это позволяет повторить все сказанное о роли рассеяния применительно к ик.

Чем больше и К) тем меньше ток короткого замыкания, следовательно, медленнее растет температура обмоток, по которым течет этот ток, и тем меньше опасность разрушительных механических усилий (подробнее см. в § 9). В то же время, чем больше ик, тем больше рассеяние, что увеличивает потери в конструкции и падение напряжения в обмотках. Следствием этого является снижение к. п. д. и отдаваемой трансформатором мощности.
К величине ик следует относиться с определенной осторожностью, стараясь, чтобы его значение было достаточным для ограничения токов к. з. и самозащиты трансформаторов, но не настолько большим, чтобы заметно увеличить потери и понизить отдаваемую ими мощность.

Государственный общесоюзный стандарт (ГОСТ) установил определенные значения ик для каждой мощности трансформаторов. Так, для трансформаторов мощностью от 10 до 6300 кВ*А напряжение короткого замыкания ик равно 5—7,5%, свыше 6300 кВ*А— 8—11% в зависимости от мощности и напряжения обмотки ВН.
Зная величину иКу очень просто определить ток короткого замыкания в обмотке. Действительно, 1\к будет во столько раз больше номинального тока 11, во сколько первичное напряжение U1 больше ик, т. е.
Учитывая, что ик обычно выражают в процентах от f/i, получим:

Так, если ик равно 5%, то 7iK в  = 20 раз больше тока It при нормальной работе трансформатора.

Испытание на обрыв и короткое замыкание на трансформаторе — фазовая диаграмма

Испытание на обрыв и короткое замыкание выполняется для определения таких параметров трансформатора, как их КПД, регулирование напряжения, постоянная цепи и т. Д. Эти испытания выполняются без фактической нагрузки и по этой причине для теста требуется очень меньше энергии. Тест на разрыв цепи и короткое замыкание дает очень точный результат по сравнению с тестом полной нагрузки.

В комплекте:

Тест на разрыв цепи

Целью испытания на разрыв цепи является определение тока холостого хода и потерь трансформатора, по которым определяются их параметры холостого хода. Это испытание проводится на первичной обмотке трансформатора. Ваттметр, амперметр и напряжение подключены к их первичной обмотке. Номинальное номинальное напряжение подается на их первичную обмотку с помощью источника переменного тока.

Принципиальная схема испытания на обрыв цепи трансформатора

Вторичная обмотка трансформатора остается открытой, и вольтметр подключается к их клеммам.Этот вольтметр измеряет вторичное наведенное напряжение . Поскольку вторичная обмотка трансформатора разомкнута, ток холостого хода протекает через первичную обмотку.

Значение тока холостого хода очень мало по сравнению с полным номинальным током. Потери в меди возникают только на первичной обмотке трансформатора, поскольку вторичная обмотка открыта. Показания ваттметра отражают только потери в сердечнике и в стали. Потери в сердечнике трансформатора одинаковы для всех типов нагрузок.

Расчет теста на обрыв

Лет,

• W ₀ — показания ваттметра
• В ₁ — показания вольтметра
• I ₀ — показания амперметра

Тогда потери в стали трансформатора P _i = W ₀ и

Коэффициент мощности без нагрузки

Рабочий компонент I _w is

Подставив значение W ₀ из уравнения (1) в уравнение (2), вы получите значение рабочего компонента как

Намагничивающий компонент

Параметры холостого хода приведены ниже:

Эквивалентное возбуждающее сопротивление

Эквивалентное реактивное сопротивление возбуждения

Векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу или при испытании обрыва цепи показана ниже

.

Векторная диаграмма теста на разрыв цепи

Потери в стали, измеренные при испытании на разрыв цепи, используются для расчета КПД трансформатора.

Тест на короткое замыкание

Испытание на короткое замыкание выполняется для определения нижеуказанного параметра трансформатора.

• Определяет потери в меди при полной нагрузке. Потери в меди используются для определения КПД трансформатора.
• Эквивалентное сопротивление, импеданс и реактивное сопротивление утечки известны при испытании на короткое замыкание.

Испытание на короткое замыкание выполняется на вторичной или высоковольтной обмотке трансформатора.Измерительный прибор, такой как ваттметр, вольтметр и амперметр, подключается к высоковольтной обмотке трансформатора. Их первичная обмотка замыкается накоротко с помощью толстой ленты или амперметра, подключенного к ее выводу.

Источник низкого напряжения подключается ко вторичной обмотке, поэтому полный ток нагрузки течет как от вторичной, так и от первичной обмотки трансформатора. Ток полной нагрузки измеряется амперметром, подключенным к их вторичной обмотке.

Принципиальная схема теста на короткое замыкание показана ниже:

Принципиальная схема испытания на короткое замыкание на трансформаторе

Источник низкого напряжения подается на вторичную обмотку, что составляет приблизительно от 5 до 10% нормального номинального напряжения. Магнитный поток создается в сердечнике трансформатора. Величина потока мала по сравнению с нормальным потоком.

Потери в стали трансформатора зависят от магнитного потока. Это меньше происходит при испытании на короткое замыкание из-за низкого значения магнитного потока.Показания ваттметра определяют только потери в меди в их обмотках. Вольтметр измеряет напряжение, приложенное к их обмотке высокого напряжения. Вторичный ток индуцируется в трансформаторе из-за приложенного напряжения.

Расчет теста на короткое замыкание

Лет,

• W _c — Показания ваттметра
• V _2sc — показания вольтметра
• I _2sc — показания амперметра

Тогда потери в меди при полной нагрузке трансформатора равны

Эквивалентное сопротивление относительно вторичной обмотки составляет

Векторная диаграмма теста короткого замыкания трансформатора показана ниже

Векторная диаграмма теста короткого замыкания

По векторной диаграмме

Эквивалентный импеданс относительно вторичной обмотки равен

Эквивалентное реактивное сопротивление, относящееся к вторичной стороне, определяется как

Регулировку напряжения трансформатора можно определить при любой нагрузке и коэффициенте мощности, зная значения Z _es и R _es .

В тесте на короткое замыкание запись ваттметра, общие потери, включая потери в сердечнике, но величина потерь в сердечнике очень мала по сравнению с потерями в меди, поэтому потерями в сердечнике можно пренебречь.

.

Что такое трансформатор с третьей обмоткой? — Определение, эквивалентная цепь, испытание на короткое замыкание и разрыв цепи

Определение: Иногда в трансформаторе с высокими номинальными характеристиками создается третья обмотка в дополнение к первичной и вторичной обмоткам. Третья обмотка называется третичной обмоткой, а из-за трех обмоток трансформатор называется трехобмоточным трансформатором.

Номинальное напряжение всех трех обмоток трансформатора обычно неодинаково.Первичная обмотка имеет наивысшее номинальное напряжение; третичное напряжение имеет самое низкое номинальное напряжение, а вторичное — промежуточное.

Основными преимуществами трехобмоточных трансформаторов являются экономичность конструкции и их высокая эффективность. Принципиальная схема трехфазного трансформатора представлена ​​на рисунке ниже.

Для идеального трансформатора,

Наиболее важным преимуществом третьей обмотки является то, что гармоники, генерируемые первичной и вторичной обмотками, гаснут третьей обмоткой.Третья обмотка подключена треугольником.

Напряжение третичной обмотки отличается от напряжения первичной и вторичной обмоток. Таким образом, он используется для подачи питания на вспомогательные устройства, такие как вентилятор, ламповый свет и т. Д. На подстанциях. Третичная обмотка используется для следующих приложений.

• Реактивная мощность подводится к подстанциям с помощью третичной обмотки.
• Третичная обмотка снижает полное сопротивление цепи, так что ток короткого замыкания легко проходит на землю.
• Используется для проверки трансформатора с высоким номиналом.

Эквивалентная схема трехобмоточного трансформатора

Эквивалентная принципиальная схема трехфазного трансформатора представлена ​​на рисунке. Рассмотрим R ₁ , R ₂ и R ₃ — это сопротивление, а X ₁ , X ₂ и X ₃ — полное сопротивление их обмоток.

V ₁ , V ₂ , V ₃ — это напряжения, а I ₁ , I ₂ , I ₃ — ток, протекающий через их обмотки.

Определение параметров трехобмоточных трансформаторов

Параметры эквивалентной схемы можно определить по разомкнутой цепи и трем испытаниям на короткое замыкание.

Тест короткого замыкания

Рассмотрим Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ — это импедансы трех обмоточных трансформаторов. Эти импедансы считаются основанием для проведения теста на короткое замыкание. При испытании на короткое замыкание две обмотки замыкаются накоротко, а третья обмотка остается разомкнутой.

На первом этапе учтите, что обмотки 1 и 2 закорочены. Обмотка низкого напряжения подается на обмотку 1, благодаря чему через обмотку 2 протекает ток полной нагрузки. Z ₁₂ указывает полное сопротивление обмотки 1 и 2, которое измеряется как

.

Эквивалентное сопротивление,

Эквивалентное реактивное сопротивление утечки,

Z ₁₂ представляет собой комбинацию серий Z ₁ и Z ₂ соответственно,

На втором этапе третья обмотка замыкается накоротко со второй обмоткой, а первая обмотка остается открытой.Источник низкого напряжения подается на третью обмотку, так что ток полной нагрузки протекает через вторую обмотку. Z ₂₃ представляет полное сопротивление обмоток 2 и 3, а приведенное ниже уравнение выражает его

.

На третьем этапе вторая обмотка размыкается, а первая и третья обмотки замыкаются накоротко. Низкое напряжение подается на третью обмотку, а ток полной нагрузки протекает через первые обмотки. Z ₁₃ — это сопротивление первой и третьей обмотки.

Решая уравнения (1), (2) и (3), мы получаем полное сопротивление утечки Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ , все называемые первичными,

Тест на обрыв цепи

Испытание на обрыв цепи проводится для определения потерь в сердечнике, импеданса намагничивания и коэффициентов поворота. При проверке обрыва цепи вольтметр, амперметр и ваттметр подключаются к обмотке низкого напряжения. Вторичная сторона остается открытой, и вольтметр подключен.

Поскольку сторона высокого напряжения разомкнута, ток, потребляемый первичной обмоткой, является током холостого хода, и I ₀ измеряется амперметром A.Импеданс намагничивания можно определить, возбуждая токовую обмотку 1, когда обе обмотки 2 и 3 разомкнуты. Тогда у нас есть

Регулировка напряжения трехобмоточного трансформатора определяется как отношение величины фактической нагрузки обмотки в кВА к базовой кВА, используемой при определении параметров сети.

.