Напряжение короткого замыкания силового трансформатора

Напряжение короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания – напряжение, которое следует подать на одну из обмоток силового трансформатора для возникновения в цепи электрического тока. Для определения величины этого напряжения проводят специальный опыт, во время которого другие обмотки следует закоротить. Производители указывают эту величину в паспорте на изделие в процентном соотношении к номинальному напряжению трансформатора. При проектировании распределительной трансформаторной подстанции напряжение короткого замыкания учитывают при определении возможности трансформаторов работать в параллельном режиме. Другое не менее важное применение – определение реального тока короткого замыкания в режиме эксплуатации, что позволит грамотно и точно отстроить защиту от возможного аварийного режима работы. Обслуживающий электротехнический персонал должен точно знать напряжение короткого замыкания трансформаторов, чтобы учитывать эту информацию при потребности включения трансформаторов на параллельную работу.

Новости

18.11.2021 — CITIUS, ALTIUS, FORTIUS: Эволюция силового масляного трансформатора
02.04.2021 — Лицензии на конструирование и изготовление оборудования для атомной энергетики. Истинные ценности и преимущества для компании ООО «Трансформер».
01.03.2021 — Стратегия цифровой трансформации электросетей и технологии цифровых двойников силовых трансформаторов

Сборка масляных трансформаторов — Напряжение короткого замыкания трансформатора

§ 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
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.

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 I₁_K и I₂_K, 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 I₁_K и I₂_K. Другими словами, можно установить

напряжение U₁ такой величины, что токи I₁_K и I₂_K станут равными своим значениям при нормальной работе трансформатора, т. е. I₁_K = I₁ и I₂_K = I₂.

Короткое замыкание вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора

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 I₁_K, 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 I₁_K будет во столько раз больше номинального тока I₁, во сколько первичное напряжение U₁ больше U_K, т. е.

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

Так, если u_K равно 5%, то ток I₁_K в 100/5 = 20 раз больше тока I₁ при нормальной работе трансформатора.