Режим кз трансформатора: Режим короткого замыкания трансформатора | Теорія

Режим короткого замыкания трансформатора | Теорія

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 r2 обмотки и соединительных проводов в десятки раз меньше сопротивления r приемника. Если допустить, что сопротивление r нагрузки хотя бы в 100 раз больше r2, то и ток короткого замыкания I должен быть в 100 раз больше тока I2 при нормальной работе трансформатора. Так как первичный ток также возрастает в 100 раз (I1ω1 = I2ω2), потери в обмотках трансформатора резко увеличатся, а именно в 1002 раз (I2r), 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
I2 в обмотках, и если при коротком замыкании каждый из токов I1 и I2 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 ФР1 и ФР2, которые ответвляются от основного потока Ф0 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 Ф0. 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 Ф0. 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 Ф0. Потоки рассеяния индуктируют в обмотках эдс самоиндукции Еp1 и Ер2, направленные против тока. Противодействие, например, эдс Ер2 можно считать некоторым дополнительным сопротивлением в цепи вторичной обмотки при ее коротком замыкании. Это сопротивление называют реактивным. Для вторичной обмотки справедливо уравнение Е2 = U2 + I2r2 + (-Ep2). В режиме короткого замыкания U2=0 и уравнение преобразуется следующим образом: E2 = I2Kr2K + (-Ep2K), или E2 = I2Kr2K + I2Kх2K, где индекс «к» относится к сопротивлениям и токам в режиме короткого замыкания; I
2
Kх2K — индуктивное падение напряжения в режиме короткого замыкания, равное но величине Ep2K; х2K — реактивное сопротивление вторичной обмотки. Опыт показывает, что в зависимости от мощности трансформатора сопротивление х2 в 5—10 раз больше r2. Поэтому в действительности ток I2K не в 100, а лишь в 10—20 раз будет больше тока I2 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.

Режим короткого замыкания трансформатора

Всем известно, что при подключении вторичной трансформаторной обмотки к нагрузке, она принимает на себя и сопротивление этой нагрузки. Ток, установившийся во вторичной цепи, находится в пропорциональной зависимости от подключенной нагрузки. Если же имеет место большое количество потребителей, то в результате повышения нагрузки возрастает вероятность нарушения изоляционного слоя соединительных проводников. В случае их возможного соприкосновения возникает режим короткого замыкания трансформатора.

Провода, расположенные перед приемником электроэнергии, замыкаются вместе со вторичной обмоткой. Энергия из первичной обмотки будет продолжать свое движение во вторичную обмотку и далее – во вторичную цепь. Эта цепочка, образовавшаяся в результате короткого замыкания будет включать в себя лишь обмотку и частично – соединительные провода.

Виды КЗ у трансформаторов

При возникновении короткого замыкания, трансформатор вплотную подходит к предельному рабочему режиму. В этом случае на первичную обмотку поступает какое-то напряжение, а вторичная оказывается замкнутой.

Короткое замыкание трансформатора может быть аварийным или испытательным. В первом случае опасная ситуация возникает в режиме эксплуатации устройства, при подключении его к номинальному первичному напряжению. В обмотках появляется ток короткого замыкания, многократно превышающий номинал, и прибор выходит из строя. Как правило, основные детали сгорают, и вся схема просто разваливается на части.

Избежать подобных негативных последствий возможно с помощью защитной аппаратуры – автоматов, предохранителей, реле и т.д. Она производит отключение в максимально короткие сроки со стороны первичной обмотки и тем самым сохраняет устройство от разрушения.

В испытательном режиме, известном в качестве опыта короткого замыкания, подобная ситуация создается искусственным путем. С этой целью на первичную обмотку подается пониженное напряжение. При этом, токи в каждой обмотке не выходят за пределы номинала. Данный опыт позволяет точно установить наиболее важные параметры и характеристики трансформаторного устройства. Каждое из коротких замыканий следует рассмотреть более подробно, с точки зрения его физического воздействия на трансформатор.

Физические процессы при аварийном замыкании

С технической точки зрения любой трансформатор должен обязательно разрушиться в результате замыкания и действия высоких токов. Основной причиной выступает незначительное сопротивление проводов и обмоток, которое многократно превышается сопротивлением подключенной нагрузки.

Следует учитывать и резкое повышение температуры в обмотках, достигающей 500-600 градусов в течение 1-2 секунд. Этого вполне достаточно, чтобы они полностью сгорели. Нельзя забывать о механических усилиях, возникающих между обмотками во время работы, и стремящихся сдвинуть их в осевом и радиальном направлениях. Эти усилия существенно увеличиваются при возрастании силы тока, что теоретически должно привести к мгновенному разрушению трансформатора. Тем не менее, на практике все происходит по-другому.

Трансформаторные устройства оказываются способными выдержать токи коротких замыканий в течение малого временного промежутка, пока не сработает защита и они не будут отключены от сети. Было выявлено какое-то дополнительное сопротивление, ограничивающее высокие токи в обмотках. Оно образуется благодаря магнитным потокам рассеяния, отходящим от основного потока и замыкающимся вокруг витков соответствующей обмотки.

Величина и разница этого рассеяния практически не поддается точному измерению, в основном, из-за различных путей, используемых для замыкания магнитных потоков. В связи с этим, его оценка производится по влиянию, оказываемому на ток и напряжение в обмотках. Была выявлена закономерность, в соответствии с которой при возрастании тока в обмотках, увеличиваются и магнитные потоки. В нормальном рабочем режиме они составляют незначительную часть основного потока, поскольку лишь частично связаны с витками. Основной же поток оказывает влияние на все без исключения витки обмоток.

Таким образом, действие дополнительного сопротивления позволяет свести до минимума потери КЗ трансформатора. Все негативные параметры снижаются во много раз и не наносят вреда. То есть, прибор сам способен защититься от высоких токов, возникающих при замыканиях. Подобные ситуации возникают достаточно редко, но все равно к ним нужно готовиться заранее, своевременно осуществляя необходимые защитные мероприятия.

Испытание трансформатора в режиме КЗ

Для проверки работоспособности трансформатора в особых условиях, создается режим холостого хода и короткого замыкания с подводом к обмоткам соответствующего напряжения. В этом случае одна из них оказывается коротко замкнутой, а к другой через клеммы подводится напряжение, чтобы получить номинальный ток. Напряжение, полученное в результате короткого замыкания, в среднем составляет от 5,5 до 10% от номинала и не зависит от того, какая из обмоток окажется замкнутой. Данный параметр играет важную роль в эксплуатации устройства, отображается в его техническом паспорте или наносится непосредственно на корпус.

Во время проведения испытания трансформатора в режиме короткого замыкания напряжение будет незначительным, поэтому магнитный поток в магнитопроводе тоже небольшой. В связи с этим, потери в стальных пластинках можно не учитывать, а сосредоточиться на потребляемой мощности, которая перекрывает тепловые потери в медных обмотках.

В режиме замыкания вторичная обмотка соединяется с амперметром, а в первичную поступает пониженное напряжение, контролируемое с помощью вольтметра. Мощность, потребляемая из сети трансформаторным устройством, замеряется ваттметром.

Основными целями исследований является определение следующих показателей:

  • Напряжение и токи КЗ, определяемое вольтметром и амперметрами, подключаемыми поочередно к первичной и вторичной обмоткам.
  • Активные потери короткого замыкания, которая приблизительно равны потерям в медных обмотках.
  • Показания амперметра, вольтметра и ваттметра, подключенных к первичной цепи, позволяют установить коэффициент мощности и саму мощность короткого замыкания.
  • Показатели и работоспособность схемы замещения трансформаторного устройства в режиме короткого замыкания.
  • с опытами КЗ проверяется холостой ход, где устанавливается величина полных потерь при работе трансформатора под нагрузкой. Полученные данные дают возможность точно определить коэффициент полезного действия устройства.

Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации

Режим КЗ трансформатора может возникнуть практически в любой электроустановке, при наличии определенных негативных факторов. Это могут быть механические повреждения изоляции, электрический пробой из-за перенапряжения и т.д. Иногда серьезные ошибки допускаются обслуживающим персоналом.

Под влиянием высоких токов температура обмотки резко повышается, и целостность изоляции находится под угрозой разрушения. Большой ток короткого замыкания, примерно в 20 раз превышающий номинальный, приводит к росту потерь в обмоточных проводах более чем в 400 раз. Огромная мощность, выделяемая в обмотках в короткий промежуток времени, приводит к их резкому нагреву, от чего изоляция разрушается и трансформатор выходит из строя.

В связи с этим, каждое устройство обеспечивается защитой с высоким быстродействием, выполняющей отключение при замыкании. До момента отключения, вторичная обмотка трансформатора, находящегося в аварийном режиме, просто не успевает разогреться до опасной температуры.

Опасность КЗ состоит еще и в возможном механическом разрушении прибора. Дело в том, что провода, обтекаемые током, физически взаимодействуют между собой. Если токи в параллельных проводах протекают в одном и том же направлении, между ними возникает взаимное притяжение. Если же течение токов происходит в разных направлениях, провода будут отталкиваться друг от друга. В трансформаторах таких проводов очень много, и расположены они в витках параллельно между собой. Поэтому в них периодически возникают взаимные притяжения или отталкивания, а слишком большие механические силы рано или поздно приведут к деформации трансформаторных обмоток, резкому снижению их электрической прочности.

В связи с этим, заранее принимаются меры по усилению конструкции. Это достигается путем неоднократной осевой запрессовки обмоток, предотвращением возможной усадки изоляции. При соблюдении всех технических условий, короткое замыкание не сможет нанести трансформатору серьезных повреждений.

Режим короткого замыкания трансформатора — это… Что такое Режим короткого замыкания трансформатора?

Режим короткого замыкания трансформатора

8.6. Режим короткого замыкания трансформатора

Режим работы трансформатора при питании хотя бы одной из обмоток от источника с переменным напряжением при коротком замыкании на зажимах одной из других обмоток.

Примечание. Если нет специальной оговорки, то предполагается, что напряжение источника питания равно номинальному напряжению первичной обмотки и синусоидально, а его частота равна номинальной частоте трансформатора

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • Режим кондиционирования
  • Режим короткого замыкания фотоэлектрического полупроводникового приемника излучения

Смотреть что такое «Режим короткого замыкания трансформатора» в других словарях:

  • режим короткого замыкания трансформатора — Режим работы трансформатора при питании хотя бы одной из обмоток от источника с переменным напряжением при коротком замыкании на зажимах одной из других обмоток. Примечание. Если нет специальной оговорки, то предполагается, что напряжение… …   Справочник технического переводчика

  • опыт короткого замыкания пары обмоток — опыт к. з. пары обмоток Режим короткого замыкания, осуществляемый с целью опытного определения потерь напряжения короткого замыкания и других параметров и характеристик пары обмоток трансформатора при номинальной частоте и пониженном против… …   Справочник технического переводчика

  • Опыт короткого замыкания — Опыт короткого замыкания  определение параметров элементов схемы замещения, используемой при расчете реальных схем, в частности, активных двухполюсников. В опыте короткого замыкания сопротивление внешней цепи полагают гораздо меньшим, чем… …   Википедия

  • Опыт короткого замыкания пары обмоток — 8.7. Опыт короткого замыкания пары обмоток Опыт к. з. пары обмоток Режим короткого замыкания, осуществляемый с целью опытного определения потерь напряжения короткого замыкания и др. параметров и характеристик пары обмоток трансформатора при… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • режим — 36. режим [частота вращения] «самоходности»: Режим [минимальная частота вращения выходного вала], при котором газотурбинный двигатель работает без использования мощности пускового устройства при наиболее неблагоприятных внешних условиях. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 16110-82: Трансформаторы силовые. Термины и определения — Терминология ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые. Термины и определения оригинал документа: 8.2. Аварийный режим трансформатора Режим работы, при котором напряжение или ток обмотки, или части обмотки таковы, что при достаточной… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Трансформатор — У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения). Трансформатор силовой ОСМ 0,16 Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт …   Википедия

  • Опыт — 2. Опыт Воспроизведение исследуемого явления в определенных условиях проведения эксперимента при возможности регистрации его результатов Источник: ГОСТ 24026 80: Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Короткое замыкание — Возникновение пожара вследствие замкнутых электрических проводов У этого термина существуют и другие значения, см. Короткое замыкание (значения). Короткое замыкание (КЗ)  электрическое соединение двух точе …   Википедия

  • устройство защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП Устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсных токов. Это устройство содержит по крайней мере один нелинейный элемент. [ГОСТ Р 51992 2011 (МЭК 61643 1:2005)] устройство защиты от импульсных… …   Справочник технического переводчика

§ 8.4. Режим короткого замыкания трансформатора

В режиме короткого замыкания сопротивление внешней цепи равно нулю, т. е. вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Этот режим следует рас­сматривать как аварийный. При нем во вторичной обмотке транс­форматора протекает ток, во много раз превышающий номинальный. Такой ток безусловно опасен для трансформатора и допустим толь­ко на очень короткое время.

Так как при режиме короткого замыкания можно получить ряд данных для характеристики рабо­ты трансформатора и определитьпотери короткого замыкания, равные электрическим потерям в обмотках, этот режим создают искусственно при проведении опы­та короткого замыкания. Для это­го к первичной обмотке подводят пониженное напряжение UK.З., при котором токи в обмотках I1 и I2 имеют номинальные значения.

Это пониженное напряжение,выраженное в процентах от номинального, называется напряжением короткого замыкания:

Напряжение короткого замыкания является очень важным параметром трансформатора и обычно указывается на его щитке-паспорте. Для силовых трансформаторов оно составляет от 5,5 до 10,5%, причем чем больше мощность трансформатора, тем выше зна­чение u KЗ

Величиной напряжения короткого замыкания определяется и кратность тока короткого замыкания

На рис. 8.10 дана векторная диаграмма для режима короткого замыкания. Эта диаграмма строится так же, как и векторная диа­грамма работы трансформатора под нагрузкой. Векторы E1 и E2отстают от вектора магнитного потока Ф на 900. Вектор тока I2

отстает от вектора э. д. с. Ё2 на угол Ψ2. Так как напряжение UK.З, приложенное к первичной обмотке трансформатора, невелико и ток холостого хода I0 будет мал, то им можно пренебречь. Тогда вектор тока I1 будет сдвинут относительно вектора тока I2 на 180° и равен ему по величине, что видно из следующего. Если прене­бречь током Iо, то

В приведенном трансформаторе , тогда

Вектор падения напряжения I2 r2на активном сопротивлении г2‘ совпадает по фазе с вектором тока I2, а вектор падения напря­жения jI2x2на реактивном сопротивлении x2 сдвинут по фазе на 900 относительно вектора тока I2‘, он откладывается от конца вектора I2‘r2. Вектор напряжения короткого замыкания U1К.З оп­ределится в результате сложения векторов I1r1 и jI1x1. Для этого отложим вверх составляющую напряжения – E1 геометрически сложим с ней векторы I1r1 и jI1x1. Этому режиму соответствует упрощенная схема замеще­ния, приведенная на рис. 8.11, так как при коротком замыкании трансформатор может быть представлен в виде цепи, состоящей из пос­ледовательно соединенных активных и индуктивных соп­ротивлений первичной и вто­ричной обмоток. Из вектор­ной диаграммы для режима короткого замыкания получа­ют треугольник короткого замыкания ОВГ (рис. 8.12). Для этого век­торы напряжения и э. д. с. вторичной обмотки поворачивают на 180° так, чтобы вектор E2 совпал по направлению с вектором —E1. При этом векторы токов первичной и вторичной обмоток I2‘ и I1 также совпадают.

Складывая между собой векторы активного падения напряжения I1r1 и I2r2 и индуктивные падения напряжения jI1x1 и jI2‘x2‘ получаем треугольник короткого замыкания, в котором

Рис. 8.12. Треугольник короткого замыка­ния

Сопротивления и xК,З=x1+ x2 называются актив­ным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания или параметрами короткого замыкания.

Активная UK,3и реактивная Uк.з.х составляющие напряжения короткого замыкания UK.3 также выражаются в процентах от но­минального напряжения:

Опыт короткого замыкания производят по схеме, данной на рис. 8.13. Чтобы иметь в цепи меньшие токи, выгоднее подводить напряжение к обмотке высшего напряжения, а обмотку низшего напряжения замыкать накоротко. Постепенно повышая напряже­ние, подводимое к первичной обмотке трансформатора, от 0,3 UH доводят его до величины, при которой токи в обмотках будут равны номинальным. При этом по приборам измеряют мощность и напря­жение.

Если в трехфазном трансформаторе токи и напряжения в фазах отличаются друг от друга, то ток короткого замыкания определяют из отношений:

Мощность короткого замыкания определя­ется как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров:

По данным опыта короткого замыкания нахо­дят полное сопротивление короткого замыкания трансформатора

Активное и реактивное сопротивления ко­роткого замыкания определяются по формулам:

Коэффициент мощности при коротком замыкании

Опыт короткого замыкания позволяет определить потери в меди. Так как напряжение, приложенное к трансформатору, не­значительно и магнитный поток мал, потерями в стали можно пре­небречь. Тогда показания ваттметра в опыте короткого замыкания соответствуют потерям мощности в меди.

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 UКЗ – нормальное напряжение короткого замыкания,

UH – номинальное напряжение на первичной обмотки.

«Нормальное» короткое замыкание

В виду того, что нормальное напряжение короткого замыкания UКЗ 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 РКЗ – мощность при коротком замыкании,

IКЗ – ток короткого замыкания,

RК – 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 UКЗ, при котором ток IКЗ 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 % UКЗ.

При проведении опыта короткого замыкания определяют следующие параметры трансформатора:

— процентное отношение напряжения короткого замыкания UКЗ%

где UКЗ – «нормальное» напряжение короткого замыкания,

UН – номинальное напряжение первичной обмотки.

— активное сопротивление обмоток трансформатора RК

где РКЗ – мощность, снимаемая с ваттметра PW1,

IКЗ – ток короткого замыкания, снимаемая с амперметра РА1.

— полное сопротивление обмоток трансформатора ZK

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

— реактивное сопротивление обмоток трансформатора ХК

— коэффициент мощности короткого замыкания cos φКЗ

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 РС из опыта холостого хода, а потерь в обмотке (потерь в меди) РМ 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,

РС – потери мощности в сердечнике трансформатора,

РМ – 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.

Режим короткого замыкания трансформатора; Школа для электриков: Электротехника и электроника

При токе I1, = I1ном получаются номинальные потери мощности на нагрев обмоток Pnk.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания.

Режим короткого замыкания трансформатора

Состояние короткого замыкания трансформатора возникает, когда вторичные зажимы замыкаются проводником с нулевым сопротивлением (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в рабочих условиях создает аварийную ситуацию, так как вторичный ток, а значит и первичный ток, увеличивается в несколько десятков раз по сравнению с номинальным током. По этой причине трансформаторные цепи оснащены защитами, которые автоматически отключают трансформатор в случае короткого замыкания.

Трансформатор может быть короткозамкнутым в лабораторных условиях путем замыкания зажимов вторичной обмотки и подачи на первичную обмотку напряжения Uk так, чтобы ток первичной обмотки не превышал номинального значения (Ik

где U1nom – номинальное первичное напряжение.

Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения обмотки трансформатора. Так, например, для высокого напряжения 6-10 кВ uK = 5,5%, для 35 кВ uK = 6,5÷7,5%, для 110 кВ uK = 10,5% и т.д. Как видно, напряжение короткого замыкания трансформатора увеличивается по мере увеличения высокого номинального напряжения.

При Uk 5-10% от номинального первичного напряжения ток намагничивания (ток холостого хода) уменьшается в 10-20 раз или даже более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считается, что

Основной магнитный поток Ф также уменьшается в 10-20 раз, а потоки рассеяния обмотки становятся соизмеримыми с основным потоком.

Поскольку при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора напряжение на его зажимах U2 = 0, уравнение э.д.с. трансформатора имеет вид

а уравнение напряжения для трансформатора записывается в виде

Это уравнение представлено схемой трансформатора, показанной на рис. 1.

Векторная диаграмма короткого замыкания трансформатора, соответствующая уравнению и схеме рис. 1, показана на рис. 2. Напряжение короткого замыкания имеет активную и реактивную составляющие. Угол φc между векторами этих напряжений и токов будет зависеть от соотношения между активным и реактивным индуктивным сопротивлением трансформатора.

Рис. 1 Схема трансформатора в состоянии короткого замыкания

Рис. 2. Векторная диаграмма короткозамкнутого трансформатора

Для трансформаторов с номинальной мощностью 5-50 кВА, XK/RK = 1 ÷ 2; с номинальной мощностью 6300 кВА и более, XK/RK = 10 и более. Поэтому предполагается, что трансформаторы большой мощности имеют UK = Ucr и импеданс ZK = Xk.

Эксперименты с коротким замыканием.

Это испытание, как и испытание холостого хода, проводится для определения параметров трансформатора. Создается цепь (рис. 3), в которой вторичная обмотка замыкается металлической перемычкой или проводом с сопротивлением, близким к нулю. К первичной обмотке должно быть приложено напряжение питания Uк, при котором ток в ней равен номинальному значению I1ном.

Рис. 3 Схема эксперимента по короткому замыканию с трансформатором

На основании данных измерений можно определить следующие параметры трансформатора

Напряжение короткого замыкания

где UK – напряжение, измеренное вольтметром при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мал, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Поэтому можно предположить, что Ppo = 0, и что мощность, измеренная ваттметром, является потерей мощности Pnc, возникающей из-за активного сопротивления обмоток трансформатора.

При токе I1, = I1ном получаем номинальную потерю мощности на нагрев обмоток Pnk.ном, которая называется электрическими потерями или потерями короткого замыкания.

Из уравнения напряжения для трансформатора и эквивалентной схемы (см. рис. 1) получаем

Где ZK – импеданс трансформатора.

Измерив Uk и I1, мы можем рассчитать импеданс трансформатора

Потеря мощности при коротком замыкании может быть выражена формулой

поэтому активное сопротивление обмоток трансформатора

считывается с ваттметра и амперметра. Зная Zk и RK, мы можем рассчитать индуктивное сопротивление обмоток:

Зная Zk, RK и Xk трансформатора, можно получить основной треугольник напряжения короткого замыкания (треугольник OAB на рис. 2) и определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания:

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Однофазные трансформаторы используются в тех случаях, когда трехфазные трансформаторы необходимой мощности невозможно изготовить или трудно транспортировать. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов 500 кВ составляет 3×533 МВА, 750 кВ – 3×417 МВА, 1150 кВ – 3×667 МВА.

Типы трансформаторов и их параметры

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока из одного напряжения в другое. Наиболее часто используются трехфазные трансформаторы, поскольку их потери на 12-15% ниже, а расход активных материалов и затрат на 20-25% меньше, чем у группы из трех однофазных трансформаторов той же общей мощности.

Максимальная единичная мощность трансформаторов ограничена весом, габаритами и условиями транспортировки.

Трехфазные трансформаторы на 220 кВ производятся до 1000 МВА, на 330 кВ – 1250 МВА, на 500 кВ – 1000 МВА.

Однофазные трансформаторы используются, если невозможно изготовить трехфазные трансформаторы необходимой мощности или их транспортировка затруднена. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов 500 кВ составляет 3×533 МВА, 750 кВ – 3×417 МВА, 1150 кВ – 3×667 МВА.

Трансформаторы делятся на двухобмоточные и трехобмоточные в зависимости от количества обмоток с различным напряжением на фазу. Кроме того, обмотки одного напряжения, обычно самого низкого, могут состоять из двух или более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой. Обмотки высокого, среднего и низкого напряжения обозначаются аббревиатурой HV, MV, LV.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН позволяют подключить несколько генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие консолидированные силовые блоки позволяют упростить проектирование распределительных устройств 330-500 кВ (распределительных щитов). Трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения широко используются в системах вспомогательного электроснабжения крупных тепловых электростанций с единичной мощностью 200-1200 МВт, а также на понижающих подстанциях для ограничения токов короткого замыкания.

Основными параметрами трансформаторов являются: номинальная мощность, напряжение, ток; напряжение короткого замыкания: ток холостого хода; потери холостого хода и короткого замыкания.

Номинальная мощность трансформатора составляет это полная мощность, указанная на заводской табличке, при которой трансформатор может быть непрерывно нагружен при номинальных условиях площадки и охлаждающей среды при номинальной частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, устанавливаемых на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимается естественно изменяющаяся температура окружающего воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С), а для трансформаторов с водомасляным охлаждением температура воды на входе в радиатор принимается не более 25°С (ГОСТ 11677-85).

Номинальная мощность двухобмоточного трансформатора – мощность каждой из обмоток.

Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с одинаковыми или разными силовыми обмотками. В последнем случае в качестве номинальной мощности принимается наибольшая номинальная мощность отдельных обмоток трансформатора.

Номинальная мощность автотрансформатора номинальная мощность каждой стороны трансформатора, которая подключена к другой стороне (“проходная” мощность).

Трансформаторы устанавливаются не только на открытом воздухе, но и в закрытых, неотапливаемых помещениях с естественной вентиляцией. В этом случае трансформаторы могут быть постоянно нагружены на номинальную мощность, но срок службы трансформатора несколько сокращается из-за ухудшения условий охлаждения.

Номинальные напряжения обмоток – напряжения первичной и вторичной обмоток в состоянии холостого хода трансформатора.

В случае трехфазного трансформатора это линейное напряжение (фаза-фаза). Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную звездой, – это

.

Когда трансформатор работает под нагрузкой и номинальное напряжение подается на первичные клеммы, вторичное напряжение ниже номинального на величину потери напряжения в трансформаторе. Коэффициент трансформации трансформатора n определяется отношением номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток

.

В трехобмоточных трансформаторах коэффициент трансформации для каждой пары обмоток: ВН и НН; ВН и НН; ВН и НН.

Номинальные токи трансформатора Это указанные на заводской табличке токи в обмотках, при которых трансформатор может нормально работать в течение длительного времени.

Номинальный ток любой обмотки трансформатора основывается на номинальной мощности и напряжении трансформатора.

Напряжение короткого замыкания uк – это напряжение, которое при приложении к одной из обмоток трансформатора при коротком замыкании другой обмотки вызывает ток, равный номинальному току, протекающему через эту обмотку.

Напряжение короткого замыкания определяется падением напряжения на трансформаторе, которое характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение короткого замыкания определяется для любой пары обмоток, когда третья обмотка разомкнута. Поэтому в каталогах приводятся три значения напряжения короткого замыкания: uк LV-NV, uв ВН-КН, uв Л-НВ , u в Ч-НВ.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно больше активного сопротивления (в малых трансформаторах в 2-3 раза, а в больших трансформаторах в 15-20 раз), uк в основном зависит от реактивного сопротивления, т.е. от взаимного расположения обмоток, ширины канала между обмотками и высоты обмоток.

Значение uк регулируется ГОСТом, в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем выше напряжение и мощность трансформатора, тем выше напряжение короткого замыкания. Например, трансформатор мощностью 630 кВА на 10 кВ среднего напряжения имеет uк = 5,5 %, при высоком напряжении 35 кВ uк = 6,5%; трансформатор мощностью 80000 кВА при высоком напряжении 35 кВ имеет uк = 9 %, а высоковольтный трансформатор 110 кВ имеет uк = 10,5%.

Увеличение значения uкТоки короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора могут быть уменьшены, но потребность в реактивной мощности и стоимость трансформаторов значительно возрастут. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 МВА спроектирован с uк = 20% вместо 10%, его расчетная стоимость увеличится на 15,7%, а реактивная мощность удвоится (с 2,5 до 5,0 Мвар).

Трехобмоточные трансформаторы могут поставляться в двух исполнениях для uк в зависимости от расположения обмотки.

Если обмотка NN находится внутри сердечника, обмотка WN снаружи, а обмотка CO между ними, то uв ВН-ВНи меньшее значение uв ВН-КН. В этом случае потери напряжения на низковольтных терминалах будут меньше, а ток короткого замыкания в низковольтной сети будет ограничен из-за увеличения значения uв ВН-ВН

Если обмотка MV находится внутри магнитопровода, обмотка WN – снаружи, а обмотка LV – между ними, то uв ВН-ЧНи меньшее значение uк ЛГ-ЛН.

Значение uк LH-HN остается одинаковым для обеих версий.

Ток холостого хода Iх описывает активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества магнитной цепи и магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах от номинального тока трансформатора. В современных трансформаторах из холоднокатаной стали токи холостого хода имеют небольшие значения.

Потери холостого хода Pх и токи короткого замыкания Pк определить КПД трансформатора.

Потери холостого хода состоят из перемагничивания и вихревых токов в стали. Для их снижения используются низкоуглеродистые холоднокатаные стали марок 3405, 3406 и другие холоднокатаные стали с изоляционными жаропрочными покрытиями. В справочниках и каталогах приводятся значения Pх значения для уровней А и В. Уровень А относится к трансформаторам из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень В – с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг (при В = 1,5 Тесла, f = 50 Гц).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках из-за токов нагрузки, протекающих по обмоткам, и дополнительных потерь в обмотках и конструкции трансформатора. Добавочные потери вызваны блуждающими магнитными полями, которые создают вихревые токи в крайних обмотках и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмо и т.д.). Для их уменьшения обмотки выполняются транспонированным многожильным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

В современных конструкциях трансформаторов потери значительно снижены. Например, в трансформаторе мощностью 250 000 кВА при U = 110 кВ
(Pх = 200 кВт, Pк = 790 кВт), работающие круглый год (Tmax = 6300 ч), потери электроэнергии составят 0,43% от электроэнергии, поставляемой трансформатором. Чем меньше мощность трансформатора, тем выше относительные потери в нем.

В сетях энергосистемы имеется большое количество трансформаторов малого и среднего размера, поэтому суммарные потери мощности всех трансформаторов в стране значительны, и очень важно улучшить конструкцию трансформатора для дальнейшего снижения Pх и Pк.

Силовые трансформаторы TM-SSHCH, TMH-SSHCH Electroshield-Samara

Напряжение короткого замыкания – это напряжение, которое должно быть приложено к одной из обмоток трансформатора, чтобы цепь проводила электричество. Остальные обмотки должны быть закорочены. Это значение можно найти в техническом паспорте самого устройства в процентах. По этому значению можно определить, может ли трансформатор работать параллельно.

Расчет тока короткого замыкания;

Этот ток представляет собой соединение фазных точек электрической системы друг с другом или с землей. В этом случае токи в их ветвях быстро возрастают, превышая номинальное значение.

Чтобы уменьшить последствия несчастных случаев, хорошо бы выбрать правильное оборудование. Но для этого необходимо также рассчитать силу тока. Как рассчитать ток короткого замыкания?

Во время таких явлений, как короткое замыкание, в электрической цепи возникают переходные процессы, которые напрямую связаны с индуктивностью цепи, препятствующей быстрому изменению тока. Поэтому ток короткого замыкания разделяется на такие компоненты, как:

  • периодический. Оно возникает изначально и остается постоянным до тех пор, пока электроустановка не будет отключена от защиты;
  • Апериодический. Он также возникает вначале, но сразу же уменьшается до нуля после завершения переходного процесса.

Расчет тока короткого замыкания основан на двух этапах:

  • Построение схемы заземления на основе известных параметров. Элементы цепи питания заменяются эквивалентными сопротивлениями;
  • Определение величины результирующего сопротивления до точек короткого замыкания.

Инженерный центр “ПрофЭнерго” располагает всем необходимым оборудованием для проведения высококачественных испытаний разъединителей, коротких замыканий и изоляторов, сплоченной командой специалистов и лицензиями на проведение всех необходимых испытаний и измерений. Выбирая электротехническую лабораторию “ПрофЭнергия”, вы выбираете надежную и качественную работу ваших приборов!

Если вы хотите заказать испытания разъединителей, коротких замыканий и изоляторов или у вас возникли вопросы, звоните нам: +7 (495) 181-50-34 .

Помимо напряжения короткого замыкания, существуют и другие не менее важные параметры трансформаторного оборудования. Например, их эффективность в значительной степени зависит от потерь холостого хода (Pх) и потери при коротком замыкании (Pк).

Лабораторный тест

В режиме короткого замыкания обмотка-2 замыкается токоведущим проводом, сопротивление которого стремится к нулю. Когда трансформатор находится в рабочем состоянии, короткое замыкание вызывает аварийное состояние, так как первичный и вторичный токи многократно превышают номинальные значения. По этой причине для такого оборудования предусмотрена специальная защита от самопроизвольного отключения.

В лабораториях короткие замыкания используются для испытания трансформаторов. Для этого на обмотку 1 подается напряжение UкОбмотка 2 короткозамкнута, напряжение не превышает номинальное. Обмотка 2 замыкается накоротко и создает напряжение, обозначаемое как uK, которое представляет собой напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в % от Uк. В этом случае ток короткого замыкания равен номинальному току. В виде формулы это будет выглядеть следующим образом uK = (Uк x 100)/U1nomгде U1nom будет номинальное напряжение в первичной обмотке.

Напряжение повреждения напрямую связано с высоким напряжением обмоток трансформатора. Если оно находится в диапазоне от 6 до 10 кВ, то значение uK составит 5,5%, при 35 кВ 6,5 – 7,5%, при 110 кВ 10,5% и так далее. Специальная таблица поможет вам быстро найти значение.

Напряжение короткого замыкания трансформатора – Английский: Voltage of short circuit Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двух обмоток и три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высокое и низкое напряжение, высокое и среднее напряжение, среднее и низкое напряжение для… … Строительный словарь

НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Напряжение, которое должно быть приложено к первичной обмотке трансформатора при условии, что вторичная обмотка короткозамкнута и в ней протекает номинальный ток. Ток короткого замыкания составляет 5 – 12 % от номинального напряжения трансформатора. Эта мощность используется для замещения потерь в обмотках трансформатора.

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

Смотреть что такое “напряжение короткого замыкания” в других словарях:

Напряжение короткого замыкания – 2.20 Напряжение короткого замыкания Напряжение, которое должно быть приложено к первичной обмотке при комнатной температуре, чтобы нагрузить закороченную вторичную обмотку током, равным номинальному вторичному току. Напряжение короткого замыкания………

напряжение короткого замыкания – trumpojo jungimo įtampa statusas T sritis automika atitikmenys: angl. short circuit voltage vok. Kurzschlußspannung, f rus. напряжение короткого замыкания, n pranc. напряжение судебной цепи, f … Автоматический терминал žodynas

напряжение короткого замыкания трансформатора – напряжение короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двухпроводной обмотки, и три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высокое и низкое, высокое и среднее, среднее и низкое напряжение для трехпроводной обмотки…. … руководство технического переводчика

Напряжение короткого замыкания трансформатора малой мощности – Первичное напряжение трансформатора при коротком замыкании всех вторичных обмоток [ГОСТ 20938 75] Классификация трансформаторов >>> Синонимы Напряжение короткого замыкания … … … руководство технического переводчика

напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора – напряжение короткого замыкания. Напряжение сети, связанное с расчетной температурой, которое должно быть приложено при номинальной частоте к сетевым зажимам одной из обмоток пары так, чтобы в этой обмотке был ток, соответствующий меньшему из номинальных напряжений.

напряжение короткого замыкания (трансформатора) – [В.А.Семенов. Англо-русский словарь по релейной защите] Темы релейная защита EN импеданс напряжения (трансформатор) … Руководство технического переводчика

Напряжение короткого замыкания трансформатора – 9.1.5 Напряжение короткого замыкания трансформатора Напряжение короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания пары обмоток двухобмоточного трансформатора и три напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высокое и низкое, высокое и среднее,… … … Глоссарий терминов для стандартов и технической документации

Напряжение короткого замыкания маломощного трансформатора 95. – 95. напряжение короткого замыкания маломощного трансформатора D. напряжение короткого замыкания Kurzschlusspannung des Kleintransformators E. Напряжение короткого замыкания трансформатора малой мощности F. Tension de court circuit du transformateur de… … Глоссарий терминов для нормативно-технической документации

Напряжение короткого замыкания трансформатора – Английский: Voltage of short circuit Напряжение короткого замыкания пары обмоток для двухобмоточного трансформатора, а также три значения напряжения короткого замыкания для трех пар обмоток: высокое и низкое, высокое и среднее, среднее и низкое напряжение для… … Строительный словарь

Напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора – 9.1.4 Напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора Напряжение короткого замыкания пары обмоток трансформатора Напряжение сети, связанное с расчетной температурой, которое должно быть приложено при номинальной частоте к зажимам сети одной из обмоток пары для того, чтобы это напряжение…..

Если все трансформаторы питаются от одной высоковольтной сети, то токи короткого замыкания при суммировании дадут несколько большее значение, чем в действительности. Сопротивлением шин и автоматических выключателей пренебрегают.

Ток короткого замыкания. От чего зависит величина тока короткого замыкания?

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта Power Coup Electric. В сегодняшней статье мы хотим поговорить о токах короткого замыкания в электрических сетях. Мы познакомимся с типичными примерами короткого замыкания, методами расчета токов короткого замыкания, сосредоточимся на взаимосвязи между индуктивным сопротивлением и номиналом трансформатора при расчете токов короткого замыкания, а также предоставим конкретные, несложные формулы для этих расчетов.

При проектировании электроустановок необходимо знать значения симметричных токов короткого замыкания для отдельных точек трехфазной цепи. Значения этих критических симметричных токов позволяют выбрать кабели, распределительные устройства, устройства селективной защиты и т.д.

Далее рассмотрим ток короткого замыкания для трехфазной цепи с нулевым сопротивлением, питаемой типичным понижающим трансформатором. В нормальных условиях этот тип неисправности (короткое замыкание в винтовом соединении) оказывается самым опасным, а расчеты очень просты. Простые расчеты при соблюдении определенных правил могут дать достаточно точные результаты, которые могут быть приняты при проектировании электроустановок.

Ток короткого замыкания во вторичной обмотке одного понижающего распределительного трансформатора. Предполагается, что сопротивление высоковольтной цепи очень мало, поэтому им можно пренебречь:

Расчет тока короткого замыкания

P – номинальная мощность в вольт-амперах, U2 – напряжение холостого хода между фазами вторичной обмотки, In – номинальный ток в амперах, Ic – ток короткого замыкания в амперах и Uc – напряжение короткого замыкания в процентах.

В таблице ниже приведены типичные напряжения короткого замыкания для трехфазных трансформаторов с напряжением обмотки высокого напряжения 20 кВ.

Типичные напряжения короткого замыкания

Если, например, мы рассматриваем случай, когда несколько трансформаторов питают шину параллельно, значение тока короткого замыкания в начале линии, подключенной к шине, может быть принято как сумма токов короткого замыкания, которые предварительно рассчитываются отдельно для каждого трансформатора.

Если все трансформаторы питаются от одной высоковольтной сети, то сумма токов короткого замыкания даст значение несколько большее, чем фактическое. Сопротивлением шин и автоматических выключателей пренебрегают.

Предположим, что трансформатор имеет номинальную мощность 400 кВА и вторичное напряжение 420 В, тогда если Ucf = 4%, то

Пример расчета тока короткого замыкания

Следующий рисунок поясняет этот пример.

Рисунок для расчета тока короткого замыкания

Точность полученного значения достаточна для расчета установки.

Ток трехфазного короткого замыкания в любой точке установки со стороны низкого напряжения:

Расчет тока трехфазного короткого замыкания

Вот: U2 – напряжение холостого хода между фазами во вторичной обмотке трансформатора. Zt – импеданс цепи над точкой отказа. В следующем разделе мы рассмотрим, как найти Zt.

Каждая часть системы, будь то сеть, силовой кабель, трансформатор, автоматический выключатель или шина, имеет свое собственное сопротивление Z, состоящее из активного сопротивления R и реактивного сопротивления X.

Емкость здесь не играет никакой роли. Z, R и X выражаются в омах и в расчетах представляются как стороны правильного треугольника, как показано на рисунке ниже. Для расчета полного сопротивления используется правило правильного треугольника.

/ U_” width=”131″ height=”30″>

Расчет импеданса Zt

Если секции соединены параллельно, расчет выполняется как для параллельно соединенных резисторов. Если параллельно соединенные секции имеют реактивное или активное сопротивление, то будет получено эквивалентное полное сопротивление:

Расчет Xz

Xt не учитывает влияние индуктивности, и если соседние индуктивности влияют друг на друга, то фактическое индуктивное сопротивление будет больше. Обратите внимание, что расчет Xz применим только к отдельной независимой цепи, т.е. аналогично, без влияния взаимной индуктивности. Если параллельные цепи расположены близко друг к другу, то сопротивление Xz будет явно больше.

Теперь рассмотрим схему, подключенную к входу понижающего трансформатора. Ток трехфазного короткого замыкания Iкз или мощность короткого замыкания Rкз определяется поставщиком электроэнергии, но общее эквивалентное сопротивление может быть получено из этих данных. Общий эквивалентный импеданс, при этом дается эквивалент для стороны низкого напряжения:

Расчет полного эквивалентного импеданса Zkz

Rkz – мощность трехфазного короткого замыкания, U2 – напряжение холостого хода низковольтной цепи.

Как правило, активная составляющая сопротивления высоковольтной сети, Ra, очень мала и пренебрежимо мала по сравнению с индуктивным сопротивлением. Традиционно предполагается, что Xa составляет 99,5% Za, а Ra – 10% Ha. В таблице ниже приведены приблизительные значения для трансформаторов мощностью 500 МВА и 250 МВА.

Характеристики масляных трансформаторов

Характеристики трансформаторов сухого типа

Ztr – импеданс трансформатора со стороны низкого напряжения:

Расчет импеданса трансформатора Ztr

Rn – номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах. Активное сопротивление обмоток рассчитывается по потерям мощности. Для приблизительных расчетов Rtr игнорируется, а Ztr = Xtr.

Если рассматривается вариант использования низковольтного выключателя, необходимо учитывать сопротивление выключателя выше точки короткого замыкания. Индуктивное сопротивление принимается равным 0,00015 Ω для каждого выключателя, а активной составляющей пренебрегаем.

Что касается шин, то их активное сопротивление ничтожно мало, а реактивная составляющая равна приблизительно 0,00015 Ом на метр длины, причем при удвоении расстояния между шинами реактивное сопротивление увеличивается всего на 10%. Параметры кабелей определяются их производителями.

В случае трехфазного двигателя в момент короткого замыкания он переходит в генераторный режим, и ток короткого замыкания в обмотках оценивается как Iкз = 3,5*Iн. Для однофазных двигателей увеличение тока в момент короткого замыкания можно игнорировать.

Дуга, которая обычно сопровождает короткое замыкание, имеет сопротивление, которое не является постоянным, но его среднее значение очень мало, однако падение напряжения на дуге также мало, так что ток практически уменьшается примерно на 20%, что облегчает отключение выключателя без нарушения его работы или особого влияния на ток отключения.

Ток короткого замыкания на приемном конце линии связан с током короткого замыкания на питающем конце, но при этом учитывается также сечение и материал кабелей передачи и их длина. Зная понятие удельного сопротивления, любой может выполнить этот простой расчет. Мы надеемся, что наша статья была вам полезна.

Опыт короткого замыкания трансформатора

Опытом короткого замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе первичной обмотки. Схема для проведения опыта короткого замыкания приведена на рис. 11.3. Опыт проводится для определения номинального значения тока вторичной обмотки, мощности потерь в проводах и падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.

 

 

При коротком замыкании цепи вторичной обмотки, ток в ней ограничивается только малым внутренним сопротивлением этой обмотки. Поэтому, даже при относительно небольших значениях ЭДС Е2, ток I2 может достигнуть опасных величин, вызвать перегрев обмоток, разрушение изоляции и выход трансформатора из строя. Учитывая это, опыт начинают при нулевом напряжении на входе трансформатора, т.е. при . Затем постепенно увеличивают напряжение первичной обмотки до значения , при котором ток первичной обмотки достигает номинального значения. При этом ток вторичной обмотки, измеренный по амперметру А2 , принимают равным номинальному. Напряжение называют напряжением короткого замыкания.

Величина напряжения первичной обмотки в опыте короткого замыкания мала и составляет 5 ¸ 10% от номинального. Поэтому и действующее значение ЭДС вторичной обмотки Е2 составляет 2 ¸ 5%. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток, а значит и мощность потерь в магнитопроводе — Рс . Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте короткого замыкания, практически определяют только потери в проводах Рпр, причем:

 

. (11.3)

 

Выразим ток I через приведенный ток :

 

.

 

Учтем, что , а также что .

Тогда выражение (11.3) перепишем в виде:

 

, (11.4)

 

где RК — активное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания, причем:

 

. (11.5)

 

Значение активного сопротивления трансформатора позволяет рассчитать его индуктивное сопротивление:

 

 

.

 

При точном расчете нужно учитывать, что RК зависит от температуры. Поэтому полное сопротивление трансформатора определяют приведенным к температуре 750С, т.е.:

 

 

.

Теперь легко определить падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора — :

 

.

 

На практике пользуются приведенным значением UК, в процентах, обозначая его звездочкой, т.е.:

 

. (11.6)

 

Это значение приводят на паспортном щитке трансформатора.

Знание внутреннего сопротивления трансформатора позволяет представить его схему замещения в виде рис.11.4. Векторная диаграмма, соответствующая этой схеме приведена на рис. 11.5.

Векторная диаграмма позволяет определить уменьшение напряжения на выходе трансформатора D U за счет падения напряжения на его комплексном сопротивлении. Величина D U определяется как расстояние между прямыми, выходящими из точек начала и конца вектора и параллельными оси абсцисс. Из диаграммы видно, что эта величина складывается из катетов двух прямоугольных треугольников, гипотенузы которых и , а острые углы равны j2.

 

 

Поэтому:

 

.

 

На практике пользуются относительной величиной DU, в процентах, обозначенной звездочкой, т.е.:

 

 

. (11.7)

 

Для мощных трансформаторов (SH> 1000 В×А) опыт короткого замыкания может служить для контроля коэффициента трансформации. Для таких трансформаторов в режиме короткого замыкания током холостого хода можно пренебречь, считая:

 

.

Поэтому:

 

. (11.8)

Последнее выражение тем точнее, чем больше мощность трансформатора. Однако оно не приемлемо для маломощных трансформаторов.

 


Короткое замыкание – обзор

6.1.2 Сепараторы

Сепараторы между положительной и отрицательной пластинами предотвращают короткое замыкание за счет физического контакта, в основном через дендриты («деревообразование»), а также за счет осыпания активного материала. Сепараторы позволяют потоку ионов между пластинами электрохимической ячейки образовывать замкнутый контур. Для изготовления сепараторов использовались дерево, резина, мат из стекловолокна, целлюлоза, ПВХ или полиэтилен. Первоначальным выбором было дерево, но оно испортилось в кислом электролите.Резиновые сепараторы стабильны в аккумуляторной кислоте и обеспечивают ценные электрохимические преимущества, которых нет у других материалов.

Эффективный сепаратор должен обладать несколькими механическими свойствами, такими как проницаемость, пористость, распределение пор по размерам, удельная поверхность, механическая конструкция и прочность, электрическое сопротивление, ионная проводимость и химическая совместимость с электролитом. При эксплуатации сепаратор должен обладать отличной устойчивостью к кислоте и окислению. Площадь сепаратора должна быть немного больше площади пластин, чтобы предотвратить замыкание материала между пластинами.Сепараторы должны оставаться стабильными в диапазоне рабочих температур батареи.

В конструкции с абсорбированным стекломатом (АГМ) разделители между пластинами заменены стекломатом, пропитанным электролитом. В мате достаточно электролита, чтобы он оставался влажным, а если аккумулятор проткнуть, то электролит из матов не вытечет. Принципиальной целью замены жидкого электролита в залитом аккумуляторе полунасыщенным стекловолоконным матом является существенное увеличение газотранспорта через сепаратор; Газообразный водород или кислород, образующийся при перезарядке или зарядке (если ток заряда чрезмерный), способен свободно проходить через стекломат и соответственно восстанавливать или окислять противоположную пластину.В залитой ячейке пузырьки газа всплывают наверх батареи и теряются в атмосфере. Однако в конфигурации AGM транспортный механизм заставляет добытый газ рекомбинировать и снова образовывать воду. Дополнительным преимуществом полунасыщенного элемента является отсутствие существенной утечки электролита при физическом проколе корпуса батареи, что позволяет полностью герметизировать батарею, что делает их полезными в портативных устройствах и аналогичных целях. Кроме того, батарею можно установить в любом положении, хотя при установке вверх дном кислота может выдуваться через клапан избыточного давления.

Для снижения скорости водоотдачи пластины легированы кальцием. Однако накопление газа остается проблемой, когда батарея сильно или быстро заряжается или разряжается. Чтобы предотвратить избыточное давление в корпусе батареи, батареи AGM включают односторонний продувочный клапан и часто известны как «свинцово-кислотные конструкции с регулируемым клапаном» (VRLA).

Еще одним преимуществом конструкции AGM является то, что электролит становится механически прочным материалом сепаратора. Это преимущество позволяет сжимать пакет пластин вместе в корпусе батареи, немного увеличивая плотность энергии по сравнению с жидкими или гелевыми версиями.Аккумуляторы AGM часто имеют характерное «выпячивание» корпуса, когда они имеют обычные прямоугольные формы из-за расширения положительных пластин.

Коврик также препятствует вертикальному движению электролита внутри батареи. Когда обычный влажный элемент хранится в разряженном состоянии, более тяжелые молекулы кислоты имеют тенденцию оседать на дно батареи, вызывая расслоение электролита. Когда батарея затем используется, большая часть тока протекает только в этой области, а нижняя часть пластин быстро изнашивается.Это одна из причин, по которой обычный автомобильный аккумулятор может выйти из строя, если оставить его на длительное хранение, а затем использовать и перезаряжать. Коврик значительно предотвращает это расслоение, избавляя от необходимости периодически встряхивать аккумуляторы, кипятить их или пропускать через них «уравнительный заряд» для перемешивания электролита. Расслоение также приводит к тому, что верхние слои батареи почти полностью становятся водой, которая в морозы может замерзнуть; поэтому AGM значительно менее подвержены повреждениям из-за использования при низких температурах.

Хотя элементы AGM не допускают полива (как правило, нельзя долить воду, не просверлив отверстие в аккумуляторе), процесс их рекомбинации принципиально ограничивается обычными химическими процессами. Газообразный водород будет даже диффундировать прямо через сам пластиковый корпус. Некоторые считают, что добавлять воду в аккумулятор AGM выгодно, но это нужно делать медленно, чтобы вода смешивалась путем диффузии по всему аккумулятору. Когда свинцово-кислотный аккумулятор теряет воду, концентрация кислоты в нем увеличивается, что значительно увеличивает скорость коррозии пластин.Ячейки AGM уже имеют высокое содержание кислоты в попытке снизить скорость потери воды и увеличить напряжение в режиме ожидания, и это приводит к более короткому сроку службы по сравнению с залитыми свинцово-сурьмяными батареями. Если напряжение холостого хода ячеек AGM значительно выше 2,093 В или 12,56 В для батареи 12 В, то содержание кислоты в ней выше, чем в залитой ячейке; хотя это нормально для AGM-аккумулятора, для долгой жизни это нежелательно.

Аккумуляторы AGM, преднамеренно или случайно перезаряженные, будут демонстрировать более высокое напряжение холостого хода в зависимости от потери воды (и увеличения концентрации кислоты).Одна Ач перезарядки высвободит 0,335 грамма воды; некоторые, но не все, из этого высвобожденного водорода и кислорода рекомбинируют.

Энергии | Бесплатный полнотекстовый | Анализ короткого замыкания трансформатора Sen с использованием фазово-координатной модели

1. Введение

В связи с быстро растущим распространением возобновляемых источников энергии и постоянно возрастающей сложностью электрических систем линии электропередачи перегружаются и испытывают снижение стабильности, повышение напряжения изменение и петлевой поток мощности.Этот факт еще более выражен в крупных энергосистемах [1,2,3,4]. Требования к более эффективному использованию существующих энергосистем и повышению пропускной способности за счет установки устройств гибкой системы передачи переменного тока (FACTS) становятся все более насущными. Трансформатор Sen (ST), который может обеспечить независимое и двунаправленное управление потоком активной и реактивной мощности в линии передачи, доказал свою надежность и экономичность по сравнению с новой технологией VSC [5,6,7]. .Однако сложные режимы работы ПТ и уникальные соединения обмоток создают определенные трудности при анализе неисправностей энергосистем с ПТ. Следовательно, необходимо создать модель короткого замыкания для ЗТ, чтобы должным образом оценить его влияние на токи короткого замыкания. С точки зрения моделирования ЗТ и его вариантов была разработана модель потока мощности ЗТ для изучения влияния ST для управления перегрузкой и улучшения ATC [8,9]. Стационарная модель ST (TAST) с силовым транзистором была создана в [10, 11], а управление потоком мощности для управления перегрузкой с использованием TAST было выполнено в [12].Кроме того, в [13] была предложена модель потока мощности расширенного ST(EST) для анализа потока мощности в крупномасштабной энергосистеме. Однако эти модели подходят только для стационарного анализа энергосистем с участием ПТ, и анализ отказов с помощью этих моделей невозможен. Для нестационарного анализа СТ была разработана цифровая имитационная модель СТ с использованием пакета программ PSCAD/EMTDC [14] и реализован новый алгоритм, позволяющий выбирать наилучшую комбинацию настроек отводов.Подробная модель электромагнитного переходного процесса была разработана в [15] для СТ, встроенного в сеть, но в этих моделях не учитывались подробные траектории потока в активной зоне. Кроме того, в [16] была предложена модель электромагнитного переходного процесса для СТ, основанная на высокоточной магнитной эквивалентной схеме реального времени и оцененная на программируемой пользователем вентильной матрице (ПЛИС) для аппаратно-программных приложений. Между тем, для исследования внутренних характеристик СТ в [17] была представлена ​​аналитическая электромагнитная модель, учитывающая многообмоточную связь в СТ с трехфазной трехветвевой структурой.Кроме того, в [18] было представлено применение мощных электронных устройств РПН в ПТ и предложена переходная модель переключения для изучения процесса коммутации. В [19] предложена квазистационарная модель трехфазного пятиветвевого ПТ (ТФПТ), применяющая принцип двойственности для оценки работоспособности ТПФПТ в условиях несбалансированной нагрузки. Тем не менее, в опубликованной литературе не проводилось много исследований по анализу неисправностей энергосистемы с ПТ.Хотя модели электромагнитных переходных процессов ST, предложенные в существующей литературе, могут использоваться для анализа коротких замыканий, расчеты электромагнитных переходных процессов утомительны и требуют много времени, особенно в крупных и сложных энергосистемах. Существует острая необходимость в разработке подходящего метода для анализа коротких замыканий в энергосистемах, содержащих ПТ. С точки зрения методов анализа коротких замыканий метод на основе симметричных компонентов широко применяется для выполнения анализа неисправностей для многофазных распределительных сетей. [20,21].Кроме того, в отношении электрического оборудования, такого как трансформатор, сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания и синхронная машина с постоянными магнитами, соответствующие модели неисправности для проведения исследований короткого замыкания с помощью симметричных компонентов также представлены в [22,23,24]. Хотя симметричные компоненты обеспечивают замечательную степень несбалансированности конструкции и работы системы, сборка цепей последовательности и решение уравнений последовательности не всегда просты, особенно в случае системы, отличной от несимметричной нагрузки, когда между цепями последовательности существует взаимная связь. [25,26,27].Между тем, что касается трехфазной трехветвевой модели СТ, то следует отметить, что магнитная связь между всеми обмотками СТ приводит к его несимметричной трехфазной работе [17]. В этом случае метод симметричных последовательностей может оказаться не таким точным, как ожидалось. Метод фазовых координат считается привлекательным методом для решения этой проблемы, поскольку ранее он использовался для моделирования обычного трансформатора, трехфазного автотрансформатора и синхронной машины [28, 29, 30, 31] для анализа короткого замыкания.Следовательно, это может быть эффективным способом точного расчета токов короткого замыкания при установке СТ в энергосистеме с помощью метода фазовых координат.

Поэтому в данной статье предлагается модель короткого замыкания ЗТ с использованием метода фазовых координат в соответствии с различными типами неисправностей. Вклад этой статьи:

  • Полностью развязанная математическая модель ST выводится на основе связанной цепи, учитывая взаимные индуктивности между всеми обмотками для ST и полное сопротивление земли на вторичной стороне ST.

  • Предлагаются модели короткого замыкания, включающие одиночные неисправности ST и комбинированные неисправности ST.

  • Представлены изменения тока короткого замыкания после возникновения однофазных замыканий на землю и трехфазных замыканий на землю в энергосистеме с СТ и проанализированы причины этих колебаний.

Этот документ организован следующим образом. В разделе 2 представлена ​​полностью развязанная математическая модель СТ для метода фазовых координат, и в этой модели импеданс земли на первичной стороне СТ расширен.Расчет короткого замыкания для электрической сети с использованием метода фазовых координат описан в разделе 3. В разделе 4 реализованы тематические исследования, чтобы проиллюстрировать эффективность предложенной модели ST короткого замыкания и проанализировать изменения тока короткого замыкания. амплитуда однофазного короткого замыкания на землю и трехфазного короткого замыкания, вызванного ЗТ. Наконец, выводы этой работы сделаны в Разделе 5. Мощность

. Испытание на короткое замыкание на однофазном трансформаторе. Мощность

. Испытание на короткое замыкание на однофазном трансформаторе.
Сеть обмена стеками

Сеть Stack Exchange состоит из 179 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетите биржу стека
  1. 0
  2. +0
  3. Войти
  4. Зарегистрироваться

Электротехника Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для специалистов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация занимает всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Любой может задать вопрос

Любой может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются на вершину

спросил

Просмотрено 204 раза

\$\начало группы\$

При испытании на короткое замыкание однофазного трансформатора мы подключаем ваттметр к стороне высокого напряжения и повышаем напряжение до установления номинальных токов.В учебнике сказано, что ваттметр измеряет потери в меди трансформатора при полной нагрузке. Это означает, что он включает потери в меди как в обмотке, к которой подключен ваттметр, так и в обмотке, которая остается закороченной. Однако, как мы знаем, ваттметр подключен только к одной стороне. Как получается, что он учитывает потери с обеих сторон. Я смущен и, безусловно, мог бы помочь.

задан ноя 2, 2019 в 15:15

\$\конечная группа\$ \$\начало группы\$

Любые потери мощности во вторичной обмотке компенсируются через первичную обмотку, поэтому ваттметр на первичной обмотке измеряет все потери в меди как в первичной, так и во вторичной обмотке.

0 comments on “Режим кз трансформатора: Режим короткого замыкания трансформатора | Теорія

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.