Что такое режим короткого замыкания трансформатора

Как проверяют электрические параметры силового трансформатора?

Электрические параметры силового трансформатора проверяют в процессе технического обслуживания, текущего и капитального ремонта, перед вводом в эксплуатацию после монтажа. В соответствии с нормативно-технической документацией объем проверяемых электрических параметров включает:

• определение схемы соединения обмоток ВН и НН;
• величина потерь и тока в режиме х.х.;
• коэффициент трансформации;
• величина потерь и напряжения в режиме к.з.

Некоторые типы электрических характеристик допускается проверять одним и тем же измерительным оборудованием, без изменения схемы подключения. Благодаря этому значительно экономится рабочее время персонала, и сокращаются сроки подготовки к вводу в номинальный режим работы.

Коэффициент трансформации

Представляет собой отношение величины напряжения на обмотке высокого напряжения к величине напряжения на обмотке низкого или среднего напряжения. Для проверки этой характеристики используют метод двух поверенных вольтметров. К одной из обмоток высокого напряжения подводят переменное напряжение с величиной не мене 2%, от номинального для электрической цепи. Величину напряжения на стороне высокого напряжения контролируют при помощи одного из вольтметров.

При этом на стороне низкого напряжения устанавливают другой вольтметр. Коэффициент трансформации вычисляют по соответствующим формулам, в зависимости от схемы соединения обмоток силового трансформатора. Определение напряжения выполняют на всех положениях переключателей РПН и ПБВ.

Полученный в результате измерений коэффициент трансформации не должен отличаться от паспортного значения на величину более 0,5%  Разница между коэффициентами трансформации на разных фазах при одинаковой ступени РПН и ПБВ не должна превышать 2%.

Группа соединения обмоток ВН и НН

Проверку схемы соединения обмоток высокого и низкого напряжения осуществляют по следующей методике:

• Одноименные выводы обмоток низкого и высокого напряжения (традиционно используют А-а) закорачивают между собой.
• На обмотку ВН подают симметричное напряжение величиной 380В или 220В.
• Один вольтметр устанавливают для измерений напряжения между вводами В и С.
• Другой вольтметр используют для замеров между выводами обмоток В-в, С-в, В-с.
• На основании анализа полученного напряжения на двух вольтметрах делают выводы о схеме соединений обмоток трансформатора и её соответствии стандартизированной группе.

Величина потерь и тока в режиме холостого хода

Измерение потерь и тока холостого хода выполняют в процессе приемо-сдаточных испытаний, после капитального и текущего ремонтов магнитопровода.

Методика измерения параметров холостого хода силового трансформатора предполагает подачу на одну из двух обмоток рабочего напряжения и, измерение параметров на другой, которая остается в разомкнутом состоянии.

При этом ток, который потечет в схеме обмотки с номинальным напряжением, будет характеризовать потери в стали магнитопровода (ток холостого хода). Единицей выражения тока холостого хода является процентное отношение к номинальному рабочему току силового трансформатора.

При подключении в цепь питания трансформатора ваттметра, можно измерить потери холостого хода, выражаемые в единицах активной мощности. Измеренные значения не должны отличаться от указанных в паспорте на величину более 15% для потерь и 30% для тока. У  трансформаторов со сроком службы более 20 лет допускается отклонение величины тока холостого хода на величину до 22% от паспортного значения.

Величина потерь и напряжения в режиме короткого замыкания

Методика проведения замеров короткого замыкания предполагает определение параметров при номинальной нагрузке. Напряжение короткого замыкания определяет возможность силового трансформатора работать параллельно с другим трансформатором. Измерение этих параметров выполняют каждый раз при замене обмоток или изменении схемы их соединений.

Методика измерений напряжения к.з. предполагает короткое замыкание на одной из обмоток (традиционно НН). В это время на другую обмотку трансформатора подают напряжение, при котором по двум обмоткам потечет номинальный ток. В стандартном варианте исполнения трансформатора напряжение короткого замыкания не превышает 8% от его номинального значения.

Допускается выполнять опыт К.З. при пониженном значении тока, но он должен составлять не менее 25% от номинального значения. Обработка результатов измерений напряжения короткого замыкания предполагает приведение всех данных к температуре 750С. Измеренные значения не должны отличаться от паспортных на величину более 10%, как для напряжения, так и потерь.

Вернуться назад

Источник: https://www.energyc.ru/articles/kak-proverjajut-jelektricheskie-parametry-silovogo-transformatora

3.3-06. Трансформатор

Данная работа позволяет подробно изучить работу электротрансформатора. Вам предстоит собрать схему и исследовать работу трансформатора в трех основных режимах: режим холостого хода, режим короткого замыкания и режим работы под нагрузкой, варьируя входное напряжение, число витков в катушках и тип сердечника и сравнивая полученный результат с теоретическим расчетом.  

Теоретический минимум: трансформатор, первичная и вторичная обмотка, сердечник, коэффициент трансформации, повышающий трансформатор, понижающий трансформатор, ток, напряжение, сопротивление, мощность, переменное напряжение, индуктивность, магнитное поле, магнитный поток, закон электромагнитной индукции, закон Фарадея, токи Фуко, электрическая схема, режим холостого хода, режим короткого замыкания, рабочий режим трансформатора.

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9 классов.

Задание 0. Демонстрационное

Посмотреть изменение тока в катушке при движении магнита внутри неё.

Задание 1А

1. Собрать схему для режима «Холостой ход», для трансформатора использовать слоистый (синий) сердечник, количество витков на первичной и вторичной обмотках равно 140 и не меняется.
2. Провести серию измерений напряжения во вторичной цепи в зависимости от напряжения в первичной цепи, изменяя напряжение на источнике с 2 до 15 В. Заполнить таблицу 1.
    

   U, В

   U1, В

   I1, А

   U2, В

   KU, 1

3. Вычислить коэффициент трансформации по формуле KU=U1/U2 и добавить результаты в таблицу 1.
4. Сравнить полученные результаты с KN=N1/N2.
5. Разъединить сердечник на две части и убрать верхнюю часть (сердечник разомкнутый), количество витков на первичной и вторичной обмотках остаётся неизменным и равно 140.
6. В первичную цепь добавить реостат, как в схеме для режима «Короткое замыкание (см. задание 2А, п.1), установив максимальное сопротивление 10 Ом.
7. Повторить пункты 2-4.
8. В трансформаторе поменять слоистый (синий) сердечник на сплошной (серый), количество витков на первичной и вторичной обмотках остаётся неизменным и равно 140, в первичной цепи реостат с сопротивлением 10 Ом.
9. Повторить пункты 2-4.
10. Построить график зависимости U2(U1).
11. Сравнить полученные результаты для сплошного, слоистого и разомкнутого сердечника. Объяснить, почему результаты различаются между собой.
12. Дополнительно можно провести серию измерений для сердечника, две части которого разделены одним или несколькими слоями бумаги. Сравнить результаты с предыдущими.

Далее все задания выполняются со слоистым (синим) сердечником.

Задание 1Б

1. Собрать схему для режима «Холостой ход» (см. задание 1А, п.1), напряжение на источнике питания 2В, количество витков в первичной обмотке равно 140.
2. Провести серию измерений напряжения во вторичной цепи в зависимости от количества витков во вторичной обмотке (от 14 до 140). Заполнить таблицу 2.
   Таблица 2. Экспериментальные данные.

   N2, 1

   U1, В

   I1, А

   U2, В

   KN, 1

   KU, 1

3. Вычислить коэффициенты трансформации по формулам KN=N1/N2 и KU=U1/U2 и добавить результаты в таблицу.
4. Снова установить количество витков во вторичной обмотке равным 140.
5. Провести серию измерений напряжения во вторичной цепи в зависимости от количества витков во первичной обмотке (от 14 до 140). Заполнить таблицу 2, где вместо N2 записывать N1.
6. Вычислить коэффициенты трансформации по формулам KN=N1/N2 и KU=U1/U2 и добавить результаты в таблицу.
7. Построить графики зависимости K(N2) и K(N1), соответственно.
8. Проанализировать и сравнить полученные результаты.

Задание 2А

1. Собрать схему для режима «Короткое замыкание», количество витков на первичной и вторичной обмотках равно 140 и не меняется.
2. Провести серию измерений тока во вторичной цепи от тока в первичной цепи, регулируя ток в цепи с помощью реостата (I2 от 0.2 до 0.9 А с шагом 0.5 А). Заполнить таблицу 3.
   Таблица 3. Экспериментальные данные.

   U, В

   U1, В

   I1, А

   U2, В

   I2, А

   KI, 1

3.  Вычислить коэффициент трансформации по формуле KI=I2/I1 и добавить результаты в таблицу.
4. Построить график зависимости I2(I1).
5. Проанализировать и сравнить полученные результаты.

Задание 2Б

1. Электрическая схема такая же, как в предыдущем задании, напряжение на источнике питания 2В, количество витков в первичной обмотке равно 140.
2. Провести серию измерений тока во вторичной цепи в зависимости от количества витков во вторичной обмотке, регулируя ток в первичной цепи с помощью реостата так, чтобы он был равен 1 А. Заполнить таблицу 4.
   Таблица 4. Экспериментальные данные.

   N2, 1

   U1, В

   I1, А

   U2, В

   I2, А

   KN, 1

   KU, 1

3. Вычислить коэффициенты трансформации по формулам KN=N1/N2 и KI=I2/I1 и добавить результаты в таблицу.
4. Снова установить количество витков во вторичной обмотке равным 140.
5. Провести серию измерений тока во вторичной цепи в зависимости от количества витков в первичной обмотке, регулируя ток в первичной цепи с помощью реостата так, чтобы он был равен 1 А. Заполнить таблицу 4, где вместо N2 записывать N1.
6. Вычислить коэффициенты трансформации по формулам KN=N1/N2 и KI=I2/I1  и добавить результаты в таблицу.
7. Дополнить графики K(N2) и K(N1) из задания 1Б.
8. Проанализировать и сравнить полученные результаты.

Задание 3А

1. Собрать схему для режима «Рабочий режим», количество витков на первичной и вторичной обмотках равно 140 и остаётся неизменным.
2. Провести серию измерений зависимости тока во вторичной цепи от тока в первичной цепи, изменяя токи с помощью реостата. Внести данные в таблицу 5.
   Таблица 5. Экспериментальные данные.

   U1, В

   I1, А

   U2, В

   I2, А

   KU, 1

   KI, 1

3. Вычислить коэффициенты трансформации по формулам KU=U1/U2 и KI=I2/I1 и добавить результаты в таблицу.
4. Построить график зависимости I2(I1).
5. Проанализировать и сравнить полученные результаты.

Задание 3Б

1. Продолжить работу со схемой «Рабочий режим», напряжение на источнике 2В, количество витков в первичной обмотке равно 140, сопротивление реостата максимальное (10 Ом).
2. Провести серию измерений напряжения и тока в первичной и вторичной цепях в зависимости от количества витков во вторичной обмотке. Заполнить таблицу 6.
   Таблица 6. Экспериментальные данные.

   N2, 1

   U1, В

   I1, А

   U2, В

   I2, А

   KN, 1

   KU, 1

   KI, 1

3. Снова установить количество витков во вторичной обмотке равным 140.
4. Провести серию измерений напряжения и тока в первичной и вторичной цепях в зависимости от количества витков в первичной обмотке. Заполнить таблицу 6, где вместо N2 записывать N1.
5. Построить графики зависимости K(N2) и K(N1), соответственно.
6. Проанализировать и сравнить полученные результаты.

Источник: https://phl.spbu.ru/lab/section-3/82-lab-33-06.html

Как проводится опыт короткого замыкания трансформатора

g84jsm9tB4S

В электротехнике систематически проводятся испытания приборов и оборудования на устойчивость к электрическим и динамическим нагрузкам. Одной из таких проверок является опыт короткого замыкания трансформатора.

В процессе проверки ток в первичной обмотке остается со своим первоначальным значением, а вторичной обмотке устраивается искусственное короткое замыкание.

Данное мероприятие дает возможность определить номинальный ток во вторичной обмотке, потери мощности проводников, величину падения потенциала внутреннего сопротивления трансформаторного устройства. Опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют установить не только электрические, но и магнитные потери.

Какие параметры определяются в ходе опыта

В качестве примера можно рассмотреть обычный однофазный трансформатор. При выполнении данного исследования производится специальное КЗ обмотки № 2. В обмотку № 1 напряжение подается с заниженным значением, чтобы не причинить вреда трансформатору.

Когда проводится опыт короткого замыкания однофазного трансформатора – устанавливается специальный режим, позволяющий определить несколько основных параметров:

• Номинальное напряжение КЗ (Uk). Оно возникает в первичной обмотке, при этом, токи короткого замыкания в обеих обмотках будут равны номиналу. Процентное соотношение выражается формулой Uk = (Uk/U1H) x 100%, где U1H является напряжением первичной трансформаторной обмотки.
• Показатели замещающей схемы. Если нет ветвей намагничивания во время проведения опыта, токи в обеих обмотках станут равны между собой. Таким образом, величина полного сопротивления КЗ определяется как Zk = U1k/I1H или Zk = √rk 2 + xk 2 . В свою очередь, rk = r1 + r2’, а xk = x1 + x2’.
• Сопротивление во вторичной обмотке будет равно r2 = r2’/k2, а x2 = x2’/k2.
• Величина полного падения напряжения при КЗ (Uk) в обмотках, а также его активные (Uka) и реактивные (Ukp) компоненты в процентном соотношении. С этой целью используются следующие формулы: Uk = (I1H x Zk/U1H) x 100%; Uka = (I1H x rk/ U1H) x 100%; Ukp = (I1H x xk/ U1H) x 100%.
• Потери короткого замыкания (Рк). Поскольку во время проведения опыта первичная обмотка подключается к пониженному напряжению, величина магнитного потока в этом случае очень мала, и ее можно не принимать в расчет. Для этого отдельно используется холостой ход. Таким образом, вся мощность, потребленная устройством, вызывает и электрические потери в обмотках. Величина мощности КЗ состоит из следующих компонентов, рассмотренных ранее: Pk = (I1H2 x r1) + (I1H2 x x2’).

Физические процессы во время исследования

Опыт короткого замыкания проводят как специальную испытательную процедуру, для которой и предназначен трансформатор. В этом случае к обмотке № 1 подключается номинальный ток, а вторичная обмотка попадает под действие аварийного режима. В ходе проведения данного мероприятия определяется номинальный ток в обмотке № 2, потерянные мощности в проводниках и спад напряжения внутреннего сопротивления прибора.

После того как создано короткое замыкание трансформатора, ток в обмотке-2 будет ограничивать лишь ее незначительное внутреннее сопротивление. Следовательно, даже при небольшой величине ЭДС Е2, показатель тока I2 может возрасти до опасного предела. Как правило, это приводит к перегреву обмоточных проводов, разрушению изоляционного слоя и аварии трансформаторного устройства.

Источник: http://pechi-sibiri.ru/kak-provoditsja-opyt-korotkogo-zamykanija/

Рд 153-34.0-20.527-98 руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

«ЕЭС РОССИИ»

РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

И ВЫБОРУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

РД 153-34.0-20.527-98

Москва

«Издательство НЦ ЭНАС»
2002

Руководящие указанияразработаны
Московским энергетическим институтом (техническим университетом)

Исполнители:

Б.Н.НЕКЛЕПАЕВ — руководительработы (разработка программы, разд. 1, 2, 9, п. 3.6)

И.П.КРЮЧКОВ — ответственныйисполнитель (разд. 3, 4, пп. 5.1 — 5.4, 5.5.1, 5.5.2, 5.5.5, 5.5.6, 5.6.6 -5.6.8,5.9,5.11.1,разд. 8,приложения П.1- П.12)

В.В.ЖУКОВ —пп. 5.5.8, 5.6, 5.7, 5.10,разд. 6,7.

Ю.Л.КУЗНЕЦОВ — пп.5.5.3 — 5.5.7, 5.6.5 — 5.6.7, 5.8, 6.7.7,разд. 10,приложение П. 13

Научныйредактор Б.Н. НЕКЛЕПАЕВ

УтвержденыДепартаментом стратегии развития
и научно-технической политики 23.03.1998 г.

Предлагаются в новойредакции (3-е издание) Руководящие указания по расчету токов короткогозамыкания (КЗ) и выбору электрооборудования. Разработаны методы расчета токовКЗ в электроустановках свыше 1 кВ и до 1 кВ как при симметричных, так и принесимметричных КЗ для начального и произвольного моментов времени. Данаметодика определения параметров элементов расчетных схем и методика составлениятаких схем.

Развиты вопросы определения токов КЗ с учетом влияния комплекснойнагрузки, электрической дуги, теплового спада тока КЗ из-за нагревапроводников, вставок постоянного тока. Сформулированы расчетные условия дляпроверки электрооборудования по условиям КЗ, приведены методики проверкиэлектрооборудования на электродинамическую и термическую стойкость и проверкиэлектрических аппаратов на коммутационную способность.

Даны примеры типовыхрасчетов.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Руководящие указанияпредназначены для использования инженерами-энергетиками при выполнении имирасчетов токов короткого замыкания (КЗ) и проверке электрооборудования(проводников и электрических аппаратов) по режиму КЗ.

Руководящие указаниявключают в себя методы расчета токов симметричных и несимметричных КЗ вэлектроустановках напряжением свыше 1 кВ и до 1 кВ, методы проверки проводникови электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость иметоды проверки электрических аппаратов на коммутационную способность.

Руководящие указания непредназначены для использования при расчетах токов КЗ для целей релейной защитыи автоматики в специфических условиях (наличие длинных линий электропередачи,продольной и поперечной компенсации, нелинейных элементов в цепи; двойные,повторные, видоизменяющиеся и сложные виды КЗ и т.п.).

Данные Руководящие указаниясущественно отличаются от ранее действовавших аналогичныхнормативно-технических документов, таких как:

а) Руководящие указания порасчету токов короткого замыкания и выбору по режиму короткого замыканияаппаратуры и проводников в электрических установках высокого напряжения (М.:ГЭИ, 1944. — 51 с.);

б) Руководящие указания порасчету коротких замыканий, выбору и проверке аппаратов и проводников поусловиям короткого замыкания (1-я ред. М.: МЭИ, 1975. — 331 с.).

В настоящем, третьем,издании Руководящих указаний учтены пожелания пользователей: изменена структурадокумента, разработаны методы расчета токов КЗ с учетом специфическихпараметров современных электрических машин и их систем возбуждения, данырекомендации по учету электрической дуги, нагрева и перемещения гибкихпроводников при КЗ, влияния комплексной нагрузки на токи КЗ.

Приводятся новые кривыеизменения во времени токов КЗ генераторов различных серий с различнымисистемами возбуждения. Включен материал о терминах и определениях в области короткихзамыканий в электроустановках, о буквенных обозначениях величин, а такжематериал о применении ЭВМ при расчетах токов КЗ.

Все основные разделы Руководящих указаний иллюстрируются примерамирешения характерных задач.

Руководящие указанияразработаны авторским коллективом в следующем составе: д. т. н., проф.Неклепаев Б.Н. (руководитель работы), к. т. н., проф. Крючков И.П.(ответственный исполнитель), д. т. н., проф. Жуков В.В., д. т. н., проф.Кудрявцев Е.П. (пп. 7.4; 7.6.4), к. т. н., доц. Кузнецов Ю.П.

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1.1. Для электроустановокхарактерны 4 режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причемаварийный режим является кратковременным режимом, а остальные -продолжительными режимами.

1.1.2. Электрооборудованиевыбирается по параметрам продолжительных режимов и проверяется по параметрамкратковременных режимов, определяющим из которых является режим короткого замыкания.

1.1.3. По режиму КЗэлектрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость,а коммутационные аппараты — также на коммутационную способность.

1.1.4. Учитывая дискретныйхарактер изменения параметров электрооборудования, расчет токов КЗ для егопроверки допускается производить приближенно, с принятием ряда допущений, приэтом погрешность расчетов токов КЗ не должна превышать 5 — 10 %.

1.1.5. Руководящие указаниясогласованы с действующими Государственными стандартами в области короткихзамыканий, а также с Правилами устройства электроустановок:

— ГОСТ26522-85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1985. — 17 с.

— ГОСТ27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановкахпеременного тока напряжением свыше 1 кВ. — М.: Изд-во стандартов, 1988. — 40 с.

— ГОСТР 50270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета вэлектроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. — М.: Изд-востандартов, 1993. — 60 с.

— ГОСТ29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета вэлектроустановках постоянного тока. — М.: Изд-во стандартов, 1992. — 40 с.

— ГОСТР 50254-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчетаэлектродинамического и термического действия токов короткого замыкания. -М.:Изд-во стандартов, 1993. — 57 с.

— Правила устройства электроустановок.- 6-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 640 с.

1.2. Термины иопределения

1.2.1.В Руководящих указаниях используются следующие термины и определения:

1.2.1.1. Замыкание — всякоеслучайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работыэлектрическое соединение различных точек электроустановок между собой или сземлей.

1.2.1.2. Короткое замыкание -замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту еговозникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый токпродолжительного режима.

1.2.1.3. Короткое замыкание на землю- короткое замыкание в электроустановке, обусловленное соединением с землейкакого-либо ее элемента.

1.2.1.4. Однофазное короткоезамыкание — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетическойсистеме с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, прикотором с землей соединяется только одна фаза.

1.2.1.5. Двухфазное короткоезамыкание — короткое замыкание между двумя фазами в трехфазнойэлектроэнергетической системе.

1.2.1.6. Двухфазное короткоезамыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазнойэлектроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралямисиловых элементов, при котором с землей соединяются две фазы.

1.2.1.7. Двойное короткое замыкание на землю — совокупность двух однофазныхкоротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частяхэлектроустановки.

1.2.1.8. Трехфазное короткоезамыкание — короткое замыкание между тремя фазами в трехфазнойэлектроэнергетической системе.

1.2.1.9. Трехфазное короткоезамыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазнойэлектроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралямисиловых элементов, при котором с землей соединяются три фазы.

1.2.1.10. Повторное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановкепри автоматическом повторном включении коммутационного электрического аппаратаповрежденной цепи.

Источник: https://www.rags.ru/stroyka/text/39520/

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.

Коэффициент трансформации трансформатора

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.

Силовые трансформаторы устройство и принцип действия

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.

Источник: https://electric-220.ru/news/rezhim_korotkogo_zamykanija_transformatora/2019-07-19-1719