Опыт короткого замыкания

Проводится по схеме, представленной на рис. 5.8, а. Напряжение, под­водимое к трансформатору, плавно повышается от нуля до значения, при ко­тором токи в обеих обмотках трансформатора равны номинальным. Это и есть напряжение короткого замыкания , и обычно оно выражается в про­центах номинального напряжения:

(5.5)

и составляет для силовых трансформаторов около 3-13 %.

Ваттметр W показывает потери активной мощности Р_к в обмотках и встали магнитопровода трансформатора. Потери в стали незначительны из-за малости приложенного напряжения и_к, и в опыте короткого замыкания все потери активной мощности практически целиком расходуются на нагрев его обмоток и могут быть приравнены к номинальным потерям в меди обмоток трансформатора Р_к = Р_{м ном}. Поэтому можно принять с точностью, достаточной для инженерных расчётов, что в опыте короткого замыкания

(5.6)

Принимая потери мощности в киловаттах (кВт), напряжение в кило­вольтах (кВ), а номинальную мощность трансформатора в мегавольтамперах (МВА), получим сопротивление, Ом,

(5.7)

Или, перейдя к потерям мощности в трёх фазах , линейно­му напряжению и номинальной мощности трёхфазного трансформатора , определим активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора, Ом, в виде

(5.8)

Индуктивное сопротивление трансформатора Х_Т определяется напря­жением короткого замыкания Из (5.5) можно определить полное сопро­тивление трансформатора, Ом,

(5.9)

Реактивное сопротивление обмоток трансформатора

(9.10)

Для трансформаторов достаточно большой мощности (выше 1000 кВА) X_Т»R_Т т. е. треугольник сопротивлений вырождается в прямую. Поэтому для мощных трансформаторов с достаточной точностью можно принять

(5.11)

Если напряжение короткого замыкания выразить в относительных единицах, приняв за базисные номинальные параметры трансформатора, по­лучим

(5.12)

или при домножении выражения (5.11) на множитель S ном/Sном2 размерно­стью Ом^-1 имеем

(5.13)

Таким образом, напряжение короткого замыкания характеризует внут­реннее сопротивление трансформатора, влияющее на падение напряжения и ток короткого замыкания.

В схеме замещения сопротивления не зависят от , хотя в дей­ствительности такая зависимость имеется.

При переводе трансформатора на работу с основного ответвления на любое другое его сопротивление изменяется незначительно, и поэтому в ряде случаев его можно считать неизменным. Однако при значительном измене­нии (а соответственно и количества витков обмоток) сопротивление трансформаторов рассчитывают для реального положения переключателя.

Проводимости схемы замещения трансформатора определяют по ре­зультатам опыта холостого хода.

5.3. Опыт холостого хода

Выполняют по схеме рис. 5.8, б. К первичной обмотке (при разомкну­той вторичной) подводится номинальное напряжение. Показания ваттметра W определяют суммарные потери активной мощности в первичной обмотке и стальном магнитопроводе трансформатора. Так как ток холостого хода очень мал (составляет от 0,7 до 3,0 % номинального значения), потери мощности в активном сопротивлении первичной обмотки незначительны. Применяя Г-образную схему замещения, все потери холостого хода как бы переносят в стальной сердечник, а потери в стали с небольшой погрешностью к общим потерям холостого хода: Р_ст Р_х. Для одной фазы трансформатора

(5.14)

Отсюда, переходя к параметрам трёхфазного трансформатора, получаем

(5.15)

Так как потери мощности холостого хода Р_ст измеряют в киловаттах, напряжение в киловольтах, формула (5.15) приобретает следующий вид ( в Ом^-1):

(5.16)

Активная составляющая тока холостого хода, отражающая потери в стальном магнитопроводе, меньше реактивной в 5-7 раз. Если ориентиро­вочно принять реактивную составляющую равной всему току холостого тока: то можно определить реактивную проводимость В_т ветви намагни­чивания из следующего соотношения:

(5.17)

Откуда, аналогично выражению (5.16), реактивную проводимость вет­ви намагничивания трансформатора, См, определяют в виде

(5.18)

где 1_х - ток холостого хода, %; S _ном - номинальная мощность трансформато­ра, кВА.

В расчётных выражениях сопротивлений и проводимостей номиналь­ные напряжения принимают в соответствии с тем, к какому напряжению (высшему или низшему) необходимо привести параметры схемы замещения трансформатора. При расчёте режимов электрических сетей за расчётное на­пряжение принимают номинальное напряжение той обмотки трансформато­ра, которая непосредственно присоединена к линии. Сопротивления , отнесённые к высшему напряжению, будут иметь значения в раз больше, а проводимости В_т, G_т раз меньше, чем если бы схема замещения трансформатора была приведена к низшему напряжению.

Значения напряжения , потерь мощности короткого замыкания Р_к, тока и потерь мощности холостого хода Р_х даны в паспорте трансформатора.

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение повышающих и понижающих трансформаторов?

2. Для чего в электроэнергетических системах осуществляется трансформация электрического напряжения?

3. Какие условные изображения имеют двух-, трёхобмоточные силовые трансформаторы и автотрансформатор?

4. Как при изображении указываются схемы соединений обмоток?

5. Какие схемы соединений имеют одно- и трёхфазный двухобмоточные трансформаторы?

6. Электрические сети каких номинальных напряжений могут связы­вать трансформаторы с соединением обмотки фаз повышающего трансфор­матора по схеме треугольник-звезда с нулём (А /Y-о) и понижающего трансформатора по схеме звезда-звезда с нулём?

7. Как по обозначениям различить понижающий или повышающий трансформатор?

8. Возможно ли изменение фазы (сдвига) вторичного напряжения при трансформации?

9. Чем определяется возможность регулирования или изменения на­пряжения?

10. Что относится к паспортным (каталожным) данным двухобмоточных трансформаторов?

11. Какими схемами замещения моделируется двухобмоточный трансформатор?

12. Как в них учитывается магнитная связь обмоток?

13. Как в схемах замещения двухобмоточных трансформаторов пока­зывается трансформация?

14. В каком интервале она может изменяться в трансформаторах с ПБВ и РПН?

15. Каким образом в схемах замещения двухобмоточных трансформа­торов учитываются сопротивления отдельных обмоток?

16. В каких случаях используются упрощённые схемы замещения трансформаторов и в чём суть упрощения?

17. В чём заключается опыт короткого замыкания? Какие паспортные данные определяются из этого опыта?

18. Что и как определяют из опыта холостого хода?

19. Чем представляется и что учитывает в схеме замещения поперечная

ветвь?

20. Чем отличаются паспортные данные однофазных и трёхфазных трансформаторов?

21. Что такое идеальный трансформатор и что он показывает на схеме замещения?

22. Как зависят сопротивления и проводимости трансформаторов от их номинальной мощности?

23. Каковы соотношения между активными и реактивными сопротив­лениями и проводимостями для трансформаторов небольшой мощности и крупных трансформаторов?

24. Что характеризует относительное значение индуктивного (полного) сопротивления трансформатора?

25. Зависит ли мощность холостого хода от номинального напряжения?

26. В каком случае двухобмоточные трансформаторы включаются по прямой и обратной схеме замещения?