Опыт короткого замыкания

Коротким замыканием называют режим работы трансформатора, при котором первичная обмотка подсоединена к сети, а выводы вторичной обмотки замкнуты накоротко и U₂=0.

Короткое замыкание при номинальном первичном напряжении является аварийным режимом, при котором токи в обмотках в несколько десятков раз превышают номинальные и будут опасными для трансформатора.

В опыте короткого замыкания к трансформатору подводится пониженное напряжение U₁, при котором токи в обмотках равны или близки к номинальным. Оно обычно 3—15 % номинального напряжения. Опыт короткого замыкания позволяет определить потери и напряжение короткого замыкания, параметры схемы замещения.

При пониженном напряжении уменьшится поток Ф, что вызовет более сильное уменьшение намагничивающего тока I₁₂. Поэтому можно принять, что I₁₂=0 и пренебречь ветвью намагничивания.

Тогда уравнения трансформатора при коротком замыкании

, (3.19)

где Z_к = r_к + jx_к – сопротивление короткого замыкания; r_к= r₁+ r'₂; x_к= x₁+ x'₂.

Уравнению (3.19) соответствует схема замещения трансформатора при коротком замыкании, представленная на рис. 3.4 и векторная диаграмма на рис. 3.5.

Рис. 3.4. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Рис. 3.5. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

Прямоугольный треугольник напряжений (или сопротивлений) на рис. 3.5. называется треугольником короткого замыкания. Угол φ_к=arctg(x_к/r_к).

Напряжение U_1к номинальной частоты, которое следует подвести к выводам первичной обмотки при замкнутой накоротко вторичной обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи, называется напряжением короткого замыкания. Оно обычно выражается в процентах номинального напряжения первичной обмотке % U_1ном и указывается в паспорте и на щитке трансформатора:

(3.20)

Напряжение u_к имеет имеет активную и реактивную составляющие

Если напряжение короткого замыкания и её составляющие выразить в относительных единицах, то они будут равны соответствующим сопротивлениям короткого замыкания в относительных единицах, т. е.

;

Таким образом, напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление трансформатора. От напряжения короткого замыкания зависят падение напряжения, внешние характеристики и ток короткого замыкания трансформатора. Оно учитывается при подборе трансформаторов для параллельной работы.

В силовых трансформаторах u_к=4÷15 %.

В опыте короткого замыкания из сети потребляется активная мощность, которая идет на покрытие потерь трансформатора. Потери, возникающие в трансформаторе при таком режиме, называются потерями короткого замыкания.

Потери короткого замыкания Р_к состоят из электрических потерь в обмотках, добавочных потерь от вихревых токов и магнитных потерь. Главную часть потерь короткого замыкания составляют основные потери в обмотках.

Потери короткого замыкания

(3.21)

Опыт короткого замыкания проводится по рис. 3.6. Напряжение, подводимое к первичной обмотке плавно повышают от нуля до значения, при котором токи в обмотках будут равны номинальным, при этом записывают показания всех приборов.

По данным измерений строят зависимости I_1к = f(U_1к), Р_1к= f(U_1к) и cosφ_к=f(U_1к) (рис. 3.7). Эти зависимости носят название характеристик короткого замыкания. Для трехфазных трансформаторов зависимости строятся для средних фазных значений тока и напряжения. Мощность Р_1к равна мощности трех фаз.

Измеренная ваттметром активная мощность равна потерям в сопротивлениях обмоток.

Рис. 3.6. Схема опыта короткого замыкания для однофазного (а) и трёхфазного (б) трансформаторов.

Рис. 3.7. Характеристики короткого замыкания