1.6.5. Опыт короткого замыкания

Схема для проведения опыта короткого замыкания приведена на рис. 1.19.

В этом режиме вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Если к первичной обмотке подвести напряжение равное номинальному, то токи в обмотках достигнут величин превышающих номинальное в 20-30 раз у трансформаторов низкого напряжения. Поэтому опыт короткого замыкания производится при понижении первичного напряжения до величины U_1к, при которой токи в обмотках равны номинальным, несмотря на то, что Z_H = 0. Зафиксированное при значении тока I_1H напряжение называют напряжением короткого замыкания U_1к, его обычно выражают в процентах

u_к%= . (1.34)

В силовых трансформаторах величина u_к% составляет 4-15%. Пропорционально напряжению уменьшается магнитный поток в сердечнике, а вместе с ним и намагничивающий ток, возбуждающий его. Следовательно реактивная мощность, расходуемая на создание основного магнитного потока мала и в схеме замещения трансформатора индуктивным сопротивлением Х₀ можно пренебречь. Поскольку магнитный поток мал, в сердечнике трансформатора вихревые токи практически отсутствуют и потерями в стали можно пренебречь, а следовательно

Рис. 1.19. Схема для проведения опыта короткого замыкания

в схему замещения можно не вводить сопротивление r₀. С учетом вышесказанного получаем упрощенную схему замещения трансформатора в опыте короткого замыкания

Рис. 1.20. Упрощенная схема замещения трансформатора в опыте короткого замыкания

где х_к=х₁+х₂’ – индуктивное сопротивление короткого замыкания, учитывает реактивную мощность, затрачиваемую на создание потоков рассеяния;

r_к=r₁+r₂’ - активное сопротивление короткого замыкания, учитывает активную мощность, затрачиваемую на нагрев обмоток.

Из схемы замещения следует, что потери в режиме короткого замыкания определяются только нагревом обмоток. Параметры схемы замещения могут быть определены как

, (1.34)

где Р_к – мощность, измеряемая ваттметром, I_1Н – номинальный ток первичной обмотки.

х_к= (1.35)

где - полное сопротивление схемы замещения трансформатора; U_1к – напряжение на первичной обмотке в режиме короткого замыкания. Зная r_K и x_K можно определить активное и индуктивное сопротивление первичной и вторичной обмоток

; ; (1.36)

; ; (1.37)

Из опыта короткого замыкания определяют следующие параметры.

1. Потери короткого замыкания Р_к (кВт). Этот параметр определяется с помощью ваттметра, включенного в первичную цепь. В силовых трансформаторах потери короткого замыкания составляют (0,4-4)% от номинальной мощности. Потери короткого замыкания в 2,5-6 раз больше потерь холостого хода.

2. Напряжение короткого замыкания, выраженное в процентах

u_к%= , по показаниям приборов схемы (рис. 1.19) или из схемы замещения

, (1.38)

а так же, если требуется

2.1. Активную составляющую падения напряжения короткого замыкания u_ка% трансформатора

; (1.39)

2.2. реактивную составляющую напряжения короткого замыкания u_кр% трансформатора

; (1.40)

Значения u_к% и Р_к указываются в каталогах на трансформаторы.

Согласно ГОСТ при определении u_ка% и u_к% сопротивления r_к и Z_к должны быть приведены к средней расчетной температуре 75⁰С с изоляцией классов нагревостойкости А,Е,В и 115⁰С с изоляцией классов нагревостойкости F,H,C

, (1.41)

где: Т⁰С – температура обмоток; r_к – сопротивление обмоток трансформатора; r₇₅ – сопротивление, приведенное к расчетной температуре Т=75⁰С.

Сопротивление х_к от температуры не зависит.

На основании второго закона Кирхгофа для схемы рис.1.20 можно записать

(1.42)

Данному уравнению соответствует векторная диаграмма трансформатора в режиме короткого замыкания (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

Прямоугольный треугольник напряжений или сопротивлений на диаграмме называется треугольником короткого замыкания. Угол _к зависит от соотношения между активным r_к и индуктивным х_к сопротивлениями

(1.43)

С повышением мощности трансформатора х_к возрастает, а r_к уменьшается вследствие чего угол _к стремится к /2.