Как проводится и назначение опыта короткого замыкания трансформатора, методика расчета данных

При эксплуатации трансформаторов возникают различного рода потери, которые негативно сказываются на КПД устройства. Одним из методов проверки эффективности действия является проведение опыта короткого замыкания трансформатора. В результате испытания устанавливаются параметры эквивалентной цепи и потери в ней. Проверка обрыва и короткого замыкания (КЗ) на таких изделиях очень экономична и удобна, потому что выполняется при отсутствии нагрузки.

Назначение опыта короткого замыкания

Испытание на обрыв при отсутствии нагрузки выполняется для определения потерь в сердечнике без нагрузки по току.

Суть испытания заключается в том, что обмотка высокого напряжения остаётся разомкнутой в то время, как выходная обмотка подключается к обычной сети потребителя. Туда же подсоединяются и необходимые измерительные приборы – ваттметр, амперметр и вольтметр. В результате такого соединения, внешнее напряжение, которое прикладывается к устройству, медленно увеличивается от нуля до своего номинального значения.

С этой целью в цепь подключается дополнительный автотрансформатор со скользящими контактами.

Трансформатор

Показания всех приборов фиксируются в момент, когда напряжение тестирования достигает необходимого значения в выходной цепи. Физическая сущность результатов замеров такова:

  1. Амперметр показывает значение тока холостого хода, значение которого очень мало, и, следовательно, падением напряжения можно пренебречь.
  2. Входная мощность указывается ваттметром. Но другая сторона трансформатора разомкнута, следовательно, выходная мощность отсутствует, а показатель на ваттметре складывается только из значений потерь мощности, обусловленных степенью насыщения материала сердечника, и потерь в проводах.
  3. Вольтметр с высоким сопротивлением подключается через внешнюю обмотку устройства. Высоковольтная обмотка рассматривается как разомкнутая цепь, поскольку ток через вольтметр пренебрежимо мал.
  4. Результаты тестирования отличаются высокой точностью вследствие малости значений тока холостого хода и отсутствия потерь в элементах электрической цепи. Поэтому показания ваттметра гарантированно определят суммарные потери в сердечнике.

Амперметр

Как проводится

Для высоковольтной обмотки задаётся паспортное значение холостого хода. Оно устанавливается по рекомендуемым величинам угла сдвига фаз (sinΦ0  и cosΦ; индекс указывает на то, что мощность трансформатора определяется в режиме холостого хода).

Далее согласно показаниям вольтметра выполняется измерение параметров шунтирующих эквивалентных цепей. Они относятся к низковольтной обмотке, поэтому тестирование разомкнутой цепи устанавливает и потери в сердечнике, и параметры шунта эквивалентной цепи.

Правильная схема испытания предполагает, что при низком напряжения трансформатор находится в режиме КЗ. Ваттметр, вольтметр и амперметр подключены с высоковольтной стороны. Сигнал подается в силовую схему и увеличивается от нуля до тех пор, пока показания амперметра не будут равны номинальному току. В этот момент снимаются показания всех приборов, причём на амперметре будет показано значение первичного эквивалента тока полной нагрузки, а на ваттметре – потери мощности в проводниках и сердечнике.

опыта короткого замыкания трансформатора

Методика расчёта напряжения, потерь и сопротивления КЗ

Расчёты ведутся в следующей последовательности:

  1. Определяются оба компонента тока холостого хода:

Iμ = IsinΦ и Iw = IcosΦ.

  1. Устанавливаются значения реактивного X и активного R0 сопротивлений в эквивалентных цепях, которые относятся к низковольтной обмотке:

X = V1 / Iμ и R = V1 / Iw.

Здесь V1 – показания вольтметра на обмотке низкого напряжения.

  1. Рассчитывается итоговое значение мощности:

W1 = 2IμR и W2 = 2IwХ

W = (W21 + W22)0,5

Менее точно мощность W может устанавливаться непосредственно по показаниям ваттметра.

Объясняется это тем, что напряжение, приложенное для появления тока полной нагрузки, хоть и мало по сравнению с номинальным, но всё же присутствует на обмотках.

  1. Определяется значение эквивалентного сопротивления Zeq трансформатора:

Zeq2 = R2 + X2.

Полученные данные соответствуют тем, которые относятся к стороне высокого напряжения трансформатора. Таким образом, в результате испытания на КЗ определяются потери в проводниках а, а также его приблизительные эквивалентное и реактивное сопротивление.

В результате анализа полученной информации можно определить зависимость потерь от тока холостого хода и напряжения на вторичной обмотке.

Важно также, что общие потери трансформатора зависят от его реактивного сопротивления, и не зависят от значений фазового угла между напряжением и током.

опыта короткого замыкания трансформатора

Примеры расчётов

Многообразие ситуаций, при которых целесообразно проводить тест короткого замыкания, рассматривается на страницах журнала Voltland.

Исходными данными для расчётов являются:

  • Падение напряжения UI, отнесённое к конкретному типу устройства. Обычно его значения находятся в диапазоне от 4,5% (для устройств с реактивной мощностью 300 … 500 кВА) до 5,7% – для более мощных типов изделий;
  • Количество полюсов синхронных двигателей, питание на которые подаётся через трансформатор (от 6 до 14);
  • Предельного коэффициента потерь мощности (устанавливается производителем, и приводится в инструкции).

Полагаем, что подвод потенциала подводится пошагово, до тех пор, пока на подключенном амперметре не будет достигнуто значение тока полной вторичной нагрузки.

Приведём результаты применительно к трёхфазному трансформатору, рассчитанному на напряжение U = 480 В, с реактивной мощностью 100 КВА и реактивным напряжением 13800 В.

Полный ток короткого замыкания во вторичной цепи:

I = 1000 / 1,732 × U = 1,202 (А).

При показании вольтметра U1 =793,5 В процент потерь значений полного сопротивления будет

Δ Z = 793,5 / 13800 = 0,0575.

Следовательно, процент потерь составляет 5,75%. Это показывает, что в случае неисправности трёхфазного соединения на вторичной обмотке появится максимальный ток короткого замыкания, величина которого:

Iкз = 1,732× I = 2,0903 (A)

Максимальный ток повреждения Imax на вторичных клеммах:

Imax = Iкз/Δ Z = 2,0903/0,0575 = 36,5437 (А)

По вычисленному значению Imax выбираются характеристики средств защиты агрегата от перегрузки, в частности, главного выключателя, который должен быть установлен в цепи вторичной обмотки.

опыта короткого замыкания трансформатора

Заключение

Данные вышеприведенных расчётов применяются преимущественно при оценке значений и динамики поведения токов короткого замыкания. Эти токи создают серьёзную опасность для функционирования систем распределения энергии, а также для разработки и применения средств защиты. При проектировании и изготовлении данного оборудования трёхфазные токи короткого замыкания являются основными эталонными величинами в системе. Устройства, которые прерывают указанные токи, подключаются к электрической цепи, обеспечивая автоматическую защиту трансформатора от повреждения.

При проведении опыта короткого замыкания следует придерживаться правил техники безопасности. Они оговорены Правилами эксплуатации энергоустановок ПУЭ 1.8.16. Тестирование может выполняться только предварительно поверенной техникой, применение которой допустимо по условиям испытания.

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Комментарии
  1. Маша

    Не опасно ли проводить опыт короткого замыкания? Интересно было бы подробней узнать о предостережениях.

Добавить комментарий
Adblock
detector