Что такое напряжение короткого замыкания

§ 8.4. Режим короткого замыкания трансформатора

В режиме короткого замыкания сопротивление внешней цепи равно нулю, т. е. вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Этот режим следует рас­сматривать как аварийный. При нем во вторичной обмотке транс­форматора протекает ток, во много раз превышающий номинальный. Такой ток безусловно опасен для трансформатора и допустим толь­ко на очень короткое время.

Так как при режиме короткого замыкания можно получить ряд данных для характеристики рабо­ты трансформатора и определитьпотери короткого замыкания, равные электрическим потерям в обмотках, этот режим создают искусственно при проведении опы­та короткого замыкания. Для это­го к первичной обмотке подводят пониженное напряжение U_K._З., при котором токи в обмотках I₁ и I₂ имеют номинальные значения.

Это пониженное напряжение,выраженное в процентах от номинального, называется напряжением короткого замыкания:

Напряжение короткого замыкания является очень важным параметром трансформатора и обычно указывается на его щитке-паспорте. Для силовых трансформаторов оно составляет от 5,5 до 10,5%, причем чем больше мощность трансформатора, тем выше зна­чение u _KЗ

Величиной напряжения короткого замыкания определяется и кратность тока короткого замыкания

На рис. 8.10 дана векторная диаграмма для режима короткого замыкания. Эта диаграмма строится так же, как и векторная диа­грамма работы трансформатора под нагрузкой. Векторы E₁ и E₂‘ отстают от вектора магнитного потока Ф на 90 0 . Вектор тока I₂

отстает от вектора э. д. с. Ё₂‘ на угол Ψ₂. Так как напряжение U_K._З, приложенное к первичной обмотке трансформатора, невелико и ток холостого хода I₀ будет мал, то им можно пренебречь. Тогда вектор тока I₁ будет сдвинут относительно вектора тока I₂ на 180° и равен ему по величине, что видно из следующего. Если прене­бречь током Iо, то

В приведенном трансформаторе , тогда

Вектор падения напряжения I₂‘ r₂‘ на активном сопротивлении г₂‘ совпадает по фазе с вектором тока I₂‘, а вектор падения напря­жения jI₂‘x₂‘ на реактивном сопротивлении x₂‘ сдвинут по фазе на 90 0 относительно вектора тока I₂‘, он откладывается от конца вектора I₂‘r₂‘. Вектор напряжения короткого замыкания U_1К.З оп­ределится в результате сложения векторов I₁r₁ и jI₁x₁. Для этого отложим вверх составляющую напряжения – E₁ геометрически сложим с ней векторы I₁r₁ и jI₁x₁. Этому режиму соответствует упрощенная схема замеще­ния, приведенная на рис. 8.11, так как при коротком замыкании трансформатор может быть представлен в виде цепи, состоящей из пос­ледовательно соединенных активных и индуктивных соп­ротивлений первичной и вто­ричной обмоток. Из вектор­ной диаграммы для режима короткого замыкания получа­ют треугольник короткого замыкания ОВГ (рис. 8.12). Для этого век­торы напряжения и э. д. с. вторичной обмотки поворачивают на 180° так, чтобы вектор E₂‘ совпал по направлению с вектором —E₁. При этом векторы токов первичной и вторичной обмоток I₂‘ и I₁ также совпадают.

Складывая между собой векторы активного падения напряжения I₁r₁ и I₂‘ r₂‘ и индуктивные падения напряжения jI₁x₁ и jI₂‘x₂‘ получаем треугольник короткого замыкания, в котором

Рис. 8.12. Треугольник короткого замыка­ния

Сопротивления и x_К,_З=x₁+ x₂‘ называются актив­ным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания или параметрами короткого замыкания.

Активная U_K,₃.а и реактивная U_к.з.х составляющие напряжения короткого замыкания U_K.₃ также выражаются в процентах от но­минального напряжения:

Опыт короткого замыкания производят по схеме, данной на рис. 8.13. Чтобы иметь в цепи меньшие токи, выгоднее подводить напряжение к обмотке высшего напряжения, а обмотку низшего напряжения замыкать накоротко. Постепенно повышая напряже­ние, подводимое к первичной обмотке трансформатора, от 0,3 U_H доводят его до величины, при которой токи в обмотках будут равны номинальным. При этом по приборам измеряют мощность и напря­жение.

Если в трехфазном трансформаторе токи и напряжения в фазах отличаются друг от друга, то ток короткого замыкания определяют из отношений:

Мощность короткого замыкания определя­ется как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров:

По данным опыта короткого замыкания нахо­дят полное сопротивление короткого замыкания трансформатора

Активное и реактивное сопротивления ко­роткого замыкания определяются по формулам:

Коэффициент мощности при коротком замыкании

Опыт короткого замыкания позволяет определить потери в меди. Так как напряжение, приложенное к трансформатору, не­значительно и магнитный поток мал, потерями в стали можно пре­небречь. Тогда показания ваттметра в опыте короткого замыкания соответствуют потерям мощности в меди.

7. Режим и опыт короткого замыкания трансформатора. Напряжение короткого замыкания.

При КЗ вторичная обмотка замкнута накоротко, напряжение U₂ и полезная мощность Р₂ равны нулю. Вся мощность, потребляемая из сети, расходуется на покрытие потерь внутри трансформатора. Различают опытное короткое замыкание и внезапное, аварийное КЗ.

Согласно данной схеме замещения Z_м и при КЗ соединены параллельно. Модуль в десятки раз меньше z_м , общее сопротивление такого соединения практически равно . Поэтому полное сопротивление трансформатора при КЗ равно сумме сопротивления упрощённой схемы замещения, где не учитывается намагничивающий ток.

При малом потоке магнитные потери в сердечнике пренебрежимо малы. Вся мощность, потребляемая трансформатором при коротком замыкании, расходуется на покрытие электрических потерь в его обмотках и добавочных потерь в стенках бака и крепёжных деталях от вихревых токов, индуктированных полями рассеяния: P_1к = p_эл1 + p_эл2.

Эквивалентное полное, активное и индуктивное сопротивления трансформатора при КЗ рассчитывается следующим образом:

Внешний вид характеристик КЗ

Сопротивление r_к есть некоторое эквивалентное сопротивление, учитывающие потери по типу электрических трансформатора в его обмотках и добавочных потерь в стенках бака и крепёжных деталях от вихревых токов.

Так как все составляющие Z_k постоянные, то Z_k= const. Поэтому зависимость тока КЗ от напряжения прямолинейная, а мощности – квадратичная.

Напряжение, подводимое к первичной обмотке и вызывающее протекание тока короткого замыкания, равного номинальному току, называется номинальным напряжением короткого замыкания.

• Напряжение КЗ:

• Номинальное напряжение КЗ:

Величина u_k может быть выражена также в процентах. Она указывается в паспортных данных трансформатора. u_к = (5,5 – 15,0) %

Коэффициент мощности при коротком замыкании не зависит от тока (напряжения).

Векторная диаграмма трансформатора при КЗ и треугольник КЗ

Его катеты есть падения напряжения в активном r_к1 и индуктивном x_k1 сопротивлениях короткого замыкания:

На диаграмме, построенной для номинального тока I_1н, длина гипотенузы равна U_1кн, а в относительных единицах u_к. В последнем случае катеты треугольника называются активной u_кa и реактивной u_кr составляющей напряжения короткого замыкания. Они равны сопротивлениям КЗ в относительных единицах:

8. Работа трансформатора под нагрузкой, векторные диаграммы.

При изменении первичного тока в диапазоне ЭДС изменяется незначительно, и её отличие от номинального напряжения мало.

При неизменном напряжении ЭДС и поток сердечника можно считать, практически, независящими от тока:

Постоянство потока сердечника и есть причина изменения первичного тока при изменении тока нагрузки.

Ток холостого хода трансформатора (или намагничивающий ток) создаёт поток сердечника, индуктирующий в первичной обмотке ЭДС , которая совместно с падением напряжения уравновешивает приложенное напряжение . При подключении нагрузки к вторичной обмотке возникают ток и МДС , которая стремится вызвать свой поток, компенсирующий поток сердечника. Но так как поток Ф существенно измениться не может, то изменяется первичный ток . В нем дополнительно к возникает нагрузочная составляющая . Она создаёт МДС , компенсирующую МДС вторичной обмотки:

Теперь току «приведённой» вторичной обмотки можно придать физический смысл: – это нагрузочная составляющая первичного тока, компенсирующая в магнитном отношении размагничивающее действие вторичного тока, или реакция первичной обмотки на стремление вторичной изменить поток сердечника. Тогда полный ток первичной обмотки: .

Векторные диаграммы:

Строим вектор Ф. Строим I₀.

отстаёт от Ф на

отстает от на некоторый угол

Строим вектор Ф. Строим I₀.

отстает от Ф на

опережает на некоторый угол

• Из R-L диаграммы видно, если увеличить ток I₂‘, то это вызовет уменьшение E₁ и U₂‘.
• Из R-C диаграммы видно, если увеличить , то , могут увеличиваться.

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад