Опыт короткого замыкания заключается в том, что вторичную обмотку (обычно НН) замыкают накоротко, а к первичной обмотке через регулятор напряжения РН подводят напряжение. Схема опыта короткого замыкания изображена на рис. 15.5.
Напряжение поднимают от нуля до тех пор, пока амперметр не покажет номинальное значение тока I 1 .Так как вторичная обмотка,ставляет собой замкнутый контур, то в ней также возникнет локальный ток I 2 (I 1 ω 1 = I 2 ω 2 ).
Ввиду отсутствия внешней вторичной цепи мощность, которую по-.ажет ваттметр, называется мощностью, или потерями, короткого замыкания Р к, которые состоят, как было сказано в § 5.2, из потерь в обмоточных проводах, добавочных потерь и потерь в отводах.
Рис. 5.4. Треугольник короткого замыкания (векторная диаграмма)
Напряжение, которое необходимо подвести к одной из обмоток трансформатора, чтобы в ней установился ток, соответствующий номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке называется напряжением короткого замыкания.
Это напряжение U K
компенсирует активные и реактивные падения напряжения в обеих обмотках, вызванные токами I 1
и I 2
, и поэтому является полным падением напряжения в трансформаторе. Напряжение короткого замыкания составляет несколько процентов
от номинального напряжения (от 5,5 до 7,5% для трансформаторов габаритов I—II-III напряжением до 35 кв). Так как насыщение магнито-провода, а следовательно, потери и ток холостого хода будут при этом весьма малы, то последними при расчете U K можно пренебречь.
Векторная диаграмма короткого замыкания трансформатора может быть получена из упрощенной векторной диаграммы приведенного трансформатора, в которой вектор вторичного напряжения Ич равен нулю. Треугольник ЛВО, построенный на катетах, равных суммам активных и реактивиых падений напряжения обеих обмоток, называется треугольником короткого замыкания (см . рис. 5.4).
Напряжение короткого замыкания U K , а также и его составляющие U а и U p удобнее выражать в % от номинального напряжения. Расчет напряжения рассеяния U p уже был рассмотрен в § 5.5.
Активная составляющая U а зависит от величины потерь короткого замыкания и ее формула выводится следующим образом. Для каждой из обмоток на основании закона Ома
U a1 =I 1 r 1 и U a1 =I 1 r 1 ,
или, выразив падения напряжения в % от номинального,
u a1 =U a1 /U 1 .100= (I 1 r 1 /U 1) 100= (I 2 1 r 1 / U 1 I 2 1) 100=(P k1 /S) 100%;
u a2 =U a2 /U 2 100= (I 2 r 2 /U 2) 100= (I 2 2 r 2 / U 2 I 2 2) 100=(P k2 /S) 100%;
u a = u a1 + u a2 = [(P k1 + P k2) /S] 100%
Потери Р к обычно выражаются в вт, а мощность - в ква , поэтому окончательно
u a = (P k /1000S) 100=P k /10S, % (5.9)
Так как в треугольнике короткого замыкания напряжение короткого замыкания Pк является гипотенузой, то через свои составляющие это напряжение, очевидно, будет выражено формулой
U K =√U 2 a +U 2 p
Соотношения между Ua и Up различны и зависят от мощности трансформатора. У самых малых трансформаторов (мощностью до 1 ква) реактивная составляющая мала, и напряжение U K можно считать равным U a . С ростом мощности значение U p относительно увеличивается, и у самых крупных трансформаторов, наоборот, напряжение U K становится уже почти равным реактивной составляющей Up.
Напишите их формулы.
Что такое напряжение короткого замыкания?
Что такое треугольник короткого замыкания?
Режим холостого хода. При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор работает в режиме холостого хода. Ток холостого хода i 0 , проходящий по первичной обмотке, имеет две составляющие: активную i 0a и реактивную i 0р. При этом
Í = Í 0a + Í 0р
Реактивная составляющая называется намагничивающим током, этот ток создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Активная составляющая обеспечивает поступление в трансформатор электрической энергии, необходимой для компенсации потерь энергии в стали магнитопровода. Она невелика, поэтому ток холостого хода практически можно считать равным намагничивающему току: I 0 ≈ I 0р. При проектировании трансформаторов магнитное сопротивление магнитопровода стремятся сделать малым, чтобы ток холостого хода для мощных трансформаторов составлял 3-4%, а трансформаторов средней мощности - 8-10% номинального тока.
Э. д. с, индуцированные в первичной и вторичной обмотках, согласно закону электромагнитной индукции пропорциональны скорости изменения магнитного потока. Следовательно, они пропорциональны максимальному значению магнитного потока Фm и частоте его изменения. В каждом витке первичной и вторичной обмоток индуцируется э. д. с, действующее значение которой E В = 4,44 fФ т, где 4,44 = 2√2 - постоянная.
Соответственно:
E 1 = 4,44 fω 1 Ф т ; E 2 = 4,44 f ω 2 Ф т
При холостом ходе э. д. с. Е 1 практически равна питающему напряжению U 1 , так как падение напряжения в первичной обмотке, создаваемое небольшим током холостого хода, мало. Если изменяется напряжение U 1 , то будут меняться э. д. с. Е 1 , магнитный поток Ф т и ток холостого хода I 0 . Зависимость э. д. с. Е 1 от тока холостого хода называется характеристикой холостого хода (рис. 221, а). При малых напряжениях U 1 и э. д. с. Е 1 магнитный поток трансформатора мал, и для его создания требуется небольшой ток холостого хода. В этом случае магнитная система трансформатора не насыщена и ток I 0 возрастает пропорционально U 1 (так же как и ток возбуждения в генераторе постоянного тока). При дальнейшем увеличении напряжения U 1 магнитная цепь трансформатора насыщается и ток I 0 начинает расти быстрее, чем э. д. с. Е 1 . Значительное увеличение напряжения U 1 свыше номинального недопустимо, так как при этом резко увеличивается ток холостого хода.
Нагрузочный режим. При подключении нагрузки Z H к вторичной обмотке трансформатора (рис. 222) он начинает отдавать нагрузке некоторую мощность. Соответственно увеличивается и мощность, получаемая первичной обмоткой из питающей сети. Следовательно, при увеличении тока i 2 во вторичной обмотке возрастает и ток i 1 в первичной обмотке.
Магнитный поток трансформатора определяется значением питающего напряжения U 1 и практически не зависит от нагрузки. Поэтому результирующая м. д. с, создаваемая при нагрузке то-
Рис. 221. Характеристики силовых и выпрямительных трансформаторов: а - холостого хода; б- внешние (φ2> 0 - активно-индуктивная нагрузка, (φ 2<0- активно-емкостная)
ками i 1 , и i 2 , должна оставаться такой же, как и при холостом ходе:
F 1 + F 2 = F0
F 1 =I 1 ω
1 - м. д. с. первичной обмотки при нагрузке;
F 2 =I 2 ω
2 -м. д. с. вторичной обмотки при нагрузке;
F 0 =I 0 ω
0 -м. д. с. первичной обмотки при холостом ходе.
Уравнение (78) называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил трансформатора.
Если поделить обе его части на
ω
1, то получим: Í 1 = Í 0 - Í 2 ω
2 / ω
1 , откуда следует, что наличие тока I 2 во вторичной обмотке трансформатора вызывает автоматически увеличение тока I 1 , в первичной обмотке. Обычно в трансформаторах большой и средней мощности ток I0 составляет несколько процентов от номинального значения тока I 0 . Поэтому при нагрузках, близких к номинальной, можно считать, что Í 1 ≈ Í 2 ω
2 / ω
1
Токи i 1 и i 2 , проходя по обмоткам трансформатора, создают в них падения напряжения - активные и реактивные (индуктивные). Активные падения напряжения возникают в результате прохождения токов i 1 и i 2 по активным сопротивлениям R 1 и R 2 обмоток. Реактивные падения напряжения обусловливаются действием потоков рассеяния Ф?1 и Ф?2 , создаваемых токами i 1 , и i 2 . В отличие от основного потока Ф, который замыкается по сердечнику и сцеплен одновременно с обеими обмотками, потоки Ф?1 и Ф?2 сцеплены каждый только со своей собственной обмоткой и индуцируют в них э. д. с. самоиндукции е L1 и е L2 . Эти э. д: с, как было показано в § 51, создают индуктивные сопротивления Х 1 и Х 2 обмоток, в которых при прохождении токов i 1 и i 2 возникают падения напряжения.
Для определения изменения вторичного напряжения трансформатора при нагрузке напряжения U2 обычно приводят к первичному, умножая его на коэффициент трансформации п. т. е. U’ 2 =U’ 2 n. Точно так же приводят к первичной обмотке ток I 2 , умножая его на 1/n, т. е. I’ 2 = I’ 2 /n. Величины U’ 2 и I’ 2 называются приведенными вторичным напряжением и вторичным током.
Изменение вторичного напряжения можно определить по внешней характеристике трансформатора (см. рис. 221,б), которая представляет собой графическую зависимость приведенного вторичного напряжения U’ 2 от приведенного вторичного тока I’ 2 . При холостом ходе приведенное вторичное напряжение U’ 2 будет равно
первичному U 1 , при нагрузке же из-за падений напряжений в сопротивлениях R 1 , R 2 , Х 1 и Х 2 первичной и вторичной обмоток оно будет меньше U 1 . В трансформаторах средней и большой мощности реактивное падение напряжения обычно в несколько раз превышает активное. Поэтому и активно-индуктивная нагрузка вызывает большее изменение напряжения, чем активная (изменение напряжения возрастает с уменьшением cos? 2 в цепи нагрузки). В трансформаторах малой мощности, наоборот, активное падение напряжения обычно больше реактивного и изменение напряжения уменьшается с увеличением cosφ 2 .
Обычно изменение напряжения?U при работе трансформатора под нагрузкой определяют при номинальном значении первичного напряжения U 1НОМ и выражают в процентах:
Δu% = [(U 1НОМ - U 2 n) / U 1НОМ ] 100
Величину?u % иногда называют относительной потерей напряжения в трансформаторе. В силовых и выпрямительных трансформаторах изменение напряжения при номинальном токе обычно составляет 2-6% (в зависимости от cos?2).
Короткое замыкание. В паспорте трансформатора указывают не изменение напряжения, которое различно для разных cosφ2, а результирующее падение напряжения в его обмотках при номинальном нагрузочном токе. Это падение напряжения называют напряжением короткого замыкания, и его можно определить опытным путем, если питать трансформатор с замкнутой накоротко вторичной обмоткой пониженным напряжением UK (опыт короткого замыкания). В этом случае напряжение UK будет равно такому напряжению U1, при котором по обмоткам замкнутого накоротко трансформатора протекают номинальные токи.
Напряжение короткого замыкания является весьма важным эксплуатационным показателем, его выражают в процентах от U 1НОМ:
u k % = (U k / U 1НОМ) 100
Для трансформаторов средней мощности u k % = 5-7%, для мощных трансформаторов 6-12%.
Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальном напряжении, то в обеих обмотках возникают большие токи, превышающие номинальное значение в 10-20 раз, при этом повышается температура обмоток и на них действуют большие электромагнитные силы. Такое замыкание является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Установившийся ток короткого замыкания трансформатора в общем случае
I k = I ном (100 / u k %)
где I ном - номинальный ток первичной обмотки.
Для ограничения токов короткого замыкания мощные трансформаторы выполняют с повышенными значениями u к %, т. е. с повышенным внутренним индуктивным сопротивлением обмоток.
Характеристики сварочных трансформаторов. В некоторых случаях желательно, чтобы трансформатор имел крутопадающую внешнюю характеристику (рис. 223). Такую характеристику должны, например, иметь сварочные трансформаторы, так как она обеспечивает устойчивое горение электрической дуги. Кроме того, при электросварке режим короткого замыкания является нормальным рабочим режимом и при крутопадающей характеристике ток I кз? I ном.
Для получения крутопадающей характеристики последовательно с вторичной обмоткой трансформатора включают реактор с большим индуктивным сопротивлением (рис. 224, а). В некоторых конструкциях сварочных трансформаторов магнитопровод добавочного реактора совмещают с магнитопроводом трансформатора (рис. 224,б). Регулирование тока I 2 электрической дуги осуществляется в таких трансформаторах двумя способами: ступенчатое - путем изменения числа витков вторичной обмотки и плавное - путем изменения воздушного зазора d. При изменении воздушного зазора изменяется индуктивность реактора и, следовательно, наклон внешней характеристики трансформатора.
Рис. 224. Принципиальные схемы сварочных трансформаторов: а -с внешней индуктивностью (реактором), б – с реактором на общем сердечнике; 1 - трансформатор; 2 - реактор
Напряжение короткого замыкания – это внутреннее падение напряжения в трансформаторе при его нагрузке номинальным током, т.е. на эту величину понизится напряжение холостого хода на вводе при номинальной нагрузке. Оно рассчитывается в процентах к U н по формуле, %
U кз% ==5 % (50)
где U кз% , U кз(а)% , U кз(р)% – напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие, %.
Активная составляющая напряжения к.з. U кз(а)% определяется из выражения, %
U
кз(а)%
=
=1,22
% (51)
Реактивная составляющая напряжения к.з. U кз(р)% определяется из выражения, %
U кз(р)% ==4,86 % (52)
где S 1c – мощность трансформатора на одном стержне, кВА;
а р – приведенный канал рассеяния, находится по формуле, м
а р =0,0534 м (53)
к р – поправочный коэффициент Роговского, находится из выражения
к р =1- +0,35 2 =1-0,03+0,35 0,03 2 =0,97 (54)
где равно:
=0,022 м (55)
где l – средняя высота обмоток НН и ВН, м, равнаl нн + l вн /2=1,528 м
Полученное значение U кз% сравнивается с данными с учетом табл. 4 . В случае неудовлетворительного результата следует в допустимых пределах изменить величины, входящие в формулы (53), (54). Возможен перерасчет конструктивных размеров обмоток.
Вывод: напряжения короткого замыкания трансформатора не превышает U кз(гост) , это значит, что расчет выполнен правильно.
Полный тепловой расчет обмоток трансформатора сложен, поэтому в ремонтной практике проверяется только способность поверхности этих обмоток отвести требуемое количество тепла в трансформаторное масло без их нагрева свыше установленной нормы.
Это делается путем сравнения удельной теплоотдачи обмоток , под которой понимается число Вт потерь Р (нн)(вн) на один м 2 поверхности данных обмоток с рекомендованными значениями.
Удельная теплоотдача обмоток определяется из выражения для НН и ВН, Вт/м 2
вн
=
479,84
Вт/м 2
(56)
нн
=
11288,98
Вт/м 2
где П об(нн), П об(нн) – поверхности охлаждения обмоток соответственно для НН и ВН, вычисляются по выражениям, м 2
П об(вн) = m 2 к зак D ср(вн) l вн =3 2 0,8 3,14 0,393 1476,77=8755,2 м 2 (57)
П об(нн) = m 2 к зак D ср(нн) l нн =3 2 0,8 3,14 0,26 789,48=3095,55 м 2
где к зак – коэффициент закрытия, учитывающий уменьшение поверхности охлаждения обмоток за счет установки клиньев, к зак =0,8.
При получении неудовлетворительных результатов следует, как, уже говорилось, увеличить число масляных каналов охлаждения или уменьшить величины плотностей токов, проведя при этом соответствующую корректировку размеров обмоток НН и ВН.
Вывод: удельная теплоотдача обмоток НН и ВН не превышает рекомендуемых значений, значит, способность поверхности этих обмоток отводить требуемое количество тепла в трансформаторное масло, без их нагрева, будет обеспечена.
15. Литература
Воронов О.Н., Сердешнов А.П. Повышение качества напряжения в электрических сетях 0,38 кВ. – Электрические станции, 1991, №2.
Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 586.
Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
Методические указания по выполнению курсовой и контрольной работ «Расчет трехфазного трансформатора при наличии магнитопровода с применением ЭВМ «Искра-226»/Сердешнов А.П., Шевчик Н.Е. – Мн.: Ротапринт БИМСХ, 1987, с. 42.
Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель должен находиться в положении, соответствующем номинальному напряжению.
Напряжение короткого замыкания определяет падение напряжения в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток короткого замыкания. Оно учитывается также при подборе трансформатора для параллельной работы.
В трехобмоточном трансформаторе напряжение короткого замыкания определяется подобным же образом для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Поэтому трехобмоточный трансформатор имеет три различных напряжения короткого замыкания. Для всех трансформаторов напряжение короткого замыкания и его составляющие принято выражать в процентах номинального напряжения, а активную составляющую определять для средней эксплуатационной температуры обмоток 75 °С для всех масляных и сухих трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости А, Е, В. Для трансформаторов с изоляцией классов F, Н, С расчетная температура 115°С. Активная составляющая напряжения короткого замыкания, В, может быть записана так: U а =r k I ном, где r k - активное сопротивление короткого замыкания трансформатора, приведенное к одной из его обмоток, с учетом добавочных потерь, в обмотках, потерь в отводах и металлических конструкциях; I ном - номинальный ток обмотки, к числу витков которой приведено сопротивление r k =r 1 +r 2 .
Выражая активную составляющую в процентах номинального напряжения, получаем
Умножая числитель и знаменатель на число фаз m и номинальный фазный ток Iном получаем формулу, справедливую для трансформаторов с любым числом фаз:
где P к - потери короткого замыкания трансформатора, Вт; S - номинальная мощность трансформатора, кВ·А. Для трехобмоточного трансформатора S - наибольшая из мощностей трех обмоток (100 %); для автотрансформатора S=S тип - типовая мощность, если нужно получить расчетное значение u а,р, и S=S прох - проходная мощность, если нужно получить сетевое значение u а,с.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, В, может быть записана так: U р =х к I ном, где х к =х 1 +х 2 - реактивное сопротивление короткого замыкания трансформатора, приведенное к одной из его обмоток. Выражая реактивную составляющую напряжения в процентах, получаем
(7.29)
Из общей теории трансформаторов известно, что реактивное сопротивление трансформатора для простейшего случая взаимного расположения концентрических обмоток по рис. 7.5 при равной высоте обмоток и равномерном распределении витков по их высоте может быть представлено в виде (7.30). Это выражение учитывает продольное (осевое) поле рассеяния обмоток, предполагая все индукционные линии в пределах высоты обмотки прямыми, параллельными оси обмотки с поправкой на отклонение индукционных линий от этого направления вблизи торцов обмотки, учитываемое коэффициентом k р:
(7.30)
Рис. 7.5. Поле рассеяния двух концентрических обмоток.
Подставив x k в (7.29) и заменив в этом выражении U ном на u в ω, получим
(7.31)
Отношение πd 12 /l=β является одним из основных соотношений, определяющих распределение активных материалов в трансформаторе. Введя это обозначение и заменив в числителе выражения (7.31) и число витков ω=U н /u в, получим
(7.32)
Ширина приведенного канала рассеяния а р, м, в (7.30) - (7.32) в тех случаях, когда радиальные размеры обмоток а 1 и а 2 равны или мало отличаются друг от друга (в трансформаторах мощностью S<10000 кВ·А), может быть принята равной
При расчете трансформаторов мощностью от 10000 кВ·А следует учитывать неравенство размеров а 1 и а 2 и определять ар по формуле
где d 12 - средний диаметр канала между обмотками, м; D ср1 и D cр2 - средние диаметры обмоток, м.
При расчете uр по (7.31) и (7.32), а также при всех дальнейших расчетах следует пользоваться реальными размерами рассчитанных обмоток трансформатора (а 1 , а 2 , a 12 , d 12 , l), а не приближенными значениями β и а р, найденными при определении основных размеров трансформатора. Весь расчет напряжения короткого замыкания проводится для одного стержня трансформатора. Поэтому при пользовании формулами для определения u р при расчете как трехфазного, так и однофазного трансформатора следует подставлять в эти формулы ток, напряжение и мощность, а также число витков обмотки одного стержня для номинального режима.
Коэффициент k р, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля, вызванное конечным значением осевого размера обмоток l по сравнению с их радиальными размерами (а 12 , а 1 , a 2), для случая расположения обмоток по рис. 7.5 может быть подсчитан по приближенной формуле
(7.33)
или более простой
где σ = (а 12 +а 1 +a 2)/(πl).
Обычно k р при концентрическом расположении обмоток и равномерном расположении витков по их высоте колеблется в пределах от 0,93 до 0,98. Равномерное распределение витков по высоте каждой обмотки при равенстве высот обеих обмоток является наиболее рациональным. При этом осевые силы в обмотках при аварийном коротком замыкании трансформатора будут наименьшими. Речь идет о равномерном распределении витков, в которых протекает электрический ток. При отсутствии тока в части витков обмотки эти витки с точки зрения образования магнитного поля рассеяния являются отсутствующими.
Неравномерное распределение витков, нагруженных током по высоте бывает вынужденным, например, при размещении в середине высоты обмотки ВН с ПБВ регулировочных витков, отключаемых при регулировании со ступени+5 до ступени -5 % номинального напряжения (рис. 7.6, а). Чрезвычайно редко умышленно допускают неравенство высот обмоток по рис. 7.6, 6 или в. В трансформаторах с РПН витки каждой ступени регулирования обычно располагаются по всей высоте обмотки (см. рис. 6.9).
Реальное поле рассеяния обмоток для случая выключения части витков одной из обмоток по рис. 7.6, а может быть в упрощенном виде представлено в виде суммы двух полей: продольного, созданного полным числом витков обмоток с током, и поперечного, вызванного током витков, нескомпенсированных вследствие разности высот обмоток.
Рис. 7.6. Различные случаи взаимного расположения обмоток
трансформатора.
Показанное на рис. 7.7 распределение индукции поперечного поля рассеяния является приближенным. Оно не учитывает поперечной составляющей вблизи торцов обмотки и взаимного влияния различных частей обмотки и их зеркальных изображений в ферромагнитной поверхности стержня.
Рис. 7.7. Разложение реальной обмотки с выключением витков в
середине высоты на две фиктивные обмотки.
Использование этой приближенной картины поля для внесения поправки в расчет uр возможно потому, что сама эта поправка для концентрических обмоток составляет не более 3–5 % uр.
Анализ этого и других случаев взаимного расположения обмоток показывает, что реактивное сопротивление обмоток в этих частных случаях распределения витков по высоте может приближенно определяться по формуле
где х" находят по (7.30) без учета неравномерного распределения витков по высоте; k q - коэффициент, приближенно определяемый по формуле
(7.35)
здесь х=l х /l (l x и l - по рис. 7.6).
В соответствии с ГОСТ для всех трансформаторов c РПН мощностью от 1000 кВ·А и выше должны рассчитываться значения напряжения короткого замыкания не только для средней, но также и для двух крайних ступеней диапазона регулирования напряжения .
Для трансформаторов с регулированием напряжения в пределах до 10% при расположении регулировочных витков по рис. 7.6, а или в значения k q обычно лежат в пределах от 1,01 до 1,06.
Подобно х к определяется в этих случаях и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
где u р находят по (7.31) или (7.32).
После определения активной и реактивной составляющих напряжение короткого замыкания трансформатора может быть найдено по формуле
Расчет напряжения короткого замыкания для трехобмоточного трансформатора проводится в том же порядке, как и для двухобмоточного. При этом определяются u а, u р и u к для всех возможных сочетаний трех обмоток, а именно ВН - СН, ВН - НН и СН - НН. При определении u р для внутренней III по рис. 7.4 и наружной I обмоток в а р в качестве изоляционного промежутка между наружной и средней обмотками a 13 включаются: ширина а 12 канала между наружной и средней обмотками, ширина а 2 средней обмотки и ширина a 23 канала между средней и внутренней обмотками. В этом случае
и для трансформаторов мощностью 10000 кВ·А и более
где d 13 =D ср3 + a 3 + a 3 + a 2 + a 12 - по рис. 7.4.
Определение а р для сочетаний обмоток І - II и II - III осуществляется, как для двухобмоточного трансформатора. Во всех случаях, даже если одна или две обмотки рассчитаны на мощность 67 % заданной мощности трансформатора, в (7.32) следует подставлять мощность S", определяемую для обмотки стержня, имеющей наибольшую мощность (100 %). Все радиальные размеры и диаметры измеряются в метрах.
При расчете двухобмоточного автотрансформатора его расчетные величины u a , u р и u к, определяются также, как и для двухобмоточного трансформатора, по реальным размерам обмоток и типовой мощности автотрансформатора. Эти же параметры, отнесенные к сети, определяются по расчетным значениям путем умножения их на коэффициент выгодности (см, § 3.2), например
Расчет напряжения короткого замыкания и его составляющих для автотрансформатора, имеющего третью обмотку с трансформаторной связью с первой и второй обмотками, производится так же, как и для трехобмоточного трансформатора, с учетом особенностей расчета автотрансформаторов для обмоток, имеющих автотрансформаторную связь.
Напряжение короткого замыкания должно совпадать с u к, регламентированным ГОСТ или заданным в технических условиях (задании) на проект трансформатора. Согласно ГОСТ 11677-85 напряжение короткого замыкания готового трансформатора на основном ответвлении не должно отличаться от гарантийного значения более чем на ±10 %. При изготовлении трансформатора вследствие возможных отклонений в размерах обмоток (в частности, в размерах а 1 , а 2 и a 12), лежащих в пределах нормальных производственных допусков, u к готового трансформатора может отличаться от расчетного значения на ±5%. Для того чтобы отклонение u к у готового трансформатора не выходило за допустимый предел (±10% гарантийного значения), рекомендуется при расчете трансформатора не допускать отклонений в расчетном значений напряжения короткого замыкания более чем ±5 % гарантийного значения.
В тех случаях, когда полученное значение u к отклоняется более чем на ±5% заданного (гарантийного), его изменение в нужном направлении может быть достигнуто за счет изменения реактивной составляющей u р. Небольшие изменения могут быть получены путем увеличения или уменьшения осевого размера обмотки l при соответствующем уменьшении или увеличении радиальных размеров обмоток а 1 и a 2 . Более резкое изменение uр достигается изменением напряжения одного витка u в за счет увеличения или уменьшения диаметра стержня магнитной системы d или индукции В с в нем. Изменять в этих целях изоляционное расстояние а 12 не рекомендуется.
Страница 5 из 68
Поле рассеяния, как указывалось ранее, играет исключительную роль в трансформаторе: увеличивает добавочные потери в обмотках и элементах конструкции, т. е. снижает полезную мощность и кпд трансформатора; уменьшает напряжение на его вторичных обмотках и увеличивает потребление реактивной мощности, а также защищает трансформатор при коротком замыкании, уменьшает электродинамические усилия, ограничивает токи и нагрев обмоток.
Учитывая роль поля рассеяния, важно правильно его измерять и оценивать. Непосредственно измерить поле рассеяния сложно: слишком разнообразны контуры, по которым замыкаются магнитные поля рассеяния. Поэтому его оценивают по влиянию, которое оно оказывает на напряжение и токи в обмотках при коротком замыкании трансформатора.
Линейное напряжение, которое надо подвести к одной из обмоток при короткозамкнутой другой, для установления в обмотках номинальных токов называют напряжением короткого замыкания трансформатора, обозначают ик и выражают в процентах от номинального:
Где U1 - номинальное первичное напряжение, В, Uк - напряжение короткого замыкания, В.
Существует прямая зависимость между полем рассеяния и напряжением короткого замыкания, поэтому напряжение короткого замыкания используют для оценки поля рассеяния и его влияния на работу трансформатора.
Зная напряжение ик, можно определить ток короткого замыкания в обмотке. Ток Iк1 будет во столько раз больше номинального тока I1, во сколько раз первичное напряжение Uх больше Uк. Так, например, если напряжение ик, равно 5%, ток /к. в 100:5=20 раз больше номинального тока 1х.
При напряжении, равном ик, интенсивность магнитного поля в магнитной системе невелика, поэтому намагничивающий ток и магнитные потери при коротком замыкании можно считать исчезающе малыми по сравнению с номинальными токами и вызываемыми ими потерями. Потери при коротких замыканиях рк соответствуют нагрузочным потерям трансформатора в номинальном режиме, поэтому общие потери трансформатора определяют как сумму потерь холостого хода и короткого замыкания: Рг=Р0+Рк-
Как указывалось ранее, токи в обмотках создают не только потери, но и падения напряжений индуктивное и активное в электрическом сопротивлении. Между напряжением короткого замыкания и падениями напряжений существует зависимость:
,(Sн - номинальная мощность трансформатора, кВ-А; рк - потери к.з., кВт).
Оказывается, напряжение короткого замыкания характеризует еще один важный параметр - изменение напряжения 13ч вторичной обмотки, питающей потребителей. Изменением напряжения пары обмоток трансформатора называют арифметическую разность напряжений на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе и нагрузке номинальным током (при этом напряжение первичной обмотки должно быть номинальным) и определяют по формуле
Учитывая важную роль поля рассеяния в трансформаторе, напряжение короткого замыкания не может быть произвольным; иногда оно может быть большим (например, у потребителя с частыми короткими замыканиями) или относительно малым (например, в трансформаторах со спокойным режимом). Однако трансформаторы не могут изготовлять для каждого отдельного потребители, поскольку это дорого и технически нецелесообразно. Кроме того, в эксплуатации трансформаторы часто работают параллельными группами или их перебрасывают в другие места для работы с другими трансформаторами, а важнейшим условием, определяющим возможность параллельного соединения трансформаторов, является равенство напряжений короткого замыкании Uк.
В трансформаторах общего назначения напряжения короткого замыкания в зависимости от мощности и класса напряжения стандартизованы. Так, для трансформаторов мощностью 25-630 кВ-А с ВН 6 или 10 кВ напряжение к.з. составляет 4,5-4,7%, с ВН 35 кВ-6,5-6,8%, мощностью 6300 кВ-А с ВН 35 кВ-7,5%, мощностью 80 000 кВ-А - 0,5% и т. д.
Некоторые специальные трансформаторы, работающие в режимах с частыми короткими замыканиями, должны иметь но стандарту еще более высокие напряжения короткого замыкания- до 12 и даже 17%.
При изготовлении трансформаторов возможны допустимые отклонения в размерах, указываемые в сборочных чертежах. Например, обязательно содержатся допуски на диаметры и высоты обмоток, расстояния между обмотками, непосредственно влияющие на напряжение короткого замыкания. При наличии допусков на размеры получить точное значение указанного в стандарте напряжения короткого замыкания очень трудно, а иногда и невозможно, поэтому ГОСТы установили предельные отклонения этих напряжений; они могут отличаться от указанных в ГОСТе не более чем на ±10%.
