Doświadczenie w zwarciu jest takie, że uzwojenie wtórne (zwykle HH) jest zwarte, a napięcie jest doprowadzane do uzwojenia pierwotnego przez regulator napięcia PH. Obwód doświadczenia zwarcia jest przedstawiony na rys. 15.5.
Napięcie wzrasta od zera, aż pojawi się amperomierz wartość nominalna obecny I 1Ponieważ uzwojenie wtórne jest pętlą zamkniętą, pojawi się w nim również prąd lokalny. I 2(I 1 ω 1= I 2 ω 2).
Ze względu na brak zewnętrznego obwodu wtórnego moc, jaką ma zużywać watomierz, nazywana jest mocą zwarciową lub stratą, Pk, która składa się, jak wspomniano w § 5.2, ze strat na drutach uzwojenia, dodatkowych strat i strat w gniazdach.
Ryc. 5.4. Trójkąt zwarcia (wykres wektorowy)
Napięcie, które musi zostać doprowadzone do jednego z uzwojeń transformatora tak, aby w nim był ustalony prąd odpowiadający mocy znamionowej, podczas gdy drugie uzwojenie jest zwarte, jest zwane napięciem zwarcia.
To napięcie U K kompensuje aktywne i bierne spadki napięcia w obu uzwojeniach wywołane prądami I 1 i I 2, a zatem całkowity spadek napięcia w transformatorze. Napięcie zwarcia wynosi kilka procent.
od napięcia znamionowego (od 5,5 do 7,5% dla transformatorów o wymiarach I - II-III o napięciu do 35 kV). Ponieważ nasycenie przewodu magnetycznego, a zatem straty i prąd jałowy, będą w tym przypadku bardzo małe, można je pominąć przy obliczaniu U K.
Schemat wektorowy zwarcia transformatora można uzyskać na uproszczonym schemacie wektorowym zredukowanego transformatora, w którym wektor napięcia wtórnego Ich jest równy zeru. Trójkąt LVO, zbudowany na nogach, równy sumie aktywnych i biernych spadków napięcia obu zwojów, nazywany jest trójkątem zwarciowym ( patrz. ryż 5.4).
Napięcie zwarcia U K, a także jego elementy U a i U p wygodniej jest wyrazić w% napięcia znamionowego. Obliczanie rozproszenia napięcia U p zostało już rozważone w § 5.5.
Aktywny składnik U a zależy od wielkości strat zwarciowych, a jego formuła jest wyprowadzana w następujący sposób. Dla każdego uzwojenia na podstawie prawa Ohma
U a1 = I 1 r 1 i U a1 = I 1 r 1,
lub wyrażając spadek napięcia w% nominalnej,
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%
Straty P to zazwyczaj wyrażone w watach i power-in kvawięc w końcu
u a = (P k / 1000 S) 100 = P k / 10 S,% (5.9)
Od zwarcia napięciem trójkąta zwarcia Pk jest przeciwprostokątna, a następnie poprzez jej składniki to napięcie będzie oczywiście wyrażone przez formułę
U K = √U 2 a + U 2 p
Relacje między Uai Do góry różne i zależą od mocy transformatora. Przy najmniejszych transformatorach (moc do 1 kva)składnik reaktywny jest mały i napięcie U Kmożna uznać za równy U a. Dziękiwartość wzrostu mocy U pstosunkowo wzrasta, a przy największych transformatorach wręcz przeciwnie - napięcie U Kstaje się prawie równy reaktywnej części Up.
Napisz ich formuły.
Co to jest napięcie zwarcia?
Czym jest trójkąt zwarcia?
Tryb bezczynności. Gdy uzwojenie wtórne jest otwarte, transformator pracuje na biegu jałowym. Prąd jałowy i 0 przechodzący przez uzwojenie pierwotne ma dwa składniki: aktywny i 0a i reaktywny i 0p. Dzięki temu
Í = Í 0a + Í 0p
Składnik reaktywny nazywany jest prądem magnesującym, który wytwarza strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym transformatora. Składnik aktywny zapewnia przepływ do transformatora moc elektrycznawymagane do skompensowania utraty energii w stali obwodu magnetycznego. Jest mały, więc prąd jałowy może być praktycznie uznany za równy prądowi magnesowania: I 0 ≈ I 0p. Projektując transformatory, należy dążyć do tego, aby rezystancja magnetyczna obwodu magnetycznego była mała, tak aby prąd zerowy dla prądu transformatory mocy stanowiły 3-4%, a średnie transformatory mocy - 8-10% prądu znamionowego.
E. d. S indukowane w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej są proporcjonalne do szybkości zmiany strumienia magnetycznego. Dlatego są one proporcjonalne do maksymalnej wartości strumienia magnetycznego Fm i częstotliwości jego zmiany. W każdym zwoju pierwotnego i wtórnego uzwojenia e jest indukowane. d. s, którego efektywna wartość E B = 4,44 fF t, gdzie 4,44 = 2√2 - stała.
Odpowiednio:
E 1 = 4,44 fω 1 F t; E 2 = 4,44 f ω 2 F t
Kiedy nie działa e. d. E 1 jest prawie równe napięciu zasilania U1, ponieważ spadek napięcia w uzwojeniu pierwotnym spowodowany niewielkim prądem jałowym jest mały. Jeżeli napięcie U 1 się zmieni, to e zmieni się. d. Е 1, strumień magnetyczny Ф т i prąd jałowy I 0. Zależność e. d. E 1 z prądu bez obciążenia jest wywoływane charakterystyka biegu jałowego (rys. 221, a). Przy niskich napięciach U 1 i e. d. E 1 strumień magnetyczny transformatora jest mały i do jego wytworzenia potrzebny jest mały prąd jałowy. W tym przypadku układ magnetyczny transformatora nie jest nasycony, a prąd I 0 wzrasta proporcjonalnie do U 1 (jak również prąd wzbudzenia w generatorze prąd stały). Wraz z dalszym wzrostem napięcia U1 obwód magnetyczny transformatora staje się nasycony, a prąd I 0 zaczyna rosnąć szybciej niż e. d. E 1. Znaczny wzrost napięcia U1 powyżej nominalnego jest niedopuszczalny, ponieważ znacznie zwiększa to prąd jałowy.
Tryb ładowaniaPo podłączeniu obciążenia Z H do uzwojenia wtórnego transformatora (rys. 222), zaczyna ono dawać trochę mocy. W związku z tym wzrasta moc odbierana przez uzwojenie pierwotne z sieci zasilającej. W konsekwencji, przy wzroście prądu i2 w uzwojeniu wtórnym, prąd i 1 w uzwojeniu pierwotnym również wzrasta.
Strumień magnetyczny transformatora jest określony przez wartość napięcia zasilającego U 1 i jest praktycznie niezależny od obciążenia. W związku z tym wynikowe ppm, tworzone w momencie obciążenia
Ryc. 221. Charakterystyka transformatorów mocy i prostownika: a - praca na biegu jałowym; b- zewnętrzny (φ2\u003e 0 - obciążenie czynne indukcyjne, (φ 2<0- активно-емкостная)
kami i 1 i i 2 powinny pozostać takie same, jak podczas bezczynności:
F 1 + F 2 = F0
F 1 = I 1 ω
1 - m. D. uzwojenie pierwotne pod obciążeniem;
F 2 = I 2 ω
2 d. uzwojenie wtórne pod obciążeniem;
F 0 = I 0 ω
0 m d. uzwojenie pierwotne na biegu jałowym.
Równanie (78) jest wywoływane równanie równowagi sił magnetomotorycznych transformatora.Jeśli podzielisz obie części na
ω
1, otrzymujemy: Í 1 = Í 0 - Í 2 ω
2 / ω
1, z czego wynika, że obecność prądu I2 w uzwojeniu wtórnym transformatora automatycznie powoduje wzrost prądu I 1 w uzwojeniu pierwotnym. Zwykle w transformatorach dużej i średniej mocy prąd I0 stanowi kilka procent wartości nominalnej prądu I 0. Dlatego przy obciążeniach zbliżonych do nominalnych możemy założyć, że Í 1 ≈ 2 ω
2 / ω
1
Prądy i 1 i i 2, przechodzące przez uzwojenia transformatora, wytwarzają w nich spadki napięcia - aktywne i reaktywne (indukcyjne). Aktywne spadki napięcia wynikają z przechodzenia prądów i 1 i i 2 przez aktywne rezystory R 1 i R 2 uzwojeń. Reaktywne spadki napięcia są spowodowane działaniem strumieni rozpraszania ФФ 1 i ФФ 2, tworzonych przez prądy i 1 i i 2. W przeciwieństwie do głównego przepływu Φ, który zamyka się wzdłuż rdzenia i jest połączony jednocześnie z obydwoma uzwojeniami, przepływy ΦΦ 1 i Φ 22 blokują się tylko z własnym uzwojeniem i indukują e. W nich. d. samoindukcja e L1 i e L2. Te uh. d: s, jak pokazano w § 51, wytworzyć rezystancję indukcyjną X 1 i X 2 uzwojeń, w których występują spadki napięcia podczas przepływu prądów i 1 i i 2.
Aby określić zmianę napięcia wtórnego transformatora, gdy napięcie napięcia U2 zwykle prowadzi do napięcia pierwotnego, pomnożenie przez współczynnik przekształcenia, tj. U '2 = U' 2 n. Podobnie, prąd I2 prowadzi do uzwojenia pierwotnego, mnożąc go przez 1 / n, tj. I '2 = I' 2 / n. Wartości U '2 i I 2 są nazywane zredukowanym napięciem wtórnym i prądem wtórnym.
Zmiana napięcia wtórnego może być określona przez charakterystykę zewnętrzną transformatora (patrz rys. 221, b), która jest graficzną zależnością zredukowanego napięcia wtórnego U '2 na zredukowanym prądzie wtórnym I' 2. W stanie bezczynności zostanie zredukowane napięcie wtórne U '2
pierwotny U 1, z obciążeniem spowodowanym spadkami napięcia w rezystancji R 1, R 2, X 1 i X 2 uzwojenia pierwotnego i wtórnego, będzie on mniejszy niż U 1. W transformatorach średniej i dużej mocy spadek napięcia biernego jest zwykle kilkakrotnie wyższy niż w przypadku aktywnego. Dlatego obciążenie czynno-indukcyjne powoduje większą zmianę napięcia niż aktywna (zmiana napięcia wzrasta wraz ze spadkiem cos2 w obwodzie obciążenia). Natomiast w transformatorach małej mocy aktywny spadek napięcia jest zwykle bardziej reaktywny, a zmiana napięcia zmniejsza się wraz ze wzrostem cosφ2.
Zwykle zmiana napięcia? U, gdy transformator jest obciążony, jest określana przy nominalnej wartości napięcia pierwotnego U 1NOM i wyrażana w procentach:
Δu% = [(U 1NOM - U 2 n) / U 1NOM] 100
Wartość? U% jest czasami nazywana względną utratą napięcia w transformatorze. W transformatorach mocy i prostownikach zmiana napięcia przy prądzie znamionowym wynosi zwykle 2-6% (w zależności od cos? 2).
ZwarcieW paszporcie transformatora wskazać nie na zmianę napięcia, która jest różna dla różnych cos φ2, ale wynikający z tego spadek napięcia w jego uzwojeniach przy znamionowym prądzie obciążenia. Ten spadek napięcia nazywany jest napięciem zwarciowym i można go określić empirycznie, dostarczając transformator ze zwartym uzwojeniem wtórnym niskiego napięcia w Wielkiej Brytanii (doświadczenie zwarciowe). W tym przypadku napięcie UK będzie równe napięciu U1, przy którym prądy znamionowe przepływają przez uzwojenia zwartego transformatora.
Napięcie zwarcia jest bardzo ważnym wskaźnikiem operacyjnym, jest wyrażany jako procent U 1NOM:
u k% = (U k / U 1NOM) 100
Do transformatorów średniej mocy u k% = 5-7%, dla transformatorów dużej mocy 6-12%.
Jeżeli wystąpi zwarcie podczas pracy transformatora przy napięciu znamionowym, wówczas w obu uzwojeniach występują duże prądy, przekraczające wartość nominalną o 10-20 razy, wzrasta temperatura uzwojeń i działają na nie duże siły elektromagnetyczne. Taki obwód jest awaryjny i wymaga specjalnej ochrony, która powinna wyłączać transformator w ciągu ułamków sekundy. Stały prąd zwarcia w transformatorze w ogóle
I k = I nom (100 / u k%)
gdzie I nom - prąd znamionowy uzwojenia pierwotnego.
Aby ograniczyć prądy zwarciowe, transformatory mocy pracują z podwyższonymi wartościami u do%, tj. Ze zwiększoną wewnętrzną rezystancją indukcyjną uzwojeń.
Charakterystyka transformatorów spawalniczych.W niektórych przypadkach pożądane jest, aby transformator miał stromą charakterystykę zewnętrzną (rys. 223). Taka charakterystyka musi mieć na przykład transformatory spawalnicze, ponieważ zapewnia ciągłe spalanie łuku elektrycznego. Ponadto podczas spawania elektrycznego tryb zwarciowy jest normalnym trybem pracy, nawet ze stromo spadającą charakterystyką prądu I cs? Liczę
Aby uzyskać stromo opadającą charakterystykę połączoną szeregowo z wtórnym uzwojeniem transformatora, włączany jest reaktor o wysokiej oporności indukcyjnej (rys. 224, a). W niektórych konstrukcjach transformatorów spawalniczych rdzeń magnetyczny dodatkowego reaktora łączy się z rdzeniem magnetycznym transformatora (ryc. 224, b). Prąd I 2 łuku elektrycznego jest kontrolowany w takich transformatorach na dwa sposoby: krok po kroku - poprzez zmianę liczby zwojów uzwojenia wtórnego i płynnie - poprzez zmianę szczeliny powietrznej d. Kiedy zmienia się szczelina powietrzna, zmienia się indukcyjność reaktora, a tym samym nachylenie charakterystyki zewnętrznej transformatora.
Ryc. 224. Schematy schematyczne transformatorów spawalniczych: a - z zewnętrzną indukcyjnością (reaktor), b - z wspólnym reaktorem rdzeniowym; 1 - transformator; 2 - reaktor
Napięcie zwarcia jest wewnętrznym spadkiem napięcia w transformatorze, gdy jest obciążony prądem znamionowym, tj. ta wartość spowoduje zmniejszenie napięcia jałowego na wejściu przy obciążeniu znamionowym. Jest obliczany jako procent U n przez wzór,%
U KZ% == 5 % (50)
gdzie U kZ% , U kZ (a)% , U kz (p)% - napięcie zwarcia i jego aktywne i reaktywne komponenty,%.
Aktywny składnik napięcia k.z. U CC (a)% jest określane na podstawie wyrażenia,%
U kZ (a)%
=
=1,22
% (51)
Reaktywny składnik napięcia k.z. U CC (p)% jest określane na podstawie wyrażenia,%
U kz (p)% ==4,86 % (52)
gdzie S 1c to moc transformatora na jednym pręcie, kVA;
i p - zredukowany kanał rozproszenia, znajduje się za pomocą formuły, m
a str =0,0534 m (53)
k p - współczynnik korekcyjny Rogowskiego, znajduje się w wyrażeniu
do str =1- +0,35 2 =1-0,03+0,35 0,03 2 =0,97 (54)
gdzie jest równy:
=0,022 m (55)
gdzie l - średnia wysokość zwojów LV i HV, m, jest równa l nn + l ekstra / 2 = 1,528 m
Wynikowa wartość U CCS% jest porównywana z danymi podanymi w tabeli. 4 W przypadku niezadowalającego wyniku wartości zawarte we wzorach (53), (54) powinny zostać zmienione w dopuszczalnych granicach. Możliwa rekalkulacja konstruktywnych wymiarów uzwojeń.
Wniosek: napięcie zwarcia w transformatorze nie przekracza UC (GOST), co oznacza, że obliczenia zostały wykonane poprawnie.
Pełne obliczenie cieplne uzwojeń transformatora jest skomplikowane, dlatego też w praktyce naprawy sprawdzana jest jedynie zdolność powierzchni tych zwojów do przekazywania wymaganej ilości ciepła do oleju transformatorowego bez podgrzewania ich powyżej ustalonej wartości.
Odbywa się to poprzez porównanie specyficznego przekazywania ciepła przez uzwojenia which, które rozumie się jako liczbę W strat P (nn) (n) na m 2 powierzchni tych uzwojeń z zalecanymi wartościami.
Konkretne przekazywanie ciepła przez uzwojenia jest określane na podstawie wyrażenia dla LV i HV, W / m 2
ekstra =
479,84
W / m 2 (56)
nn =
11288,98
W / m 2
gdzie F on (nn) F on (nn) - powierzchnia chłodzenia uzwojeń, odpowiednio, dla niskiego napięcia i wysokiego napięcia, obliczona za pomocą wyrażeń, m 2
F o (extra) = m 2 do zack D śr l ekstra =3 2 0,8 3,14 0,393 1476,77=8755,2 m 2 (57)
F on (nn) = m 2 do zack D śr. (nn) l nn =3 2 0,8 3,14 0,26 789,48=3095,55 m 2
gdzie do zack - współczynnik zamykania, biorąc pod uwagę zmniejszenie powierzchni chłodzącej uzwojenia w wyniku montażu klinów, do zak = 0,8.
Po otrzymaniu niezadowalających wyników, jak już wspomniano, konieczne jest zwiększenie liczby kanałów chłodzenia oleju lub zmniejszenie wartości gęstości prądu, przy jednoczesnym odpowiednim dostosowaniu rozmiarów uzwojeń niskiego napięcia i uzwojeń wysokiego napięcia.
Wniosek: specyficzne przenoszenie ciepła uzwojeń niskiego napięcia i uzwojeń niskiego napięcia nie przekracza zalecanych wartości, co oznacza, że zapewniona będzie zdolność powierzchni tych uzwojeń do kierowania wymaganej ilości ciepła do oleju transformatorowego bez ich ogrzewania.
15. Literatura
Voronov O.N., Serdeshnov A.P. Poprawa jakości napięcia w sieciach elektrycznych o wartości 0,38 kV. - Stacje elektryczne, 1991, №2.
Tichomirow P.M. Obliczanie transformatorów. - M.: Energoatomizdat, 1986, str. 586.
Kasatkin A.S., Nemtsov M.V. Inżynieria elektryczna. - M.: Energoatomizdat, 1983.
Wytyczne do realizacji pracy kontrolno-pomiarowej "Obliczanie transformatora trójfazowego w obecności obwodu magnetycznego za pomocą komputera" Iskra-226 "/ Serdeshnov AP, Shevchik N.Е. - Mińsk: Rotaprint BIMSH, 1987, str. 42
Napięcie zwarciowe transformatora dwuuzwojowego jest napięciem zredukowanym do temperatury obliczeniowej, które powinno być dostarczane z częstotliwością znamionową do zacisków jednego uzwojenia, a drugie zwarcie uzwojenia tak, że prądy znamionowe są ustalone w obu uzwojeniach. W takim przypadku przełącznik musi znajdować się w pozycji odpowiadającej napięciu znamionowemu.
Napięcie zwarcia określa spadek napięcia w transformatorze, jego charakterystykę zewnętrzną i prąd zwarciowy. Jest również brany pod uwagę przy wyborze transformatora do pracy równoległej.
W transformatorze trójuzwojeniowym napięcie zwarcia jest ustalane w ten sam sposób dla dowolnej pary jego uzwojeń z otwartym trzecim uzwojeniem. Dlatego transformator trójuzwojeniowy ma trzy różne napięcia zwarciowe. W przypadku wszystkich transformatorów napięcie zwarcia i jego komponenty są zwykle wyrażane jako procent napięcia znamionowego, a składnik czynny jest określany dla średniej temperatury pracy uzwojenia wynoszącej 75 ° C dla wszystkich transformatorów olejowych i suchych z klasami izolacji odporności cieplnej A, E, B. Dla transformatorów z klasami izolacji F , H, C, temperatura projektowa 115 ° С. Aktywny składnik napięcia zwarcia, V, może być zapisany jako: U a = rk I nom, gdzie rk jest rezystancją zwarciową transformatora, zredukowaną do jednego z jego uzwojeń, biorąc pod uwagę dodatkowe straty, w zwojach, straty w kranach i konstrukcjach metalowych ; I - znamionowy prąd uzwojenia, do liczby zwojów, której podano opór r k = r 1 + r 2.
Wyrażając aktywny składnik jako procent nominalnego napięcia, otrzymujemy
Pomnożenie licznika i mianownika przez liczbę faz m oraz nominalny prąd fazowy Inom otrzymamy formułę, która jest ważna dla transformatorów z dowolną liczbą faz:
gdzie P do - strata zwarcia transformatora, W; S to moc znamionowa transformatora, kV · A. Dla transformatora trójuzwojeniowego S jest największą mocą trzech uzwojeń (100%); dla autotransformatora S = typ S - typowa moc, jeśli chcemy uzyskać obliczoną wartość u a, p, i S = S prądy przejściowe, jeśli chcemy uzyskać wartość sieci u a, с.
Reaktywny składnik napięcia zwarcia V może być zapisany jako: U p = x do I nom, gdzie xk = x 1 + x 2 to reaktancja zwarciowa transformatora, zredukowana do jednego z jej uzwojeń. Wyrażając reaktywny składnik napięcia w procentach, otrzymujemy
(7.29)
Z ogólnej teorii transformatorów wiadomo, że reaktancja transformatora dla najprostszego przypadku względnego położenia współśrodkowych zwojów na rys. 7.5 o równej wysokości zwojów i równomierny rozkład zwojów wzdłuż ich wysokości można przedstawić jako (7.30). Wyrażenie to uwzględnia podłużne (osiowe) pole rozproszenia uzwojeń, zakładając, że wszystkie linie indukcyjne w obrębie wysokości nawijania są proste, równoległe do osi nawijania, skorygowane o odchylenie linii indukcyjnych od tego kierunku w pobliżu końców uzwojenia, wzięte pod uwagę przez współczynnik k p:
(7.30)
Ryc. 7.5. Pole rozproszenia dwóch współosiowych zwojów.
Zastępując x k w (7.29) i zastępując Un przez u w ω w tym wyrażeniu, otrzymujemy
(7.31)
Stosunek πd 12 / l = β jest jednym z głównych wskaźników określających rozkład materiałów aktywnych w transformatorze. Wprowadzenie tego oznaczenia i zastąpienie w liczniku wyrażenia (7.31) i liczby zwojów ω = U n / u w, otrzymujemy
(7.32)
Szerokość zredukowanego kanału rozproszenia a p, m, b (7.30) - (7.32) w przypadkach, gdy wymiary promieniowe uzwojeń a 1 i 2 są równe lub nieznacznie różne od siebie (w transformatorach o mocy S<10000 кВ·А), может быть принята равной
Przy obliczaniu transformatorów o mocy 10 000 kV · A należy wziąć pod uwagę nierówności wielkości a 1 i 2 i określić ar przez
gdzie d 12 - średnia średnica kanału między uzwojeniami, m; D cp1 i D cp2 - średnie średnice uzwojenia, m
Przy obliczaniu wartości ir przez (7.31) i (7.32), a także dla wszystkich dalszych obliczeń, należy używać rzeczywistych wymiarów obliczonych uzwojeń transformatora (a 1, a 2, a 12, d 12, l) zamiast przybliżonych wartości β i a, znaleźć w określaniu podstawowych wymiarów transformatora. Całe obliczenie napięcia zwarcia jest wykonywane dla jednego pręta transformatora. Dlatego przy stosowaniu formuł do określania u p przy obliczaniu transformatora trójfazowego i jednofazowego należy w tych formułach zastąpić prąd, napięcie i moc, a także liczbę zwojów jednego pręta dla trybu nominalnego.
Współczynnik k p, uwzględniający odchylenie rzeczywistego pola rozproszenia od idealnego pola równoległego, spowodowane skończoną wartością osiowego rozmiaru zwojów l w porównaniu z ich promieniowymi wymiarami (12, a 1, a 2) dla przypadku zwojów zgodnie z rys. 7.5 można obliczyć za pomocą przybliżonej formuły
(7.33)
lub bardziej proste
gdzie σ = (a 12 + a 1 + a 2) / (πl).
Zwykle k p przy koncentrycznym ułożeniu uzwojeń i równomiernym rozmieszczeniu cewek na ich wysokości wynosi od 0,93 do 0,98. Jednorodny rozkład zwojów na wysokości każdego uzwojenia o równej wysokości obu zwojów jest najbardziej racjonalny. W takim przypadku siły osiowe w uzwojeniach podczas awaryjnego zwarcia transformatora będą najmniejsze. Mówimy o jednolitym rozkładzie zwojów, w których płynie prąd elektryczny. W przypadku braku prądu w części zwojów uzwojenia, te zwoje są nieobecne, jeśli chodzi o tworzenie pola rozproszenia magnetycznego.
Nierównomierne rozmieszczenie cewek obciążonych prądem w wysokości wymusza się, na przykład, po umieszczeniu w środku wysokości uzwojenia WN z cewkami regulacyjnymi PBB, wyłączonymi przy regulacji od poziomu + 5 do poziomu -5% napięcia znamionowego (rys. 7.6, a). Niezwykle rzadko rozmyślnie dopuszcza się nierówność wysokości zwojów na rys. 7,6, 6 lub c. W transformatorach z przełącznikiem zaczepów pod obciążeniem, zwoje każdego stopnia regulacji są zwykle usytuowane wzdłuż całej wysokości uzwojenia (patrz rys. 6.9).
Rzeczywiste zbłąkane pole zwojów dla przypadku wyłączenia części zwojów jednego z uzwojeń na rys. 7.6, i może być w uproszczonej formie, przedstawionej jako suma dwóch pól: pola podłużnego utworzonego przez całkowitą liczbę zwojów uzwojenia z prądem i poprzecznego spowodowanego przez prąd cewek nieskompensowanych z powodu różnicy wysokości zwojów.
Ryc. 7.6. Różne przypadki względnego położenia uzwojeń
transformator.
Pokazano na rys. 7.7 Rozkład indukcji poprzecznego pola rozproszenia jest przybliżony. Nie bierze pod uwagę elementu poprzecznego przy końcach uzwojenia i wzajemnego oddziaływania różnych części uzwojenia i ich odbicia lustrzanego w ferromagnetycznej powierzchni pręta.
Ryc. 7.7. Rozkład rzeczywistego uzwojenia za pomocą wyłączania zwojów
środek wysokości dwóch manekinów.
Wykorzystanie tego przybliżonego wzoru pola do skorygowania obliczenia w górę jest możliwe, ponieważ korekta dla koncentrycznych uzwojeń jest nie większa niż 3-5% ir.
Analiza tego i innych przypadków względnego położenia uzwojeń pokazuje, że reaktancja uzwojenia w tych szczególnych przypadkach rozkładu zwojów na wysokości może być w przybliżeniu określona za pomocą wzoru
gdzie x "jest znalezione przez (7.30) bez uwzględnienia nierównomiernego rozkładu cewek na wysokości kq jest współczynnikiem w przybliżeniu określonym przez formułę
(7.35)
tutaj x = l x / l (l x i l - zgodnie z rys. 7.6).
Zgodnie z GOST, dla wszystkich transformatorów wyposażonych w przełącznik zaczepów pod obciążeniem o mocy 1000 kV · A i powyżej, wartości napięcia zwarcia należy obliczać nie tylko dla średniej, ale także dla dwóch skrajnych stopni zakresu regulacji napięcia.
Do transformatorów z regulacją napięcia w zakresie do 10% w miejscu cewek regulacyjnych zgodnie z rys. 7,6, lub w wartościach k q zwykle mieszczą się w zakresie od 1,01 do 1,06.
Podobnie, x k wyznacza się w tych przypadkach i składnik reaktywny napięcia zwarcia
gdzie u p znaleziono (7.31) lub (7.32).
Po określeniu aktywnych i reaktywnych składników napięcia zwarciowego transformatora można znaleźć za pomocą wzoru
Obliczanie napięcia zwarcia dla transformatora trójuzwojeniowego odbywa się w taki sam sposób, jak dla transformatora dwuuzwojeniowego. W tym przypadku u, u p i u k są określone dla wszystkich możliwych kombinacji trzech uzwojeń, a mianowicie HH - CH, HH - HH i CH - HH. Przy określaniu u p dla wewnętrznego III na ryc. 7,4 i zewnętrzne uzwojenia Iub jako szczelina izolacyjna między uzwojeniem zewnętrznym i środkowym a 13 obejmują: szerokość 12 kanałów między uzwojeniem zewnętrznym i środkowym, szerokość 2 środkowe uzwojenia i szerokość 23 kanały między uzwojeniem środkowym i wewnętrznym. W tym przypadku
i dla transformatorów o mocy 10 000 kV · A i więcej
gdzie d 13 = D cp3 + a 3 + a 3 + a 2 + a 12 - zgodnie z rys. 7.4.
Definicja p dla kombinacji uzwojeń I - II i II - III jest wykonywana jak dla transformatora dwuuzwojeniowego. We wszystkich przypadkach, nawet jeśli jedno lub dwa uzwojenia są zaprojektowane dla mocy 67% danej mocy transformatora, moc S "zdefiniowana dla uzwojenia pręta o największej mocy (100%) powinna zostać zamieniona na (7.32) Wszystkie wymiary promieniowe i średnice są mierzone w metrach .
Przy obliczaniu autotransformatora z dwoma uzwojeniami, jego obliczone wartości u, u p i u k są również określane, jak dla transformatora z dwoma uzwojeniami, przez rzeczywiste rozmiary uzwojeń i typową moc autotransformatora. Te same parametry związane z siecią określają obliczone wartości, mnożąc je przez współczynnik rentowności (patrz § 3.2), na przykład
Obliczenie napięcia zwarciowego i jego składników dla autotransformatora posiadającego trzecie uzwojenie z połączeniem transformatora z pierwszym i drugim zwojem odbywa się w taki sam sposób jak dla transformatora trójuzwojeniowego, biorąc pod uwagę cechy obliczania autotransformatorów dla uzwojeń mających połączenie autotransformatora.
Napięcie zwarcia musi pokrywać się z u, regulowane przez GOST lub określone w specyfikacji technicznej (zadanie) dla projektu transformatora. Zgodnie z GOST 11677-85 napięcie zwarcia w gotowym transformatorze na głównej gałęzi nie może różnić się od wartości gwarancji o więcej niż ± 10%. Przy wytwarzaniu transformatora z powodu możliwych wahań wielkości zwojów (w szczególności w rozmiarach a 1, 2 i 12) leżących w granicach normalnych tolerancji produkcyjnych, u do gotowego transformatora może różnić się od obliczonej wartości o ± 5%. Aby odchylenie u gotowego transformatora nie przekroczyło dopuszczalnego limitu (± 10% wartości gwarancji), zaleca się przy obliczaniu transformatora, aby uniknąć odchyleń obliczonych wartości napięcia zwarcia o więcej niż ± 5% wartości gwarancji.
W przypadkach, gdy uzyskana wartość u K odbiega o więcej niż ± 5% celu (gwarancji), jej zmianę we właściwym kierunku można osiągnąć poprzez zmianę składowej biernej u p. Małe zmiany można uzyskać przez zwiększenie lub zmniejszenie osiowego rozmiaru uzwojenia l, przy odpowiednim zmniejszeniu lub zwiększeniu promieniowych wymiarów uzwojeń a 1 i 2. Bardziej drastyczną zmianę w osiach ir osiąga się przez zmianę napięcia o jeden obrót u w związku ze wzrostem lub spadkiem średnicy pręta układu magnetycznego d lub indukcji Bc w nim. Aby zmienić odległość izolacji w tym celu nie zaleca się 12.
Strona 5 z 68
Pole rozpraszania, jak wspomniano wcześniej, odgrywa wyjątkową rolę w transformatorze: zwiększa dodatkowe straty w uzwojeniach i elementach konstrukcyjnych, tj. Zmniejsza moc netto i sprawność transformatora; zmniejsza napięcie na uzwojeniach wtórnych i zwiększa zużycie mocy biernej, a także chroni transformator podczas zwarcia, zmniejsza siły elektrodynamiczne, ogranicza prądy i ogrzewanie uzwojeń.
Biorąc pod uwagę rolę bezpańskich pól, ważne jest, aby dokładnie je zmierzyć i ocenić. Pomiar bezpośredniego pola bezpotencjałowego jest trudny: kontury wzdłuż których bliskie pola magnetyczne są zbyt różne. Dlatego ocenia się go poprzez wpływ na napięcie i prąd w uzwojeniach podczas zwarcia transformatora.
Napięcie sieciowe, które musi zostać doprowadzone do jednego z uzwojeń drugim zwarciem w celu ustalenia prądów znamionowych w uzwojeniu, jest zwane napięciem zwarcia transformatora, oznaczane przez IR i wyrażone jako procent nominalnej:
Gdzie U1 jest znamionowym napięciem pierwotnym, V, UK jest napięciem zwarcia, V.
Istnieje bezpośredni związek pomiędzy rozproszonym polem a napięciem zwarcia, więc napięcie zwarcia jest wykorzystywane do oceny pola rozproszenia i jego wpływu na działanie transformatora.
Znając napięcie IR, można określić prąd zwarcia w uzwojeniu. Prąd Ik1 będzie tyle razy większy od prądu znamionowego I1, ile razy napięcie pierwotne Ux jest większe od Uk. Na przykład, jeśli napięcie IR wynosi 5%, prąd / k. 100: 5 = 20 razy prąd znamionowy 1x.
Przy napięciu równym IR natężenie pola magnetycznego w układzie magnetycznym jest małe, więc prąd magnesujący i straty magnetyczne podczas zwarcia można uznać za znikająco małe w porównaniu do prądów nominalnych i strat, które powodują. Straty podczas zwarć rk odpowiadają stratom obciążenia transformatora w trybie nominalnym, dlatego całkowite straty transformatora są zdefiniowane jako suma strat i zwarć bez obciążenia: Rg = P0 + Pk-
Jak wspomniano wcześniej, prądy w uzwojeniach powodują nie tylko straty, ale również indukcyjne i aktywne spadki napięcia w rezystancji elektrycznej. Istnieje związek między napięciem zwarcia i spadkami napięcia:
, (Sn oznacza moc znamionową transformatora, kV-A, rk oznacza utratę zwarcia, kW).
Okazuje się, że napięcie zwarcia charakteryzuje inny ważny parametr - zmianę napięcia 13h uzwojenia wtórnego zasilającego odbiorniki. Zmiana napięcia pary uzwojeń transformatora nazywana jest arytmetyczną różnicą napięcia na zaciskach uzwojenia wtórnego podczas pracy na biegu jałowym, a obciążenie prądem znamionowym (napięcie uzwojenia pierwotnego musi być nominalne) i jest określone przez formułę
Biorąc pod uwagę ważną rolę zbłąkanego pola w transformatorze, napięcie zwarcia nie może być dowolne; czasami może być duży (na przykład w przypadku konsumenta z częstymi zwarciami) lub stosunkowo mały (na przykład w transformatorach z trybem cichym). Jednak transformatory nie mogą być wytwarzane dla każdego indywidualnego konsumenta, ponieważ jest on drogi i technicznie niepraktyczny. Ponadto, podczas pracy, transformatory często pracują w równoległych grupach lub są przenoszone do innych miejsc pracy z innymi transformatorami, a najważniejszym warunkiem określającym możliwość równoległego podłączenia transformatorów jest równość napięć zwarciowych Uk.
W transformatorach ogólnego przeznaczenia napięcie zwarciowe jest znormalizowane w zależności od klasy mocy i napięcia. Tak więc, dla transformatorów o mocy 25-630 kV-A o wysokim napięciu 6 lub 10 kV, napięcie zwarcia. wynosi 4,5-4,7%, przy VN 35 kV-6,5-6,8%, pojemność 6300 kV-A przy VN 35 kV-7,5%, wydajność 80 000 kV-A - 0,5% i tak dalej
Niektóre specjalne transformatory pracujące w trybach z częstymi zwarciami powinny mieć jednak jeszcze wyższe napięcia zwarciowe - do 12, a nawet 17%.
Przy wytwarzaniu transformatorów możliwe są tolerancje w wymiarach wskazanych na rysunkach montażowych. Na przykład tolerancje średnic i wysokości zwojów, odległość między uzwojeniami, bezpośrednio wpływające na napięcie zwarcia, są koniecznie zawarte. W przypadku tolerancji wymiarów bardzo trudno jest, a czasami nie jest możliwe, uzyskać dokładną wartość napięcia zwarcia podaną w normie, w związku z tym GOST określają graniczne odchylenia dla tych napięć; mogą różnić się od podanych w GOST o nie więcej niż ± 10%.
