Опыт холостого хода и короткого замыкания

В СССР стандартными группами являются следующие:

В стандартных схемах обмотки высшего напряжения соедине­ны звездой, так как при такой схеме фазное напряжение в  раз меньше линейного, благодаря чему упрощается изоляция обмоток. Обмотки низшего напряжения чаще соединяются треугольником, гак как при таком соединении трансформатор менее чувствителен к несимметрии нагрузки фаз.

Обмотки низшего напряжения соединяются также по схеме звезда с нулем, так как при такой схеме можно в четырехпроводной сети получить два различных напряжения — линейное и фаз­ное (например, 327 и 220 в, 220 и 380 в и т. д.).

§ 84. ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Для испытания трансформатора служит опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.

При опыте холостого хода трансформатора (рис. 103) его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет  (/2—0).

Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника электрической энергии переменного тока, то в этой об­мотке будет протекать ток холостого хода I0, который представляет собой малую ве­личину по сравнению с номинальным то­ком трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5— 10% номинального тока. В трансформато­рах малых мощностей этот ток достигает значения 25—30% номинального тока. Ток  холостого  хода I0 создает  магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощ­ность из сети. Что же касается активной мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе, то она расходуется на покры­тие потерь мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми токами.

Так  как реактивная мощность при холостом ходе трансформа­тора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности cos φ его весьма мал и обычно равен 0,2-0,3.

По данным опыта холостого хода трансформатора определяется сила то­ка холостого хода I0, потери в стали сердечника Рст и коэффициент транс­формации К.

Силу тока холостого хода I0 изме­ряет амперметр, включенный в цепь первичной  обмотки  трансформатора.

При испытании трехфазного транс­форматора определяется фазный ток холостого хода.

О потерях в стали сердечника Pст судят по показаниям ваттметра, включенного в цепь первичной обмотки трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора равен отноше­нию показаний вольтметров, включенных в цепь первичной и вто­ричной обмоток.

При коротком замыкании вторичной обмотки сопротивление трансформатора очень мало и ток короткого замыкания во много раз больше номинального. Такой большой ток вызывает сильный нагрев обмоток трансформатора и приводит к выходу его из строя. Поэтому трансформаторы снабжаются защитой, отключающей его при коротких замыканиях.

При опыте короткого замыкания (рис. 104) вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажи­мах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка включает­ся в сеть с таким пониженным напряжением, при котором токи в обмотках равны номинальным. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания и обычно равно 5,5% от номинального значения.

По данным опыта короткого замыкания определяется напряже­ние короткого замыкания uк %, его активная uа % и реактивная ux % составляющие, потери на нагревание обмоток трансформато­ра Pобм при номинальной нагрузке и активное, реактивное и пол­ное сопротивления трансформатора при коротком замыкании rk, xk  и zk.

Потери в обмотках указываются ваттметром. Активное, реактивное и полное сопротивления короткого замы­кания трансформатора определяются следующими выражениями:

где Uk, I и Pk — напряжение, сила тока, мощность, указываемые измерительными приборами, включенными в цепь первичной об­мотки трансформатора.

При испытании трехфазного трансформатора следует в приве­денных выше выражениях подставить фазные значения напряже­ния, тока и мощности.

Напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие равны:

где  Uн и Iн — номинальные напряжения и сила тока вторичной (первичной) обмотки трансформатора.

§ 85. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ СВОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ДАННЫМ ОПЫТОВ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Свойства трансформатора при работе его под нагрузкой могут быть определены непосредственным его испытанием. Если вклю­чить трансформатор на какую-либо нагрузку и изменить ее, то по показаниям приборов можно определить, каким образом будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. п. д. трансформатора. Однако при испытании трансформатора под на­грузкой происходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо очень гро­моздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и кон­денсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансфор­матора дает очень неточные результаты.

Все рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется сравнительно малая затрата энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, кроме того, такое определение рабочих свойств дает высокую точность.

При опыте холостого хода измеряют напряжение первичной и вторичной обмотки 171 и U2, ток холостого хода /0 и потребляемую при холостом ходе мощность Р0, которая расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода, т. е. Рст=Ро.

При опыте короткого замыкания измеряют напряжение корот­кого замыкания UK, силу тока первичной обмотки, равную номи­нальной Iн, и мощность Рк, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемую на покрытие потерь в обмотках при номинальной нагрузке, т. е. Робм=РК.

По данным опыта короткого замыкания определяются сопро­тивление (полное, активное и реактивное) трансформатора при коротком замыкании zK, rK и хК, а также напряжение короткого замыкания uк и активная uа и реактивная uх составляющие напря­жения короткого замыкания.

При испытании трехфазного трансформатора все величины  определяются для одной фазы.

По данным опытов холостого хода и короткого замыкания  можно найти напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. трансформатора при любой нагрузке.

Процентное понижение вторичного напряжения при любой грузке равно:

где

I— сила тока при выбранной нагрузке.

Напряжение вторичной обмотки при нагрузке

где U20 — напряжение при холостом ходе.

Таким образом, напряжение вторичной обмотки зависит не толь­ко от величины, но и от характера нагрузки.

При индуктивном характере нагрузки напряжение понижается с ростом нагрузки в большей степени, чем при чисто активной. При емкостном характере нагрузки происходит повышение напря­жения с ростом нагрузки.

Пример. Напряжение вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе U20=400 в. Определить вторичное напряжение при номинальной нагрузке Iн и cos φ2=1 (чисто активная нагрузка), cos φ 2=0,8 (для активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузки), если напряжение короткого замыкания и его ак­тивная составляющая равны:

Р е ш е н и е.  Реактивная  составляющая  напряжения  короткого  замыкания трансформатора