При опыте к.з. по обмоткам трансформатора (см. рис. 12.6,с) протекают номинальные токи и приложенное к первичной обмотке напряжение:

Uк ==Jhomzk = 7НОмЛ< ~\~ JIноы-Хк = Uа -f - Uxi Uа = /ном'* к; UX =

= сА (12.6)

где /ном - номинальный ток первичной обмотки; гк, / к, -Хк - соответственно полное, активное и реактивное сопротивления к.з.; jja, Сх - соответственно активная и реактивная составляющие напряжения к. з. U K=)fU2a-\-U\ .

На основании (12.6) может быть построена векторная диаграмма, которая примет вид треугольника напряжений (см. рис. 12.6,6).

Рис. 12.8. Схема опыта к. з. трансформатора

Такую векторную диаграмму называют треугольником короткого замыкания, а угол срк - углом короткого замыкания. Этот угол Фк=arctg (XKjrK) = arctg (Ux/Ua) зависит от соотношения активного и реактивного сопротивлений к. з.

При опыте к.з. трансформатора для понижения напряжения используют индукционный регулятор, трансформатор и др. В цепь первичной обмотки включают амперметр А, вольтметр V и ваттметр W (рис. 12.8). Для большей точности измерения первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения (ВН). Так как напряжение к. з. составляет всего несколько процентов от номинального, то для обмотки ВН оно будет представлять собой большую величину и может быть изменено с большей точностью, чем в случае, когда при опыте к. з. первичной обмоткой будет обмотка НН. Так же для большей точности измерения вторичная обмотка должна быть замкнута накоротко шиной с малым сопротивлением. Включение амперметров и других каких-либо приборов в цепь вторичной обмотки недопустимо, так как это снижает точность измерений.

Опыт к. з. позволяет определить напряжение UK, потери в обмотках трансформатора Ры и сопротивления к. з. трансформатора

Zk, t~k К Хк.

Напряжение UK определится показанием вольтметра при номинальном токе трансформатора, потери в обмотках Ры (потери в меди)- показанием ваттметра. При опыте к.з. полезная мощность трансформатора равна нулю, а потери в стали ничтожно малы, так как мал магнитный поток в сердечнике. Поэтому мощность, потребляемая трансформатором при опыте к. з., расходуется на нагревание проводов обмоток: Рк=Рм=1гиомГк, где /ном- номи-

нальный ток первичной обмотки. Сопротивления к.з.: активное гк=

=РкД2ном, полное zK-UK/IHOU, индуктивноеХк=Vzl - rl.

Если опыт к.з. производят при холодном (неработающем) трансформаторе, то параметры к.з. надо привести к рабочей температуре 75° С, при изменении которой меняются активное сопротивление и потери в обмотках. Таким образом, приведенные к температуре 75° активное сопротивление / к75==/-к(75+235)/(7+235), где Т - температура обмотки при опыте к.з.; мощность потерь в обмотках Рк75-Рк(75+235) /(Т-\-235); полное сопротивление

zK75=Vrfa5-\-Xi.

При температуре 75° С напряжение короткого замыкания ик75-

100%, его активная и реактивная составляющие:

jWV75, 100% =-ЛаВт)- /номАк 00

ииом 10Shom(kB.A) х и1ном

Прн испытаниях трехфазного трансформатора во всех выражениях должны быть подставлены фазные значения токов, напряжений и мощность для одной фазы.

Соотношение активных и реактивных сопротивлений и составляющих напряжения к.з. зависит от номинальной мощности трансформатора. У трансформаторов малой мощности (до нескольких кВ-А) активное сопротивление больше реактивного (гк>Хк) и активная составляющая напряжения к. з. больше реактивной составляющей (иа>их). Для трансформаторов больших мощностей (сотни и тысячи кВ-А) имеет место обратное соотношение: rv<iXK

И Ua<.Ux.

С увеличением номинальной мощности увеличиваются номинальные токи, а следовательно, и поперечные сечения проводов обмоток. Поэтому активное сопротивление, обратно пропорциональное сечению проводов, уменьшается так же, как и активная составляющая напряжения к. з. Реактивная составляющая напряжения к.з. увеличивается с увеличением мощности трансформатора. Это объясняется тем, что реактивное сопротивление обмоток трансформатора обусловлено потоками рассеяния, магнитные линии которых замыкаются по немагнитной среде и сцеплены с проводами той обмотки, токами которой они создаются. Чем больше номинальная мощность трансформатора, тем больше поперечное сеченне проводов обмоток и объем, занимаемый обмотками. Поэтому увеличиваются как потоки рассеяния, так и реактивная составляющая напряжения к. з. Реактивная составляющая напряжения к. з. зависит также от рабочих напряжений обмоток, повышается с увеличением напряжения. Так, например, для трансформатора с номинальной мощностью 180 кВ-А при напряжении первичной вторичной обмоток 35 и 3,15 кВ реактивная составляющая напряжения к. з. иж=3,8%, а при напряжении обмоток 35 и 10,5 кВ - йж=:6%. У трансформатора номинальной мощности 20000 кВ-А

при напряжении обмоток 38,5 и 11 кВ их=7,9%, а при напряжении обмоток 121 и 38,5 кВ иж=10,4%.

При повышении рабочих напряжений обмоток трансформатора увеличиваются изоляционные промежутки, потоки рассеяния и реактивные сопротивления обмоток.

§ 12.4. Процентное понижение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке

Изменение вторичного напряжения при нагрузке трансформатора характеризуется процентным понижением напряжения:

100%, (12.7)

где С/20 и U2 - напряжения вторичной обмотки при х. х. и при нагрузке соответственно; U2a и и2 - те же напряжения после приведения вторичной обмотки к виткам первичной; L - напряжение первичной обмотки.

Для упрощенной эквивалентной схемы (см. рис. 12.5, б) напряжение и ток первичной обмотки ГЛ =-€2+!+ +}1\ХК и /1 = -12, при номинальном о ке трансформатора

U1== -(У'2-\-иа+йх, (12.8)

где С7а = /номГк и £4= Мо1Дк - активная и реактивная составляющие напряжения к. з.

Для определения процентного понижения вторичного напряжения построим упрощенную векторную диаграмму трансформатора (рис. 12.9). Вектор номинального тока первичной обмотки трансформатора /1 = -/г' направлен в положительном направлении оси ординат, в^ сторону опережения на угол ф2 строим вектор -U2 (в данном случае считаем, что нагрузка индуктивного характера). Вектор напряжения первичной обмотки Ui определится геометрической суммой векторов: - U2, Ua=hrK и l7x=il\XK.

Построим векторную диаграмму так, чтобы вектор И\ имел 100 линейных единиц, тогда Au=Ui-U2, т. е. изменение вторичного напряжения в % определяется числом линейных единиц разности модулей векторов U± и -U{-

Практически угол между векторами Ui и -U2 крайне мал т. е. ф!-ф2 0, следовательно, разность модулей векторов Ui и -Uz можем принять равной модулю геометрической разности

Рис. 12.9. Упрощенная векторная диаграмма трансформатора при нагрузке

этих векторов: U\-

Iff.-(-# )!