2.3. Режим короткого замыкания трансформатора

В режиме короткого замыкания сопротивление вторичной цепи равно нулю ( = 0), напряжение на выводах вторичной обмотки равно нулю (U₂ = 0).

Основные уравнения напряжений и токов для режима короткого замыкания имеют вид

(2.9)

Полное сопротивление цепи трансформатора в этом режиме

(2.10)

При наличии стального сердечника и малом его насыщении

,

т.е. когда сопротивление вторичной цепи трансформатора пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением цепи намагничивания ( ) и ток в цепи намагничивания (I₀) можно считать исчезающее малым по срав-нению с токами I₁ и , сопротивление цепи короткого замыкания равно

(2.11)

Векторная диаграмма для режима короткого замыкания представлена на рис. 2.5.

В этом режиме при номинальном напряжении на первичной обмотке токи в обмотках многократно превышают номинальные, что ведёт к значи-тельному возрастанию в них потерь мощности, вызывающих нагрев актив-ных частей, а также возникновению значительных механических усилий между элементами обмоток.

На рис. 2.6 представлена схема испытания трёхфазного двухобмоточного трансформатора в режиме короткого замыкания.

Подводимая к трансформатору мощность полностью расходуется в нём на покрытие потерь короткого замыкания (р_к). По условиям термической стойкости допустимая длительность (t) режима короткого замыкания может быть определена 19 из выражения

(2.12)

где  кратность тока короткого замыкания по отношению к

номинальному току первичной обмотки.

В этом режиме значительно увеличиваются потоки рассеяния, способствуя тем самым ограничению токов в обмотках трансформатора. Параметром, характеризующим способность трансформатора ограничивать ток короткого замыкания, называют напряжение короткого замыкания (u_к), представляющее собой напряжение, которое при номинальной частоте необходимо подвести к зажимам одной из обмоток, при замкнутой накорот-ко другой обмотке, чтобы в них установились номинальные токи. Обычно его выражают в процентах номинального напряжения обмотки (u _к, %).

(2.13)

где U_к  напряжение короткого замыкания, В; _к – сопротивление корот-кого замыкания трансформатора, Ом.

Из выражения (2.13) видно, что напряжение короткого замыкания

трансформатора в относительных единицах численно равно сопротивле-нию короткого замыкания его и может быть представлено двумя составляющими: активной u_к.а и реактивной u_к.р .

(2.14)

Активная составляющая, зависящая от активного сопротивления трансформатора, определяется суммарными потерями (р_к) на нагрев в режиме короткого замыкания.

Реактивная составляющая зависит от реактивного сопротивления трансформатора, зависящего, в свою очередь, от геометрических размеров активной части трансформатора:

, (2.15)

где f – частота, Гц; S – мощность трансформатора, кВА;   геометрический параметр, определяемый по соотношению ширины намотки обмоток и расстоянию между ними; D – средняя величина диаметра канала между обмотками, см; H – высота обмотки, см; U_в  напряжение, приходящееся на один виток обмотки, В.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно больше

активного, то u_к в основном определяется его реактивной составляющей u_к.р.

При известной величине напряжения короткого замыкания (u_к) предельная величина тока короткого замыкания за трансформатором определяется следующим образом:

(2.16)

Отсюда следует, что чем больше u_к, тем меньше величина тока короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора. Однако с увеличением u_к увеличивается и потребляемая в нормальном режиме реактивная мощность, увеличиваются потери напряжения в трансформаторе и колебания нагрузки сопровождаются заметными колебаниями напряжения за трансформатором, что ухудшает его эксплуатационный режим