1 - primær vikling; 2 - sekundær vikling; 3 - felles akse til viklingene og kjernen til transformatoren; 4 - magnetisk krets; 5 - hovedspredningskanal
Figur 2 - Lekkasjeflukser og konsentrisk arrangement av transformatorviklinger Det er veldig vanskelig å måle spredningens størrelse direkte: stiene langs hvilke disse strømmene kan lukkes er for forskjellige. Derfor, i praksis, blir dissipasjon evaluert ut fra effekten det har på spenningen og strømmene i viklingene. Åpenbart øker lekkasjestrømmene med økende strøm som flyter i viklingene. Det er også åpenbart at under normal drift av transformatoren er lekkasjefluksen en relativt liten brøkdel av hovedfluksen Ф 0 . Faktisk er spredningsfluksen bare knyttet til en del av svingene, hovedstrømmen er knyttet til alle svingene. I tillegg tvinges spredningsfluksen for det meste av banen til å passere gjennom luft, hvis magnetiske permeabilitet tas som enhet, det vil si at den er hundrevis av ganger mindre enn den magnetiske permeabiliteten til stål, langs hvilken strømmen lukkes Ф 0 . Alt dette gjelder både for normal drift og for kortslutningsmodusen til transformatoren. Imidlertid, siden lekkasjefluksene bestemmes av strømmene i viklingene, og i kortslutningsmodus, øker strømmene hundrevis av ganger, fluksene F p øker med samme mengde; samtidig overskrider de fluksen Ф 0 betydelig. Lekkasjeflukser induserer i selvinduksjons-emk-viklingene E p1 og E p2 rettet mot strømmen. Motvirkning, for eksempel, emf E p2 kan betraktes som noe ekstra motstand i sekundærviklingskretsen når den er kortsluttet. Denne motstanden kalles reaktiv. For sekundærviklingen er ligningen E 2 \u003d U 2 + I 2 r 2 + (-E p 2) gyldig. I kortslutningsmodus konverteres U 2 \u003d 0 og ligningen som følger: E 2 \u003d I 2K r 2K + (-E p2K), eller E 2 \u003d I 2K r 2K + I 2K x 2K, hvor indeks "k" refererer til motstander og strømmer i kortslutningsmodus; I 2 K x 2 K - induktivt spenningsfall i kortslutningsmodus, lik verdien av E p 2 K ; x 2 K - reaktansen til sekundærviklingen. Erfaring viser at, avhengig av kraften til transformatoren, er motstanden x 2 5-10 ganger større enn r 2. Derfor er strømmen I 2 K i virkeligheten ikke 100, men bare 10-20 ganger større enn strømmen I 2 under normal drift av transformatoren (vi neglisjerer aktiv motstand på grunn av dens lille verdi). Følgelig vil tapene i viklingene i virkeligheten ikke øke med en faktor på 10 000, men bare med en faktor på 100-400; temperaturen på viklingene under kortslutningen (noen få sekunder) vil neppe nå 150-200 ° C og det vil ikke oppstå alvorlig skade på transformatoren i løpet av denne korte tiden. Så takket være spredningen er transformatoren i seg selv i stand til å beskytte seg mot kortslutningsstrømmer. Alle de betraktede fenomenene oppstår under en kortslutning ved terminalene (inngangene) til sekundærviklingen (se punktene a og b i figur 1). Dette er nødmodus for de fleste krafttransformatorer og, selvfølgelig, det skjer ikke hver dag eller hvert år. Under drift (15-20 år) kan en transformator kun ha noen få slike alvorlige kortslutninger. Den må imidlertid være utformet og produsert på en slik måte at de ikke ødelegger den og forårsaker en ulykke. Det er nødvendig å tydelig forestille seg fenomenene som oppstår i transformatoren under en kortslutning, for bevisst å sette sammen de mest kritiske komponentene i designen. I denne forbindelse spiller en av de viktigste egenskapene til transformatoren, kortslutningsspenningen, en svært viktig rolle.
Kortslutningserfaring med transformator
En kortslutningstest er en test av en transformator med kortslutning av sekundærviklingen og merkestrøm primærvikling. Opplegget for å utføre en kortslutningstest er vist i fig. 11.3. Eksperimentet utføres for å bestemme den nominelle verdien av strømmen til sekundærviklingen, krafttapene i ledningene og spenningsfallet over transformatorens indre motstand.
Ved kortslutning i sekundærviklingskretsen begrenses strømmen i den kun av den lille indre motstanden til denne viklingen. Derfor, selv ved relativt små verdier av EMF E2, kan strømmen I2 nå farlige verdier, forårsake overoppheting av viklingene, ødeleggelse av isolasjonen og svikt i transformatoren. Med tanke på dette starter eksperimentet ved null spenning ved inngangen til transformatoren, dvs. kl. Øk deretter spenningen til primærviklingen gradvis til en verdi der strømmen til primærviklingen når den nominelle verdien. I dette tilfellet tas strømmen til sekundærviklingen, målt av amperemeteret A2, lik den nominelle. Spenningen kalles kortslutningsspenningen.
Spenningsverdien til primærviklingen i kortslutningstesten er liten og utgjør 5 ¸ 10 % av den nominelle verdien. Derfor er den effektive verdien av EMF til sekundærviklingen E2 2 ¸ 5 %. I forhold til verdien av EMF avtar den magnetiske fluksen, og derav effekttapet i den magnetiske kretsen - Pc. Det følger av dette at avlesningene til wattmåleren i kortslutningstesten praktisk talt kun bestemmer tapene i ledningene Ppr, og 
(11.3)
Vi uttrykker strømmen I2K gjennom den reduserte strømmen
Vi tar hensyn til det og også det 
.
Deretter omskriver vi uttrykk (11.3) som
(11.4)
hvor RK er den aktive motstanden til transformatoren i kortslutningsmodus, og
(11.5)
Verdien av den aktive motstanden til transformatoren lar deg beregne dens induktive reaktans 
Ved nøyaktig beregning må det tas hensyn til at RK er avhengig av temperatur. Derfor bestemmes impedansen til transformatoren redusert til en temperatur på 750C, dvs.
.
Nå er det enkelt å bestemme spenningsfallet over den interne motstanden til transformatoren - ZK:
I praksis bruker de den gitte verdien til UK, som en prosentandel, og betegner den med en stjerne, dvs. 
(11.6)
Denne verdien er angitt på typeskiltet til transformatoren.
Kunnskap indre motstand transformator lar deg representere sin ekvivalente krets i form av fig. 11.4. Vektordiagrammet som tilsvarer dette skjemaet er vist i fig. 11.5.
Vektordiagrammet lar deg bestemme reduksjonen i spenning ved utgangen til transformatoren D U på grunn av spenningsfallet over den komplekse motstanden. Verdien av D U er definert som avstanden mellom den rette linjen som kommer ut fra punktene på begynnelsen og slutten av vektoren og parallelt med x-aksen. Det kan sees fra diagrammet at denne verdien er summen av bena til to rettvinklede trekanter, hvis hypotenuser er og , og de spisse vinklene er lik j2.
Derfor
I praksis brukes den relative verdien av DU, i prosent, angitt med en stjerne, dvs.
(11.7)
For transformatorer med høy effekt (SH> 1000 V×A) kan kortslutningserfaring brukes til å kontrollere transformasjonsforholdet. For slike transformatorer i kortslutningsmodus kan tomgangsstrømmen neglisjeres, tatt i betraktning
Derfor 
(11.8)
Det siste uttrykket er mer nøyaktig, jo større kraft transformatoren har. Det er imidlertid ikke akseptabelt for transformatorer med lav effekt.
Alle transformatorer fungerer i to hovedmoduser: under belastning og ved tomgang. Imidlertid er en annen driftsmåte kjent, hvor de mekaniske kreftene og lekkasjefluksen i viklingene øker kraftig. Denne modusen kalles transformatorkortslutning. Denne situasjonen oppstår når primærviklingen mottar strøm, når sekundæren lukker på inngangene. Under kortslutningen oppstår reaktans, mens strømmen til sekundærviklingen fortsetter å strømme fra primæren.
Deretter gis strømmen til forbrukeren, som er sekundærviklingen. Dermed oppstår prosessen med å kortslutte transformatoren.
Essensen av kortslutningen
I en lukket seksjon oppstår en motstand, hvis verdi er mye mindre enn belastningsmotstanden. Det er en kraftig økning i primær- og sekundærstrømmer, som umiddelbart kan brenne viklingene og ødelegge transformatoren fullstendig. Dette skjer imidlertid ikke og beskyttelsen klarer å koble den fra nettverket. Dette skyldes det faktum at økte dissipasjoner og felt av transformatoren reduserer virkningen av kortslutningsstrømmer betydelig, og gir også viklingsbeskyttelse mot elektrodynamiske og termiske belastninger. Derfor, selv om det er tap i viklingene, har de rett og slett ikke tid til å utøve sin negative innvirkning.
Kortslutningsvarsel
Under normal drift av transformatoren har verdien av elektrodynamiske krefter en minimumsverdi. I løpet av tiden er det en tidobling av strømninger og innsats, noe som skaper en alvorlig fare. Som et resultat kan viklinger deformeres, deres stabilitet går tapt, spoler bøyes, pakninger knuses under påvirkning av aksiale krefter.
For å redusere elektrodynamiske krefter presses viklingene inn aksialt under montering. Denne operasjonen utføres gjentatte ganger: først når viklingene er montert og de øvre bjelkene er installert, og deretter etter at den aktive delen har tørket. Den andre operasjonen er av spesiell betydning for å redusere innsatsen, siden pressing av dårlig kvalitet, under påvirkning av en lukking, kan resultere i skjæring eller ødeleggelse av spolen. En alvorlig fare er sammenfallet av selvresonansen til spolen med frekvensen som er tilstede i den elektrodynamiske kraften. Resonans kan forårsake krefter som er helt ufarlige når normal modus arbeid.
For å forbedre kvaliteten på transformatoren, under montering, må du umiddelbart eliminere mulig krymping av isolasjonen, justere alle høyder og sikre høykvalitets pressing. Med forbehold om nødvendige teknologiske prosesser, kan en kortslutning av transformatoren godt gjøre uten alvorlige konsekvenser.
Kortslutning av transformatoren i drift
Kortslutninger inn elektriske installasjoner vanligvis oppstår på grunn av feil i nettverkene (med mekanisk skade på isolasjonen, dens elektriske sammenbrudd som følge av overspenninger, etc.) eller på grunn av feil handlinger fra driftspersonellet.
For en transformator er en kortslutning veldig farlig, siden det genereres veldig store strømmer. Når terminalene til sekundærviklingen er kortsluttet, er belastningsmotstanden Zн praktisk talt lik null, og derfor er spenningen ved terminalene til sekundærviklingen U2 også lik null. Dermed vil spenningen U1 påført primærviklingen balanseres av spenningsfallet i impedansene til primær- og sekundærviklingene zK=Z1+Z2. Ekvivalentkretsen for en fase av transformatoren under en kortslutning er vist i fig. 11, a.
Likevektsligning e. d.s. primærviklingen til transformatoren i tilfelle kortslutning av sekundærviklingen vil bli skrevet i følgende form:
U1=Ikzk hvor Ik er kortslutningsstrømmen.
På fig. 11b viser et vektordiagram for en fase av en transformator under en kortslutning. Kortslutningsstrømvektor Ik er rettet vertikalt oppover. Parallelt med strømvektoren rettes vektoren til spenningsfallet i den aktive motstanden til kortslutningen IkRk. Dreie i forhold til strømvektoren med - i fremføringsretningen (mot klokken er spenningsfallvektoren med induktiv reaktans isolasjonstransformator
Den geometriske summen av vektorene IkRk vil bestemme vektoren til spenningen U1 påført primærviklingen, som skrus opp i forhold til kortslutningsstrømvektoren Ik i fremføringsretningen med kortslutningsvinkelen pk. Denne vinkelen avhenger
på forholdet mellom motstandene xk og rk. Jo større den induktive motstanden xk og jo mindre den aktive motstanden rk er, jo større blir vinkelen φ. Dermed er kortslutningsstrømmen til transformatoren Ik=U1/zk
Siden spenningsfallet i impedansen til transformatorviklingene ved merkestrøm er 5-7 % av merkespenningen, vil kortslutningsstrømmen være større enn merkestrømmen like mange ganger som merkespenningen er større enn spenningen fall i impedansen til viklingene ved merkestrøm.
Forholdet Ik/In=100/uk kalles kortslutningsstrømforholdet, der Uk er kortslutningsspenningen.
Derfor er kortslutningsstrømmen til transformatoren mange ganger større enn merkestrømmen Her mente vi steady-state verdien av kortslutningsstrømmen til transformatoren. En slik strøm, mange ganger større enn merkestrømmen, vil flyte i transformatorviklingene under hele kortslutningstiden, uansett hvor stor den måtte være. Imidlertid, i øyeblikket av en kortslutning, kan mangfoldet av kortslutningsstrømmen være enda større. Avhengig av den øyeblikkelige verdien av den påførte spenningen, avviker den øyeblikkelige kortslutningsstrømmen fra stabil tilstand med 2 ganger.
Hvis kortslutningen til sekundærviklingen til transformatoren skjedde i det øyeblikket den øyeblikkelige verdien av spenningen u er lik maksimalverdien Uim, vil den øyeblikkelige kortslutningsstrømmen
Ved kortslutning i øyeblikket når spenningen er null, vil den momentane kortslutningsstrømmen være 2 ganger den jevne strømmen.
Kortslutningsstrømmen øker temperaturen på viklingen kraftig, noe som truer isolasjonens integritet. Tap i ledningene til transformatorviklingene er proporsjonale med strømmen til den andre kraften. Derfor, i tilfellet når kortslutningsstrømmen viser seg å være for eksempel 20 ganger større enn merkestrømmen, vil tapene i ledningene til viklingene være 400 ganger større enn ved merkestrømmen (hvis vi ikke gjør det ta hensyn til økningen i viklingsmotstand fra oppvarming). Utgivelsen av høy effekt i ledningene til viklingene forårsaker en kraftig økning i temperaturen, som et resultat av at integriteten til isolasjonen kan brytes og transformatoren kan mislykkes.
Derfor er alle transformatorer utstyrt med tilstrekkelig rask beskyttelse, som slår av transformatoren i tilfelle kortslutning. Hvis tiden som transformatoren er i kortslutningsmodus er kort, vil viklingene ikke ha tid til å varme opp til en temperatur som er farlig for isolasjonen.
En kortslutning av en transformator er veldig farlig, da det kan føre til ødeleggelse. Hvis strømmen går i samme retning i to parallelle ledninger, tiltrekkes disse ledningene til hverandre, og hvis strømmene rettes i motsatt retning, frastøter ledningene hverandre.
En transformator har mange svinger parallelle med hverandre, som hver kan betraktes som en separat ledning. I svingene til en hvilken som helst vikling (primær eller sekundær) strømmer strømmer i samme retning, slik at alle svingene i en vikling tiltrekkes gjensidig. Magnetiseringskreftene til primær- og sekundærviklingene er i motsatt retning, så viklingene har en tendens til å frastøte hverandre.
De mekaniske kreftene som virker på viklingene avhenger av utformingen av viklingene, plasseringen av svingene og strømmene som flyter i viklingene. I konsentriske symmetriske viklinger er kreftene F som virker på viklingene rettet vinkelrett på spolenes akse; i skivevekslende viklinger er kreftene rettet parallelt med spolenes akse
Siden kreftene som virker på ledninger med strøm avhenger av produktet av strømmer, vil kreftene F som virker på transformatorviklingene under en kortslutning være mange ganger større enn kreftene som oppstår ved nominell belastning. Under påvirkning av svært store mekaniske krefter deformeres transformatorviklingene i en slik grad at isolasjonen kan brytes og deres elektriske styrke reduseres kraftig. Utformingen av viklingene må være utformet for en slik mekanisk styrke som vil motstå kreftene som oppstår i det første øyeblikket fra øyeblikkelige kortslutningsstrømmer.
Kortslutningsmodusen til en transformator er en slik modus når terminalene til sekundærviklingen er lukket av en strømleder med en motstand lik null (ZH = 0). En kortslutning av transformatoren under driftsforhold skaper en nødmodus, siden sekundærstrømmen, og derfor den primære, øker flere titalls ganger sammenlignet med den nominelle. Derfor er det i kretser med transformatorer gitt beskyttelse som ved kortslutning automatisk slår av transformatoren.
Under laboratorieforhold er det mulig å utføre en testkortslutning av transformatoren, der terminalene til sekundærviklingen er kortsluttet, og en slik spenning Uk påføres primærviklingen, ved hvilken strømmen i primærviklingen ikke overstiger den nominelle verdien (Ik er karakteristikken til transformatoren som er angitt i passet.
På denne måten (%):
hvor U1nom er nominell primærspenning.
Kortslutningsspenningen avhenger av høyere spenning viklingene til transformatoren. Så, for eksempel, ved den høyeste spenningen på 6-10 kV uK = 5,5 %, ved 35 kV uK = 6,5÷7,5 %, ved 110 kV uK = 10,5 %, osv. Som man kan se, med økning av den nominelle høyere spenningen øker kortslutningsspenningen til transformatoren.
Når spenningen Uk er 5-10 % av den nominelle primærspenningen, reduseres magnetiseringsstrømmen (ubelastet strøm) med 10-20 ganger eller enda mer betydelig. Derfor, i kortslutningsmodus, anses det som
Den magnetiske hovedfluksen Ф reduseres også med 10-20 ganger, og lekkasjefluksene til viklingene blir i samsvar med hovedfluksen.
Siden i tilfelle en kortslutning av sekundærviklingen til transformatoren, spenningen på dens terminaler U2 = 0, ligningen e. d.s. for henne tar formen
og spenningsligningen for transformatoren skrives som
Denne ligningen tilsvarer den ekvivalente kretsen til transformatoren vist i fig. en.
Vektordiagrammet til en transformator under en kortslutning tilsvarende ligningen og diagrammet på fig. 1 er vist i fig. 2. Kortslutningsspenning har aktive og reaktive komponenter. Vinkelen φk mellom vektorene til disse spenningene og strømmene avhenger av forholdet mellom de aktive og reaktive induktive komponentene til transformatormotstanden.
Ris. 1. Transformator ekvivalent krets ved kortslutning
Ris. 2. Vektordiagram av en transformator i kortslutning
For transformatorer med en merkeeffekt på 5-50 kVA XK/RK = 1 ÷ 2; med en merkeeffekt på 6300 kVA eller mer XK/RK = 10 eller mer. Derfor antas det at for høyeffekttransformatorer UK = Ukr, og impedansen ZK = Hk.
kortslutningsopplevelse.
Dette eksperimentet, som en åpen kretstest, utføres for å bestemme parametrene til transformatoren. En krets er satt sammen (fig. 3), der sekundærviklingen er kortsluttet av en metallhopper eller leder med motstand nær null. En spenning Uk påføres primærviklingen, ved hvilken strømmen i den er lik Nominell verdi I1nom.
Ris. 3. Transformator kortslutning erfaring diagram
I følge måledataene, følgende parametere transformator.
Kortslutningsspenning
hvor UK er spenningen målt av voltmeteret ved I1, = I1nom. I kortslutningsmodus er Storbritannia veldig lite, så tomgangstap er hundrevis av ganger mindre enn ved nominell spenning. Dermed kan vi anta at Рpo = 0 og effekten målt av wattmeteret er effekttapet Рpc på grunn av den aktive motstanden til transformatorviklingene.
Ved gjeldende I1, = I1nom get nominelle effekttap for viklingsoppvarming Rpk.nom, som kalles elektriske tap eller kortslutningstap.
Fra spenningsligningen for transformatoren, samt fra den ekvivalente kretsen (se fig. 1), får vi
hvor ZK er impedansen til transformatoren.
Vi anbefaler deg å lese
Psykologiske kjennetegn ved barn i ungdomsårene
Overføring av et barn til en annen skole - prosedyren og nødvendige dokumenter Om et barn skal overføres til en annen skole
Chlamydia urogenital - beskrivelse, årsaker, symptomer (tegn), diagnose, behandling Behandling av urogenital klamydia
Fordelene og betydningen av hydroaminosyre treonin for menneskekroppen L treonin hva
