ЛЕКЦІЯ 16

2.2.4 ДОСЛІДНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Розглянута у попередній лекції Т-подібна схема заміщення дозволяє з достатньою точністю дослідити властивості трансформатора в будь-якому режимі роботи. Використання цієї схеми при визначенні характеристик має найбільше практичне значення для трансформаторів потужністю 50 кВ _* А і більше, так як дослідження трансформаторів такої потужності безпосереднім навантаженням пов’язане зі значними витратами електричної енергії та необхідністю мати громіздкі і дорогі навантажувальні пристрої.

Визначення ж параметрів схеми заміщення Z₁ = R₁ + j X₁; Z_m = R_m + j X_m та Z₂' = R₂' + j X₂' можливе розрахунковим шляхом при проектуванні трансформатора або дослідним – проведенням двох дослідів НХ та КЗ. Перевага віддається саме дослідному визначенню параметрів, як простішому і такому, що дає більш точні результати, і тим більше, що проведення дослідів НХ та КЗ дозволяють, крім цього, визначити остаточно деякі каталожні дані побудованого трансформатора.

Дослід неробочого ходу. Такий дослід поводиться, при розімкненій вторинній обмотці (найчастіше обмотці ВН), за схемами (рис. 2.10), в яких вимірюються струми та потужність, що споживаються з мережі, а також напруги первинної та вторинної обмоток.

Регулятором напруги РНО (РНТ) змінюється первинна напруга від нуля до 1,25 U_ном, при цьому знімаються показання вимірювальних приладів (5 – 6) точок, обов’язково точки U₁ = U_1ном. Це дає можливість побудувати характеристики НХ (рис.2.11):

i_o; P_o; cos j_o = f (U₁), (2.38)

де i_o= (I_o/I_1ном)_* 100 – струм НХ, відсотки; I_o, P_o – показання амперметра та ватметра при проведенні дослідів за схемою (рис.2.10, а) та I_o= (I_oА+I_oВ +I_oС)/3 і Р_о = Р_о1 ± Р_о2 за схемою (рис.2.10, б), а I_oА, I_oВ, I_oС – показання амперметрів у відповідних фазах; Р_о1 та Р_о2 – показання першого та другого ватметрів (pW₁ i pW₂). Коефіцієнти потужності для однофазного

cos j_o = P_o /(U_{1 *} I_o) (2.39)

і для трифазного трансформатора

cos j_o = P_o /(3 U_{1ф *} I_oф), (2.40)

де U_1ф та I_oф – фазні значення напруги та струму.

Дані, зняті в точці U₁ = U_1ном, а саме, і_0ном та Р_0ном заносяться до каталогу трансформатора.

Намагнічувальний струм і₀ лежить у межах (0,8 – 5) % від І_1ном. Таке мале значення струму НХ (менші значення відносяться до більш потужних, а більші – до менш потужних трансформаторів) пояснюється якістю електротехнічної сталі, із якої виготовляються магнітні системи трансформаторів, та відсутністю в них повітряних зазорів завдяки впровадженню сучасних технологій складання.

Потужність, що споживається з мережі, є потужністю втрат НХ, так як ніякої корисної роботи при НХ трансформатор не виконує. Враховуючи, що у вторинній обмотці струм відсутній, а в первинній він досить малий, електричними втратами при НХ можна знехтувати, отже втрати НХ – це магнітні втрати або втрати в залізі на вихрові струми та перемагнічування (гістерезис). Максимальний магнітний потік Ф_макс трансформатора при зміні навантаження лишається незмінним, із (2.12), нехтуючи падінням напруги в первинній обмотці, можна вважати, що U₁ » E₁:

Ф_макс» U₁ /4,44 f _* W₁, (2.41)

тому втрати НХ називаються ще постійними втратами.

Система рівнянь (2.25; 2.36; 2.27) для режиму НХ, враховуючи відсутність струму вторинної обмотки І₂ ',може бути записаною таким чином:

U₁ = - E₁ + I_{1 *} R₁+ j I_{1 *} X₁;.

U₂ ' = E₂ '; (2.42)

I₁ = I₀. (2.43)

У відповідності до цієї системи рівнянь, розгорнута схема заміщення при НХ буде мати вигляд (рис. 2.12, а). За згорнутою схемою (рис. 2.12, б) розраховуються параметри намагнічувальної вітки схеми заміщення трансформатора (рис. 2.8, б):

Z₀ = = U₁ / I₀; (2.44)

R₀ = Z_{0 *}cos j₀; (2.45)

X₀ = , (2.46)

де R₀ = R₁ +R_m; X₀ = X₁ +X_m; Z_o – активний, індуктивний та повний опори НХ трансформатора.

Якщо врахувати, що R₁ << R_m,а Х₁ << Х_m, то можна вважати, що R_m » R₀, a X_m» X₀.

Дослід короткого замикання. Розрізняються два види КЗ:

- аварійне, коли до первинної обмотки підведена номінальна напруга, і струми КЗ можуть у (10 – 25) раз перевищувати номінальне значення, що небезпечно для трансформатора;

- дослідне КЗ, коли до первинної обмотки підводиться знижена напруга.

В обох випадках КЗ вторинна обмотка трансформатора замкнена.

Дослідне КЗ проводиться за схемами (рис. 2.13), аналогійними схемам досліду НХ (рис. 2.10), при замкнених коротко (найчастіше) обмотках НН. Трансформатори від регуляторів напруги (РНО чи РНТ) живляться з боку (найчастіше) обмотки ВН, щоб струм регуляторів був меншим.

Як і в досліді НХ, в досліді КЗ, знімаються показання вимірювальних приладів кількох точок, регулюючи підведену напругу так, щоб струм в обмотках змінювався від 0 до 1,25 I_1ном. Обов’язково записуються показання приладів в точці I_1к = I_1ном, при цьому значення напруги КЗ u_к та втрат КЗ Р_к, заносяться до каталогу трансформатора. Результатами досліду є характеристики КЗ (рис. 2.14):

I_1к, P_к, cos j_к = f (U_к), (2.47)

де I_1к, P_к, U_к – значення струму, потужності та напруги, що визначаються за показаннями приладів схем (рис. 2.13), а коефіцієнт потужності cos j_к обчислюються, як

cos j_к = P_к /(U_{к *} I_1к) (2.48)

– для однофазного трансформатора та

cos j_k = P_к /(3 U_{к *} I_1к)(2.49)

– для трифазного трансформатора, де U_k = (U_кА + U_кВ + U_кС)/3, I_1к = (I_кА + I_кВ + I_кС)/3 – середнє арифметичне значення напруги та струмів фаз, а Р_к = Р_к1 ± Р_к2 – загальна потужність, яка споживається з мережі в досліді.

Напруга, що підводиться до трансформатора при дослідному КЗ, називається напругою КЗ – це така знижена напруга, яка підводиться до первинної обмотки трансформатора, при замкненій коротко вторинній, щоб струми в обох обмотках були номінальними. У каталог трансформатора записується величина напруги КЗ у відсотках:

и_к = (U_к / U_1ном)_* 100. (2.50)

В сучасних трансформаторів u_к»(4 – 15) %, менші значення відносяться до менш потужних, а більші – до більш потужних трансформаторів.

Як і в досліді НХ, в досліді КЗ, трансформатор не виконує ніякої корисної роботи, тому підведена потужність Р_к, називається потужністю втрат КЗ і заноситься до каталогу трансформатора. Так як підведена в досліді напруга знижена, а магнітний потік, згідно з (2.41), пропорційний напрузі, то магнітними втратами в досліді КЗ можна знехтувати і вважати втрати КЗ лише електричними, або втратами в обмотках. На відміну від втрат НХ, ці втрати є змінними, тому що при зміні навантаження змінюється струм в обмотках, а отже і пов’язані з ним втрати.

Як і магнітними втратами, можна знехтувати намагнічувальним струмом І_о, тому система рівнянь трансформатора при дослідному КЗ буде мати вигляд:

U₁ = U_к; (2.51)

U₂ ' = 0; (2.52)

I_1к = (– I_2к '), (2.53)

a у схемі заміщення буде відсутня намагнічувальна вітка (рис. 2.15).

Параметри КЗ визначаються за згорнутою схемою заміщення (рис. 2.15, б):

Z_к = = U_к / I_1к; (2.54)

R_к = Z_{к *}cos j_к; (2.55)

X_к = , (2.56)

де R_к = R₁ + R₂'; X_к = X₁ + X₂'; Z_к – активний, індуктивний та повний опори КЗ трансформатора, Ом.

Як витікає з (2.54), напруга КЗ пропорційна повному опору Z_к, за певних умов (при I_1к = 1, а це буде мати місце якщо виражати напругу та опори у відносних одиницях), вони стають рівними. Таким чином напруга КЗ може розглядатися як повний опір трансформатора у відносних одиницях.

Враховуючи, що у зведеного трансформатора R₁ » R₂ ¢, а X₁ » X₂', ці величини легко визначаються з даних досліду КЗ:

R₁ » R₂' = R_к /2; X₁ » X₂' = X_к /2. (2.57)

Враховуючи, що дослід проводиться за температури навколишнього середовища θ ⁰С, значення опорів R_к, Z_к, втрат Р_к, коефіцієнта потужності cos j_к, а також напруги КЗ U_к необхідно привести до робочої температури обмоток, наприклад + 75 ⁰С.

R_к75 = R_{к *}[1 +α _*(75 – θ )], (2.58)

де α = 0,004 – температурний коефіцієнт для міді та алюмінію, 1 / ⁰С.

Z_к75 = ; (2.59)

сos j _к75 = R _к75 / Z_к75; (2.60)

u_к75 = (I_{1к *} Z_к75 / U_1ном)_* 100; (2.61)

P_к75 = I_1к ² _* R _к75;[ P_к75 = 3 I_1к ² _* R _к75 ]. (2.62)

Рівняння напруги трансформатора, відповідно до схеми заміщення (рис. 2.15, а) має вигляд:

U_k = I_{1к *}(R₁+R₂') + j I_{1к *}(X₁+X₂'), (2.63)

або за згорнутою схемою (рис. 2.15, б):

U_к = I_{1к *} R_к + j I_{1к *} X_к = I_{1к *} Z_к. (2.64)

Користуючись рівняннями струмів (2.53) та рівняннями напруг (2.63), для досліду КЗ будується векторно-потенціальна діаграма трансформатора (рис. 2.16) при КЗ. Побудову діаграми, як правило, починають з вектора струму I_1к = (– I_2к '), який відкладається довільно.

За напрямом струмів відкладається вектор падіння напруги на активному опорі первинної обмотки I_{1к *} R₁ і перпендикулярно йому вектор реактивного падіння напруги j I_{1к *} X₁. До кінця вектора I_{1к *} Z₁ = I_{1к *} R₁+ j I_{1к *} X₁ добудовуються, аналогійні, вектори падіння напруги на зведеній вторинній обмотці – I_2к ' _* Z₂' = – I_2к ' _* R₂' – j I_2к ' _* Х₂', отримуючи точку А. Заключний вектор 0А і є вектором напруги КЗ U_к = I_{1к *} Z_к, а трикутник 0АВ називається трикутником короткого замикання. Сторони цього трикутника:

0В = I_{1к *} R₁– I_2к ' _* R₂' = I_{1к *} R_к = U_k.a;

АВ = j I_{1к *} X₁ – j I_2к ' _* Х₂' = j I_{1к *} X_k = U_k.p;

0А = I_{1к *} Z_k = U_k

тут

U_k = , (2.65)

де U_ка, U_кр – відповідно активна та реактивна складові частини напруги КЗ, В.

ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:

– проведення дослідів НХ та КЗ дозволяє визначити параметри схеми заміщення та внести у паспорт трансформатора значення втрат НХ і КЗ в іменованих одиницях, струму НХ і напруги КЗ у відсотках;

– найчастіше дослід НХ проводиться з боку НН, а КЗ із – ВН;

– втрати НХ – це втрати магнітні (в сталі), що не змінюються при зміні навантаження, а КЗ – електричні (в обмотках), змінні, пропорційні квадрату струму навантаження;

– струм НХ незначна величина (0,8 – 10)% від номінальної величини струму, що пояснюється високою якістю сталі магнітної системи та відсутністю в ній повітряних проміжків;

– напруга КЗ – це знижена напруга, що, будучи підведена до первинної обмотки при замкненій вторинній, викликає номінальні струми в обох обмотках;

Дата добавления: 2015-07-14