Расчет тока короткого замыкания трансформатора.

Общие сведения о трансформаторах

На практике установка трехфазных трансформаторов практикуется на всех объектах энергосистемы. Их потери по сравнению с однофазными устройствами снижаются на 12-15%, а затраты на 20-25% ниже, чем у трех преобразователей при той же суммарной мощности.

Каждый трансформатор имеет свою максимальную единичную мощность, которая полностью зависит от габаритов, веса и условий доставки оборудования к месту установки. Так мощность трехфазных блоков на 220 кВ составляет около 1000 МВА, на 330 кВ этот показатель возрастает до 1250 МВА и т.д.

Применение однофазных трансформаторов встречается гораздо реже. Их устанавливают, когда невозможно выбрать или изготовить трехфазный прибор с запланированной мощностью. Многие трехфазные инверторы сложно доставить к месту установки из-за их больших габаритов и веса. Поэтому однофазные агрегаты группируются по требуемой суммарной мощности. Блоки на 500 кВ – 3х533 МВА, на 750 кВ – 3х417 МВА, на 1150 кВ – 3х667 МВА.

По количеству обмоток, рассчитанных на разные потенциалы, преобразователи могут быть двух- или трехобмоточные. В свою очередь, обмотки с одинаковым напряжением разделяют на параллельные ветви в количестве двух и более. Они отделены друг от друга перегородками и разделены изоляцией с заземляющими элементами. Такие обмотки называются разрезными, а в зависимости от напряжения, которое является высшим, средним или низшим, обозначаются как ВН, СН и НН.

Примеры расчета

Для более четкого понимания методики расчета удобно рассмотреть порядок расчета на конкретном примере. В работе задействован энергоблок номинальной мощностью 400 кВА и номинальным напряжением 10 кВ. Задача усложняется необходимостью расчета постоянных и переменных потерь трансформатора по активной и реактивной энергии.

Таблица 1. Исходные данные

Индекс	Выражение	Важность
Номинальная мощность, кВА	Сном	400
Номинальное напряжение, исходя из параметров сети 10/0,4, кВ	Уном	10
Передаваемая активная мощность, кВтч	Ух ты	53954
Реактивная мощность, кВтч	Г-н	39062
Потери при коротком замыкании, кВт	РКЗ	5,9
Затраты в режиме холостого хода, кВт	МАК	0,95
Время работы под нагрузкой, ч	ХОТЯ	696
Максимальное время загрузки, ч	ТМ	333
Время наибольших потерь, ч	т	200
Фактор силы	потому что фи	0,81

Устройство проработало 696 часов в рабочем режиме, причем часть времени работало на трансформаторе с максимальной нагрузкой, а часть времени преобразовывало ток с наибольшими потерями. Для расчета этих значений необходимо учитывать следующее правило.

Следовательно, время использования максимальной нагрузки ТМ составляет 333 часа, а время наибольших потерь t составит 200 часов.

Коэффициент мощности находится по формуле:

Постоянные потери энергии зависят от стоимости холостого хода и составляют

∆W0,а = ∆P * TOC = 0,95 * 696 = 661,2 кВтч

∆W0,r = ∆Q x TOCH = 8,346 x 696 = 5808,816 кВАр·ч, где

Для расчета переменных потерь активной энергии в расчетном периоде используется следующая формула:

∆Ws,а = РКЗ * t * ((W2а + W2р) / (Т2М * S2ном)) = 5,9 * 200 * ((539542 + 390622) / (3332 * 4002)) = 295,057 кВтч;

энергия струи:

∆Ws,r = ΔQsc * t * ((W2а + W2r) / (Т2М * S2ном)) = 17,005 * 200 * ((539542 + 390622) / (3332 * 4002)) = 850,502 кВтч, где

Суммарные потери электроэнергии за расчетный период составляют:

∆Wa = ∆W,а + ∆Ws,а = 661,2 + 295,087 = 956 кВтч,

∆Wr = ∆W0,r + ∆Ws,r = 5808,816 + 850,502 = 6659 кварч.

Пример результата: 956 и 6659.

Типы трансформаторов и их параметры

Максимальная единичная мощность трансформаторов ограничивается массой, габаритами и условиями транспортировки.

Трансформаторы трехфазные на напряжение 220 кВ выпускаются мощностью до 1000 МВА, на 330 кВ — 1250 МВА, на 500 кВ — 1000 МВА.

Однофазные трансформаторы применяют, если невозможно изготовить трехфазные трансформаторы требуемой мощности или затруднена транспортировка. Наибольшая мощность группы однофазных трансформаторов напряжением 500 кВ составляет 3×533 МВА, напряжением 750 кВ — 3×417 МВА, напряжением 1150 кВ — 3×667 МВА.

По количеству обмоток с различным напряжением для каждой фазы трансформаторы делятся на двух- и трехобмоточные. Кроме того, обмотки с одинаковым напряжением, обычно наименьшим, могут состоять из двух и более параллельных ветвей, изолированных друг от друга и от заземленных частей. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой. Обмотки более высокого, среднего и более низкого напряжения обычно обозначаются аббревиатурой HV, SN, LV соответственно.

Трансформаторы с разделенными обмотками НН позволяют подключить несколько генераторов к одному повышающему трансформатору. Такие укрупненные силовые агрегаты позволяют упростить конструкцию распределительного устройства (РУ) 330–500 кВ. Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН широко применяются в цепях электроснабжения собственных нужд крупных тепловых электростанций мощностью 200-1200 МВт, а также на понижающих станциях для ограничения токов короткого замыкания.

К основным параметрам трансформатора относятся: номинальная мощность, напряжение, ток; напряжение короткого замыкания: ток холостого хода; потери холостого хода и короткие замыкания.

Номинальная мощность трансформатора – это указанное в заводском паспорте значение полной мощности, до которой может быть непрерывно нагружен трансформатор при номинальных условиях места установки и хладагента при номинальных частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, устанавливаемых на открытом воздухе и с естественным охлаждением масла без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно изменяющуюся температуру наружного воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С).), а для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температуру воды на входе в охладитель принимают не более 25 °С (ГОСТ 11677-85).

Номинальная мощность для двухобмоточного трансформатора – это мощность каждой из обмоток.

Трехобмоточные трансформаторы могут быть выполнены с обмотками одинаковой или разной мощности. В последнем случае за номинальную принимается наибольшая из номинальных мощностей отдельных обмоток трансформатора.

За номинальную мощность автотрансформатора принимают номинальную мощность каждой из сторон, между которыми имеется автотрансформаторная связь («проточная мощность»).

Трансформаторы устанавливаются не только на открытом воздухе, но и в закрытых неотапливаемых помещениях с естественной вентиляцией. В этом случае трансформаторы могут быть постоянно нагружены номинальной мощностью, но срок службы трансформатора несколько снижается из-за худших условий охлаждения.

Номинальные напряжения обмоток – это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора.

Для трехфазного трансформатора это его линейное (междуфазное) напряжение. Для однофазного трансформатора, предназначенного для включения в трехфазную группу, соединенную звездой, это

.

Когда трансформатор работает под нагрузкой и к зажимам первичной обмотки приложено номинальное напряжение, напряжение на вторичной обмотке меньше номинального напряжения на величину потерь напряжения в трансформаторе. Коэффициент трансформации трансформатора n определяется соотношением номинальных напряжений обмоток высшего и низшего напряжения

.

 

В трехобмоточных трансформаторах определяют коэффициент трансформации каждой пары обмоток: ВН и НН; ВВ и СН; СН и НН.

Номинальными токами трансформатора являются значения токов в обмотках, указанные в заводском паспорте, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Номинальный ток обмотки любого трансформатора определяется его номинальной мощностью и номинальным напряжением.

Напряжение короткого замыкания uk — это напряжение, при подаче на одну из обмоток трансформатора при короткозамкнутой другой обмотке через нее протекает ток, равный номинальному току.

Напряжение короткого замыкания определяется падением напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение короткого замыкания определяют для любой пары обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Так, в каталогах приведены три значения напряжения короткого замыкания: ук ВН-ЛВ, ук ВН-СН, ук СН-ЛВ.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно превышает активное сопротивление (у малых трансформаторов в 2—3 раза, а у крупных — в 15—20 раз), УК в основном зависит от реактивного сопротивления, т е взаимного расположения обмоток, ширина канала между ними, высота обмоток.

Величина uk регламентируется ГОСТ в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем больше напряжение и мощность трансформатора, тем больше напряжение короткого замыкания. Так у трансформатора мощностью 630 кВА с высшим напряжением 10 кВ uk = 5,5 %, с высшим напряжением 35 кВ — uk = 6,5 %; трансформатор мощностью 80 000 кВА с высшим напряжением 35 кВ имеет uk = 9 %, а с высшим напряжением 110 кВ — uk = 10,5%.

Увеличивая значение uk, можно уменьшить токи короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно возрастает потребление реактивного тока и возрастает стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 МВА выполнить с uk = 20 % вместо 10 %, то расчетная стоимость его увеличится на 15,7 %, а потребляемая реактивная мощность удвоится (с 2,5 до 5,0 Мвар).

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь два исполнения по величине uk в зависимости от взаимного расположения обмоток.

Если обмотка НН расположена в сердечнике магнитопровода, обмотка ВН снаружи, а обмотка СН между ними, то наибольшее значение имеет uk ВН-НН, а наименьшее значение uk ВН-СН. При этом потери напряжения относительно зажимов СН снизятся, а ток короткого замыкания в сети НН будет ограничен за счет повышенного значения uk ВН-НН

Если обмотка СН расположена в сердечнике магнитопровода, обмотка ВН снаружи, а обмотка НН между ними, то наибольшее значение имеет uk ВН-СН, а наименьшее значение uk ВН-НН.

Значение uk SN-NN останется одинаковым в обеих версиях.

Ток холостого хода Ix характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода, магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах от номинального тока трансформатора. В современных трансформаторах из холоднокатаной стали токи холостого хода невелики.

Потери холостого хода Px и потери при коротком замыкании Pk определяют КПД трансформатора.

Потери холостого хода состоят из потерь стали из-за перемагничивания и вихревых токов. Для их снижения применяют электротехническую сталь с низким содержанием углерода и специальными добавками, холоднокатаную сталь толщиной 0,3 мм марок 3405, 3406 и др с жаростойким изоляционным покрытием. В справочниках и каталогах приведены значения Рх для уровней А и В. Уровень А относится к трансформаторам из электротехнической стали с удельными потерями не более 0,9 Вт/кг, уровень В — с удельными потерями не более 1,1 Вт/кг. (при B = 1,5 Тл, f = 50 Гц).

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и дополнительных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Дополнительные потери вызываются блуждающими магнитными полями, создающими вихревые токи в крайних витках обмоток и конструкций трансформатора (стенки бака, балки ярма и др.). Для их уменьшения обмотки выполнены многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранированы магнитными шунтами.

В современных конструкциях трансформаторов потери значительно снижены. Например, в трансформаторе мощностью 250 000 кВА при U = 110 кВ
(Px = 200 кВт, Pk = 790 кВт), работая в течение года (Tmax = 6300 ч), потери электроэнергии составят 0,43 % от прошедшей через трансформатор электроэнергии. Чем меньше мощность трансформатора, тем больше относительные потери в нем.

В сетях энергосистем установлено большое количество трансформаторов малой и средней мощности, поэтому суммарные потери электроэнергии во всех трансформаторах страны значительны, и очень важно усовершенствовать конструкцию трансформаторов для экономии электроэнергии до еще больше уменьшить значения Px и Pk.

Трансформаторы силовые ТМ-СЭЩ, ТМН-СЭЩ Электрощит-Самара

 

Характеристика напряжения короткого замыкания

Рассматриваемый параметр является одной из основных характеристик трансформаторных установок. Его следует поддерживать как можно ниже, чтобы избежать чрезмерного ограничения тока короткого замыкания. Проведенные испытания устанавливают, что они соответствуют нормам и требованиям, установленным ПУЭ. При этом проверяют состояние изоляции проводов.

В трансформаторах с двумя обмотками напряжения величина КЗ, приведенная к заданной температуре и номинальной частоте, прикладывается к одной из обмоток, а другая закорачивается. После этого в каждой обмотке устанавливается номинальный ток, а переключатель находится в положении, обеспечивающем подачу номинального напряжения.

Используя напряжение короткого замыкания, вы можете установить падение напряжения, внешние характеристики и токи короткого замыкания инвертора. Эти данные учитываются при дальнейшем включении трансформатора в параллельную работу. Напряжение короткого замыкания включает активную и реактивную составляющие.

Величину активной составляющей определяют в процентах и ​​рассчитывают по следующей формуле: Ua = (Pob1 + Pob2) / 10Sn = Rob / 10Sn, где Rob — полные потери в обмотках трансформатора, Sn — номинальная мощность агрегата (кВА).

Определения

Испытание на короткое замыкание (короткое замыкание) используется для проверки потерь и напряжения короткого замыкания. Испытанием на короткое замыкание называется испытание, при котором одна из обмоток трансформатора, обычно низковольтная, замыкается накоротко, а на другую подается питание от источника переменного тока номинальной частоты (допустимое отклонение частоты от номинального значения не более 1%) и пониженное (к номинальному) напряжение при оставшихся разомкнутых обмотках и при токах в паре обмоток, существенно не превышающих их номинальные значения Л. 2-1.

Напряжение, которое необходимо приложить при испытании на короткое замыкание к одной из обмоток в паре, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий наименьшему из номинальных воздействий обмоток в паре, называется напряжением короткого замыкания и выражается в процентах от номинального напряжения сопутствующей обмотки

Потери, измеренные при заданных условиях и приведенные к расчетной температуре, называются потерями короткого замыкания. Для двухобмоточного трансформатора термин «потери и напряжение короткого замыкания пары обмоток» совпадает с термином «потери и напряжение короткого замыкания трансформатора». Исключением является трансформатор с обмоткой ПН, состоящей из двух и более гальванически развязанных частей, который согласно Л. 2-1 можно рассматривать как многообмоточный трансформатор.

Для трехобмоточного трансформатора испытание на КЗ производят для трех пар обмоток: ВН и СП; ВН и НН; СН и НН, а для трансформатора с обмоткой НН, разделенной на две части (НН1 и НН2), эксперимент проводят для следующих пар обмоток: ВН и НН1; ВН и НН2; НН1 и НН2. За расчетную условную температуру, до которой должны быть приведены потери и напряжения короткого замыкания, принимают для всех масляных и сухих трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости А, Е, В 75°С Л. 1-3.

Данные опыта КЗ необходимы в следующих случаях:

1) определение превышения температуры масла и обмоток трансформатора при испытании на нагрев (гл. 12);

2) расчет или испытание трансформатора на стойкость к короткому замыканию;

3) определение КПД трансформатора;

4) расчет и определение возможности параллельной работы этого трансформатора с другими;

5), расчет изменения вторичного напряжения трансформатора под нагрузкой. Потери и напряжение короткого замыкания — величины, определяемые для каждого отдельного трансформатора, они зависят от типа. Их числовые значения и допуски приведены в стандартах или технических условиях на трансформаторы. Так для трансформаторов общего назначения на класс напряжения 330 кВ эти значения указаны в ГОСТ 17545-72 Л. 7-1.

Изменение напряжения трансформатора.

Как было сказано ранее, токи в обмотках создают не только потери, но и индуктивные и активные падения напряжения на электрическом сопротивлении. Между напряжением короткого замыкания и падением напряжения существует связь: оказывается, напряжение короткого замыкания характеризует еще один важный параметр — изменение напряжения 13 ч на вторичной обмотке, питающей потребителей.

Изменение напряжения пары обмоток трансформатора называется арифметической разностью напряжений на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе и при номинальной токовой нагрузке (при этом необходимо учитывать напряжение первичной обмотки) и определяется по формуле

Принцип работы трансформатора в режиме холостого хода

При подаче на обмотку прибора синусоидального напряжения в ней возникает слабый ток, как правило, не превышающий 0,05-0,1 от номинального значения (это ток холостого хода). Он создается магнитодвижущей силой обмотки, именно благодаря ее действию в замкнутом элементе магнитопровода возникают проводящий магнитный поток (обозначается F) и рассеивающий поток F1, замыкающиеся вокруг тела обмотки. Величина магнитодвижущей силы равна произведению тока холостого хода на число колебаний обмотки.

Проводящий ток создает в устройстве две электродвижущие силы: самоиндукцию для первой обмотки и взаимоиндукцию для второй. F1 создает ЭДС рассеяния на первой катушке. Он имеет очень малую величину, так как ток, его создающий, замыкается, большей частью, по воздушным массам, проводящий ток Ф — по магнитопроводу. Поскольку основной ток намного больше, электродвижущая сила, которую он создает для первичной катушки, также намного больше.

Важно! Так как приложенное напряжение имеет форму синусоиды, то основной ток и создаваемые им обмоточные ЭДС имеют одинаковые характеристики. Однако из-за магнитного насыщения ток в устройстве не пропорционален электрическому току, создающему намагниченность, поэтому последний не будет синусоидальным. Практикуется замена его реальной кривой соответствующей синусоидой того же значения. Искажение тока связано с третьей гармонической составляющей (величина, определяемая вихревыми токами и насыщением потока).

Физические процессы при аварийном замыкании

С технической точки зрения любой трансформатор обязательно должен быть разрушен в результате короткого замыкания и действия больших токов. Основная причина – ничтожно малое сопротивление проводов и обмоток, которое во много раз превышает сопротивление подключаемой нагрузки.

Следует также учитывать резкое повышение температуры в обмотках, достигающее 500-600 градусов в течение 1-2 секунд. Этого достаточно, чтобы сжечь их полностью. Нельзя забывать о механических силах, возникающих между обмотками при работе и стремящихся сместить их в осевом и радиальном направлениях. Это усилие значительно возрастает с увеличением силы тока, что теоретически должно привести к немедленному разрушению трансформатора. Но на практике все обстоит иначе.

Трансформаторные блоки способны кратковременно выдерживать токи короткого замыкания до срабатывания защиты и их отключения от сети. Было обнаружено некоторое дополнительное сопротивление для ограничения больших токов в обмотках. Он образуется за счет магнитных потоков, отходящих от основного потока и замыкающихся вокруг витков соответствующей обмотки.

Величину и разницу этого разброса почти невозможно точно измерить, в основном из-за различных путей, используемых для короткого замыкания магнитных потоков. В связи с этим его оценку проводят по влиянию, оказываемому на ток и напряжение в обмотках. Выявлена ​​закономерность, согласно которой с увеличением тока в обмотках увеличиваются и магнитные потоки. В нормальном режиме работы они формируют небольшую часть основного тока, так как лишь частично связаны с катушками. Основной ток действует на все без исключения витки обмоток.

Таким образом, действие добавочного сопротивления позволяет минимизировать потери трансформатора при коротком замыкании. Все негативные параметры уменьшаются многократно и не наносят вреда. То есть само устройство способно защитить себя от больших токов, возникающих при коротких замыканиях. Такие ситуации случаются довольно редко, но тем не менее к ним нужно заранее подготовиться, и вовремя принять необходимые защитные меры.

Читайте также: Штроборез по бетону: что это такое, конструкция, применение

Лабораторные испытания

В режиме короткого замыкания обмотка-2 оказывается шунтированным проводником, сопротивление которого стремится к нулю. При работе трансформатора короткое замыкание приводит к аварийному режиму, так как значение первичных и вторичных токов многократно возрастает по сравнению с номинальным значением. В связи с этим для таких устройств предусмотрена специальная защита для самостоятельного отключения.

В лабораториях короткие замыкания используются для проверки трансформаторов. Для этого на обмотку-1 подается напряжение Uк, не превышающее номинального значения. Обмотка-2 закорочена и в ней появляется напряжение, обозначаемое uК, которое представляет собой напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в % от Uк. В этом случае ток короткого замыкания равен номинальному току. В виде формулы это будет иметь вид uК = (Uк х 100)/U1ном, где U1ном будет номинальное напряжение в первичной обмотке.

Напряжение короткого замыкания напрямую связано с более высоким напряжением обмоток трансформатора. Если оно от 6 до 10 кВ, то значение uК составит 5,5 %, при 35 кВ — 6,5-7,5 %, при 110 кВ — 10,5 % и далее увеличивается. Специальная таблица поможет вам быстро найти значение.

Виды КЗ у трансформаторов

В случае короткого замыкания трансформатор выходит на предельный режим работы. При этом на первичную обмотку подается некоторое напряжение, а вторичная оказывается замкнутой.

Короткое замыкание трансформатора может быть аварийным или контрольным. В первом случае опасная ситуация возникает в режиме работы устройства, когда оно подключено к номинальному первичному напряжению. В обмотках появляется ток короткого замыкания, во много раз превышающий номинал, и устройство выходит из строя. Как правило, основные детали перегорают, и вся схема просто разваливается.

Избежать таких негативных последствий можно с помощью средств защиты – автоматических выключателей, предохранителей, реле и т д. Его как можно быстрее отключают со стороны первичной обмотки, тем самым спасая устройство от разрушения.

В тестовом режиме, известном как тест на короткое замыкание, эта ситуация создается искусственно. Для этого на первичную обмотку подается пониженное напряжение. При этом токи в каждой обмотке не выходят за номинальные. Этот опыт позволяет точно определить наиболее важные параметры и характеристики трансформаторной установки. Каждое из коротких замыканий следует рассмотреть более подробно с точки зрения его физического воздействия на трансформатор.

Методика расчёта напряжения, потерь и сопротивления КЗ

Расчеты выполняются в следующем порядке:

1. Обе составляющие тока холостого хода определяются:

Iµ = I0sinΦ0 и Iw = I0cosΦ0.

1. Номиналы реактивных резисторов Х0 и активных R0 задаются в схемах замещения, которые относятся к обмотке низкого напряжения:

X0 = V1/Iµ и R0 = V1/Iw.

Здесь V1 — показания вольтметра на обмотке низкого напряжения.

1. Окончательное значение мощности рассчитывается:

W1 = 2IµR0 и W2 = 2IwX0

Ж = (Ж21 + Ж22)0,5

Менее точно, мощность Вт можно установить непосредственно по показаниям ваттметра.

Это объясняется тем, что напряжение, используемое для появления полного тока нагрузки, хотя и небольшое по сравнению с номинальным, но все же присутствует на обмотках.

1. Значение эквивалентного сопротивления Zeq трансформатора определяют:

Zeq2 = R02 + X02.

Полученные данные соответствуют данным, относящимся к стороне высокого напряжения трансформатора. Таким образом, в результате испытания на КЗ определяются потери в проводниках а, а также их примерный эквивалент и реактивное сопротивление.

В результате анализа полученной информации можно определить зависимость потерь от тока холостого хода и напряжения на вторичной обмотке.

Также важно, что полные потери трансформатора зависят от его реактивного сопротивления, а не зависят от значений угла сдвига фаз между напряжением и током.

Что делать, если измеренный ток КЗ слишком низкий?

Допустим, мы измерили прибором и получили значение тока короткого замыкания в розетке (как правило, измерение проводится в самой дальней точке). Как понять, что этот ток слишком мал? Это оценивается по критерию гарантированного срабатывания магнитного расцепителя выключателя в измеряемой цепи. Логично, что для этого ток короткого замыкания должен быть больше верхней границы диапазона срабатывания. Напомню, что для характеристики «В» разброс составляет 3…5 In, для «C» — 5…10 In, для «D» — 10…20 In. Если быть точнее, зайдем в ПУЭ (п. 7.3.139):

7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью для обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна выбираться такой, чтобы при возникновении короткого замыкания на шкафу или нулевом защитном проводе произошло короткое замыкание. — возникает ток замыкания, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток отключения автоматического выключателя, имеющий характеристику, обратно пропорциональную току.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися разности токов короткого замыкания и приведенными в 1.7.79.

Насколько я понимаю, первая часть 7.3.139 касается только теплового отключения — его номинальный ток должен быть не менее чем в 6 раз меньше тока короткого замыкания. Во второй части этого пункта, как и в пункте 1.7.79, говорится о максимальном времени срабатывания при коротком замыкании (0,4 с), которое должно обеспечиваться только электромагнитным расцепителем. При этом четко не указано о выборе АБ с учетом его отключающих свойств.

Из-за этой нечеткости в формулировке используется правило, изложенное в ПТЭЭП (управление функцией защиты в энергосистеме с глухозаземленной нейтралью, п. 28.4), которое гласит, что при возникновении короткого замыкания на нейтральном защитном проводнике ток короткого замыкания должно быть не менее «1,1 верхнего значения рабочего тока для мгновенного отключения”.

То есть для автомата В10 ток короткого замыкания на конце защищаемого им провода должен быть не менее 10х5х1,1 = 55 А. Если установлен автомат С25, ток короткого замыкания должен быть не менее 25х10х1. 1 = 275 А.

Если ток короткого замыкания меньше, допустимое время отключения никоим образом не гарантируется. Что делать? Есть два выхода:

1. увеличить ток короткого замыкания, для этого требуются затраты на прокладку новой питающей линии (хотя бы самого слабого звена),
2. уменьшить номинал автомата (например 25 А на 16) и букву характеристики расцепителя (с «С» на «В») за счет максимальной мощности нагрузки.

Потери в трансформаторе. Потери холостого хода. Потери при коротком замыкании.

Трансформаторные потери – это потери энергии, происходящие в магнитной системе, т.е в стали трансформатора. И электрические потери, возникающие в обмотках трансформатора. В трансформаторе нет механических потерь, так как в нем нет движущихся частей. Следовательно, электрическая энергия не преобразуется в механическую энергию. Потери в стали трансформатора определяют опытным путем на холостом ходу.

То есть нагрузка не подключена к вторичной обмотке двухобмоточных трансформаторов. Особенность этих потерь в том, что они не зависят от режима нагрузки трансформатора. То есть ток холостого хода делится на две составляющие. Первый идет на создание магнитного потока, пронизывающего вторичную обмотку. А другой используется для потерь в стали. Эти потери связаны с вихревыми токами в сердечнике. А также энергия тратится на гистерезис.

Формула 1 — потери на холостом ходу

где Pg гистерезисные потери Pine потери на вихревые токи I ток в первичной обмотке r сопротивление первичной обмотке Как бы ни изменялась нагрузка трансформатора, магнитный поток остается неизменным. И поэтому ток намагничивания не меняется.

Потери в сердечнике также неизменны, так как зависят от качества стали, из которой изготовлен сердечник. Электрические потери определяются с помощью испытания на короткое замыкание. Для этого на первичную обмотку трансформатора подается пониженное напряжение. Значение этого напряжения выбирают исходя из того, что . В случае короткого замыкания во вторичной обмотке номинальный ток уходил в первичную для этого трансформатора. Следовательно, токи не будут превышать номинальные токи и не произойдет повреждения трансформатора.

формула 2 — Потери при коротком замыкании

где В — коэффициент загрузки трансформатора. В этом случае вся энергия расходуется на покрытие потерь в обмотках. Так как напряжение на первичной обмотке мало, индуктивность значительно меньше номинального значения и поэтому потерями в сердечнике можно пренебречь.

Потери в обмотках зависят от режима нагрузки трансформатора. Чем больше нагрузка, тем больше токи, протекающие в линии, поэтому и потери будут выше. Это другой вид потерь. Они вызваны извилистыми рассеянными полями. Это поле пронизывает конструктивные детали трансформатора, корпуса устройства или крепежных деталей. При этом в них возникают вихревые токи, которые нагревают их.

Как избежать КЗ?

понятно, что полностью избежать этого неприятного явления невозможно — велик элемент вероятности. Однако мы можем значительно снизить риск короткого замыкания. И здесь большое значение имеет регулярный осмотр и обслуживание электрических сетей.

Примеры профилактических мер:

• очистка токоведущих частей, контактов и изоляторов от пыли и грязи,
• защита от влаги,
• проверить целостность установки и монтажа,
• ограждения и дополнительная защита опасных зон,
• повесить и закрепить предупреждающие знаки и таблички,
• проверить и извлечь контакты,
• обрезка деревьев и устранение других опасностей.

Как вы думаете, какие профилактические меры по защите от короткого замыкания нужны на картинке ниже?

Водосточные трубы, электрощиты и гофра уходят под плитку. Инсталляция в старой части Батуми

В серьезных организациях регулярно проверяют кабели и разъемы тепловизором, а также измеряют сопротивление изоляции и испытывают изоляцию высоким напряжением.

Варианты защиты от КЗ

В качестве защиты от короткого замыкания можно использовать:

• электрические балласты, ограничивающие ток;
• распараллеливание электрической цепи;
• отключение секционных выключателей;
• понижающие трансформаторы с разветвленной обмоткой низкого напряжения;
• быстродействующие коммутационные устройства, где есть возможность ограничения протекания тока;
• предохранительные элементы предохранители;
• установка автоматических выключателей;
• своевременная замена изоляционного покрытия проводов и регулярный осмотр электрических проводов на наличие дефектов;
• устройства релейной защиты, отключающие поврежденные участки цепи.

Выключатели можно устанавливать только на всю систему, а не на отдельные фазы и нулевые цепи. В противном случае при коротком замыкании нейтральный автомат выйдет из строя, и вся электрическая сеть будет приведена в действие, потому что включится переключатель фаз. По этой же причине не рекомендуется устанавливать кабель с сечением меньше, чем позволяет машина.

Опыт и напряжение КЗ

установка параметров трансформатора с достаточно высокой точностью позволяет пережить короткое замыкание. Для этого используется специальный прием, когда обмотка-2 закорачивается с помощью токопроводящей перемычки или проводника. Сопротивление замыкающего элемента очень низкое и стремится к нулю. На обмотку-1 подается напряжение (Uк), при котором ток (Iном) будет номинальным. К клеммам подключаются измерительные приборы – амперметр, вольтметр и ваттметр, необходимые для выявления необходимых показателей трансформатора.

Испытание трансформатора в режиме КЗ

Для проверки работоспособности трансформатора в особых условиях создают режим холостого и короткого замыкания с подачей на обмотки соответствующего напряжения. При этом один из них замыкается накоротко, а на другой подается питание через клеммы для получения номинального тока. Напряжение, полученное в результате короткого замыкания, составляет в среднем от 5,5 до 10 % от номинального и не зависит от того, какая из обмоток замкнута. Этот параметр играет важную роль в работе устройства, он указан в техническом паспорте или используется непосредственно на корпусе.

При испытании трансформатора в режиме короткого замыкания напряжение будет незначительным, поэтому магнитный поток в магнитопроводе также мал. В связи с этим потерями в стальных пластинах можно пренебречь, а ориентироваться на потребляемую мощность, которая покрывает тепловые потери в медных обмотках.

В закрытом режиме вторичная обмотка подключается к амперметру, а на первичную подается пониженное напряжение, которое контролируется вольтметром. Ток, потребляемый трансформаторным блоком из сети, измеряется ваттметром.

Основными задачами исследования являются определение следующих показателей:

• Напряжение и токи короткого замыкания, определяемые вольтметром и амперметром, поочередно подключенными к первичной и вторичной обмоткам.
• Активные потери КЗ примерно равны потерям в медных обмотках.
• Показания амперметра, вольтметра и ваттметра, подключенных к первичной цепи, позволяют установить коэффициент мощности и сам ток короткого замыкания.
• Индикаторы и схемы замещения трансформаторного блока в режиме короткого замыкания.
• испытание на короткое замыкание проверяет работу без нагрузки, при этом определяется значение полных потерь при работе трансформатора под нагрузкой. Полученные данные позволяют точно определить КПД устройства.

Формулы для расчета относительных сопротивлений обмоток (xT%)

В двухобмоточном трансформаторе все просто и uk=xt.

Три обмотки и автотрансформаторы

В данном случае схема соответствует трем резисторам (по секрету один из них часто нулевой, что еще больше упрощает подгибку).

Трехфазный, где НН разделен

Часто такие двуногие трансформаторы встречаются в схемах ТЭЦ.

В данном случае все зависит от исходных данных. Если Uk дано только для bn, то рассчитываем по старшей формуле, если для bn и n1-n2, то по низшей. Соответствующий круг — звезда.

Группа однофазных двухобмоточных трансформаторов с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две или три ветви

Хотя внешне они аналогичны описанным выше, а схемы замещения аналогичны, формулы тем не менее будут немного отличаться.

Что такое короткое замыкание по-простому?

Ток короткого замыкания представляет собой нарастающий электрический импульс ударного типа. Из-за их внешнего вида провода могут расплавиться, а некоторые электроприборы могут не работать.