Как найти напряжение короткого замыкания трансформатора

В энергетических системах существуют различные устройства, предназначенные для производства, преобразования и передачи электроэнергии на большие расстояния. Среди них следует отметить конструкции силовых трансформаторов. Именно они преобразуют одно значение напряжение в другое, в зависимости от потребностей. Важнейшей характеристикой является напряжение короткого замыкания трансформатора. Данная величина соответствует конкретному изделию и полностью зависит от его конструкции. Зная ее, возможно установить способность трансформатора к параллельной работе, позволяющей избежать увеличения токов, снизить перегрузки, более эффективно решать задачи электроснабжения.

Общие сведения о трансформаторах

Практически на всех объектах энергосистемы практикуется установка трехфазных трансформаторов. Их потери по сравнению с однофазными устройствами снижены на 12-15%, а себестоимость на 20-25% ниже, чем у трех преобразователей с аналогичной суммарной мощностью.

Каждый трансформатор имеет собственную предельную единичную мощность, которая полностью зависит от размеров, веса и условий доставки оборудования к месту монтажа. Так мощность трехфазных устройств на 220 кВ составляет около 1000 МВА, при 330 кВ этот показатель повышается до 1250 МВА и т.д.

Применение однофазных трансформаторов встречается значительно реже. Они устанавливаются при невозможности выбора или изготовления трехфазного устройства с запланированной мощностью. Многие трехфазные преобразователи сложно доставлять к месту установки из-за больших размеров и веса. Поэтому однофазные устройства группируются в зависимости от требуемой общей мощности. Приборы на 500 кВ составляют 3х533 МВА, на 750 кВ – 3х417 МВА, на 1150 кВ – 3х667 МВА.

В соответствии с числом обмоток, рассчитанных на разные потенциалы, преобразователи могут быть двух- или трехобмоточными. В свою очередь, обмотки с одним и тем же напряжением бывают разделены на параллельные ветви в количестве две и выше. Они разъединены между собой перегородками и разделяются изоляцией с заземляющими элементами. Подобные обмотки называются расщепленными, и в соответствии с напряжением, которое бывает высшим, средним или низшим, они обозначаются как ВН, СН и НН.

Наиболее значимые характеристиками трансформаторов:

• Номинальная мощность. Это наибольший показатель, до которого преобразователь может быть беспрерывно нагружен в обычных условиях, определенных паспортными данными
• Номинальное обмоточное напряжение. Включает в себя сумму потенциалов обмоток №№ 1 и 2 в режиме холостого хода. При подключении к потребителю и подаче на обмотку-1 обыкновенного напряжения, во вторичной обмотке оно будет снижено на величину потерь. Отношение высшего напряжения к низшему называется коэффициентом трансформации.
• Номинальные токи. Их величина отмечена в документации и должна обеспечивать нормальную функциональность трансформатора в течение продолжительного времени.
• Номинальный ток обмоток. Величина определяется номинальной мощностью и потенциалом преобразователя.
• Напряжение КЗ трансформатора. Образуется в условиях, когда обмотка-2 коротко замыкается, а к первичной подходит обычный номинальный ток. Данный показатель определяется по спаду напряжения и характеризует величину полного сопротивления трансформаторных обмоток.

Характеристика напряжения короткого замыкания

Рассматриваемый параметр является одной из основных характеристик трансформаторных устройств. Его показатели должны быть минимальными во избежание чрезмерных ограничений токов КЗ. Проводимые испытания устанавливают их соответствие нормам и требованиям, определяемым ПУЭ. Одновременно проверяется состояние изоляции проводов.

В трансформаторах с двумя обмотками напряжением, КЗ является величина, приведенная к заданной температуре и номинальной частоте, подводимая к одной из обмоток, в то время как другая замыкается накоротко. После этого номинальный ток устанавливается в каждой обмотке, а переключатель занимает положение, обеспечивающее подачу номинального напряжения.

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

Величина активной составляющей определяется в процентах и вычисляется по следующей формуле: U_a = (P_об1 + P_об2)/10S_н = Р_об/10S_н, в которой Роб – общие потери в трансформаторных обмотках, S_н – номинальная мощность устройства (кВА).

Значение реактивной составляющей определяется по собственной формуле, в которой все переменные величины определяются заранее: Х_к = √Z_k2 – R_k2. В ней Z_k2 и R_k2 являются общим и активным сопротивлением вторичной обмотки.

Лабораторные испытания

В режиме КЗ обмотка-2 оказывается перемкнутой проводником тока, сопротивление которого стремится к нулю. В процессе деятельности трансформатора, короткое замыкание приводит к возникновению аварийного режима, поскольку величина первичного и вторичного токов многократно возрастает в сравнении с номиналом. В связи с этим для таких устройств предусматривается специальная защита для самостоятельного отключения.

В лабораториях короткое замыкание используется для испытания трансформаторов. С этой целью на обмотку-1 подается напряжение U_к, не превышающее номинал. Обмотка-2 замыкается коротко и в ней возникает напряжение, обозначаемое _uK, которое является напряжением короткого замыкания трансформатора, выраженное в % от U_к. При этом ток короткого замыкания равен номинальному. Как формула — это будет выглядеть в виде _uK = (U_к х 100)/U_1ном, где U_1ном будет номинальным напряжением в первичной обмотке.

Напряжение КЗ напрямую связано с высшим напряжением трансформаторных обмоток. Если оно составляет от 6 до 10 кВ, то величина _uK будет 5,5%, при 35 кВ – 6,5-7,5%, при 110 кВ – 10,5% и далее по нарастающей. Быстро найти значение поможет специальная таблица.

Опыт и напряжение КЗ

Установить параметры трансформатора с достаточно высокой точностью позволяет опыт короткого замыкания. Для этой цели используется специальная методика, при которой обмотка-2 коротко замыкается с помощью токопроводящей перемычки или проводника. Сопротивление замыкающего элемента очень низкое и стремится к нулю. В обмотку-1 поступает напряжение (U_к), при котором сила тока (I_ном) будет номинальной. К выводам подключаются измерительные приборы – амперметр, вольтметр и ваттметр, необходимые для выявления требуемых показателей трансформатора.

В режиме КЗ напряжение короткого замыкания _uK будет слишком маленьким, что вызывает многократное снижение потерь холостого хода по сравнению с номиналом. Следовательно, можно условно принять мощность первичной обмотки равной нулю – Р_по = 0, а мощность, замеряемая ваттметром, будет потерянной мощностью короткого замыкания (Р_пк), вызванной под влиянием активного сопротивления трансформаторных обмоток.

При режиме с одинаковыми токами можно определить величину номинальных потерь мощности, связанных с нагревом обмоток, известные как потери короткого замыкания или электрические потери (Р_пк._ном).

Потери холостого хода и короткого замыкания

Помимо напряжения короткого замыкания существуют и другие, не менее важные параметры трансформаторных устройств. Например, экономичность их работы во многом определяется потерями холостого хода (Р_х) и короткого замыкания (Р_к).

В первом случае затраты связаны с потерями в стальных компонентах, задействованных в создании вихревых токов и перемагничивании. Они снижаются за счет использования специальной электротехнической стали, содержащей малое количество углерода и определенные виды присадок. Для защиты используется жаростойкое изоляционное покрытие. Существуют разные уровни потерь холостого хода и причины, от чего зависит величина их для преобразователей. Удельные потери уровня А составляют до 0,9 Вт/кг, а на уровне Б они будут не выше 1,1 Вт/кг.

Потери КЗ включают в себя потери в обмотках, находящихся под нагрузкой, а также дополнительные потери в обмотках и конструктивных элементах. На их появление оказывают влияние магнитные поля рассеяния, способствующие возникновению вихревых токов в витках, расположенных по краям обмотки и самих деталях устройства. Снизить такие потери возможно за счет использования в обмотках многожильного транспонированного провода, а на стенках бака устанавливаются экраны из магнитных шунтов.

Напряжение короткого
замыкания – это внутреннее падение
напряжения в трансформаторе при его
нагрузке номинальным током, т.е. на эту
величину понизится напряжение холостого
хода на вводе при номинальной нагрузке.
Оно рассчитывается в процентах к U_нпо формуле, %

U_кз%==5
% (50)

где U_кз%,
U_кз(а)%,
U_кз(р)%–
напряжение короткого замыкания и его
активная и реактивная составляющие, %.

Активная составляющая
напряжения к.з. U_кз(а)%определяется из выражения, %

U_кз(а)%
==1,22
% (51)

Реактивная
составляющая напряжения к.з. U_кз(р)%определяется из выражения, %

U_кз(р)%==4,86%
(52)

где S_1c
– мощность трансформатора на одном
стержне, кВА;

а_р –
приведенный канал рассеяния, находится
по формуле, м

а_р
=0,0534м (53)

к_р –
поправочный коэффициент Роговского,
находится из выражения

к_р
=1-+0,35²=1-0,03+0,350,03²=0,97
(54)

где 
равно:

 =0,022м (55)

где l
– средняя высота обмоток НН и ВН, м,
равнаl_нн+
l_вн/2=1,528
м

Полученное значение
U_кз%сравнивается
с данными с учетом табл. 4 [1]. В случае
неудовлетворительного результата
следует в допустимых пределах изменить
величины, входящие в формулы (53), (54).
Возможен перерасчет конструктивных
размеров обмоток.

Вывод: напряжения
короткого замыкания трансформатора не
превышает U_{кз(гост)}
, это значит, что расчет выполнен
правильно.

14. Тепловой расчет трансформатора

Полный тепловой
расчет обмоток трансформатора сложен,
поэтому в ремонтной практике проверяется
только способность поверхности этих
обмоток отвести требуемое количество
тепла в трансформаторное масло без их
нагрева свыше установленной нормы.

Это делается путем
сравнения удельной теплоотдачи обмоток
, под которой
понимается число Вт потерь Р_(нн)(вн)на один м²поверхности данных
обмоток с рекомендованными значениями.

Удельная теплоотдача
обмоток определяется
из выражения для НН и ВН, Вт/м²

_вн=479,84Вт/м²
(56)

_нн=11288,98Вт/м²

где П_об(нн),П_об(нн)– поверхности
охлаждения обмоток соответственно для
НН и ВН, вычисляются по выражениям, м²

П_об(вн)
=m2к_закD_ср(вн)l_вн=320,83,140,3931476,77=8755,2
м²(57)

П_об(нн)
=m2к_закD_ср(нн)l_нн=320,83,140,26789,48=3095,55
м²

где к_зак– коэффициент закрытия, учитывающий
уменьшение поверхности охлаждения
обмоток за счет установки клиньев, к_зак=0,8.

При получении
неудовлетворительных результатов
следует, как, уже говорилось, увеличить
число масляных каналов охлаждения или
уменьшить величины плотностей токов,
проведя при этом соответствующую
корректировку размеров обмоток НН и
ВН.

Вывод:
удельная теплоотдача обмоток НН и
ВН не превышает рекомендуемых значений,
значит, способность поверхности этих
обмоток отводить требуемое количество
тепла в трансформаторное масло, без их
нагрева, будет обеспечена.

15.
Литература

1. Воронов О.Н.,
   Сердешнов А.П. Повышение качества
   напряжения в электрических сетях 0,38
   кВ. – Электрические станции, 1991, №2.

2. Тихомиров П.М.
   Расчет трансформаторов. – М.:
   Энергоатомиздат, 1986, с. 586.

3. Касаткин А.С.,
   Немцов М.В. Электротехника. – М.:
   Энергоатомиздат, 1983.

4. Методические
   указания по выполнению курсовой и
   контрольной работ «Расчет трехфазного
   трансформатора при наличии магнитопровода
   с применением ЭВМ «Искра-226»/Сердешнов
   А.П., Шевчик Н.Е. – Мн.: Ротапринт БИМСХ,
   1987, с. 42.

Соседние файлы в папке монтаж для Чикилевского

• #

  22.02.2016226 б17Desktop.ini

• #
• #
• #

  22.02.201633.79 Кб39Мой трансформатор.xls

• #

  22.02.201634.3 Кб28расчеты CHIKATILЫ.xls

• #
• #

Категория: М.А. Шабад «Релейная защита трансформаторов»

Особенности расчетов токов КЗ. Для выбора ти­пов и параметров срабатывания устройств защиты трансформаторов необходимо определить максималь­ное и минимальное значение токов при КЗ на выво­дах НН понижающего трансформатора, или, как чаще говорят, при КЗ за трансформатором.

Максимальное значение тока соответствует трехфазному металлическому КЗ за трансформато­ром. Ток трехфазного КЗ рассчитывается при макси­мальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено максимально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. Эквивалентное электрическое со­противление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора при этом режиме имеет минимальное значение, но обозна­чается Zmax или Xmax, что подразумевает максимальный режим работы энергосистемы. При таком режиме ток трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора и мощность КЗ имеют максимальные значения. При значительном числе электродвигателей в прилегаю­щей сети ВН учитывается подпитка места КЗ элек­тродвигателями в течение времени действия защит трансформатора, не имеющих специального замедле­ния, т. е. в течение до 0,1 с. Максимальное значение тока КЗ за трансформатором учитывается для выбора тока срабатывания токовых отсечек, устанавливае­мых на стороне ВН трансформатора (§ 7), а также для выбора аппаратуры и кабелей питаемых элемен­тов стороны НН [6, 7].

Минимальные значения токов при КЗ на сто­роне 0,4 кВ рассчитываются с учетом переходного активного сопротивления (электрической дуги) в ме­сте КЗ до 15 мОм [1]. Для трансформаторов со схе­мой соединения обмоток ∆/Y практически рассчитывается минимальное значение тока только при фазном КЗ (считая, что при однофазном КЗ на землю ток в поврежденной фазе имеет такое же значение). Для трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y рассчитываются токи как при трехфазном, так и при однофазном КЗ, поскольку они значительно от­личаются друг от друга и для их отключения должны устанавливаться разные защиты.

Для трансформаторов 10 кВ с низшим напряже­нием выше 1 кВ (3; 6; 10 кВ) со схемами соединения обмоток Y/∆, Y/Y, ∆/∆ минимальное значение тока рассчитывается при двухфазном металлическом КЗ за трансформатором.

Для всех типов понижающих трансформаторов ми­нимальные значения токов КЗ рассчитываются при минимальном режиме работы питающей энергоси­стемы (электросети), при котором включено мини­мальное реально возможное число генераторов, пи­тающих линий и трансформаторов. При этом эквива­лентное электрическое сопротивление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматривае­мого трансформатора имеет максимальное значение. Однако это сопротивление принято обозначать Zminили Xmin, имея в виду минимальный режим работы питающей энергосистемы (электросети). По мини­мальным значениям токов КЗ определяются так назы­ваемые коэффициенты чувствительности для всех ти­пов защит трансформатора от внутренних и внешних КЗ (кроме газовой). Необходимые значения этих коэффициентов указаны в «Правилах» [1] и в соответ­ствующих разделах этой книги.

Расчеты токов при КЗ за понижающими трансфор­маторами небольшой мощности (практически до 1,6 MB -А) производятся с учетом активной состав­ляющей полного сопротивления трансформатора. Токи намагничивания и токи нагрузки трансформато­ров при расчете токов КЗ не учитываются.

При расчетах токов КЗ за трансформаторами .10 (6) кВ считается, что напряжение питающей энер­госистемы на стороне ВН трансформатора остается неизменным в течение всего процесса КЗ. Это допу­щение объясняется тем, что распределительные сети 10 (6) кВ, как правило, электрически удалены от ге­нерирующих источников энергосистемы и КЗ в этих сетях, и тем более за трансформаторами 10 (6) кВ,

мало сказываются на работе электрических генерато­ров. По этой же причине вычисляется только периоди­ческая составляющая тока КЗ, а влияние апериодиче­ской составляющей тока КЗ учитывается при выборе параметров некоторых типов защиты путем введения повышающих коэффициентов.

Вычисление тока трехфазного КЗ по значению напряжения КЗ трансформатора. Наиболее просто максимальное значение тока (в амперах) трехфазного КЗ за трансформатором вычисляется по значению напряжения КЗ трансформатора (Uk):

где Uk — напряжение короткого замыкания из пас­порта (паспортной таблички) трансформатора, %; Iном.тр. — номинальный ток трансформатора на сто­роне ВН или НН из паспорта трансформатора, А;

р= 100Sном. tp/Sk (5)

— коэффициент, % (Sном. тр — номинальная мощность трансформатора из паспорта, MB—A; S_K — мощ­ность трехфазного КЗ питающей энергосистемы в той точке, где подключен трансформатор, т. е. на его вы­водах ВН, задается энергоснабжающей организацией, MB-А); если мощность энергосистемы относительно велика («бесконечна»), то р = 0.

Например, трансформатор ТМ-1 напряжением 10/0,4 кВ, мощностью Sном. тр= 1МВ-А, с номиналь­ными токами сторон ВН и НН, равными 58 и 1445 А соответственно, с напряжением КЗ Uk — 5,5 % под­ключен к энергосистеме в точке, где мощность КЗ S_K = 100 MB-А. Токи при трехфазном КЗ за транс­форматором вычисляются по выражениям (5) и (4): р= 1*100/100=1% ;   Iк. вн=100*58/(5,5 + 1) = 892 А, отнесенных к напряжению 10 кВ; Iк.нн = 100 • 1445/ /(5,5+1)=22230 А или 22,2 кА, отнесенных к напря­жению 0,4 кВ.

Другой пример: для трансформатора мощностью Sном.тр = 0,25 МВ-А (Uk= 4,5 %), подключенного в удаленной точке сети 10 кВ, где S_K = 12,5 МВ-А, рас­считываются токи при трехфазном КЗ на стороне НН по выражениям (5) и (4): р = 0,25*100/12,5 = 2 %; Iк.вн = 100 • 14,5/(4,5 + 2) = 223 А и Iк.нн = 5538 А или 5,5 кА, отнесенных к напряжениям 10 и 0,4 кВ соответственно. Номинальные токи трансформатора вычислены по выражениям (2) и (3):

При подключении относительно маломощных транс­форматоров (менее 1 MB-А) вблизи мощных район­ных подстанций и подстанций глубокого ввода 110/10 кВ с трансформаторами мощностью более 10 MB-А влияние сопротивления энергосистемы на значение токов КЗ за трансформаторами снижается и им часто пренебрегают, считая мощность энергоси­стемы «бесконечной», а значение р в выражении (4) равным нулю.

Вычисление тока трехфазного КЗ по полному со­противлению трансформатора Zтр.Значения этого со­противления и его составляющих: активной Rтр. и ин­дуктивной Xтр. необходимо знать для составления так называемой схемы замещения, в которой своими со­противлениями представлены все элементы расчетной схемы питаемой сети НН. Схема замещения дает воз­можность вычислить значения токов КЗ не только на выводах НН трансформатора, но и в любой точке сети НН [6, 7]

Полное сопротивление трансформатора Zтр.(в омах) определяется по выражению

где Uк — напряжение КЗ, %; Sном.тр.— номинальная мощность трансформатора, MB -А; Uном.тр.— номи­нальное междуфазное напряжение трансформатора на той стороне ВН или НН, к которой приводится его сопротивление, кВ.

Активная составляющая полного сопротивления трансформатора Rтр.определяется по значению потерь мощности ∆P в его обмотках при номинальной на­грузке. В практических расчетах потери мощности в’ обмотках трансформатора принимают равными по­терям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора: ∆Р = Pk. Активное сопротивление трансформатора (в омах) вычисляется по выражению

где Рк — потери короткого замыкания при номиналь­ном токе трансформатора, Вт; Uном.тр. и Sном.тр. — то же, что в выражении (6), но здесь мощность Sном.тр. выражается в киловольт-амперах (кВ-А). Значения рkприведены в соответствующих стандартах и спра­вочниках.

Индуктивное сопротивление (реактивная состав­ляющая полного сопротивления) трансформатора (в омах) вычисляется по выражению

где Zтр.— модуль полного сопротивления трансформа­тора, вычисленный по выражению (6); Rтр.— активная составляющая полного сопротивления трансформа­тора, вычисленная по выражению (7).

Значения сопротивлений стандартных трансфор­маторов общего назначения напряжением 10/0,4 кВ для вычисления токов трехфазного (и двухфазного) КЗ приведены в табл.2.

Как видно из таблицы, сопротивления, отнесенные к стороне НН с Uном.= 0,4 кВ и указанные для удоб­ства в миллиомах, меньше сопротивлений, отнесенныхк стороне ВН с Uном.=10 кВ и указанных в омах, в 625 раз, что соответствует выражению

где Nтр. — коэффициент трансформации трансформа­тора, равный для рассматриваемых трансформаторов 10/0,4 = 25.

Таблица 2.   Сопротивления   трансформаторов   10/0,4   кВ

Мощность тр-ра Sном.тр. МВ-А	Напряже- ние   КЗ Uk,%	Сопротивление, Ом, отнесенное к 10кВ	Сопротивление, мОм, отнесённое к 0,4кВ
Активное        r	Индуктив-      ное        x	Полное        z	Активное        r	Индуктив-            ное              x	Полное      z
0,040	4,5	55,0	98,1	112,5	88,0	157,0	180,0
0,063	4,5	33,1	63,1	71,2	53,0	101,0	114,0
0,100	4,5	19,6	40,4	45,0	31,5	64,7	72,0
0,160	4,5	10,3	26,0	28,0	16,5	41,7	45
0,250	4,5	5,9	17,0	18,0	9,4	27,2	28,2
0,400	4,5	3,5	10,7	11,25	5,6	17,1	18,0
0,630	5,5	1,9	8,5	8,7	3,1	13,6	14,0
1,00	5,5	1,2	5,4	5,5	2,0	8,6	8,8
1,6	6,5	—	4,06	4,06	—	6,5	6,5
2,5	6,5	—	2,6	2,6	—	4,16	4,4

Примечание. Указанные значения сопротивлений с до­статочной степенью точности можно использовать при расчетах токов трехфазных КЗ за трансформаторами 10 кВ со схемами соединений обмоток звезда — звезда Y/Y треугольник—звезда ∆/Y и звезда — зигзаг Y/Y.

Максимальное значение тока (в амперах) при трех­фазном металлическом КЗ за трансформатором, ко­торый подключен к энергосистеме бесконечной мощ­ности (,г_с = 0), вычисляется по выражению

где Uср. — среднее значение междуфазного напряже­ния, принимаемое для расчетов токов КЗ в сетях 10 кВ равным 10500 В; Zтр.— полное сопротивление трансформатора, вычисленное по выражению (6); для трансформаторов 10 кВ берется из табл. 2.

Например, при трехфазном КЗ за трансформато­ром мощностью 0,4 MB-А максимальное значе­ние тока на стороне ВН может быть вычислено по выражению (9) без учета сопротивления питающей энергосистемы:

отнесенных к напряжению 10 кВ.

Для сравнения: примерно это же значение тока может быть получено по выражению (4) при условии, что р = 0 (питание от системы бесконечной мощности)- Iк=100*23,1/4,5 = 512А, где Iном.тр.ВН = 23,1 А. Значение тока КЗ получилось несколько меньше из-за того, что в расчете по выражению (9) принято среднее напряжение 10,5 кВ, большее в 1,05 раза, чем номинальное 10 кВ.

На стороне НН ток КЗ вычисляется также по вы­ражению (9), но с учетом того, что сопротивления, от­несенные к стороне 0,4 кВ, в табл. 2 указаны в миллиомах, а фазное напряжение этой сети Uф = 400/1,73 = 231 В:

Для сравнения по выражению (4) получаем такое же значение тока КЗ: Iк.мах = 100 • 578/4,5 = 12845 А или 12,85 кА, где номинальный ток транс­форматора на стороне НН равен 578 А.

Токи на стороне ВН и НН трансформаторов раз­личаются в Nтр. раз, где Nтр. — коэффициент транс­формации трансформатора, для трансформаторов 10/0,4 кВ значение Nтр. = 25. Для рассмотренного в примере трансформатора мощностью 0,4 MB-А от­ношение токов КЗ будет 12845/512 = 25.

Минимальное значение тока при трехфазном КЗ на выводах НН трансформатора через переходное активное сопротивление в месте КЗ Rпер. рассчиты­вается по выражению, аналогичному (9):

где Uср. — междуфазное среднее напряжение сети, В; Rси Xс — активная и индуктивная составляющие со­противления питающей энергосистемы (электросети) до вводов ВН трансформатора; Rтр. и Xтр. — активная и индуктивная составляющие сопротивления трансфор­матора (табл. 2); Rпер. — переходное активное сопро­тивление в месте КЗ, наибольшее принимаемое в рас­четах его значение равно 15 мОм, отнесенным к сто­роне 0,4 кВ.

Расчеты токов КЗ на стороне НН 0,4 кВ удобно выполнять в именованных единицах, от­нося значения всех сопротивлений к стороне 0,4 кВ и принимая фазное среднее напряжение этой сети равным 230 В. Сопротивления выра­жают в миллионах, значения токов КЗ полу­чают в килоамперах.

Например, для расчета тока трехфазного КЗ через переходное сопротивление Rпер.= 15 мОм на выводах НН трансформатора мощностью 0,4 MB-А заданы со­противления питающей энергосистемы до места под­ключения этого трансформатора к сети 10 кВ: Rс = 0,8 Ом и Xс = 0,62 Ом, отнесенных к напряжению 10 кВ. В первую очередь эти сопротивления должны быть приведены к стороне 0,4 кВ по выражению (8): Rс = 0,8 • 10³/625 = 1,3 мОм; Xс= 0,62-10³/625 = 1 мОм. Значения сопротивлений трансформатора принимаются по табл. 2.

                 Минимальное значение тока рассчитывается по выражению (10):

отнесенных к напряжению 0,4 кВ. За счет переходного сопротивления   15 мОм расчетное значение тока   КЗ снизилось примерно в 1,5 раза по сравнению с макси­мальным   значением   тока   КЗ, рассчитанным   выше (12,85 кА). Учет сопротивления питающей энергоси­стемы существенного влияния на уменьшение тока КЗ в данном случае не оказал. Следует напомнить, что с ростом мощности трансформатора его сопротивле­ние уменьшается (табл. 2) и переходное активное со­противление   в   месте   КЗ,   принимаемое в расчетах равным   15 мОм, вызывает тем   более существенное уменьшение значения тока КЗ, чем больше мощность трансформатора: например, для стандартного транс­форматора     0,63 МВ-А— примерно    в     1,6     раза, 1 МВ-А — более чем в 2 раза, 1,6 МВ-А — более чем в 2,5 раза. Поэтому при использовании относительно крупных трансформаторов   10   (6)/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Л/¥ некоторые организации до­пускают сниженные по сравнению с «Правилами» [1J значения   коэффициентов   чувствительности   макси­мальных токовых защит для случаев КЗ через пере­ходное   сопротивление   с   максимальным   значением 15 мОм, например 1,2 вместо 1,5.

По выражению (10) рассчитываются также значе­ния токов при трехфазных КЗ на отходящих элемен­тах 0,4 кВ, т. е. на кабельных и воздушных линиях этого напряжения [7]. Значения этих токов исполь­зуются для определения коэффициентов чувствитель­ности максимальной токовой защиты трансформатора в так называемых зонах резервирования. При значе­нии этих коэффициентов, превышающем 1,2, считает­ся, что максимальная токовая защита трансформатора обеспечивает дальнее резервирование питаемой сети, т. е. резервирует возможные отказы защитных устройств и коммутационных аппаратов отходящих элементов 0,4 кВ, не допускает длительного существо­вания не отключенного КЗ и тем самым спасает элек­троустановку от больших повреждений.

Вычисление токов при двухфазнщм КЗ за трансформатором. Специальные расчёты этих токов не производятся, а их значения принимаются примерно на 15% меньшими, чем ток трёхфазного КЗ. Минимальные значения токов при двухфазном КЗ используются для проверки чувствительности МТЗ на трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Y, а также всех защитных устройств от междуфазных КЗ на элементах 0,4кВ.

         Напряжение
короткого замыкания  определяет внешнюю
характеристику и ток короткого замыкания трансформатора. Величина  является паспортной величиной, и при
расчете не допускается отклонение более, чем на .

         Напряжение
короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к
расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной
частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой
накоротко другой обмотке, что бы в обеих обмотках установились
номинальные токи.

5.1 Параметры
схемы замещения при коротком замыкании, Ом;

Схема замещения
КЗ для  одной фазы трансформатора:

— активное сопротивление
первичной обмотки:

,

— активное
сопротивление вторичной обмотки:

5.2 Активная
составляющая напряжения короткого замыкания, В;

;

5.3 Реактивная
составляющая напряжения короткого замыкания, В;

         средняя
длина силовой линии потока рассеяния:

;

средний диаметр
канала между обмотками, коэффициент ,

 

Тогда реактивная составляющая
напряжения КЗ:

;

5.4 Расчетное значение напряжения
короткого замыкания, %:

, где

,

,

Тогда значение
расчетного напряжения короткого замыкания:

.

Необходимо
проверить, соотношение между расчетным значением напряжения короткого замыкания
и значением, которое было выдана для расчета силового трансформатора:

 Проверка
ВЫПОЛНЯЕТСЯ

5.5 В
соответствии с указаниями ГОСТа 11677-85 токи короткого замыкания для силовых
трансформаторов должны определяться следующим образом:

—
установившийся ток короткого замыкания Iк для
двухобмоточного трансформатора, при мощности меньшей 1000 кВА, А;

,

где
— номинальный фазный ток ВН;

Наибольший
ударный ток короткого замыкания:

;

— этот
коэффициент выбираем по таблице.

5.6 Радиальная
механическая сила на одну обмотку, Н;

 

где W –
число витков обмотки ВН,

,

,

5.7 Сила,
разрывающая обмотку, Н;

,

5.8 Напряжение
на разрыв в алюминиевом проводе;

;

Проверка ВЫПОЛНЯЕТСЯ, так как
меньше 15.

6.
Расчет магнитной цепи.

6.1 Для
нормализованного ряда диаметров стержней магнитных систем силовых трансформаторов
нормализованы так же число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов
пластин, число, размеры и расположение охлаждающих каналов, а следовательно, и
площади поперечных сечений  стержня Пфс и ярма Пфя.

         Эти
значения выбираются исходя из диаметра стержня:

Ступеней
стержня =8  Ступеней ярма=6 

6.2 Активное
сечении стержня, м²;

;

где k₃=0,93,

6.3 Активное
сечение ярма, м²;

;

где k₃=0,93,
тогда

6.4 Индукция в
стержне, Тл;

,

6.5 Индукция в
ярме, Тл;

,

6.6 Масса стали
в стержнях, кг;

,

где m=3 – число стержней, в проекте равно числу фаз;

 — плотность стали;

 — из таблицы.

6.7 Масса стали
в ярмах, кг;

,

где  — масса стали ярм между осями крайних
стержней.

−расстояние между осями стержней;

−изоляционное расстояние между обмотками ВН
на соседних стержнях;

.

6.8Потери
холостого хода слагаются из потерь в магнитопроводе, потерь в стальных
элементах конструкции остова трансформатора, вызванных потоком рассеяния.
Потерями в первичной обмотке, вызванными током холостого хода, и
диэлектрическими потерями в изоляции пренебрегаем.

, — удельные потери в
стержне и в ярме, , определяются по значениям Bc  и Bя соответственно.

,

Из исходных
данных Р_х=4900Вт

Проверка ВЫПОЛНЯЕТСЯ

6.9 Ток
холостого хода.

Ток
первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе при номинальном
синусоидальном напряжении и номинальной частоте, называется током холостого
хода:

,

где , — активная составляющая.

,

где , а  —
амплитудные значения напряженности магнитного поля А/м соответственно в
стержне, ярме, стыках (зазорах) трансформатора. Значения  выбираются по кривой намагничивания.

Выбираем
следующий значения, .

, рассчитывается по формуле:

,

,.

.

Ток холостого
хода в процентах можно вычислить из соотношения:

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание — внизу страницы.

Расчетные формулы основных параметров трансформаторов

коэффициент трансформации, мощность и ток кз трансформатора, напряжение кз, сопротивление короткого замыкания