а) Особливості досвіду короткого замикання в цьому випадку
Досвід короткого замикання в умовах експлуатації має ряд особливостей. Перш за все треба визначити ту обмотку (ВН або НН), до якої при досвіді короткого замикання буде підводитися напруга, а це у великій мірі залежить від джерела живлення і вимірювальної апаратури, якими володіє випробувач.
Інша обмотка повинна бути замкнута накоротко; для замикання її застосовують короткі провідники (кабелі або шини), що мають перетин того ж порядку, що перетин введення замикає обмотки. При цьому слід добре зачищати всі контакти. Застосування провідників недостатнього перетину і погані контакти, створюючи додатковий опір, можуть значно спотворити результати виробленого досвіду короткого замикання.
У тих випадках, коли обмотка НН трансформатора має шинні вводи, закорочувати слід шматками шинної міді, які затискають для кращого контакту разом зі станіолем. Після того як замкнуті накоротко вводи однієї обмотки, до іншої підводять необхідну напругу.
Досвід короткого замикання виробляють на ступені номінальної напруги обмотки.
Встановлюваний в обмотках струм може бути менше номінального, але, як було сказано раніше, не менше 25% номінального. При дослідженні короткого замикання трифазних трансформаторів струм і напруга визначають як середнє арифметичне значення показання приладів всіх трьох фаз, а саме:
ГОСТ вказує, що якщо несиметрія струмів і напруг не перевищує 2%, то за значення струму при досвіді короткого замикання допускається приймати номінальний струм, який встановлюється в одній з фаз, а за значення напруги - значення того з трьох виміряних напруг, величина якого найбільш близька до середнім арифметичним значенням напруг.
При дослідженні короткого замикання слід фіксувати температуру обмотки. Як було сказано раніше, за температуру обмоток холодного трансформатора приймається температура верхніх шарів масла. Температуру його вимірюють ртутним або спиртовим термометром, термопарою або термометром опору на відстані 120-150 мм від кришки залитого повністю маслом трансформатора. Вимірювати температуру масла в розширювачі, як це іноді робиться, не слід.
Якщо досвід короткого замикання проводиться після відключення від мережі трансформатора або після його сушіння, то для визначення істинної температури обмоток слід виміряти опір однієї з обмоток постійному струму (одним з відомих методів).
Знаючи опір цієї обмотки при певній температурі і маючи опір обмотки при невідомої температурі, можна легко визначити шукану температуру. Визначають її за формулою
де Фобм - шукана температура обмотки, при якій виміряні опору Ro; - відома температура при якій виміряна опір обмотки Rx (в «холодному» стані).
При проведенні випробування короткого замикання в умовах експлуатації в більшості випадків немає регульованого напруги від окремого, спеціально для цієї мети виділеного генератора. Доводиться користуватися трифазними мережами стандартів напруги: 127, 220, 380, 500 3 150 і 6 300 в.
В цьому випадку слід вибирати ту напругу, при якому в обмотках трансформатора встановиться струм в межах 25-100% номінального струму і всі необхідні вимірювання можливо зробити наявними приладами.
б) Вимоги, що пред'являються до Вимірювальним приладів, особливо при вимірюванні втрат при досвіді короткого замикання
При користуванні цими схемами слід точно дотримуватися всіх правил вимірювань. Вимірювання напруг і струмів слід проводити приладами класу 0,5. Варто окремо зупинитися на вимірі втрат при досвіді короткого замикання. Рекомендується при випробуваннях потужних трансформаторів застосовувати малокосінусние ватметри класу 0,5 і вимірювальні трансформатори (т. Е. Трансформатори струму і трансформатори напруги) класу 0,2. При користуванні вимірювальними трансформаторами при необхідності слід враховувати їх кутові похибки. Пояснимо це.
Як відомо, потужність однофазного змінного струму визначається формулою
P = UI cos ф,
т. е. величина потужності залежить не тільки від значення напруги U, струму /, але і від коефіцієнта потужності cos ф.
Звичайні ватметри для вимірювання потужності змінного струму, 1как правило, призначені для вимірювань при cos ф '= 1, т. Е. Повне відхилення стрілки приладу буває при номінальному струмі і напрузі.
Якщо ж проводити вимірювання потужності цими ваттметром при cos ф<1, то при номинальных значениях напряжения и тока полного отклонения стрелки прибора не будет. Когда угол сдвига между током и напряжением (ф) будет равен 90е, cos ф будет равен нулю - никаких показаний (на ваттметре не будет (это случай, когда активная мощность равна нулю). При измерении потерь короткого замыкания трансформаторов угол сдвига между током и напряжением (ф) различен и зависит от мощности трансформатора, его индуктивности и величины потерь.
Кут ф змінюється від 60 ° у трансформаторів малої потужності до> 87 ° у потужних трансформаторів високої напруги з великим Uк, а іноді і доходить майже до 89 ° (потужні автотрансформатори високої напруги з великою індуктивністю).
У табл. 3-2 дані орієнтовні значення соsф при вимірах втрат короткого замикання в залежності від потужності трансформатора і його Uк в процентах.
ориен-
тірово-
чное значення cos фК при вимірюванні втрат короткого замикання
Величина кута ф
ориен-
тірово-
чно значення cos фК при вимірюванні втрат короткого замикання
Величина кута ф
Ця таблиця відноситься до трифазні двохобмотувальні трансформаторів вітчизняного виробництва з втратами і напругою короткого замикання згідно ГОСТ 401-41.
Вимірювання трифазної потужності виробляється як методом трьох ватметрів, так і методом двох ватметрів. Втрати трифазного трансформатора визначають як алгебраїчну суму показань ватметрів даної схеми. Струм і напруга вимірюють у всіх фазах, а середнє значення їх визначають як середнє арифметичне трьох величин.
При вимірюванні втрат короткого замикання потужних трифазних трансформаторів за методом двох ватметрів велике значення мають помилки самого приладу. Як відомо з теорії вимірювань, в цьому випадку показання ватметрів будуть пропорційні cos (ф-30) і cos (ф + 30), отже, для потужних трансформаторів, де кут близький до 90 °, cos 60 ° дорівнюватиме 0,5 і cos 120 °-мінус 0,5.
(При користуванні звичайним ваттметром (для cosф = = 1), коли котушки струмовий і напруги повністю завантажені, показання стрілок ватметрів будуть знаходитися в середині шкали і різниця цих показань (яка буде давати величину вимірюваної потужності) буде невелика.
Мал. 1.
а - вимірювання потужності методом двох ватметрів одним ваттметром з перемикачем; б - інше положення перемикача.
У цьому випадку помилки самих приладів, якщо вони до того ж матимуть різні знаки, можуть дати велику похибку, іноді перевищує 10%.
Користування в цьому випадку одним ваттметром з перемикачем, про що буде сказано нижче, значно зменшує цю помилку. Користування одним ваттметром навіть при великій його похибки в певній частині шкали при алгебраїчному складення (±) дає величину помилки, що дорівнює або близьку до нуля.
Якщо при випробуванні не мають повною кількістю приладів, то за рахунок деякого ускладнення схеми можна обійтися меншою їх кількістю. Потужність трифазних трансформаторів може бути виміряна одним ваттметром з перемикачем, що дозволяє перемикати ланцюга струму і \ напруги ватметра з однієї фази на іншу. Подібні перемикачі бувають самих різних конструкцій. Наведемо найбільш просту схему.
Ваттметровий перемикач є трьохполюсний перемикач (рис. 1, а), до двох нижнім ножів яка трапилася кінці струмового обмотки ватметра, а третій, верхній, ніж підводить напругу до котушки напруги ватметра. Інший кінець котушки напруги з'єднаний постійно з середньою фазою b. Цей перемикач відрізняється від звичайного триполюсного тим, що він має два автоматичних механізму K1 і К2 замикаючих накоротко фазу а чи с, в той час коли в неї не включена струмовий котушка ваттметра.
Мал. 2. Вольтметровий перемикач. а - схема перемикача, б - загальний вигляд перемикача
Допоміжне пристосування влаштовано так, що дозволяє включати струмовий обмотку ваттметра без розриву струму головного ланцюга.
Ставлячи перемикач в одне з двох можливих положень, ми по черзі включаємо струмовий котушку ваттметра в фазу а чи с. На рис. 1, а струмовий котушка ваттметра включена послідовно в фазу а, а котушка напруги - між фазами а й b. Розрив фази з в цей час замкнутий механізмом К2
На рис. 1,6 струмовий котушка ваттметра включена послідовно в фазу с, а котушка напруги - між фазами з і b.
Вольтметровим перемикачем (рис. 2) можна вимірювати напруги між усіма фазами одним вольтметром. Пристрій перемикача видно на рис. 2, а і б. Шість контактів, змонтованих на ізолюючої плиті, з'єднані попарно. За затискачів a, b і з ковзають два ізольованих один від одного движка, до яких підключений вольтметр. Повертаючи ручку перемикача, вимірюють напруги по черзі між усіма фазами.
Номінальна потужність, кВА
Верхня межа номінальних напруг обмоток, кВ
Втрати короткого замикання при номінальному навантаженні, Вт
1 325 1 325 1 325
2 400 2 400 2 400
0,525 0,525 3,15 10,5
4 000 4 100 4 100 4 100
0,525 0,525 3,15 10,5
6 070 6 200 6 200 6 200
9 400 9 400 9 400
Номінальна потужність, кВА
Верхня межа номінальних напруг обмоток, кВ
Втрати короткого замикання при номінальному навантаженні, Вт
37 000 37 000 39 500
122 000 133 000
148 000 163 000
180 000 200 000
222 000 222 000
Якщо вимір втрат короткого замикання з яких-небудь причин важко, то наближене визначення напруги короткого замикання для температури 75 ° С можна зробити і без вимірювання цих втрат.
Напруга короткого замикання ІКУ як було зазначено вище, складається з активного падіння напруги, що залежить від температури, і з реактивного падіння напруги, яке від температури не залежить. Активний і реактивний падіння напруги в свою чергу обумовлюються струмом, а також активним і реактивним опорами трансформатора. У трансформаторах малої потужності активний опір відносно велике, а тому Uк в холодному стані може значно відрізнятися від такого для температури 75 ° С. Різниця для дуже малих трансформаторів може доходити до 20%. У трансформаторах потужністю понад 1 000 кВА відносна величина активного опору багато менше. Для великих же трансформаторів можна без великої погрішності знехтувати активним опором і вважати, що все опір трансформатора реактивне і не залежить від температури, і, отже, за uk приймати значення, виміряне при температурі навколишнього середовища. Таке припущення може внести помилку в визначення ак порядку 2,0%, що не погіршує скільки-небудь істотно паралельну роботу трансформаторів при дотриманні інших умов паралельної роботи.
Мал. 3. Спрощена схема для визначення напруги короткого замикання потужних трансформаторів.
З наведених прикладів видно, що при визначенні ак струми і напруги в різних фазах дуже мало відрізняються один від одного. Ця обставина, а також переважання реактивного опору в великих трансформаторах допускають застосування спрощеної схеми при визначенні Uк великих трансформаторів. Як видно зі схеми (рис. 3), для випробування короткого замикання користуються лише одним амперметром, частотоміром і вольтметром. Нижче наводиться приклад визначення Uк за цією схемою.
Номінальна потужність, кВА
Верхня межа номінальних напруг обмотки ВН, кВ
Втрати короткого замикання, Вт
Напруга короткого замикання,%
1 280 1 470 1 280 1 470
5 500 5 900 5 500
Таблиці 3-4 і 3-5 складені з урахуванням ГОСТ 9680-61 - нових лав номінальних потужностей силових трансформаторів і автотрансформаторів потужністю 10 кВА і вище.
Згідно ГОСТ 11677-65, трансформатори (і автотрансформатори) силові. Загальні технічні вимоги, виміряна напруга короткого замикання (на основному відгалуженні) для всіх трансформаторів може відрізнятися від значень, даних у табл. 3-4 і 3-5, на ± 10%, а дійсні (виміряні) втрати короткого замикання для всіх дзухобмоточних і триобмоткових трансформаторів і для основної пари обмоток триобмоткових автотрансформаторів - на + 10%.
в) Потужність, споживана при досвіді короткого замикання
Потужність в кіловольт-амперах, потрібна при досвіді короткого замикання при проходженні по обмоткам номінальних струмів, залежить від потужності випробовується трансформатора, його Uк і визначається формулою