Temat: Zwarcie pomiarowe i zwarcie awaryjne transformatora

Temat: Zwarcie pomiarowe i zwarcie awaryjne transformatora
zwarcie pomiarowe;
Próbę zwarcia pomiarowego transformatora przeprowadzamy w celu pomierzenia strat
mocy w jego uzwojeniach oraz dla określenia napięcia zwarcia. Napięciem zwarcia
transformatora nazywamy napięcie, jakie należy przyłożyć do zacisków uzwojenia
pierwotnego, aby przy zwartych zaciskach uzwojenia wtórnego spowodować przepływ prądu
znamionowego w obu uzwojeniach. Napięcie zwarcia jest zwykle niewielkie i wynosi kilka
lub kilkanaście procent napięcia znamionowego.
Indukcja magnetyczna w rdzeniu transformatora w czasie zwarcia pomiarowego wynosi
również kilka lub kilkanaście procent wartości indukcji w czasie pracy przy napięciu
znamionowym. Ponieważ straty w rdzeniu są w przybliżeniu proporcjonalne do kwadratu
wartości maksymalnej indukcji magnetycznej, więc straty te w czasie próby zwarcia są
pomijalnie małe. Wobec powyższego moc pomierzona przy zwarciu pomiarowym jest
praktycznie równa mocy traconej w uzwojeniach transformatora. Moc ta jest nazywana
stratami obciążeniowymi i są one w praktyce - przy prądzie znamionowym - kilkakrotnie
większe od strat jałowych transformatora.
Straty obciążeniowe w uzwojeniach można określić wzorem:
(5.8)
Pu  mk( R1I12  R 2 I22 )
gdzie:
I1, I2 - prądy fazowe pierwotny i wtórny; R1, R2 - rezystancje uzwojeń, mierzone
prądem stałym, przeliczone na 75 C;
m - liczba faz; k - współczynnik strat dodatkowych.
Współczynnik k zależy od wymiarów przewodu oraz częstotliwości i zawarty jest
zazwyczaj w granicach 1<k<1.3. W wielkich transformatorach występują jeszcze straty
dodatkowe poza uzwojeniami, zlokalizowane w elementach konstrukcyjnych np. kadzi.
Moc pobierana przy zwarciu Pz praktycznie w całości pokrywa straty obciążeniowe w
uzwojeniach, co pozwala na obliczenie rezystancji zwarcia transformatora.
P
(5.9)
Rz  2 z
I1z
przy czym
(5.10)
R z  R1   2 R 2
Impedancja zwarcia transformatora
U
(5.11)
Z z  1z
I1z
Znając Zz oraz Rz można obliczyć reaktancję zwarcia transformatora
X z  Z2z  R 2z
(5.12)
X z  X1   2 X 2
(5.13)
Z z  R 2z  X 2z
(5.16)
przy czym:
gdzie:
X1, X2 - reaktancja uzwojeń pierwotnego i wtórnego.
Współczynnik mocy przy zwarciu pomiarowym:
Pz
(5.14)
cosz 
U1z I1z
Jeżeli próba zwarcia pomiarowego przeprowadzana jest dla transformatora zimnego,
rezystancję zwarcia należy przeliczyć na temperaturę zn, którą zazwyczaj przyjmuje się
równą 75 C.
Rezystancja zwarcia przeliczona będzie równa:
234,5   zn
(5.15)
R z  R z
234,5  0
gdzie:
0 - temperatura otoczenia.
Impedancja zwarcia przeliczona:
Napięcie zwarcia:
(5.17)
U z  Z z I1zn
Napięcie zwarcia wyrażone w procentach napięcia znamionowego:
U
(5.18)
u z %  z 100%
U1zn
Przykładowy przebieg charakterystyk zwarcia pomiarowego, przedstawiono na rys.5.2.
Współczynnik mocy przy zwarciu można również wyrazić następująco:
Rz
cosz 
(5.19)
R 2z  X 2z
Rezystancja i reaktancja obu uzwojeń są stałe w stanie zwarcia, a więc cosz jest
wielkością stałą, czyli charakterystyka I1z=f(U1z) ma przebieg prostoliniowy. Wartość cosz
zależy od mocy i konstrukcji transformatora.
Straty mocy przy zwarciu, równe stratom w uzwojeniach, są proporcjonalne do kwadratu
U
prądu I1z, a prąd I1z  1z kU1z , czyli Pz  kU12z , więc krzywa strat w funkcji napięcia jest
Zz
parabolą.
Rys.5.2. Charakterystyki zwarcia pomiarowego transformatora jednofazowego
Zwarcie awaryjne - występuje jeżeli stronę pierwotną zasilimy napięciem
znamionowym przy zwarciu strony wtórnej. Zwarcie awaryjne jest niepożądane i jest
wynikiem awarii polegającej na uszkodzeniu izolacji uzwojeń strony wtórnej lub przy
zwarciu nieizolowanych zacisków uzwojeń strony wtórnej. W wyniku takiego zwarcia
przez uzwojenie pierwotne i wtórne popłynie bardzo duży prąd zwarciowy,
wielokrotnie większy od wartości znamionowych. W krótkim czasie dojdzie do
przepalenia izolacji uzwojeń.
Napięcie zwarciowe - jest to takie napięcie, które przyłożone do uzwojenia
pierwotnego przy zwarciu strony wtórnej powoduje w tym uzwojeniu przepływ prądu
znamionowego.
Cała moc czynna pobierana w stanie zwarcia P2 jest zużywana na straty w miedzi
uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
PZ = UR IZN cos = PZ