Temat: Zwarcie pomiarowe i zwarcie awaryjne transformatora
Transkrypt
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) cosz 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 cosz (5.19) R 2z X 2z Rezystancja i reaktancja obu uzwojeń są stałe w stanie zwarcia, a więc cosz jest wielkością stałą, czyli charakterystyka I1z=f(U1z) ma przebieg prostoliniowy. Wartość cosz 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