Напряжение кз: Напряжение короткого замыкания

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.

Содержание

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.

Напряжение короткого замыкания трансформатора | Сборка масляных трансформаторов

Страница 9 из 79

§ 8. НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Итак, вы выяснили, что потоки рассеяния играют заметную  роль в работе трансформатора и во многом определяют его размеры и  характеристики. Однако нам неясно пока, каким образом учитывать и как оценить влияние рассеяния.
Измерять непосредственно величину рассеяния очень трудно: слишком разнообразны пути, по которым могут замыкаться магнитные силовые линии этих потоков. Поэтому на практике редко занимаются измерением потока рассеяния непосредственно. Вместо этого его оценивают по тому влиянию, которое он оказывает на напряжение и токи в обмотках.

Рис. 8. Короткое замыкание вторичной обмотки двухобмоточного трансформатора: 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная обмотка, 3 — магнитопровод

Мы уже знаем, в чем заключается это влияние: при коротком замыкании токи в обмотках лишь в 10—20, а не в 100 раз превосходят свои значения при нормальной работе трансформатора.
Допустим теперь, что у трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой (рис. 8) и с токами I\к и h к, в 10—20 раз большими токов /1 и /2, снизили первичное напряжение Ui. Очевидно и токи в обмотках тоже будут уменьшаться. Если напряжение U1 уменьшить, например, в 3—5 раз, то во столько же раз уменьшатся и токи / 1Ки /2к. А если его снизить в 10—20 раз, то в 10—20 раз уменьшатся и токи. Другими словами, можно установить напряжение Ui такой величины, что токи 1\к и hK

станут равными своим значениям при нормальной работе трансформатора, т. е. It к = Л и /2к = 1ъ
Напряжение, которое надо приложить к одной из обмоток {при другой короткозамкнутой), чтобы в обмотках установились токи 1\ и h нормальной нагрузки, называют напряжением короткого замыкания и обозначают ик. Величиной ик и оценивают потоки рассеяния, а также их влияние на работу трансформатора. Напряжение короткого замыкания обычно выражают в процентах от первичного напряжения Ui:

Чтобы показать непосредственную связь между ик и рассеянием, представим, что в трансформаторе с определенным йк (например, 5%) нам удалось каким-то образом «раздвинуть» обмотки. Тотчас же амперметр в цепи первичной обмотки 1 покажет снижение тока /и, хотя напряжение, показанное вольтметром, останется неизменным (5% от Ui). Однако оно уже не будет равным и к, так как токи в обмотках понизились и стали меньше своих номинальных значений. Очевидно, чтобы восстановить их величину, надо повысить напряжение до величины ик, большей ик (например, до 8% от Ui). Значит при увеличении расстояния между обмотками и к растет.

Объяснить это явление нетрудно, если вспомнить, что увеличение канала между обмотками увеличивает поток рассеяния, замыкающийся по воздуху вокруг обмоток. Соответственно увеличиваются ЭДС рассеяния £р1 и Е р2 и, следовательно, индуктивные сопротивления обмоток. Вследствие этого токи в обмотках уменьшаются и, чтобы повысить их до нормальных значений, надо увеличить первичное напряжение до ик. Рассуждая точно так же, можно установить, что при уменьшении расстояния между обмотками напряжение короткого замыкания снижается.
Таким образом, мы показали, что существует прямая связь между рассеянием и напряжением короткого замыкания. Это позволяет повторить все сказанное о роли рассеяния применительно к ик.

Чем больше и К) тем меньше ток короткого замыкания, следовательно, медленнее растет температура обмоток, по которым течет этот ток, и тем меньше опасность разрушительных механических усилий (подробнее см. в § 9). В то же время, чем больше ик, тем больше рассеяние, что увеличивает потери в конструкции и падение напряжения в обмотках. Следствием этого является снижение к. п. д. и отдаваемой трансформатором мощности.
К величине ик следует относиться с определенной осторожностью, стараясь, чтобы его значение было достаточным для ограничения токов к. з. и самозащиты трансформаторов, но не настолько большим, чтобы заметно увеличить потери и понизить отдаваемую ими мощность.

Государственный общесоюзный стандарт (ГОСТ) установил определенные значения ик для каждой мощности трансформаторов. Так, для трансформаторов мощностью от 10 до 6300 кВ*А напряжение короткого замыкания ик равно 5—7,5%, свыше 6300 кВ*А— 8—11% в зависимости от мощности и напряжения обмотки ВН.
Зная величину иКу очень просто определить ток короткого замыкания в обмотке. Действительно, 1\к будет во столько раз больше номинального тока 11, во сколько первичное напряжение U1 больше ик, т. е.
Учитывая, что ик обычно выражают в процентах от f/i, получим:

Так, если ик равно 5%, то 7iK в  = 20 раз больше тока It при нормальной работе трансформатора.

• Назад
• Вперёд

пост. тока — Короткое замыкание = нулевое напряжение?

Задавать вопрос

спросил
4 года 8 месяцев назад

Изменено
4 года, 7 месяцев назад

Просмотрено
6к раз

\$\начало группы\$

Читая этот вопрос и ответы на него (а также другие вопросы), кажется, что при идеализированном коротком замыкании с нулевым сопротивлением можно сделать вывод, что напряжение равно нулю.

Это кажется совершенно неправильным.

Обоснование дано V=IR. Предполагая, что ток конечен , вы действительно пришли бы к выводу, что V=0. Но почему вы предполагаете конечный ток?

Да, реальные токи должны быть конечными, но реальные сопротивления не должны быть равны нулю. Это идеализация; идеализированные значения не обязательно должны быть физически достижимыми.

И в реальном приближении идеального короткого замыкания можно увидеть очень большой ток; ненулевое напряжение, бесконечный ток и бесконечная мощность кажутся гораздо более точной идеализацией, чем идеализация конечного тока, нулевого напряжения, нулевой мощности.

Итак, мой вопрос. Является ли эта идеализация конечного тока и нулевого напряжения общепринятой? И почему?

---

Редактировать: чтобы было ясно, в этой идеализации параметры идеальной схемы могут достигать идеализированных значений — в частности, априори допускается буквально бесконечный ток (для математической точности я имею в виду расширенное реальное число ∞). При R=0 и I=∞ закон Ома не накладывает ограничений на напряжение; каждые расширенных вещественных чисел для V согласованы.

• анализ цепи
• постоянный ток
• короткое замыкание

\$\конечная группа\$

7

\$\начало группы\$

Нет сопротивления. Конечный ток. Нет напряжения поперек. Это предположения для идеального проводника. Это делает короткое замыкание похожим на идеальный проводник. При анализе цепей с неблагоприятными [слабыми сигналами] полезно использовать допущение об идеальном проводнике. При анализе чего-то менее безобидного, способного светиться и плавиться, предположения об идеальном проводнике могут оказаться бесполезными.

Разные предположения для разных задач.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Если вы предполагаете идеальные компоненты в цепи, вы получите противоречие — у вас не может быть A, потому что B.

Идеальный источник напряжения не имеет внутреннего сопротивления и обеспечивает постоянное напряжение независимо от силы тока.

Идеальное короткое замыкание будет иметь нулевое сопротивление, поэтому на нем должно быть нулевое напряжение независимо от силы тока.

Если вы подключите идеальное короткое замыкание через идеальный источник напряжения, у вас будет невозможная ситуация — как фиксированное напряжение (от источника напряжения), так и нулевое напряжение (из-за идеального короткого замыкания) между теми же двумя точками.

В реальном мире источники напряжения имеют некоторое внутреннее последовательное сопротивление (для батарей) или ограниченную допустимую нагрузку по току (для источников питания), и любой проводник будет иметь некоторое сопротивление, все из которых будут ограничивать максимальный ток, который может протекать, и результирующее напряжение на источнике напряжения/коротком замыкании.

\$\конечная группа\$

9

\$\начало группы\$

при идеализированном коротком замыкании с нулевым сопротивлением можно сделать вывод, что напряжение равно нулю.

Не забывайте об индуктивности ярлыка. Если вы также идеализируете индуктивность, у вас действительно будут бесконечные токи.

, но реальные сопротивления должны быть ненулевыми

Даже это неверно: сверхпроводники имеют нулевое сопротивление, но ненулевую индуктивность.

В реальном мире существуют даже электрические цепи, в которых ненулевое напряжение подается на «короткий путь» (если вы определяете «кратчайший путь» как \$R=0\$): Сверхпроводящие магнитные накопители энергии

До тех пор, пока на замыкатель (катушка СМЭС) подается ненулевое напряжение, ток нарастает по формуле \$\frac{di}{dt} = \frac u L\$.

Как только на шлейф не подается напряжение (ноль вольт), в катушке SMES течет постоянный ток. Этот ток представляет собой накопленную энергию.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Идеализация короткого замыкания — это не «конечный ток и нулевое напряжение», идеализация — это «нулевое сопротивление». Сколько тока будет течь, зависит от остальной части цепи. Если расчеты для всей цепи показывают, что в этой ситуации через короткое замыкание будет протекать бесконечный ток, значит, нельзя использовать идеализацию короткого замыкания, а нужно использовать его реальное сопротивление.

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Что происходит с сетевым напряжением в случае короткого замыкания

спросил
2 года 11 месяцев назад

Изменено
2 года, 11 месяцев назад

Просмотрено
243 раза

\$\начало группы\$

Я имею в виду до срабатывания автоматического выключателя.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Если короткое замыкание является идеальным коротким замыканием, то напряжение падает до нуля в месте короткого замыкания. Если это не идеальное короткое замыкание, то напряжение будет падать, но фактическое напряжение будет зависеть от сопротивления ответвленной проводки и сопротивления самого короткого замыкания.

То, что происходит в других точках ответвления, будет зависеть от длины проводов и их сечения. Напряжение вдоль линии почти наверняка уменьшится, но определение того, насколько изменится напряжение, не является тривиальной задачей и потребует подробной информации, которую вы не предоставили.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Деление на ноль Ом невозможно, но выключатели рассчитаны на 10 кА. «Все имеет сопротивление». Даже если измерять в микроомах.

если вы замкнули изолированный медный провод AWG16 отверткой толщиной от 2 мм до 5 мм, используя скобу в качестве рычага, пытаясь удалить его из дерева, и вместо этого проткнули изоляцию не менее 5 мм наконечника из сплава с покрытием, отвертка мгновенно испарит охладитель до прерывателя. срабатывания вызывающие взрыв от преодоления звукового барьера с взрывоопасным испарением меди и стали.

Это происходит за 1 цикл из-за сильного соленоида внутри выключателя, время срабатывания с высоким током, а испаряющийся медный переход оставляет тонкий слой медной краски на вашей пластиковой защитной линзе, вплавленной в пластик.