Напряжение короткого замыкания трансформатора – показатель работоспособности устройства.

Напряжение короткого замыкания трансформатора относится к числу его важнейших паспортных характеристик, указываемых на щитке устройства. Оно имеет постоянное значение для каждого изделия и определяется его конструкцией.

Короткое замыкание в трансформаторе

В случае номинального режима для трансформатора с первичной обмоткой w₁ (для подключения к сети) и вторичной обмоткой w₂ при подключении нагрузки r на вторичную обмотку напряжение U₂ вызовет ток нагрузки I₂ .

Этот ток пропорционален нагрузке на трансформаторе. При нарушении изоляции проводов цепи питания приемников возможны соприкосновения оголенных участков в отдельных точках до пользователя энергией.

Создается совсем иной режим функционирования прибора – короткое замыкание (КЗ) на участке цепи. На схеме КЗ в цепи пользования выделены обмотки первичная (поз.1) и вторичная (поз.2), а также магнитопровод (поз.3).

Схема трансформатора

В режиме КЗ катушка w₂ продолжает запитываться энергией из первички w₁ и передавать ее в свою укороченную цепь, состоящую теперь лишь из проводов соединения и витков самой катушки.

Негативные факторы КЗ в преобразователе напряжений

КЗ сопровождается следующими негативными факторами:

1. Резко возрастает сила тока в замкнутой электроцепи. Без нагрузки сопротивление вторичного контура представлено лишь сопротивлениями витков катушки и коммутирующих проводов, что в десятки раз ниже величины r. Соответственно, в той же пропорции возрастут токи в проводах обмоток.
2. Тепловые потери в обеих обмотках возрастут уже в сотни раз, поскольку они кратны (I²r). Температура обмоток в течение одной-двух секунд достигнет 300-500 градусов С, обмотки быстро сгорят.
3. При возрастании токов в обеих обмотках резко увеличиваются механические усилия, воздействующие на провода намотки. Напомним, что при прохождении токов в параллельных проводниках, какими являются витки катушек , между проводниками действуют силы взаимного притяжения в случае направленности токов в одну сторону или силы взаимного отталкивания – для направления токов в противоположные стороны. Силы намагничивания обмоток имеют встречные направления, потому обмотки стремятся к взаимным отталкиваниям друг от друга. Значения этих силовых воздействий пропорциональны произведению I₁I₂ , значит, при коротком замыкании они также возрастут в сотни раз и способны разрушить устройство.

Механические силы, мгновенно возрастающие от резко подскочивших значений токов КЗ, способны деформировать обмотки трансформатора вплоть до нарушения изоляции и уменьшения их электрической прочности.

При штатной эксплуатации КЗ является аварийной ситуацией, потому цепи устойства оснащаются защитой, автоматически отключающей устройство при возникновении короткого замыкания. Здесь существенную роль выполняет показатель напряжения короткого замыкания.

Методика определения U_кз

В отличие от режима КЗ, считающегося аварийным в условиях штатной эксплуатации, при лабораторном определении характеристик трансформатора уже сознательно идут на создание КЗ в системе.

Последовательность измерений следующая:

1. Вольтаж на входе устанавливается нулевым (равным нулю);
2. Клеммы на выходе замыкают, вольтаж выхода U₂ = 0;
3. Плавно поднимается значение входного напряжения U₁ , чтобы в катушках установить номинальные значения токов;
4. Зафиксированное значение входного напряжения U₁ при установившихся номинальных токах является напряжением короткого замыкания U₁ = U_КЗ .

В качестве паспортной характеристики трансформаторов напряжение короткого замыкания Ик используется в виде выраженного в процентах отношения Ик = U_КЗ /U_1ном , где U_1ном — номинальное напряжение на первичной обмотке.

В среднем, величина Ик колеблется в диапазоне от 5,5% до 10,5% от номинального первичного напряжения.