9.2.4. Действие токов короткого замыкания

Значительные токи внезапного короткого замыкания вызывают появление опасных для изоляции механических усилий в обмотках трансформатора. Поскольку по первичной и по вторичной обмоткам протекают противоположные по направлению токи, то электромагнитные силы от взаимодействия этих токов стремятся сжать витки внутренней обмотки и растянуть витки наружной обмотки (рисунок 9.10).

Наоборот, силы от взаимодействия одинаковых по направлению токов в ветвях каждой из обмоток стремиться сжать их по высоте.

В

Рисунок 9.10 – Поля рассеяния и силы, действующие на обмотки трансформатора при коротком

Замыкании

о время короткого замыкания электромагнитные силы пропорциональны или произведению токов двух обмоток , или квадрату тока каждой из обмоток и возрастают, по сравнению с силами в номинальном режиме, в 600…800 раз. Эти силы пульсируют с частотой Гц, не изменяя своего направления. Если механические напряжения в обмотках под действием электромагнитных сил превышают 50…60 Н/см², происходит их разрушение.

Поэтому при проектировании трансформаторов тщательно конструируется крепление его обмоток. Детали и узлы крепления испытываются на прочность на специальных испытательных стендах.

Опасными являются также тепловые действия токов короткого замыкания на обмотки, так как электрические потери в обмотках, пропорциональные квадрату тока, возрастают в сотни раз и температура обмоток резко повышается. Скорость нарастания температуры при этом составляет 3…10 ⁰С/сек, а время достижения предельно допустимой температуры(до 250⁰ С) составляет 5…25с.

Обычно защита отключает трансформатор от сети значительно раньше этого времени и температура обмоток не достигает предельной. Тем не менее, чтобы избежать возможного взрыва при больших тепловыделениях, в баке масляных трансформаторов предусматриваются предохранительный клапан и выхлопная труба, обеспечивающая выброс масла в специальные емкости.

9.2.5. Витковое короткое замыкание в обмотках трансформатора

При витковых замыканиях, например, во вторичной обмотке трансформатора ток в замкнутых витках можно определить исходя из равенства МДС обмоток

(9.36)

откуда

. (9.37)

Для первичной обмотки индекс «2» в этих соотношениях меняется на индекс «1».

Как следует из (9.37) ток в замкнутых накоротко витках обмотки может в десятки и сотни раз превышать номинальный ток нагрузки, что приводит к недопустимому местному нагреву, а огромные силы, действующие на короткозамкнутые витки, приводят к выходу трансформатора из строя.

При витковом замыкании во вторичной обмотке ток первичной обмотки практически не увеличивается, что исключает создание защиты трансформатора. Единственной надежной гарантией, предохраняющей трансформатора от повреждения в результате витковых замыканий, является правильный расчет, качественная технология и грамотная их эксплуатация.

9.3. Переходные процессы в асинхронных двигателях