变压器的短路试验的分析介绍

【学习任务】（1）正确进行变压器的短路试验。

（2）根据短路试验数据正确计算变压器参数。

（3）正确理解短路电压的概念并进行相应计算。

1.试验目的

为了获得变压器的短路参数及满载时的铜耗，应做变压器的短路试验，这里所谓的短路是指稳态短路。通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜耗和短路阻抗。

2.试验方法

（1）二次绕组短路；

（2）一次绕组加可调的低电压Uk，从0向上缓慢升高电压，使短路电流达到额定电流；

（3）测量此时的一次侧电压Uk、输入功率pkN（短路损耗）和一次电流Ik。

短路试验时，电压可加在任一侧，但考虑到若低压侧加压电流大会导致选试验设备有困难，故一般均在高压侧加电压。

3.试验数据

如图3－3和图3－4所示，短路试验时，二次侧不输出功率，但是一次侧却有有功功率输入，这些功率都变成变压器的损耗消耗掉了。那么变压器有哪些功率损耗呢？一次绕组和二次绕组都有铜耗。由于短路试验时绕组中流过的电流为额定值，因此铜耗等于额定负载时的损耗。另外还有铁芯中的涡流损耗和磁滞损耗，但这时由于，与E1成正比关系的主磁通比正常运行时小得多，于是铁耗也比正常运行时小得多，与铜耗相比较，可以忽略不计。因此短路试验时的输入功率近似等于变压器的铜耗，即

图3－3　单相变压器短路试验接线图

图3－4　单相变压器短路试验等效电路

式（3－5）为一相的短路损耗，也叫负载损耗，如果是三相变压器，则总的短路损耗（负载损耗）需乘以3。

根据上述测得的数值和式（3－5），即可求出变压器的短路参数为

在作T形等值电路时，可认为

由于电阻的大小随温度而变，故按国家标准规定应把在室温下测出的电阻，换算到标准温度75℃时的数值。对于铜线，有

对于铝线，有

式中　θ——试验时的室温（℃）；

rk75℃——75℃时的电阻。

凡与其有关的各量，都应按相应的关系换算到75℃时的值，如75℃时的短路阻抗为

短路试验时电源加在哪一侧，则从上述各式算出的参数即为折算到哪侧的值；如需求另一侧的参数值，则应再经过折算。

4.短路电压

上面提到的短路电压（阻抗电压），即二次短路、电流为额定值时一次所加的电压，它是变压器中很重要的一个参数，其值为短路阻抗Zk75℃与一次额定电流I1N的乘积，即

短路电压常以一次额定电压的百分值表示为

它的有功分量UkY和无功分量UkW分别为

从式（3－11）中可以看出，短路电压的大小反映变压器在额定电流时短路阻抗压降的大小。短路阻抗对变压器的运行有很大影响，正常运行时，短路阻抗小一些为好，这样变压器在负载变化时二次电压波动小；在突然发生短路故障时，短路阻抗大一些为好，可使短路电流减小。一般中、小型变压器的Uk%＝4%～10.5%，大型变压器的Uk%＝12.5%～17.5%。上述各公式都按一相计算。若是三相变压器，则必须算出一相的数值再代入公式。

如果短路电压用标幺值表示，则它的值与短路阻抗的标幺值相等，即Uk*＝Zk*。

【例题3－2】一单相变压器，额定容量SN＝100 kV·A，额定电压U1N＝6 000 V，U2N＝230 V，fN＝50 Hz。线圈的电阻及漏抗为r1＝4.32 Ω，r2＝0.063 Ω，x1σ＝8.9 Ω，x2σ＝0.001 3 Ω。试求：

（1）折算到高压边的短路电阻rk、短路电抗xk及阻抗Zk；

（2）将（1）求得的参数用标幺值表示。

解：（1）变比为

折算到高压边的短路电阻短路电抗和阻抗力

（2）因为

所以(www.xing528.com)

自测题

答案3.1

一、填空题

1.变压器的空载试验是通过测量空载电流I0及空载功率P0来计算_________________、______________和______________等参数。

2.变压器空载试验时，电源电压可加在任何一侧，但为了方便和安全起见常在________加电压，测出来的各数值都是加电源一侧的量值，如果要得到另一侧的相应数值，则应该经过________。

3.变压器的短路试验是通过测量________、________及________来计算变压器的短路电压百分数、铜耗和短路阻抗的。

4.短路试验时，电压可加在任一侧，但考虑到低压侧加压电流大选试验设备有困难，故一般均在________加电压。

5.短路电压（阻抗电压），即二次短路、电流为额定值时一次所加的电压，它是变压器很重要的一个参数，其值为______________。

二、选择题

1.变压器运行时，其绕组和铁芯产生的损耗转变成（　　），—部分被变压器各部件吸收使之温度升高，另一部分则散发到周围介质中。

A.热量　B.有功　C.无功　D.动能

2.变压器运行时各部件的温度是不同的，（　　）温度最高。

A.铁芯　B.变压器油

C.绕组　D.环境温度

3.变压器的允许温度主要决定于绕组的（　　）。

A.匝数　B.长度　C.厚度　D.绝缘材料

4.三相变压器运行效率最高时应是（　　）。

A.不变损耗与机械损耗相等时　B.应是铁耗与铜耗相等时

C.铁耗与磁滞损耗相等时　D.可变损耗与不变损耗相等时

5.我国电力变压器大部分采用（　　）绝缘材料，即浸渍处理过的有机材料，如纸、棉纱、木材等。

A.A级　B.B级　C.C级　D.D级

三、判断题

1.变压器过负载能力可分为正常情况下的过负载能力和事故情况下的过负载能力。（　　）

2.施加于变压器一次绕组的电压因电网电压波动而波动。（　　）

3.变压器运行时各部件的温度是不同的，铁芯温度最高，绕组次之，变压器油的温度最低。（　　）

4.我国电力变压器大部分采用B级绝缘材料，即浸渍处理过的有机材料，如纸、棉纱、木材等。（　　）

5.当变压器过负载时，会发出很高且沉重的嗡嗡声。（　　）

四、计算题

1.一台单相变压器50 kV·A、7 200/480 V、60 Hz，其空载和短路试验数据见表3－1。

表3－1　变压器空载和短路实验数据

试求：

（1）短路参数及其标幺值；

（2）空载与满载时的铜耗和铁耗；

（3）额定负载电流、功率因数cosφ2＝0.9（滞后）时的电压变化率、副边电压及效率。