1. Schemat układu:

 

 

 

2. Próba zwarcia udarowego

 

Celem próby zwarcia udarowego jest sprawdzenie mechanicznej wytrzymałości transformatora w przypadku nagłego zwarcia metalicznego na jego zaciskach przy napięciu zasilającym 1.05 napięcia znamionowego transformatora. W czasie zwarcia udarowego napięcie zasilające powinno mieć wartość niezmienną. Jest to warunek bardzo trudny do spełnienia , zwłaszcza przy próbach transformatorów dużej mocy. Dlatego próba taka może być wykonywana tylko w specjalnie przygotowanym pomieszczeniu zwanym zwarciownią.

Istnieją dwa typy zwarciowni:

            W jednej z nich, źródłem napięcia jest wydzielony generator o dużym momencie bezwładności , napędzany silnikiem indukcyjnym. W chwili trwania zwarcia wyłącza się zasilanie silnika napędowego a energie w czasie trwania zwarcia czerpie się z energii kinetycznej nagromadzonej w masach wirujących generatora. Przy takim rozwiązaniu łatwo jest uzyska żądaną wartość napięcia przed zwarciem.

            W drugim przypadku transformator badany zasila się napięciem z sieci. Odpowiednio duża sieć zasilająca może zapewnić napięcie praktycznie niezmienne w czasie zwarcia , ale istnieją trudności doregulowania napięcia do żądanej wartości .Sieć zasilająca powinna być odpowiednio sztywna, czyli powinna mieć odpowiednio duże moce zwarcia (patrz tab.1).

 

Tab.1. Pożądane moce zwarcia w zależności od znamionowego napięcia

Un [kV]

6

10 do 35

110

220

380

Sz [GVA]

1

1.5

5

10

15

 

Jeżeli transformator jest zasilany napięciem znamionowym, to napięcie na jego zaciskach pierwotnych zmienia się wg zależności :

 

U1 = Ö2Un sin (wt + a) p

Kąt a oznacza kąt fazowy napięcia w chwili zwarcia, tj. przy t = 0.

Prąd zwarcia udarowego jest sumą składowej periodycznej iokr czyli składowej okresowej oraz składowej nieokresowej iap (aperiodycznej ).

 

 iokr = (In/Zzr ) Ö2sin( wt + a - j z) ; iap = - (In/Zzr ) Ö2sin(a - j z) exp {(- Rz/Lz)t}, gdzie :

 

In – prąd znamionowy transformatora [A] ,

Zzr = Zz/Zn – wartość względna impedancji zwarciowej ,

Zz – impedancja zwarciowa [W] ,

Zn = Un/In – impedancja znamionowa [W] ,

j z= arctan(Xz/Rz) – kąt zwarcia transformatora,

Xz=wL – reaktancja zwarciowa transformatora [W] ,

Rz – rezystancja zwarciowa [W] ,

 

Największa wartość prądu zwarcia udarowego występuje w przypadku zwarcia, które powstało w chwili, kiedy napięcie miało wartość równą zeru.

Izmax=(In/Zz)Ö2 [ 1 + exp {(-Rz/Xz) p}]

 

Tak duży prąd powoduje powstanie dużych sił dynamicznych , które mogą powodować mechaniczne uszkodzenia elementów transformatora. Próba zwarcia transformatora może być więc próbą niszczącą i dlatego w zasadzie przeprowadza się ją na prototypach. Jako próba wyrobu albo typu jest ona przeprowadzana na podstawie porozumienia między wytwórcą a odbiorcą. Ze względów bezpieczeństwa najlepiej transformator podczas tej próby umieścić

w osobnym pomieszczeniu (możliwość wybuchu).

Próbie zwarcia udarowego mogą być poddane transformatory , w których wartość maksymalna prądu zwarcia nie przekraczała 25 – krotnej wartości amplitudy prądu znamionowego , a więc transformatory o niezbyt małym napięciu zwarciowym

Dopuszczalny czas trwania zwarcia ogranicza znaczny wzrost temperatury uzwojeń.

 

3. Przebieg ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenia obwiedni wszystkich rozkładów napięć chwilowych na poszczególnych zaczepach transformatora

 

3.1. Przeprowadzenie pomiarów

.Dla dwóch nastaw generatora (1.3/80 oraz 1.2/50) , na ekranie oscyloskopu odczytujemy amplitudę impulsu napięcia chwilowego na zaczepach transformatora oraz czas trwania szczytu tc i czas trwania półszczytu tg dla uziemionego oraz nie uziemionego transformatora.

Przy przepięciach piorunowych (udar) możemy mówić o rozkładzie chwilowych napięć w uzwojeniu. Ponieważ jest to obwód RLC zatem wartość szczytowa napięcia względem ziemi występuje niejednocześnie w różnych punktach uzwojenia. Aby otrzymać pełny obraz zagrożenia izolacji trzeba wyznaczyć obwiednię wszystkich rozkładów chwilowych