ток короткого замыкания трехфазных сухих трансформаторов

Когда говорят про ток короткого замыкания трехфазных сухих трансформаторов, многие сразу лезут в стандарты, формулы. А по факту, на объекте, главный вопрос часто не ?чему он равен?, а ?что с ним делать? и — что важнее — как он себя поведет в реальной сети, а не на бумаге. Частая ошибка — считать, что раз трансформатор сухой, то и проблемы с КЗ у него ?сухие?, то есть простые. Ничего подобного.

От теории к стенду: где цифры расходятся с жизнью

Брали мы как-то трансформатор 1000 кВА, 10/0.4 кВ. По паспорту, расчетный ток короткого замыкания на низкой стороне — те самые 16-18 кА, что и в учебниках. Решили проверить на стенде, с имитацией реальной подводящей сети — с учетом сопротивления кабелей от РУ, неидеального контакта. Получили на 10-15% меньше. Казалось бы, мелочь. Но если проектировщик заложил эту паспортную цифру для выбора аппаратуры, а реальный ток ниже, то уставки защит могут оказаться завышенными. Или наоборот — если сеть мощная, с малым сопротивлением, ток может быть и выше. Первый вывод: паспортное значение — это ориентир, а не догма. Нужно всегда смотреть на конкретную точку установки.

Особенно это касается трансформаторов от разных производителей. Вот, например, в каталогах ООО Хэнань Цзиньюй Электрик (https://www.jydq.ru) на их сухие трансформаторы серий SC(B)10 и подобные всегда приводятся подробные кривые, зависимости тока КЗ от напряжения и мощности. Но даже эти данные — при испытаниях на идеальной схеме. В их описании продуктов, кстати, акцент сделан на надежность и соответствие ГОСТ, но практик знает: соответствие — это минимум. А как поведет себя в уже немного постаревшей сети? Тут уже начинается поле для инженерных оценок.

И еще момент — тепловой. При коротком замыкании в сухом трансформаторе нет масла, которое отводит тепло и гасит дугу. Вся энергия выделяется в обмотках, и их температурный скачок — критичен. Поэтому значение тока КЗ — это не просто цифра для защит, это прямой входной параметр для оценки стойкости обмотки к термическому удару. Часто вижу, что на это смотрят в последнюю очередь, а зря.

Защита: тонкости, о которых не пишут в инструкциях

Исходя из вышесказанного, подбор защит — это всегда компромисс. Ставь чувствительную — будет много ложных срабатываний от пусковых токов. Загрубишь — рискуешь не отсечь реальное КЗ вовремя. С сухими трансформаторами, особенно в частотных приводах или с нелинейной нагрузкой, история еще интереснее — токи могут быть насыщены гармониками, и обычный автомат может ?задуматься?.

Опытным путем пришли к тому, что для ответственных установок, где используются, допустим, трансформаторы мощностью 1600 кВА и выше, часто нужен не просто вводной автомат, а комбинация: быстродействующий предохранитель (для мгновенного отключения при большом токе КЗ) и более ?медленная?, но селективная электронная защита (для отсечек при токах, близких к номинальным). Это дороже, но спасало оборудование не раз.

Одна из запомнившихся ситуаций была на заводе, где стояли как раз сухие трансформаторы. Сработала защита, отключился цех. Ищем причину — вроде бы КЗ не фиксируется. Оказалось, межвитковое замыкание в самой обмотке, развивающееся. Ток был не тот гигантский, как при металлическом КЗ на шинах, а всего в 3-4 раза выше номинала, но долго. Обычный автомат с времятоковой характеристикой ?D? мог бы и не отключиться вовремя. Хорошо, что стояла микропроцессорная защита с точной настройкой. После этого случая всегда обращаю внимание не только на максимальное значение тока короткого замыкания трехфазных сухих трансформаторов, но и на поведение при частичных, развивающихся повреждениях.

Влияние конструкции: не все ?сухие? одинаковы

Здесь стоит отвлечься на конструктив. Ток КЗ сильно зависит от импеданса трансформатора. А он, в свою очередь, — от конструкции обмотки, материала проводника, даже способа пропитки и изоляции. Литая обмотка (эпоксидная смола) и обмотка с изоляцией класса Н (керамика, слюда) будут по-разному реагировать на термический удар.

Например, у трансформаторов с литой изоляцией (как у многих серийных моделей, включая те, что поставляет ООО Хэнань Цзиньюй Электрик) есть плюс — хорошая защита обмоток от среды. Но при КЗ, если смола не выдержит и треснет, может возникнуть частичный разряд, который со временем усугубит проблему. Поэтому для них особенно важен контроль качества отливки. В их спецификациях на сайте всегда указаны строгие параметры испытаний на стойкость к КЗ, что, конечно, обнадеживает.

А вот открытые обмотки (с воздушным охлаждением) более ремонтопригодны, но требуют идеального климата в помещении. И их импеданс может немного ?плавать? в зависимости от температуры и влажности, что теоретически может влиять на ток КЗ. На практике эту разницу приборы могут и не уловить, но для точных расчетов в прецизионных установках это имеет значение.

Монтаж и эксплуатация: где рождаются реальные проблемы

Самая частая причина проблем, связанных с током КЗ, — даже не в самом трансформаторе, а вокруг него. Ненадежные контакты на шинах, неправильно выбранное сечение кабелей, коррозия. Все это увеличивает полное сопротивление цепи до точки КЗ, что, как ни парадоксально, может снизить ток. Но одновременно это создает точки локального перегрева, которые сами по себе являются источником опасности.

Приходилось видеть объекты, где монтажники, чтобы ?уложиться? в габариты, сгибали шины под острым углом, почти вплотную к корпусу. Электродинамические силы при КЗ в таком случае могут быть огромными, шину просто вырвет. И трансформатор, рассчитанный на стандартные 25 кА, может получить механическое повреждение от собственных выводов. Поэтому в проекте всегда нужно учитывать не только электрическую, но и механическую стойкость всей конструкции — от выводов трансформатора до сборных шин.

Еще один практический совет — регулярная термография. Она позволяет увидеть те самые слабые контакты до того, как они приведут к аварии. Особенно это важно после первых месяцев эксплуатации нового трансформатора, когда все соединения ?улеглись?.

Резюме: так на что же смотреть профессионалу?

Итак, подводя черту. Ток короткого замыкания для сухого трансформатора — это не абстрактный параметр из каталога. Это живой показатель, который зависит от: 1) завода-изготовителя и качества исполнения (тут как раз можно обратиться к проверенным поставщикам вроде ООО Хэнань Цзиньюй Электрик, чей сайт jydq.ru дает хоть какую-то основу для анализа), 2) параметров питающей сети в конкретной точке, 3) состояния коммутационной аппаратуры и соединений.

При выборе и проектировании нужно запрашивать у производителя не просто цифру, а полный протокол типовых испытаний на стойкость к КЗ. Смотреть на механическую и термическую стойкость. И главное — проектировать защиту не по максимуму, а с пониманием реальных возможных сценариев повреждения, включая развивающиеся.

В конечном счете, надежность системы определяет не самое дорогое оборудование, а самое слабое звено в цепи. И часто этим звеном оказывается не сам трансформатор, а неверная интерпретация его параметров, таких как тот самый ток короткого замыкания трехфазных сухих трансформаторов, и неправильно построенная вокруг него система защиты. Работая с этим годами, понимаешь, что истина всегда где-то между паспортом и реальным щитом управления на объекте.