Upload
abby-jones
View
347
Download
13
Embed Size (px)
Citation preview
ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET SVEUČILIŠTA J.J.STROSSMAYERA U OSIJEKU
MILICA PUŽAR, IVAN MANDIĆ
TRANSFORMATORII
ELEKTRIČNI ROTACIJSKI STROJEVI
Predavanja
Osijek, 2007.
1
TRANSFORMATORI
2
UVOD
3
Literatura
Anton Dolenc: Transformatori I i II, skripta, Sveučilište u Zagrebu -
Elektrotehnički fakultet, Zagreb, 1991.
Drago Ban: Zbirka zadataka iz transformatora, skripta, Sveučilište u Zagrebu - Elektrotehnički fakultet, Zagreb, 1971.
KONČAR -grupa autora: Tehnički priručnik, KONČAR Elektroindustrija d.d., Zagreb, Fallerovo šetalište 22, 1991.
4
110/20 kV
rGDHT15 kV 15/400 kV 400/110 kV
O-GD—GCHG T D T
T T
Transformiranje napona u elektroenergetskom sistemu
primarni namot sekundarni namot primarni namot
Simbol dvonamotnog transformatora sekundarni namot
Simbol tronamotnog transformatora
■ Transformira se napon - snaga ostaje približno ista.
UVOD
Energetski transformator - statički električki uređaj.
Prenosi električnu energiju s mreže jednog nivoa napona na mrežu drugog ili jednakog nivoa napona.
TP
110/20 kV 20/0.4 kV r-a M
r-GO-®
T P
kiD-®L-GO—00-
L-o
20/0.4 kV
M
UVOD
UVOD
5
UVOD
6
Sastavni dijelovi:
■ aktivni dio: željezna jezgra, primarni i sekundarni namoti,
■ konstrukcijski dio,
■ izolacijski dio.
7
Osnovne izvedbe
8
9
jezgra UVOD
10
■ PrimgTjfi ¡gmaZ jnnTTSgniEijTmTjsi na izvor energije.
■ ■ Sekundarni namot (sekundar) - namot u kojem dobijemo transformiranu električnu
energiju i na koji priključujemo trošilo.
UVOD
Namoti
11
■ gornjenaponski namot i jezgra
UVODNamoti
Podjela namota prema veličini (visini) napona:
12
UVOD
Prijenos energije
13
14
Broj zavoja primarnog ¡¡ ¡¡¡radnjJZnfflJW rSnfflfEg m5mora biti jednak.
UVOD
15
UVODPrijenos energije
16
■ zakon protjecanja:
akost magnetskog polja u jezgri
17
Prijenos energije - obavlja se posredstvom izmjeničnog magnetskog toka.
Rad transformatora se zasniva na električkim i magnetskim pojavama koje povezuju
ukupno protjecanje
duljina silnice^ u željezu
■ zakon elektromagnetske indukcije:
Osnovna pogonska stanja
18
vremenska promjena magnetskog toka
d0
d t
inducirani napon-e = -N
UVOD
1. glavna jednadžba
19
broj zavoja
UVOD
Osnovna pogonska stanja
■ Rad transformatora se promatra u pogonskim stanjima.
osnovnim
■ Osnovna pogonska stanja:
■ prazni hod - stezaljke sekundara su otvorene,
■ opterećenje - na sekundar je priključeno trošilo,
■ kratki spoj - stezaljke sekundara su kratko spojene.
20
napona ■—> E" = ,— n • 0m * f * Ni
21
UVODPiva glavna jednadžba transformatora
U svakom zavoju (u oba namota) inducira se jednaki napon jer oni obuhvaćaju jednak magnetski tok.
Inducirani napon primarnog namota:efektivna vrijednost 2
napona ----------* E, =~f= n -&m * N1-
magnetski tok frekvencija
Inducirani napon sekundara - aktivni napon:efektivna vrijednost 2
E Ti‘
magnetski tok frekvencija
UVODPrva glavna jednadžba transformatora
Naponska jednadžba transformatora:primarni inducirani
napon ----------->E1 N1
sekundarni inducirani ---------------=----------^s's\napon ---------------N 2 broj zavoja primara
broj zavoja sekundara
Primarni krug - priključen na napon U1.
Pretpostavka: otpor primarnog namota R1 =0 - vrijedi:
Ui = E1Proizlazi u, N,
prva gtevna jednadžba transformatora: JJ-
22
UVOD
prividna snaga primara — Si = S22. glavna jednadžba
U2Ui2
,NN
2
UVODDruga glavna jednadžba transformatora
Pretpostavka: transformator - nema gubitaka (!). Snaga
koju uzima iz mreže jednaka je snazi kojupredaje trošilima: prividna snaga radna snaga
sekundaraS
Prividne snage:Ui I = U 212 -I
Drugastruja primara
glavna jednadžba transformatora:struja sekundara —- _
^ primara
P = P2 2 ^-.^adna snaga
sekundara
23
UVODGlavne jednadžbe transformatora
24
gornjenap onskrn
namot
1 donjenaponski namot
■ ima manje zavoja (malo zavoja od debele žice) i
■ kroz njega teče jača struja.
25
Glavne jednadžbe pokazuju:■ gornjenaponski namot
■ima više zavoja (puno zavoja od tanke žice)
■kroz njega teče slabija struja,
PRINCIP RADA TRANSFORMATORA
26
U i 4
srednja duljina silnica
sekundarni namot
4 4
U
broj zavoja sekundarnog
namota
IDEALNI TRANSFORMATORPrazni hod
jezgra transformatora
broj zavoja primarnog namota
površina presjeka jezgre
primarni namot
IDEALNI TRANSFORMATORPrazni hod
Narinuti napon Ui potjera takvu
struju Ii =I^
koja sa svojim protjecanjem stvori takav
magnetski tok &
; da njegova promjena inducira napon Ei
koji drži ravnotežu narinutom naponu.
Istovremeno se zbog promjene magnetskog
toka inducira napon E2 u sekundarnom
namotu.
27
Ako je sekundarni krug otvoren, u sekundarnom namotu ne teče struja, I2=0A, pa napon U2 na stezaljkama iznosi: u = e
PRINCIP RADA TRANSFORMATORA
28
PRINCIP RADA TRANSFORMATORA
29
U 1 Ei| i- -L •Ni
—1 1 ---1- - :Ri1 2 o
U 1 V1 ---1- - ■ N 2
U 2 -1 —l_
30
Priključimo li trošilo u sekundarni krug, sekundarni napon transformatora potjera struju h kroz sekundarni namot (trošilo i namot):
L J2 = fi
Struja h teče kroz zavoje sekundarnog namota i čini novo
protjecanje:Struja kroz sekundar naruši ravnotežu u magnetskom krugu, stvorenu u praznom hodu:
- protjecanje se promijeni (smanji se),
- magnetski tok se promijeni (smanji se),
- inducirani naponi se promijene (smanje se).
Transformator povuče dodatnu struju tereta Ilt iz izvora napajanja da se uspostavi prijašnji magnetski tok i ravnoteža napona u primarnom krugu.
31
Protjecanje dodatne
struje primaraImpedancija trošila
Z T = R ± j X T
32
&2 = I2 N 2
Ukupno protjecanje u magnetskom krugu
®= N ! I1 - N 212
Dodatna struja primara
I = *21N, 12
33
REALNI TRANSFORMATOR
34
REALNI TRANSFORMATOR
PRINCIP RADA TRANSFORMATORA
■ Snaga koju transformator uzima iz mreže:
U 1 * = U 1 * +U J * +U J *U
1 J1 U1J ^ ^U
1J 0r ^u 1 J lt REALNI
konjugirano-kompleksne struje TRANSFORMATOR■ Transformator uzima iz mreže:
■ jalovu snagu za magnetiziranje željeza,
■ radnu snagu za pokrivanje gubitaka u željezu i■ prividnu snagu koliku sekundarno predaje trošilu!
35
I0
U
rektandja^''" ’rasipnapr
Strujamagnetiziranja
36
Shematski prikazjednofaznog realnogtransformatora u praznom hodu
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
37
Uzbudno protjecanje stvara magnetski tok u jezgri.
Protjecanje ovisi o:■potrebnoj veličini magnetskog toka u jezgri,■ geometrijskim dimenzijama jezgre,■magnetskim karakteristikama limova od kojih je napravljena jezgra.
Pretpostavke:
■magnetski tok je jednolik po presjeku jezgre,
■nema rasipnog magnetskog toka:
—m = konst.
U,
Tjemena vrijednost magnetskog toka: —m = 4 44f N
Indukcija Bx na presjeku jezgre Sx iznosi:—
B = —ivB x o ^'''-'-^trenutna vrijednost S x
magnetskog toka
Promjena indukcije u željeznoj jezgri - po petlji histereze.
Za svaku trenutnu vrijednost magnetske indukcije iz petlje histereze odredi se pripadna jakost magnetskog polja.
38
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
39
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■Jakost magnetskog polja - treba odrediti na svim mjestima u jezgri.
■ Potrebno protjecanje 0 struje magnetiziranja i0
(trenutna vrijednost) - prema zakonu protjecanja:
f H d / = i0 N,r rJ f
■ Vektori H i d l kolinearni: f H dl = i^ N,
■ Integracija - posebno za dio puta kroz željezo i dioputa kroz zrak: čista struja radna komponenta
magnetiziranja ^^^^truje magnetiziranja
N HFe dl + f HSdl)= i0 = iV. + i
0rREALNI TRANSFORMATOR
Struja magnetiziranja
—
Statička petlja histereze i valni oblik napona, toka i struje
40
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
Dinamička petlja histereze i valni oblik napona, toka i struje
41
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■ Struja magnetiziranja i0 nije sinusna0
42
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■ Radna komponenta i0r - određena gubicima histereze i vrtložnih struja:
i0r = lh + lv
Gubici histereze ovise o:■ obliku petlje histereze ( o kvaliteti
transformatorskog lima),■maksimalnoj vrijednosti indukcije,■broju premagnetiziranja jezgre u sekundi (frekvenciji napajanja).
U praksi - empirijske formule za određivanje specifičnih gubitaka [W/kg].
■ Specifični gubici histereze iznose:
p Fe,h = kh
konstanta materijala
■ Eksponent x ovisi o indukciji:■ do B=1T iznosi oko 1.6,■ za 1T< B <1,6T približava se vrijednosti 2,■iznad B=2T x bitno raste
Ukupni gubici histereze:masa zeljeza
P Fe,h =
p Fe,h
mF<^
43
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranjaREALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
44
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■ Promjena magnetskog toka inducira u jezgri vrtložne struje koje su u fazi s naponom.
■ Vrtložne struje stvore novo protjecanje.■ Iz mreže poteče dodatna struja iv koja nadoknađuje gubitke vrtložnih struja.
■ Vrtložne struje su proporcionalne kvadratu indukcije i frekvencije.
■ Gubici rastu s kvadratom struje.REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■ Specifični gubici vrtložnih struja:konstanta materijala ____________
p Fe,v = kv / 2Bm2
■ Ukupni gubici vrtložnih struja : PFe,v = pFe,vmFe
■ Smanjenje vrtložnih struja:■ sastavljanjem jezgre od izoliranih transformatorskih limova debljine 0.35 mm,■povećanjem električkog otpora limova legiranjem sa silicijem do 4.5%.
45
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
Fe
BmL1,5 + pp Fe,h(1.5T)' mvFe,v(1.5T)Fe
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
Ukupni gubici u željezu - pomoću specifičnih gubitaka kod frekvencije 50 Hz i indukcije 1 T:
■ U praksi - pojednostavljeno: P Fe = p Fe Bm m Fe
■ Ukupni specifični gubici kod 1 T pFe(1T) za određenu vrstu lima se odrede mjerenjem.
/ x [ /P Fe,h(1T) 50 Bm + P Fe,v(1T) I ~ Bm
kod indukcije 1.5 T:
' /Bm "2
v 50 1,5
/
2
750 H [ A/m ]
46
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■ Kakvoća transformatorskih limova - razlika u:specifičnim gubicima i krivulji magnetiziranja.
■ Krivulja magnetiziranja željeza - ovisnost indukcije o jakosti magnetskog polja:
Bm = f ( Hm )
■ Za proračun - krivulja prvog magnetiziranja.
■ Odredi se mjerenjem istosmjernim magnetiziranjem.
„■
■~/ c
)
b) _
--
a)s
s/ /
/
/ 1
1
1
1
B [ T ]
0 250 500
Krivulje pivog magnetiziranja
a) toplovaljani lim 0,5 mm, b) toplovaljani lim 0,356 mm, c) orijentirani
lim 0,356 mm.
1,5
1,0
0,5
47
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranjaREALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
48
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
Napon mreže -općenito: uj = V2UjCosat
Struju magnetiziranja 10 možemo predočiti pomoću dviju komponenata:
■/0r - radna i sinusna,
■I - jalova i nesinusna.
Radna komponenta struje magnetiziranja (u fazi s naponom): T = T + T
1 0r = 1 h + 1 v p
' Odredi se pomoću gubitaka u željezu: /_ = ——0r Ej
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
■ Ukupna struja magnetiziranja - fazorski zbroj radne i jalove komponente:
I0 = I, + I 0r
■ Kod transformatora velikih snaga - struja praznog hoda I0 zanemariva.
■ Iznosi samo nekoliko % nazivne struje.REALNI TRANSFORMATOR
Struja magnetiziranja
■ Struja magnetiziranja željeza i^Fe ima osnovni harmonik i više harmoničke članove (zbog nelinearnosti krivulje maagnetiziranja).
■ Viši harmonici ne mogu s naponom mreže dati nikakav radni učin (nisu iste frekvencije kao napon).
■ Viši harmonici povećavaju efektivnu vrijednost struje magnetiziranja.
■1^ - nadomjesti se ekvivalentnom sinusnom strujom osnovne frekvencije i iste efektivne vrijednosti.
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
E j
10r
1, ® m
Fazorski dijagram struje magnetiziranja realnog transformatora
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
REALNI TRANSFORMATORStruja magnetiziranja
49
Čista struja magnetiziranja - pomoću jalove snage potrebne za magnetiziranje 1 kg lima pFej:
specifična masa željeza 4 44 fS. lCA
E1—_ . pFe __________________l Fe ________ ______
^Fe J = m v S < srednja duljinaFe ' Fe ^F\ silnica u jezgri
Efektivna vrijednost jakosti magnetskog polja - odredi se Epstein aparatom: N T
H = JV 1 MFe ef l lFe
■Mjeri se efektivna vrijednost struje magnetiziranja i gubitaka kod raznih indukcija.
Mjerenjem se odredi krivulja magnetiziranja:
Bm = f (Hef)
Specifična jalova snaga: 444 fß H
^Fe,j = - ---------rpe
YFe je specifična masa željeza (7,6-103
kg/m3).
Krivulja specifičnih jalovih gubitaka:
PFe,j = f (ßm)
50
REALNI TRANSFORMATOR
Gubici u namotima
51
REALNI TRANSFORMATORGubici u namotima
■ Ukupni gubici u namotima: PCu = PCu1 + PCu2
■ Gubici u primarnom namotu: PCu1 = T12R1
■ Gubici u sekundarnom namotu: PCu2 = T22R2
■ Radni otpor vodiča: R = p1^ dulJma vodica
specifični otpor q
presjek vodiča
Specifični otpor bakra p = 0,017510-6 Qm.
REALNI TRANSFORMATOR
Struja magnetiziranja
■ Struja magnetiziranja željeza:
T ^Fe,j m Fe
^Fe E1 Ei ukupni jalovi
■ Ukupna jalova struja magnetiziranja: gubici
= T ^Fe + T S
■ Utjecaj zračnog raspora se ne može egzaktno uzetiu obzir - ovisi o:■ kakvoći proizvodnje,
■ kakvoći limova,■ veličini transformatora.
52
REALNI TRANSFORMATORGubici u namotima
Radni otpor ovisi o temperaturi bakra: promjena
^^'■'"'temperatureotpor vodiča ^R3 =Ra
(1 + ^A^r u toplom stanju // temperaturni koeficijent
otpor vodiča u hladnom stanju otpora bakra
Temperaturni koeficijent otpora bakra a = 0,0039
K-1. Povećanje temperature:
A3 = 3-3a1 3 je temperatura bakra kod koje otpor iznosi Ra.
1 3a je temperatura okoline kod koje otpor iznosi Ra
(obično je to 20o C).
REALNI TRANSFORMATORGubici u namotima
Iz mjerenih vrijednosti otpora u hladnom i toplom stanju odredi se temperatura namota.
Temperatura namota:
« 1 R 9- R aa Ra
U tehnici se računa sa specifičnim gubicima [W/kg].
Specifični gubici - pomoću iskustvenih vrijednosti specifičnih opterećenja bakra.
53
54
REALNI TRANSFORMATORGubici u namotima
REALNI TRANSFORMATORGubici u namotima
55
Cu
Iz gubitaka i specifičnog opterećenja - masa bakra i obrnuto.
56
■ Specifična opterećenja bakra kod nazivne struje koja iznose:
■ J = 1,5 -2 ■ 106 A/m2 kod suhih transformatora,■ J = 2,5 -3,5 ■ 106 A/m2 kod uljnih transformatora.
■ Gubici u bakru namota - pomoću specifičnog opterećenja:
Pcu = 12 R = (Jq)2 p1^
Masabakra: mCu =Ycu l cu q Specifična masa
bakra yCu =8,92103 kg/m3. Specifični
gubici:P- = J
PCu _T2 P
mCu
57
REALNI TRANSFORMATOR
Rasipanja
58
REALNI TRANSFORMATORGubici u namotima
Gubici u bakru namota: PCu = Ur I
Pad napona na otporu namota: Ur = IR
u postocima nazivnog 100Ur 100In R napona:ur = U— = —U %
n nGubici u bakru namota -u odnosu na nazivnu 100 p 100In
2 R snagu:-----pCu =---------Cu =- -n
%Cu P I U
n n nProcentualna vrijednost gubitaka u namotu jednaka je procentualnoj vrijednosti radnog pada napona na tomnamotu: Pu% = ur%
59
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
■ Najveći dio magnetskog toka prolazi zatvara se kroz oba namota.
kroz jezgru i
■ To je glavni magnetski tok *gl .
■ Dio toka se zatvara i kroz zrak.
■ Ne obuhvaća oba namota - ne transformaciji.
učestvuje u
■ To je rasipni magnetski tok <D„ .
REALNI TRANSFORMATOR
Rasipanjajezgra
donjenaponski
namot
gornjenap ottski WWmM=namot — 1 fff/ii
ii Ulj
•“Jj •!
Magnetsko polje opterećenog transformatora
60
61
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
62
63
■ Silnice, koje se zatvaraju samo oko primarnog zavoja, predstavljaju rasipni tok primarnog svitka
■ <D„1 uzrokuje induciranje protunapona u primarnom svitku.
■ Promatra se kao induktivni pad napona u primarnom svitku.
■ Rasipni magnetski tok @a2 - silnice koje se zatvaraju samo oko sekundarnog svitka.
■ <D„2 uzrokuje induciranje protunapona u sekundarnom svitku.
■ Inducirani napon usljed *„2 se tretira kao induktivni pad napona na sekundaru.
64
65
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
66
gl2t
Pojednostavljena slika magnetskog polja opterećenog transformatora
67
■ Rasipne silnice - ne zatvaraju se oko svih zavoja pripadnog svitka.
■ Ekvivalentni rasipni magnetski tok - konstantan za pripadni namot.
■ Inducira isti protunapon kao stvarni rasipni tok.■ Dobije se jednostavna slika glavnog i rasipnih tokova.
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
i2
L i • i i
N i- ^giit
*ait N1 i,
<Pgl1t je glavni magnetski tok (trenutna vrijednost) ako teče samo struja i1 kroz primarni namot.
<Pgl2t je glavni magnetski tok (trenutna vrijednost) ako teče samo struja i2 kroz sekundarni namot.
Obuhvaćaju sve zavoje oba namota.
0<j1t i 0<j2t su rasipni tokovi (trenutne vrijednosti) primarnog i sekundarnog namota.
Rasipanja određuju rasipne induktivitete.
Ukupni primarni induktivitet L1 je određen ukupnim tokom koji stvara primarna struja i{.
(tfgut + *„it) Ni
i
Rasipni tok <P7it: @
Rasipni induktivitet primara: L , = -
i2
REALNI TRANSFORMATORRasipanjaREALNI TRANSFORMATORRasipanja
i2
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
Blondelov faktor definira ukupno rasipanje: M2
7 = i--L i L 2
Rasipna reaktancija primarnog namota:
X ai = ®L ai
Rasipna reaktancija sekundarnog namota:
Xa2 = ® L a2
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
REALNI TRANSFORMATORRasipanja
■ Međuinduktivitet između primara i sekundara - ulančenje glavnog toka primara sa zavojima sekundara (i obrnuto).
■ Analogno ukupni sekundarni induktivitet:
r (^gl2t + ® a2t) N2 L2 = . i 2
■ Međuinduktivitet između primara i sekundara: ■ Rasipni induktivitet sekundara:
N_
N L 2 = i M
N,■ Rasipni induktivitet primara: L , = L,------------M
ai i n2
■ Rasipni magnetski tokovi se promatraju u odnosu na glavni tok.
13
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
Shematski prikaz opterećenog jednofaznog realnog transformatora
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
Naponske jednadžbe opterećenog realnog transformatora:
«1 = R1 il + —(L1 i
i —Mi2) d t
«2 = — R2 i 2 + ( M i1 — L2 i2 ) d tVrijedi za sva pogonska stanja.
Struja i2 - s negativnim predznakom (njezino protjecanje ruši magnetski tok stvoren u primarnom krugu).
14
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
15
Pretpostavka - induktiviteti konstantni
Hj = R1i1 + ——(Z,j ij — M i2) d t
U2 = — R2 i 2 + ~"^( Mi1 — L2 i2 ) d t
_ . _ d , . d /2 t/j — 7?iii + L1—— M ——
d t d t,.di. , di2
U2 = — R2 i 2 + M ~7~ L2 "~7T~ dt dt
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
■ Induktiviteti konstantni - ispunjeno za transformator bez željezne jezgre.
■ Transformator sa željeznom jezgrom ima promjenljivi permeabilitet.
■ Permeabilitet ovisi o jakosti magnetskog polja i indukciji u jezgri.
■ Pretpostavka: za neku radnu točku permeabilitet konstantan - induktiviteti konstantni!
■ Pretpostavka: nema gubitaka u željeznoj jezgri!
16
Rasipni induktivitetprimara
N,La, = L,---------1M
a1 1 N■ =HLC _■ )Naponske jednadžbe 2 »r ^ 1 |i'
„ . „ d i. ,, d C'—V 1v 2 u . = R . i . + L . —- - M—- 1 11 1 d t d t
u2 = - R, i 2 + M —1 - L22 ^ 2 d t 2 d t
N , d i , N , d i,, u- = R-i- + ( L i — M——)——- + M-1-^
N2 d t N2 d t
u2 =— R2i2 — (L2 — MNL )^ + M ^2 2 2 2 N . d t d t
M
Inducirani
napon primara
N d hd t
di
e, = MN2 d t
Inducirani
napon
sekundara
d i,e2 = M—^
2 d t
REALNI TRANSFORMATORStruja u primarnom namotu Nadomjesna shema
— * Struja u sekundarnom namotu
REALNI TRANSFORMATOR
Nadomjesna shema
Rasipni induktivitet sekundara
N
Naponske jednadžbed i, N. d i, u, =
R.i, + La,—-+M 1 S 1 11 a1 N2 d t
i d iu2 = — RJ, — La,^-^ + M —t
2 2 2 a2 d t d t
La2 = L 2 'N -
17
Naponske jednadžbe - pomoću fazora
U1 = E1 + (R1 + j wLv\) 1 1 E 2 = U 2
+ (R2 + j wLa2 ) 1 2
d i2
d tun = -R,L - Lr - + e9
X o2 = 02
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
Naponske jednadžbe
d i1U1 = R1i1 + La1 j . + ei
E 2 — = U 2 ■— +n2 ~2 n2
e 2 = u2 + R2 i2 + La2
X d = ®Lo1
d td L
d t
Glavna reaktancija
v E1 N1X m =-^ = wM—L
m I,, N
18
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
Sekundarne veličine se preračunaju (svedu) na broj zavoja primarnog namota.
Sve pogonske osobine transformatora - nepromijenjene.
Magnetske prilike u transformatoru se ne smiju promijeniti !
Prijenosni omjer transformatora
k = — = -L 12 —2 k21
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
Inducirani naponi
—1
E1 = j 1 „N2
—1
E2' = j 1^— -n.
Naponske jednadžbe - konačni oblik
U1 = j Xm T , +
(R1 + j X „1) T 1
j XmT^ = U2+
R2'+j X„2')T2'To su jednadžbe četveropola - nadomjesna shema transformatora (bez gubitaka u željezu).
19
Nadomjesna shemarasipna reaktancija J
sekundarnog namota, radni otpor svedena na primar sekundarnog namota,
/sveden na primar
/jX„2' R2
rasipna reaktancija
primarnog namota radni otpor
\
primarnog namota \
Nadomjesna shema transformatora bez gubitaka u jezgri
\ \R1 jX01
REALNI TRANSFORMATOR
nadomjesnog otpora RFe:
R2JX2' .nrrs__[
1—°
jxm
20
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
Gubici u jezgri transformatora - pomoću
/ ^ \2
R FFe
Nadomjesni otpor za gubitke E 2
u željezu RFe: RFe = ——
— Fe
Nadomjesni otpor RFe - u nadomjesnoj shemi paralelan s Xm.
Kroz otpor RFe teče struja I0r potrebna za pokrivanje gubitaka u jezgri.
REALNI TRANSFORMATORNadomjesna shema
rasipna reaktancija rasipna reaktancija sekundarnog namota, radni otPor radni otpor pnmnrnog namota svedena na primar sekundarnog namota, primarnog namota \ / sveden na primar\ \ i /Ri jXo1 □—rm.
glavna reaktancijanadomjesni otpor za gubitke u željezu
R
Potpuna nadomjesna shema transformatora
21
REALNI TRANSFORMATOR
Prazni hod
22
REALNI TRANSFORMATOR
Prazni hod
■ Prazni hod:
■sekundar nije opterećen - stezaljke su otvorene,■primar priključen obično na nazivni napon.
■ Teče struja samo u primarnom namotu - struja praznog hoda:
Ii = 10
■ Struja praznog hoda mala - zanemarivi padovi napona i gubici u primaru.
■ Vrijedi: Ui = Ei Ni
U2 = E2 “ N2
REALNI TRANSFORMATOR
Prazni hod U,
Re hx.iio
Ei=E2 ¡RiloE1 _E2 1,1 EiZor 11,
10 = 1, + 1 OrUi =(R + j*J 10 + Ei
Im Ei =Ui
b V0 = 90o
Fazorski prikaz napona i struja transformatora u praznom hodu
23
REALNI TRANSFORMATORPrazni hod
■ Transformator uzima iz mreže snagu P0 - pokriva gubitke u željezu:
P - PP0 — PFe
■ Zanemaruju se gubici u primarnom namotu.■ Struja praznog hoda I0:
■iznosi cca 3-10 % In kod nazivnog napona,■ veća (u % In) kod manjih transformatora.
■ Snaga praznog hoda P0:■iznosi cca 0.3-1.4 % Pn kod nazivnog napona,
■ veća (u % Pn) kod manjih
transformatora.REALNI TRANSFORMATORPrazni hod
■ Pokus praznog hoda - mjerenje:■sekundarnog napona,■struje primara i■snage koju transformator uzima iz mreže kod nazivnog napona.
■ Odrede se gubici u željezu za nazivni rad.
24
REALNI TRANSFORMATOR
Kratki spoj
25
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
■ Kratki spoj:■sekundarne stezaljke kratko spojene,■primar priključen na neki napon.
■ Napon na sekundarnim stezaljkama - jednak nuli.
■ Narinuti napon se troši na padove napona u transformatoru.
■ Kratki spoj u pogonu može nastupiti uz nazivni napon - struja kratkog spoja je nekoliko puta veća od nazivne (10 - 20 puta).
26
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
Nadomjesna shema transformatora u kratkom spoju
27
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
■ Pokus kratkog spoja: na primaru onaj napon koji kroz transformator potjera nazivnu struju.
■ To je napon kratkog spoja Uk.
■ Napon kratkog spoja Uk:
■puno manji od nazivnog napona (cca 4-12 % Un),■ veći (u % Un) kod većih transformatora.
■ Struja magnetiziranja zanemariva - napon kratkog spoja je malen:
I 0 — 2 ' = — n
28
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
■ Struja u pokusu kratkog spoja - jednaka nazivnoj struji.
■ Radni i induktivni naponi u primaru i sekundaru - kao u nazivnom radu.
■ Ukupni napon na radnim otporima:
Ur = R1 Z1 + R2'Z2' = (R1 + R2 ) Zn■ Ukupni napon na rasipnim reaktancijama:
U 0 = j X 01 Z1 + j X G2' Z 2'=j (X oi + X g2 ') Z n
29
30
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
31
Z 2' = Z1 =
Fazorski dijagram transformatora u kratkom spoju
32
Napon kratkog spoja - fazor: Uk = Ur + U0
Napon kratkog spoja -efektivna vrijednost: Uk = yj U1 ,2 + U 0
2
Naponi - u postocima nazivnog napona: uk = -
100Un Ur = U-100 U
r Un Un = ^-1000 Un
33
34
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
■ Serijski spoj radnih otpora u kratkom spoju: R = R + r '
■ Serijski spoj rasipnih reaktancija: Xk = Xoi + Xo2'
■ Impedancija kratkog spoja:
Zk = R k+jXk = ylR k2+Xk2 Z9k0
■ Fazni pomak struje prema naponu:
X k ,8"k =
Tt
REALNI TRANSFORMATORKratki spoj
■ Pokus kratkog spoja - zbog niskog napona zanemarivi su gubici u željeznoj jezgri: P Fe = 0W
■ Snaga iz mreže se troši na gubitke u namotima:P = P = P + PPk — PCu PCu^ PCu2*-----.___
_ . ... . gubici u sekundarnom namoti■ Pokus kratkog spoJa: gubici u primarnom namotu
■mjerenje primarnog napona,■snage koju transformator uzima iz mreže uz nazivnu struju.
■ Odrede se gubici u namotima za nazivni rad:Zk = Zn ^ Pk = PCun
REALNI TRANSFORMATOR
Opterećenje
35
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
Opterećenje transformatora: primar priključen na izvor napona, na sekundarne stezaljke priključeno trošilo.
Impedancija trošila: Z T = R T ± j XT
Ukupna impedancija u sekundarnom krugu:
Z 2=R 2 + jX <j2 + Z T =R 2 + jX o2 +R T ± jX T
36
Radni otpor i reaktancija trošila - svedu se na primarnu stranu kao i sekundarni otpori transformatora: / N2
r »r \2
—1 V
N 2 y
Sekundarni napon transformatora potjera struju kroz sekundarni krug (trošilo i namot):
I = ^T 2 Z Z 2
Struja I2 je fazno pomaknuta u odnosu na fazor sekundarnog napona U2 za kut <p1.Kut p je određen impedancijom trošila:
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
Im{Z T } XT tg V2 “ Re{Z T } = ±
Rj.
—1 V
— 2 y
RT ' = X T' =RT X
37
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
38
1 U 2 =
Napon na stezaljkama sekundara - napon na trošilu:
39
U 2 = (R T + j XT) — 2
N(Rj + j X j) • — 12
U 2' = (R t'+j Xj') — 2'Fazor RJIJ je radni pad napona na
primarnom namotu - u smjeru fazora struje ¿.
Fazor R2I2 je radni pad napona na sekundaru - u smjeru fazora struje I2'.1 Fazor jX„1I1 je induktivni pad napona na primarnom namotu - okomito na fazor struje Ij.
Fazor jX„1'I1' je induktivni pad napona na sekundaru - okomito na fazor struje T2'.
40
±-<0 = 1, + I0r
Ui
I1 E2'=U2'+(R!'+.)Xc2')/2'E1 = E2
I,, 1E1
10r 11,
Il = ±o +1.2'Ul =(r + jx„i)Ii + El
Gubici opterećenog transformatora
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
41
Fazorski prikaz radno-induktivno opterećenog transformatora
Fazorski dijagram započinjemo crtati od fazora sekundarnog napona U2
(okomito) i struje 12 (kut $2=9t je određen impedancijom tereta).
42
43
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
■ Gubici u jezgri transformatora - ... .J specificni gubici kod 1 1
proračunom se odrede:¿2^" maksimalna indukcija u zeljezi
P Fe = P Fe ( 1 1 ) 5 0 ^5 0 masa željeza
■ Gubici- pomoću nadomjesnog otpora RFe:radna komponenta struje praznog hoda
^ 2 snaga praznog hodaPFe = 10r R Fe------ nadomjesni otpor za y
gubitke u željezu /
■ Gubici u jezgri transformatora - / mjerenjem se odrede u praznom hodu: PFe S P0
snaga praznog hoda kod nazivnog napona
■ Gubici u jezgri transformatora - /a — A2
ovise o nap°nu: PFe S Po = Pon I —V n y
REALNI TRANSFORMATOR
Opterećenje
■ Opterećeni transformator:
uzima iz mreže radnu snagu P1,
na sekundaru predaje smanjenu radnu snagu P2.
■ Dio snage Pg pretvara se u transformatoru u gubitke
- zagrijavaju transformator:P = P - PPg Pi 2
■ U transformatoru nastaju gubici: _ gubici u željeznoj jezgri
P = P + PPg PCu
1 ■ gubici u namotima
■ Stupanj djelovanja transformatora: P2n1 =
Pi
44
REALNI TRANSFORMATOR
Kappov dijagram
1
V±n,Cun
REALNI TRANSFORMATOROpterećenje
■ Gubici u namotima - proračunom se odrede:
P = P + PP Cu P Cul ^ P Cu2
2■ Gubici u primarnom namotu: PCu1 = I R■ Gubici u sekundarnom namotu:PCu2 = R = I2'2 R2
snaga kratkog spoja
■ Gubici u namotima - mjerenjem ^ se odrede u kratkom spoju: PCu = Pk
gubici u namotima u nazivnom radu■ Gubici u namotima - ovise o i f ^\2
struji: PCU = PC
45
REALNI TRANSFORMATORKappov dijagram
JX„2' R2 _rwS—1 ----------------
U, Ei
REALNI TRANSFORMATORKappov dijagram
■ Struja magnetiziranja se može zanemariti.
■ Iznosi samo nekoliko % nazivne struje.
■ U nadomjesnoj shemi otpadne poprečna grana.
■ Ostanu samo serijski otpori kroz koje teče ista struja:
Z1 = Z 2' = Z
Z Ri jX0i - 1—nnr\-
46
Pojednostavljena nadomjesna shema opterećenog transformatora
47
48
REALNI TRANSFORMATORKappov dijagram
■ Naponi na radnim otporima u primaru i sekundaru su istofazni.
■ I naponi na rasipnim reaktancijama primara i sekundara su istofazni.
■ Ukupni napon na radnim otporima:
U r = (R1+R 2) Z■ Ukupni napon na rasipnim reaktancijama:
U „ = j( X „1 + X G2') Z
49
50
REALNI TRANSFORMATORKappov dijagram
■ Kod opterećenja strujom I - napon U2 manji od U1 za napon kratkog spoja Uk uz struju I.
■ Hipotenuza Kappovog trokuta Uk - promjena napona u odnosu na neopterećeno stanje.
■ Promjena faznog kuta - od p na <p2.
■ Promjena napona (apsolutne vrijednosti) u odnosu na prazni hod:
AU = U1 - U2'
REALNI TRANSFORMATOR
Kappov dijagram
j( X „1 + X „2') Z ZB i k
Uk(Ri + R2) ZA
U \ XU 2'sA P1
Zakrenut Kappov dijagram transformatora
Kappov trokut — to je veći što je veća struja i što su veći radni i
induktivni otpori.
51
REALNI TRANSFORMATORKappov dijagram
■ Ucrtaju se dva kružna luka polumjera r = U,:
■ jedan luk l, - središte u vrhu fazora U, (točka C).
■drugi luk l2 - središte u početku fazora Uk (točka A).
■ Udaljenost svake točke na luku l, od C jednaka je U,.
■ Udaljenost točke na l, (npr. D) od A jednaka je U2'.
■ Udaljenost točke na l2 (npr. E) od A jednaka je U,.
■ Udaljenost D i E - promjena napona:DE = AU = U, - U2'
52
53
REALNI TRANSFORMATORKappov dijagram
■ Najveća promjena napona - u smjeru fazora Uk (točka G) :
P2 = Pk ^ AU = AU max
■ Točka K - čisto radni teret: p2 = 0
■ Najmanja promjena napona - u kapacitivnom području (točka M) : AU = 0V
■ Lijevo od točke M - pad napona postane negativan.■ S kapacitivnim teretom može se dobiti povećanje sekundarnog napona.
REALNI TRANSFORMATOR
Kappov dijagram
AU = f (Z) uz cos p2 = konst.
AU
cos p2 = 0,8 ind.
=1
-AU
cosp2 = 0,8 kap.Vanjske karakteristike transformatora
54
55
TROFAZNI TRANSFORMATORI
56
Izvedbe
57
TROFAZNI TRANSFORMATORI
58
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
A.
&1 I -
&&II —
&
A.
B „
C“
&I
B.
&ii
C,
&1I1III--*-
0 0 b) magnetski tokovi
jarmova se zbrajajua) magnetski tokovi jarmova se oduzimaju
&Il J ¡ ---------------- j [ ------ ]
x y z
X Y Z
Trofazni spoj jednofaznih transformatora (američki tip)
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
A a B b C c
59
Trofazni simetrični ogrnuti transformator- prikaz samo primarnih namota
60
61
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
62
Trofazni jezgrasti transformator (europski tip)
63
■ Trofazni jezgrasti transformator - nesimetričan magnetski krug.
■ Duljine silnica u pojedinim stupovima nisu jednake.
■ Za jednak magnetski tok srednji stup treba manje protjecanje (manju struju magnetiziranja) nego vanjski stupovi.
■ Unatoč nesimetriji ovo rješenje ima prednosti.
64
65
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
66
67
■ Trofazni jezgrasti transformator treba ukupno manje željeza (cca 15%) nego tri jednofazna transformatora .
■ Ušteda aktivnog materijala - direktno smanjuje cijenu.
■ Svaka izvedba ima svojih prednosti i mana.■ Mane tri jednofazna transformatora:■konstrukcijski materijal skuplji,■ima i više izvoda,■ više provodnih izolatora,■rješenje oko 20% skuplje.
■ Prednost-jeftinije je imati u pričuvi jedan jednofazni transformator, nego cijeli trofazni.
68
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
69
Trofazni peterostupni transformator (ogrnuti tip)
70
■ Prednosti trofaznog jezgrastog transformatora:■ jeftiniji,■lakši,■ za smještaj je potrebna manja površina,■ za spajanje i rukovanje je potrebna samo jedna jedinica.
■ Mane:■ teži transport zbog veće mase po jedinici ,■ za pričuvu je potrebna cijela jedinica.
71
72
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
■ Transformatori najvećih snaga - problem ograničenja visine radi transporta.
■ Rade se s manjom visinom jarma, nego obično.
■ Porastao bi magnetski otpor, a time i indukcija i gubici u jarmu.
■ Dodaju se četvrti i peti stup.
■ Koristi se i kod transformatora za posebne namjene.
TROFAZNI TRANSFORMATORIzvedbe
■ Krajnji stupovi imaju jednak presjek kao i jaram - ista indukcija.
■ Ovaj presjek iznosi 58% presjeka jezgre s namotima.
■ Radi se manja visina stupova.
■ Ukupna visina peterostupnog transformatora - oko 2/3 visine jezgraste izvedbe (s tri stupa).
73
TROFAZNI TRANSFORMATOR
74
Označavanje stezaljki
TROFAZNI TRANSFORMATOR
Označavanje stezaljki
■ Označavanje krajeva namota i stezaljki - važno za ispravno spajanje transformatora.
■ U upotrebi su transformatori sa starim i novim oznakama.
■ Stari način:stezaljke (provodni izolatori) i počeci namota označeni početnim slovima abecede,drugi kraj namota (svršetak) označen završnim slovima abecede.
■ Nultočka transformatora - označena s N i n.
75
primarni namot -
početak~"~m~-~-
početak
primarni namot - kraj
I—I—ZX Y
a b
I 1
sekundarni namot - početak
samo linijske stezaljke
TROFAZNI TRANSFORMATOROznačavanje stezaljki
"ABC ABC*III II i \
primarni namot -
sekundarni namot -
početak
sekundarni namot -
kraj
sve stezaljke
a b cIII
TROFAZNI TRANSFORMATOROznačavanje stezaljki
■ Trofazni transformatori - stare oznake:■ A B C - počeci i stezaljke gornjenaponskog namota,■ X YZ - svršeci gornjenaponskog namota,■a b c - počeci i stezaljke donjenaponskog namota,■xy z - svršeci donjenaponskog namota.
■ Transformator za tri napona:■stezaljke srednjeg napona i počeci tog namota označeni s mA, mB, mC, mD,■svršeci označeni s mX, mY, mZ, mQ.
76
Označavanje stezaljki i namota trofaznog transformatora - stari način
77
primame stezaljke
sekundarni namot -
početak primami namot - /
početak* * * • " ■
D d
78
TROFAZNI TRANSFORMATOROznačavanje stezaljki
Jednofazni transformatori - stare
oznake:TROFAZNI TRANSFORMATOR
Označavanje stezaljki
1U 1V 1WIII
79
■D Q - primar,
■d q - sekundär.sekundarni namot primami namot -
kaj ltj ltj
kraj " — °sekundarni namot - Q q
primami namot - mčetakpočetak
Jednofazni transformatori
■1.1 i 1.2 za primar,
■2.1 i 2.2 za sekundär.
1.2 2.2
80
T T Tsekundarne stezaljke
Označavanje linijskih stezaljki trofaznog transformatora - novi način
2U 2V 2W
81
82
TROFAZNI TRANSFORMATOROznačavanje stezaljki
■ Trofazni transformatori - nove oznake:■1U1V1W- linijske stezaljke namota najvišeg napona,■ 2U 2V 2W, 3U 3V 3W ... - linijske stezaljke namota
nižih napona, prema opadajućem nizu njihovih napona,
■1N- nulvod primarnog namota,■ 2N, 3N.... - nulvodovi namota nižih napona,
prema opadajućem nizu njihovih napona.TROFAZNI TRANSFORMATOROznačavanje stezaljki
■ Obično su svi spojevi među namotima napravljeni unutar kotla transformatora, da se smanji broj izvoda.
■ Van su izvedeni samo počeci namota
■ Kod tzv. otvorenih namota su izvedeni van i počeci i svršeci namota.
TROFAZNI TRANSFORMATOR
83
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
84
85
U V W 111
86
NT T T zvijezda spoj
Spojevi namota
87
trokut spoj
88
89
cik-cak spoj
90
91
Spojevi trofaznog transformatora
92
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
93
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Spoj primarnog i sekundarnog namota trofaznog transformatora:
■ zvijezda,
■ trokut ili
■dvostruka zvijezda (cik-cak).■ Spojevi namota označavaju se slovnom oznakom.■ Primjena određenog spoja - ovisi o vrsti opterećenja
(trošilima) i o
ekonomskim razlozima.■ Spojevi namota - razlika u linijskim i faznim vrijednostima napona (U, Uf) i struje (Z, Zf).
Oznake spojeva trofaznih namotaNamot višeg napona Namot nižeg napona
Otvoreni namot III iii
Namot spojen u trokut D d
Namot spojen u zvijezdu Y y
Namot spojen u cik-cak Z z
94
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
Trokut spoj namota trofaznog transformatoraFazni napon Uf = UFazna struja Zf
95
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
Zvijezda spoj namota trofaznog transformatora
T I U T TFazni napon Uf = Fazna struja If =I
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
96
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
97
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
98
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Od dva trofazna namota (jedan spojen u trokut, a drugi u zvijezdu) priključena na jednak linijski napon, uz jednaku indukciju u željezu i linijsku struju, namot spojen u trokut ima:
■ 43 puta veći fazni napon zbog faznog napona jednakog linijskom, Uf = U■ 43 puta više zavoja,■ 43 puta manji presjek žice i jednaku gustoću struje, jer je fazna struja 43 puta manja: I
If=v_■ Grubi zaključak - u oba slučaja potrošak bakra i potreban prostor za namot ostanu isti.
■ Ipak je namot spojen u trokut nepovoljniji:■ tanja žica ima više izolacije, lošiji je faktor punjenja prozora (omjer površina
bakra i raspoloživog prozora za smještaj namota),
■ treba više prostora za smještaj namota,■ima veći srednji promjer namota i time veći potrošak bakra.
■ Promjena vrste spoja namota (iz trokuta u zvijezdu ili obratno) na gotovom transformatoru, uz jednaku indukciju i gustoću struje ne mijenja snagu transformatora - snaga transformatora ostane ista!
99
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
Cik-cak spoj namota trofaznog transformatora
TT UFazni napon U f =—^ Fazna struja Zf = Z
f 43
100
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Cik-cak spoj - samo na sekundarnoj strani!
■ Sekundarni namot svakog stupa se razdijeli u dvije jednake polovice.
■ Jedna faza:
■ jedna polovica namota na jednom stupu,
■druga polovica namota na drugom stupu,
■polovice namota suprotno spojene.
■ U svakoj polovici namota se inducira napon jednak polovici napona cijelog namota.
101
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
102
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
Inducirani napon u jednoj polovici namota: U
JJ __ namnam/2 2
Inducirani napon u cijelom namotu Unam - jednak je faznom naponu u zvijezda spoju:
U nam =
U f Y
Napon jedne faze - razlika fazora napona koji se induciraju u spojenim polovicama namota:
U f = Una^ V3 = ^ Uf Y
Fazni napon u cik-cak spoju - manji nego u zvijezda spoju uz isti broj zavoja!
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Namot u cik-cak spoju treba imati 15,47% više zavoja nego u običnom zvijezda spoju.
■ Broj zavoja treba povećati - ne smije se smanjiti presjek vodiča.
■ Povećala bi se gustoća struje i zagrijavanje.■ Cik-cak spoj zahtijeva 15,47% više bakra - skuplji od zvijezda spoja.
■ Pogodan je za nesimetrična opterećenja!
103
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Najjednostavnije - uzeti spoj zvijezda za primarni i sekundarni namot.
■ To je nepogodno za nesimetrična opterećenja!
■ Za veća nesimetrična opterećenja - koristiti spoj trokut-zvijezda ili zvijezda-cik-cak.
■ Dozvoljena veća nesimetrična opterećenja - čak do iznosa nazivne struje.
■ Osim svojstava opterećenja na odluku o spoju utječu i ekonomski razlozi.■ Cik-cak spoj ima veći broj zavoja - oko 15,5% skuplji od zvijezda spoja.
■ Trokut spoj skuplji od zvijezde - veći utrošak bakra i izolacije.
■ Povećanje cijene bakra sa smanjenjem presjeka žice - kod transformatora manjih snaga.
■ Tanja bakarna žica - veći troškovi proizvodnje i povećana cijena.
104
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
105
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
106
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
107
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Kod najvećih transformatora je spoj trokut pogodniji zbog manjeg presjeka žice.
■ Spoj namota u zvijezdu zahtijeva veliki presjek žice - namatanje otežano.
■ Transformatori ispod 250 kVA - ekonomičniji spoj zvijezda - cik-cak.
■ Transformatori većih snaga - ekonomičniji spoj trokut - zvijezda.
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Oznaka spoja dvonamotnog trofaznog transformatora:
oznaka spoja namota primara,
oznaka spoja namota sekundara,
satni broj.
■ Oznaka spoja transformatora s više od dva namota - uz svaki namot nižeg napona i pripadni satni broj (na primjer: Y y0 d5).
■ Osim vrste spoja (trokut, zvijezda ili cik-cak) važan je i način spajanja sekundarnog namota u odnosu na primarni.
■ Način spajanja određuje kut pomaka sekundarnog napona prema primarnom.
■ Mogući fazni pomaci su višekratnici od 30°.
■ Taj višekratnik karakterizira oznaku grupe spoja - satni broj.
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
■ Najčešći spojevi:
Yy0, ■ Dd0,Yy6, ■ Dz0,
Yd5, ■ Dy5,
Yz5, ■ Dd6,
Yd11, ■ Dz6,
Yz11. ■ Dy11
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
108
1U
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U 1V 1W
109
110
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju
Yy0
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju
Yy6
111
112
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U 1V 1W
1U
Shema
spoja i
fazorski
prikaz
napona
trofaznog transformatora u spoju Dd 0
113
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U 1V 1W
1U
FP
2U 2V 2W
2U 2V 2W
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U 1V 1W
1U
114
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju
Dy 5
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju
Yd 5
115
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota1V IV IW
IV
2W
2V--------
2V IVIW
2U 2V 2W2U 2V 2W
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
IV IV 1WIV
116
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju
Yz 5
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju
Dd 6
117
118
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U 1V 1W
1U
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dy
11
119
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota1U 1V 1W
Vili1U 1V 1W
1U
2U 2V 2W
m
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U
120
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yd
11
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yz
11
121
M1
TROFAZNI TRANSFORMATORSpojevi namota
1U
JEDNOFAZNITRANSFORMATORI
Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog štednog
transformatora u spoju Ya 0
JEDNOFAZNI TRANSFORMATORISpojeviJEDNOFAZNI TRANSFORMATORI
1.11.1 2.1
Spojevi 2.1
1.2 2.21.2 2.2
Shema spoja i fazorski prikaz napona jednofaznog transformatora u spoju Ii 0
JEDNOFAZNI TRANSFORMATORISpojevi
1.11.1 2.1
KONSTRUKCIJATRANSFORMATORA2.1
2 2
Shema spoja i fazorski prikaz napona jednofaznog štednog transformatora u spoju Ia0
122
KONSTRUKCIJAstup jezgre
donjenaponski namotprovodni izolatori
jezgra
niskonaponski namot
visokonaponski namot
Transformatoru polupresjeku
aktivni dijelovi —učestvuju u transformaciji
konzervator
gornjenaponski namot
jaram jezgre
I__$
Konstrukcija jezgre i namota jednofaznog jezgrastog transformatora
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
______tt
Glavni dijelovi: jezgra, namoti,'kotaoT rashladno sredstvo - ulje, provodni izolatori.
KONSTRUKCIJAstup jezgre
donjenaponski namot
gornjenaponski namot
namoti
jaram jezgre
Konstrukcija jezgre i namota jednofaznog ogrnutog transformatora
KONSTRUKCIJAJezgra
^7'jarmovi jezgre
prozori jezgre
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
Jezgra
■ Jezgra transformatora - sastoji se od:
ii stupova koji nose namote i
d jarmova koji povezuju stupove.■ Prozor jezgre - otvor između stupova i jarmova.
■ Služi za smještaj namota.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
126
B
©
l©I
© © ©
dukcijea
Presjek jezgre
Jezgra se slaže od limova.
Limovi moraju biti međusobno izolirani.
Izolacija se nanosi samo na jednu stranu lima.
Izoliranje se provodi prije mehaničke obrade.
izolacija
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
Faktor punjenja paketa kFep - omjer čistog zeljeza presjeka jezgre i
ukupnog presjeka te jezgre.
Debljina lima - bez izolacije
d = 0.3-0.5 mmPresjek jezgre
S = a ■ bb broj limova u paketu
Presjek čistog željeza /
sFe
Faktor punjenja paketa (željeza)
k = ^k Fen ~
indukcija u jezgri
kFep-0.95-0
127
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgraKONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
Jezgra
■ Faktor punjenja paketa kFep - ovisi o debljini limova i vrsti izolacije.
■ Na faktor punjenja paketa utječu:
■debljina izolacije,
■nejednolika debljina i
■hrapavost površine limova.■ Presjek stupa i jarma - pravokutnog, kvadratičnog ili stepeničastog oblika (ovisi o veličini transformatora).
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
■ Jezgre transformatora - visokolegirani željezni limovi debljine 0,35 mm.
■ Mali transformatori - limovi debljine 0,5 mm kao za rotacijske strojeve (tzv. dinamo-limovi).
■ Podaci o limovima dobiju se mjerenjem na Epstein- uređaju.
■ Prilikom izrade jezgre specifični gubici se povećaju (10-30%) zbog unutarnjih mehaničkih naprezanja:
■mehanička obrada (rezanje, štancanje) limova,■ slaganje u jezgru i■ stezanje limova.
128
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
129
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgraKONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
Jezgra
■ Izoliranje toplovaljanih limova:
obljepljivanje svilenim papirom debljine 0,03 mm,
lakiranje lakom debljine 0,025 mm ili
presvlačenje slojem vodenog stakla debljine
0,015mm.■ Ove izolacije su organske.■ Organske izolacije - ne mogu se koristiti kod hladnovaljanih limova.■ Naknadno žarenje na oko 800 oC bi uništilo izolaciju.■ Hladnovaljani lim se izolira vrlo tankim slojem anorganske izolacije.
Faktori punjenja paketa za transformatorske limove debljine 0,35 mm
Vrsta lima i izolacije Faktor
punjenja
paketa kFep
Toplovaljani lim izoliran svilenim papirom 0,85
Toplovaljani lim izoliran lakom 0,89
Toplovaljani lim izoliran vodenim staklom 0,91
Hladnovaljani lim izoliran anorganskom izolacijom 0,96
130
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
■ Slaganje limova u jezgru - tako da se limovi prekrivaju.
131
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
■ Limovi jednog sloja prekrivaju zračni raspor drugog sloja.
1. sloj 2. slojSlaganje limova jednofaznog jezgrastog transformatora
132
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
■Veliki transformatori - imaju veliki napon po zavoju.
■ Postoji opasnost od proboja izolacije i zatvaranja vrtložnih struja.
■ U željezni paket se na svakih 30-50 mm ulaže prešpan debljine 0,5-1 mm.
■ Dodatna izolacija prešpanom smanjuje ukupni faktor punjenja paketa.
133
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
134
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
135
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
limovi stupa unutarnji opseg namota
nešto veći srednji.transformatori transformatori
najveći transformatori
136
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
Prekrivanjem limova postiže se manji zračni raspor u jezgri.
Manji zračni raspor - manja struja magnetiziranja.
1. sloj 2. slojSlaganje limova trofaznog jezgrastog transformatora
137
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
138
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
■ Faktor punjenja stupa kFe st - omjer presjeka stupa i presjeka obuhvaćenog namotom.
■ Ovisi o obliku stupa i namota.■ Faktori punjenja stupa za cilindrični namot:■ kFe st=0 ,6366 za kvadratični stup,■ kFe st=0,7869 za križni stup,■ kFe st=0 ,851 za stepeničasti stup s 3 širine,■ kFe st=0,886 za stepeničasti stup s 4 širine,■ kFe st=0 ,908 za stepeničasti stup s 5 širina.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAJezgra
■Jezgre velikih transformatora se izvode s kanalima za cirkulaciju rashladnog sredstva.
■ Kanali za hlađenje u jezgri mogu biti:■uzdužni,
uzdužni poprečni
Kanali u jezgri za cirkulaciju rashladnog sredstva
KONSTRUKCIJAJezgra
139
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
140
Namoti
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
Cilindrični namot - koncentrični položaj zavoja donjenaponskog namota-
(ok0-stupa)-i-gomj-enaponskeg-namota-0ke-donj^enaponskog.
141
■ Jezgra transformatora - nakon slaganja stegnuta u čvrsto tijelo.
■To je potrebno da se izbjegne brujanje (zujanje).
■ Sila stezanja po jedinici površine najviše do 106
N/m.
■ Mali transformatori - stupovi se bandažiraju vrpcom.
■Veći transformatori (snage iznad 100 kVA) - limovi se stežu pomoću vijaka s podložnim pločicama od nemagnetskog materijala.
■ Najveći transformatori - limovi se učvršćuju tlačnim pločama s vijcima od nemagnetskog materijala.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Podjela namota:■prema tijeku energije:■primar i
■ sekundar,
■prema visini napona:■ gornjenaponski i
■ donjenaponski,
■prema izvedbi:■ cilindrični i
■plosnati.
■ Smještaj namota - oko stupova.
142
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamotiPlosnati namot - koristi se kod pravokutne jezgre i ogrnutog tipa
transformatora.
stup jezgre
gornjenaponski namot
Plosnati namot
donjenaponski namot
143
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Cilindrični namot:■ dvoslojni (ako ima malo zavoja) ili■ višeslojni (ako ima puno zavoja).
■ Cilindar gornjenaponskog namota - od svitaka.
■ Svici - razmaknuti po vertikali i serijski spojeni.
■ Između svitaka - rashladni kanali.■ Rashladni kanali - poboljšavaju izolaciju među svicima.
144
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Plosnati namot - uvijek razdijeljen u svitke.■ Po vertikali - naizmjenično raspoređeni svici donjenaponskog i gornjenaponskog namota.
■ Donjenaponski svitak - uvijek uz jaram (radi bolje izolacije).
■ Svitak uz jaram - s polovičnim brojem zavoja (radi simetrije).
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Namot - vodiči od čistog elektrolitskog bakra:
■ okrugli vodiči - do promjera oko 3 mm,
■ pravokutni vodiči - za veće presjeke,
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Namot mora biti:■izveden tako da ga rashladno sredstvo (zrak ili ulje) dovoljno oplakuje i da je što manje termički izoliran prema tom sredstvu,■ električki tako izoliran da podnese sve napone koji se mogu pojaviti u pogonu (to se protivi prvom zahtjevu),■ čvrst i krut da odoli svim mehaničkim naprezanjima u pogonu, a naročito u kratkom spoju.
■ Između namota (i svitaka) - kanali za hlađenje.
■ Omogućuju slobodno strujanje rashladnog
sredstva.
■ Širina kanala:■ za hlađenje zrakom - najmanje 10-15 mm,■ za hlađenje uljem - najmanje 4-6 mm.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Vodiči se izoliraju odgovarajućom izolacijom.■ Izolacija vodiča mora izdržati napone koji nastupaju između zavoja.
■ Najopasniji - prenaponi iz mreže.■ Mogu izazvati puno veće napone među zavojima od napona jednog zavoja.
■ Okrugli vodiči izolirani lakom - obostrani prirast izolacije 0,3 mm.
■ Profilni vodiči i traka - izolacija natron papirom.
■ bakrena traka - širina je jednaka visini namota (kod transfomatora 250kVA do 1.000kVA).vodič
C\ j
r '
izolacija
okrugli vodič pravokutni vodičOblici vodiča za namote transformatora
145
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
Izolacija:
■vodiča,
■slojeva vodiča,
■svitaka i
■namota.
vodič
slojna izolacija
izolacija svitka
Svitak od okruglih vodiča sa slojnom izolacijom
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORANamoti
■ Namoti se izoliraju:
međusobno, prema jezgri i
prema ostalim konstrukcijskim dijelovima.■ Izolacija namota - mora biti dimenzionirana za ispitni napon određen propisima.■ Izolacija transformatora (vodiča, svitaka, namota) - smanjuje prostor za smještaj namota.■ Faktor punjenja bakra kCu - omjer presjeka čistog bakra oba namota i presjeka prozora.
1 - gornjenaponski namot
2 - donjenaposki namot
3 - izolacione kape
4 - izolacioni cilindri
5 - potencijalni prsteni
6 - međufazna pregrada
7 - kanalne letvice
8 - distancione letvice
9 - ležišne podloge
10 - ležišni prsteni
11 - tlačni prsteni
Izvedbe slojevite izolacije namota transformatora
146
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
Namoti
■ Faktor punjenja bakra - oko 0,5.
■ Ovisi o veličini transformatora (snazi) i visini napona.
■Transformatori većih snaga:■presjeci vodiča veliki, udio izolacije vodiča manji -
poboljšava faktor punjenja,■naponi viši, deblja izolacija - smanjuje faktor
punjenja.■Transformatori manjih snaga za visoke napone:
■ vodiči malog presjeka - udio izolacije vodiča velik,■ velika debljina ostale izolacije (zbog visokog napona ),■ faktor punjenja znatno ispod 0,5.
147
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
Kotao
148
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
■ Prema načinu hlađenja - transformatori mogu biti:
■ suhi ili■uljni.
■ Suhi transformatori mogu biti:
■ s prirodnim hlađenjem zrakom■bez zaštitnog plašta ili■s plaštem,
■ s prinudnim zračnim hlađenjem.
■ Suhi transformatori - toplina se predaje neposredno zraku koji okružuje transformator.
149
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
150
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
■ Suhi transformatori samo za male snage (do 3 kVA) i napone do 10 kV - zbog malog koeficijenta odvođenja topline u zrak.
■ Za veće snage - isključivo uljni transformatori.■ Uljni transformatori - aktivni dio (jezgra s namotom) stavljen u kotao s uljem.
■ Kotao u širem smislu:■kotao za smještaj ulja,■poklopac s provodnim izolatorima i■konzervator.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
151
■ Aktivni dio transformatora - pričvršćen za poklopac.
■ Pomoću ušica na poklopcu se stavlja u kotao.
■ Zahtjev na transformatore snaga većih od 50 kVA - prevozivi na vlastitim kotačima.
■ Postolje prenosi svu težinu transformatora - napravljeno od unakrsno složenih željeznih profila.
■ Najveći transformatori - mogućnost premještanja kotača za poprečni i uzdužni pravac kretanja.
■ Glavni zadatak kotla - smještaj ulja.
■ Ulje zagrijavanjem cirkulira unutar kotla oko namota i jezgre i odvodi toplinu u okolinu.
■ Uljni transformatori s:
■prirodnim hlađenjem,
■pojačanim hlađenjem uljnog kotla,■pojačanom cirkulacijom ulja i pojačanim hlađenjem uljnog kotla.
152
153
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
154
Transformator s glatkim stijenama kotla
155
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
■ Izvedba kotla ovisi o veličini transformatora.
■ Transformatori do 30 kVA - dovoljno prirodno hlađenje glatke vanjske površine kotla.
■ S povećanjem snage (i veličine) transformatora rastui gubici, a s njima i potrebna rashladna površina.
■ Gubici rastu s trećom potencijom promjene linearnih dimenzija, a rashladna površina samo s drugom potencijom.
156
157
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
158
Transformatori s rebrima na kotlu
159
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
■ Kod većih transformatora treba povećati rashladnu površinu kotla.■ Povećanje rashladne površine (od srednjih prema najvećim transformatorima):■izvedbom kotla iz rebrastog lima,■izvedbom kotla sa cijevima,■prigradnjom radijatora uz kotao,■prisilnim hlađenjem uljnog kotla zrakom ili■prisilnim hlađenjem uljnog kotla vodom.
rp3n ržl£~] Transformator s prisilnim hlađenjem uljnog kotla zrakom
160
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
161
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
Transformators odvojenim rashladnim uređajem
162
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
■ Zahtjev na kotao - stijene moraju podnijeti i pritisak ulja pri transportu.
■ Potrebne debljine stijenki kotla:
■ 0,8 mm kod malih transformatora s rebrima,
■1 mm za transformatore s rebrima od 100 kVA,
■1,2 mm za transformatore s rebrima od 250 kVA,■4 mm debljina stijenke kotla (i 1,5 mm debljina stijenke cijevi) za transformatore s cijevima,■najmanje 8 mm kod transformatora za najviše napone.
163
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
■ Na svakom kotlu mora biti:
■mjesto za ispust ulja na najnižem mjestu i
■mjesto za uzemljenje kotla, označeno po propisima.
■ Kotao se zatvara pomoću poklopca - stegnut vijcima.
■ Poklopac na kotlu mora biti dobro zabrtvljen - ulje je stalno pod pritiskom.
■ Između prirubnice kotla i poklopca - brtva od pluta ili umjetne gume koja podnosi ulje.
■ Na poklopcu - rupa za smještaj termometra kojim se mjeri temperatura ulja.
164
165
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
■ Konzervator - valjkasta posuda od čeličnog lima:
■omogućuje rastezanje ulja prilikom zagrijavanja,
■sprečava prodiranje vlage u ulje.
■ Konzervator - tankom cijevi vezan s kotlom da ulje u konzervatoru ostane hladno.
■ Hladno ulje dolazi u dodir sa zrakom - važno radi manje higroskopnosti.
■ Vlaga - smanjuje dielektričnu čvrstoću ulja.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
■ Dehidrator - postavlja se u dovodnu cijev zraka.
■ Dehidrator - posuda napunjena jako higroskopnom kemikalijom (npr. silicagel-SiO2).
■ Silikagel oduzima vlagu zraku prije ulaska u konzervator.
■ Prilikom upijanja vlage silicagel mijenja boju iz plave u ružičastu.
■ Prema boji - provjera zasićenosti vlagom, odnosno istrošenost.
166
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
167
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAKotao
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
Rashladno sredstvo ulje
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORARashladno sredstvo - ulje
■ Ulje u transformatoru - rashladno i izolacijsko sredstvo.
■ Zahtjevi na ulje:■mora biti dovoljno rijetko radi dobrog strujanja i dobro za primjenu kod niskih temperatura (-25oC),
■ne smije sadržavati čvrste materije, vlagu, sumpor, niti kiseline,
■mora imati visoku probojnu čvrstoću i visoko plamište.
■ Ulje se mora sušiti neposredno prije punjenja - zbog osjetljivosti na vlagu.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA
168
Provodni izolatori
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORARashladno sredstvo - ulje
■ Glavne karakteristike ulja:
■ velika specifična toplina (1883 Ws/K/kg) i
■ visoka probojna čvrstoća .
■ Probojna čvrstoća novog ulja - najmanje 125 kV/cm.
■ Probojna čvrstoća ulja u pogonu transformatora - najmanje 80 kV/cm.
■ Kod transformatora za visoke napone (iznad 170 kV) - probojna čvrstoća novog ulja od najmanje 200 kV/cm.
KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORAProvodni izolatori
■ Provodni izolatori - omogućuju provođenje krajeva namota iz kotla.
■ Postavljaju se na poklopac kotla.
■ Transformatori za vanjski smještaj se razlikuju od transformatora za unutarnji smještaj samo po izvedbi provodnih izolatora.
■ Provodni izolatori transformatora za vanjski smještaj su veći i imaju više rebara.
PODACI NATPISNE PLOČICE
169
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Nazivna snaga je dogovorna vrijednost prividne snage kojom je osigurano da transformator daje nazivnu izlaznu struju uz nazivni ulazni napon i frekvenciju.
■ Nazivna snaga - ona snaga s kojom transformator može biti trajno opterećen, a da se pritom ne prekorači dozvoljeno zagrijanje prema propisima.
■ Nazivna ulazna struja je struja na ulaznim stezaljkama transformatora (linijska vrijednost) - određena nazivnom snagom i nazivnim ulaznim naponom.
■ Nazivna izlazna struja je struja na izlaznim stezaljkama transformatora (linijska vrijednost).
■ Izračunava se na osnovi nazivne snage i nazivnog izlaznog napona.
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Nazivni stupanj izolacije namota određuju:■podnosivi atmosferski udarni napon i kratkotrajni izmjenični napon, odnosno
■podnosivi atmosferski i sklopni udarni napon.
■ Nazivni podnosivi naponi i oznake:
■SI - podnosivi sklopni udarni napon,
■LI - podnosivi atmosferski udarni napon,
■AC - podnosivi izmjenični napon industrijske frekvencije.
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Nazivni ulazni (primami) napon - napon na koji se
priključuje ulazni namot (linijska vrijednost).
■ Ako ulazni namot ima otcjepe za regulaciju napona (±2.5% Un, ± 5% Un), daju se naponi i za otcjepe.
■ Nazivni izlazni (sekundarni) napon - napon koji nastaje u praznom hodu na cijelom izlaznom namotu kad je na ulazni namot narinut nazivni ulazni napon (linijska vrijednost).
■ Nazivna frekvencija je frekvencija za koju je transformator građen.
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Nazivna struja kratkog spoja se navodi kao višekratnik nazivne ulazne struje (samo kod dodatnih i štednih transformatora).
■ Napon kratkog spoja se navodi u postocima nazivnog napona.
■ To je onaj napon koji je potrebno priključiti na linijske stezaljke jednog namota da bi potekla nazivna struja, uz kratko spojene stezaljke drugog namota.
■ Nazivni faktor snage nije podatak natpisne pločice - dogovorno iznosi 1:
cos^n = 1
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Oznaka vrste hlađenja se sastoji od 2 ili 4 slova prema vrstii načinu strujanja rashladnog sredstva.
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Transformator - određen s podacima natpisne
pločice.
■ Podaci natpisne pločice:
■ naziv proizvođača, ■ broj faza,
■ tipna oznaka, ■ oznaka spoja,
■ tvornički broj, ■ stupanj izolacije,
■ nazivni ulazni (primarni) napon, ■ klasa izolacije,
■ nazivni izlazni (sekundarni) napon, ■ oznaka vrste hlađenja,
■ nazivna frekvencija, ukupna masa transformatora,
■ nazivna snaga, masa ulja,
■ nazivna ulazna struja, oznaka standarda,
■ nazivna izlazna struja, ■ godina izrade.
■ nazivna struja kratkog spoja,
■ napon kratkog spoja,
Oznake vrste rashladnog sredstvaVrsta rashladnog sredstva Oznaka
Mineralno ulje ili ekvivalentna zapaljiva sintetska izolacijska tekućina O
Nezapaljiva sintetska izolacijska tekućina LPlin GVoda WZrak A
Oznake načina strujanja rashladnog sredstvaNačin strujanja rashladnog sredstva Oznaka
Prirodno N
Prisilno FDirigirano D
170
PODACI NATPISNE PLOČICE
■ Primjeri:
171
■ oznaka ONAN/ONAF - transformator se hladi na dva načina,
prirodnim hlađenjem uljem i zrakom, sa ili bez ventilatora,
■oznaka AN - suhi transformator prirodno hlađen
zrakom bez zaštitnog plašta,
■oznaka ANAN - suhi transformator prirodno hlađen zrakom sa zaštitnim plaštom.
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE
Poredak oznaka za način hlađenja transformatora1. oznaka | 2. oznaka 3. oznaka | 4. oznaka
Sredstvo koje hladi namot Sredstvo koje odvodi toplinu iz hladila
Vrsta sredstva | Način strujanja Vrsta sredstva | Način strujanja
172
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE
Prijelaz topline
173
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE
■ Zagrijanje - jedino ograničenje na rad transformatora.
■ Nazivna snaga transformatora - određena zagrijanjem u trajnom pogonu.
■ Najosjetljiviji dio transformatora - izolacija namota.
■ O izolaciji ovisi životni vijek (rok trajanja) transformatora.
■ Niže temperature u pogonu - životni vijek veći.
174
175
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEPrijelaz topline
■ Tijekom rada u transformatoru se razvijaju gubici.
■ Gubici se pretvaraju u toplinu - zagrijavaju transformator.
■ Stvorenu toplinu treba odvesti iz transformatora.
■ Okolni prostor mora imati nižu temperaturu.temperatura tijela A
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEPrijelaz topline
■ Hlađenje - proces odvođenja topline transformatora na okolni prostor.
s ugrijanog
■ Bolje hlađenje - dozvoljeno veće transformatora.
opterećenje
■ S tijela, koje ima višu temperaturu od okolnog prostora, toplina prelazi u okolinu na tri načina:
■ vođenjem,
■ konvekcijom i
■ isijavanjem.
176
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
Okolni prostor
Homogeno tijeloPCu+ PFe= Q
Zagrijavanje homogenog tijela
t — 0 ^3 —30
Vremenski dijagram opterećenja
transformatora
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
■ Granica dozvoljenog zagrijanja - određena dozvoljenom
temperaturom izolacije namota.
■ Kratkotrajno - moguće preopterećenje snagom koja je 2-3
puta veća od nazivne.
■ Zagrijavanje transformatora se promatra kao zagrijavanje
homogenog tijela.
■ Homogeno tijelo - toplina uslijed gubitaka se razvija jednoliko
po cijelom volumenu.
177
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
Razvijena toplinska energija u vremenu d t
d W = (Pcu + PFe )d t — Q
d t d W — d W3 + d Wk
Dio se troši na povišenje V.temperature tijela za d^ ^ Dio prelazi na okolinu
d W3 — mc d3 d W= S a (3-30) d tmasa tijela površina tijela f t ^ u
specifična toplina koeficijent odvođenju t°pline \ °Cl
[Ws / kg / K] [W / m2/ K] Itemperatura površine tijela [°C]
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
Stacionarno stanje d 3 — 0Q — S a (3m-3o)
3 = 3m , _maksimalna temperatura tijela
Prijelazna pojava 3 < 3
d W — dW3+ dWk
Q dt — mc d3 + S a (3-30) dt S a (3m-30) d t — mc d3 + S a(3-30) d t S a ( S m - S ) d t = m c d S , mc d3 d ‘ =_TT- ■ 3—3 <?
■Sa (3, -3)vremenska konstanta zagrijavanja
178
m cT —
S a
d t — T • -
(3m 3
Početni uvjet t — 0 3 =
3o
(3, -30)
(3m -3)
179
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
Vremenska konstanta zagrijavanja
Vremenska konstanta zagrijavanja je to manja što je:
- produkt m c manji - manji toplinski kapacitet tijela,- S a veći - bolje hlađenje.
Diferencijalna jednadžbaRješenje
i> t = -T • ln (3m -3) +
C C — T ln
(3,-30)
d3
Konačno rješenje diferencijalne jednadžbe t — T ln
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
Vremenska ovisnost zagrijavanja
V J
■ Vremenska konstanta - vrijeme potrebno da se tijelo zagrije na maksimalnu temperaturu, uz konstantno dovođenje topline i bez odvođenja topline (bez hlađenja).
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
AS
veliki teret
srednji
teret
Krivulje zagrijavanja transformatora kao homogenog tijela za
različite terete
180
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje
■ Mjerenje zagrijavanja trajalo bi jako dugo.■ Propis: pokus zagrijavanja se vrši tako dugo dok prirast temperature u zadnja dva sata mjerenja ne postane manji od1 oC/sat.
■ Bolje hlađenje (npr. ventilator) - transformator se brže zagrije na maksimalnu temperaturu nego uz prirodno hlađenje, ali je maksimalna temperatura manja.
■ Vremenske konstante veće kod većih jedinica (uz istu vrstu hlađenja) - problem hlađenja veći.
ZAGRIJAVANJE I
HLAĐENJEZagrijavanje
■ Isti transformator - vremenska konstanta zagrijavanja ista (za svaki teret).
■ Maksimalno zagrijanje - u sva tri slučaja nakon istog vremena (približno 5 T).
■ Maksimalna temperatura veća kod većeg tereta - gubici u transformatoru veći.
■ U trajnom pogonu je maksimalno zagrijanje proporcionalno gubicima:
A^m =-Q- = k (Pcu + PFe)S -
181
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE
Hlađenje
182
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEHlađenje
Diferencijalnu jednadžbu hlađenja dobijemo ako u jednadžbi zagrijavanja pretpostavimo da nema dovoda topline (Q=0).
P t — 0 3 —
0 t Vremenski dijagramrasterećenja transformatora
183
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEHlađenje
Diferencijalna jednadžba zagrijavanja
Q dt = mc dK + S a (K-K0) dtDiferencijalna jednadžba hlađenja
0 = mc dS + S a ($-S0) dt
dS RJeSenJe
V d < = " r ' M t = - T M $ - A ) + c
Početni uvjet t = 0V C = T ln (3m -30)
3 = 3, J m 07
Konačno rješenje diferencijalne , r A K - K )jednadžbe hlađenja t T ln / n n \
- K0 )
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEHlađenje
Vremenska ovisnost hlađenja
Krivulja hlađenja - zrcalna slika krivulje zagrijavanja s obzirom na pravac:
AK = 0.5AK
t = T ln
Temperatura tijela
Trenutno zagrijanje tijela
184
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE
185
Zagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
AS ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEHlađenje
T i
A#m1 r T\ /i ---------------------------- krivulja zagrijavanja
> /0.5AS„ 7y/|
/j \ 'V,v// \ ! "s 1/ 1 s*
f \j krivulja hlađenja
0 T 2T 3T t
Krivulje zagrijavanja i hlađenja homogenog tijela
Početni uvjet: t = 0 ■=:: > S = Sm
Stacionarno stanje — teoretski: t = C» \ IIa*
— praktički: t = 5T J
186
187
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
■ Izvedene krivulje vrijede za homogeno tijelo.
■ Transformator nije homogeno tijelo:
■napravljen od različitih materijala (različitih svojstava),
■ toplina se razvija samo u aktivnim dijelovima.■ Ima više vremenskih konstanti.
■ Osnovne dvije vremenske konstante transformatora:
■vremenska konstanta namota - 3 do 15 minuta,
■vremenska konstanta ulja+jezgre -1,5 do 3 sata.■ Namot se puno brže zagrije i ohladi od ulja!
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
■ Mjerena krivulja zagrijavanja transformatora - razlikuje se od krivulje zagrijavanja homogenog tijela u početnom dijelu.
■ Na početku krivulje - vremenska konstanta manja nego u drugom dijelu.
■ Stvarno - dva procesa zagrijavanja:
zagrijavanje namota i
zagrijavanje rashladnog sredstva (ulje ili zrak).
■ Namot i rashladno sredstvo - svaki zasebno su homogeno tijelo.
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
Krivulje zagrijavanja transformatora i homogenog tijela
188
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
■ Namot ima:
II mnogo manji toplinski kapacitet nego ulje i
zrak, višestruko manju vremensku konstantu,
(i bolji odvod topline.■ Specifična toplina bakra iznosi 390 Ws/kg/K, a ulja 1883 Ws/kg/K.■ Odvod topline s namota na ulje je puno bolji, nego s ulja na okolinu.■ Vremenska konstanta zagrijavanja transformatora - jednaka vremenskoj konstanti ulja.
189
190
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
■ Kod naglih preopterećenja se namot brzo zagrije.
■ Može se razviti visoka temperatura namota.
■ Temperatura ulja se neznatno promijeni - može ostati u dozvoljenim granicama.
■ Najteži režim rada transformatora - kratki spoj.
■ Struja kratkog spoja - nekoliko puta veća od nazivne.
■ Uz struju kratkog spoja 3 puta veću od nazivne, gubici u namotima i nadtemperatura porastu 9 puta.
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
■ Gubici, koji nastaju pri radu transformatora u aktivnim dijelovima (namot, željezna jezgra), pretvaraju se u toplinu.
■ Toplina prelazi s toplijeg na hladnije tijelo.
■ Toplina putuje od izvora (namot, željezna jezgra) prema površini transformatora i dalje na okolinu.
191
Rashladni sistem transformatora hlađenog uljem i pripadni dijagram temperatura
ulja i namota
192
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEZagrijavanje i hlađenje realnog transformatora
■ Ulje se u kotlu diže kroz namot i pokraj jezgre.
■ Toplina sa namota i jezgre prelazi na ulje i grije ga.
■ Ulje se hladi u radijatorima i pada na dno kotla.
■ Na dnu kotla ulje ima temperaturu okoline.■ Uzduž namota (po vertikali) temperatura raste skoro linearno.
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE
Životni vijek
193
ZAGRIJAVANJE I
HLAĐENJENadomjesna toplinska shema
■ Iskustveni podatak - razlika između srednje temperature namota i srednje temperature ulja kod nazivnog opterećenja:
£Cu, sr -^sr = 20 oC
■ Vrijedi za sve transformatore.
■ Maksimalno zagrijanje ulja ASu -zadano propisima.
194
195
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEŽivotna dob
■ Životni vijek transformatora - oko 30 godina.
■ Najveće dozvoljeno zagrijanje namota:
ovisi o klasi
izolacije, određeno
je propisima.■ Izolacijski materijal - kod svake temperature izložen starenju.■ Starenje izolacionog materijala - kemijski proces tijekom kojega taj materijal gubi fizikalna svojstva, odnosno svoje izolacijske sposobnosti.
ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJEŽivotna dob
■ Životni vijek izolacionog materijala - vrijeme u kojem taj materijal ima svoju mehaničku čvrstoću.
■ Kad izolacioni materijal izgubi mehaničku čvrstoću - njegov životni vijek iskorišten.
■ Životni vijek:■ ovisi o temperaturi izolacije,■ to je veći, što su manje temperature u pogonu.
■ Životni vijek treba računati s prosječnim temperaturama kroz predviđeno vrijeme korištenja.
196
197
VRSTE POGONA
198
VRSTE POGONA
199
■ Tipične vrste opterećenja:
■ trajni pogon,
■kratkotrajni pogon,
■ trajni pogon s kratkotrajnim
opterećenjem,
■isprekidani (intermitirani) pogon,
■ trajni pogon s isprekidanim
opterećenjem,
■poljoprivredni pogon.
VRSTE POGONA
200
VRSTE POGONATrajni pogon
Trajni pogon - transformator je opterećen konstantnom snagom dovoljno dugo da se postigne konačna maksimalna temperatura.
P A3
201
Trajni pogon transformatora
202
Trajni pogon
203
204
Nazivna snaga - ona snaga kojom se trajno može opteretiti transformator, a da zagrijanje ne prijeđe dozvoljenu granicu.
205
VRSTE POGONA Kratkotrajni pogon - transformator je
206
VRSTE POGONAKratkotrajni pogon
207
208
opterećen konstantnom snagom kroz određeno vrijeme u kojem se ne zagrije do
konačne maksimalne temperature, anakon toga je iskopčan dovoljno dugo da se ohladi na temperaturu okoline.
209
Kratkotrajni pogon transformatora
210
Kratkotrajni pogon
211
212
VRSTE POGONA
Trajni pogon s kratkotrajnim opterećenjem
VRSTE POGONATrajni pogon s kratkotrajnim opterećenjem:transformator radi u praznom hodu i zagrije se na temperaturu praznog hoda,
nakon toga se optereti, ali ne dovoljno dugo da bi se zagrijao do maksimalne temperature
koja odgovara tom teretu,
potom ponovo radi u praznom hodu dovoljno dugo da se ohladi na temperaturu praznog hoda.
213
214
Trajni pogon s kratkotrajnim opterećenjem transformatora
VRSTE POGONA
215
VRSTE POGONAIsprekidani (intermitirani) pogon - opterećenje i isključenje transformatora izmjenjuju se u takvim vremenskim razmacima da se transformator, za vrijeme kad je iskopčan, ne stigne ohladiti na temperaturu okoline.
216
Isprekidani pogon
217
218
VRSTE POGONAIsprekidani pogon
■ Maksimalno trajanje jedne periode iznosi 10 minuta.
■ Intermitencija - relativno trajanje opterećenja.
■ To je omjer trajanja opterećenja i ukupnog trajanja jedne periode.
■ Intermitencija obično iznosi 15%, 25% ili 40%.VRSTE POGONA
Trajni pogon s isprekidanim opterećenjem
219
Trajni pogon s isprekidanim opterećenjem transformatora
Perioda i intermitencija - kao kod intermitiranogpogona.
220
VRSTE POGONATrajni pogon s isprekidanim opterećenjem - opterećenje i prazni hod transformatora izmjenjuju se u takvim vremenskim razmacima da se transformator za vrijeme praznog hoda ne stigne ohladiti na temperaturu praznog hoda.
VRSTE POGONA
Poljoprivredni pogon
VRSTE POGONAPoljoprivredni pogon
221
■ Poljoprivredni pogon - transformator mora biti tako dimenzioniran da trajno podnosi 60% preopterećenja.
■ Tijekom godine - dozvoljeno 500 sati kratkotrajnog
pogona po 12 sati s dvostrukim nazivnim opterećenjem poslije trajnog pogona s nazivnim opterećenjem.
PROJEKTIRANJETRANSFORMATORA
222
223
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
■ Osnovni zadatak projekta i konstrukcije transformatora:transformator - što manji, lakši i jeftiniji, korištenje najekonomičnije (godišnji troškovi što manji), pogonska sposobnost uz nazivne uvjete ispunjena za predviđeni životni vijek.
■ Specifična opterećenja u transformatoru - u određenim granicama, prema iskustvu:■gustoća struje u bakru namota 1,5 - 3,5 106 A/m2,■indukcija u željeznoj jezgri■1,2 -1,5 T za toplovaljane limove,■1,6 -1,8 T za hladnovaljane limove.
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
■ Gubici u bakru i željezu rastu s kvadratom specifičnih opterećenja.
■ Male promjene u specifičnim opterećenjima uzrokuju velike promjene u gubicima.
■ Ograničenje na specifična opterećenja u željezu - struja magnetiziranja.
■ Povećanje indukcije od 1,5 na 1,65 T (10%) kod toplovaljanih limova uzrokuje povećanje struje magnetiziranja 2,5 puta.
■ Navedena specifična opterećenja - polazna točka za proračun transformatora.
224
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
Zakoni sličnosti
225
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
■ Transformator za istu snagu može biti:■ visok i uzak ili nizak i širok,■s više željeza i manje bakra ili manje željeza i više bakra.
■ Razna rješenja - samo jedno rješenje daje najjeftiniji transformator.
■ Najpovoljnije rješenje - iz odnosa između geometrijskih i električnih veličina.
■ Pretpostavka - frekvencija, specifična opterećenja i faktori punjenja unaprijed određeni i konstantni.
cijena:
gubici: Pg' = Pg X
226
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAZakoni sličnosti
> Promjena linearnih dimenzija X puta
■ Iskustva dobivena na jednom transformatoru određenih značajki se prenose na slične transformatore.
■ Polazi se od promjene svih linearnih dimenzija X puta (povećanje ili smanjenje).
■ Treba odrediti novu snagu, površinu, masu, cijenu, gubitke i stupanj djelovanja.
■ Pretpostavka: ne mijenjaju se niti specifična opterećenja, niti faktori punjenja.
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAZakoni sličnosti
Ukratko - promjene najvažnijih veličina s promjenom dimenzija X puta:
■snaga: S' = SX4
■masa: m' = mX3
C' =CX3
3
razvijena toplina: Q' = QX3
S povećanjem linearnih dimenzija
X puta, razvijena toplina raste s X3, a rashladna površina samo s X2.
Stoga se rashladna površina mora dodatno povećati odgovarajućom izvedbom kotla.
227
n'
228
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAZakoni sličnosti
P P - PStupanj djelovanja n___________2 _____1____g
P~ P 1Novi stupanj djelovanja 4 3 P___________P
P '-P' _P X - P X P' Pi X4 PiNova masa po jedinici nove snage Nova cijena po jedinici nove snage
m' _ mX3 _ 1 m c ' 1 C _~ŠX4 _Y' _ i i
■ S povećanjem dimenzija transformatora poveća se stupanj djelovanja, a masa po jedinici snage se smanji.■ Što je transformator veći, to ima bolji stupanj djelovanja, i jeftiniji je po jedinici snage.
229
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
230
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAProizvodna cijena
■ Transformator - ima aktivni i pasivni dio.■ Aktivni dio - željezna jezgra i namoti.
■ Pasivni dio: kotao, ulje i ostali konstrukcijski dijelovi.
231
■ Iskustvo: cijena gotovog uljnog transformatora oko 3 puta veća od cijene materijala aktivnog dijela.
Cijena jezgre _ _ Cijena namota
Cijena transformatora C = 3 (mCuc Cu + mFeCFe )
cijena po
232
Proizvodna cijena
233
234
■ Zadatak projektanta - za određenu snagu projektirati najjeftiniji transformator.
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
235
Odnosi cijene, mase i gubitaka
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAOdnosi cijene, mase i gubitaka
■ Odlučujući faktor za izbor najpovoljnijeg transformatora može biti:■proizvodna cijena,
■minimalna masa ili■minimalni troškovi u predviđenom periodu korištenja (odnosno minimalni gubici u transformatoru) .
■ Razmotriti - optimalne promjere za transformator:
■najjeftiniji,
■najlakši i
■s najmanjim gubicima.
236
6 3
C ■ 10 m ■ 10 PROJEKTIRANJE
237
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA
Ekonomika
D[m]
238
[USDL
\
22
\
w
20
\ \
\\ u) / /
D - 0 041 4 S 10- \ / b ) /
- V/
\ /
1 D0 = 0 048 4 S 10-
cD0 - 006
i4 ■10
g
[kW]
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Ovisnost mase, cijene i gubitaka o promjeru stupa (transformator
15 MVA, 110 kV, napon kratkog spoja 11%) a) masa, b) cijena, c)
gubici.
0.22
0.20
0.16
0.14
0.12
239
240
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAEkonomika
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAEkonomika
241
242
Godišnji troškovi
243
244
■ Prethodna razmatranja - najjeftiniji transformator ne mora biti i najekonomičniji.
■ Ekonomika transformatora - cijena i troškovi pogona.
■ Zadatak - za određeni pogon odabrati najekonomičniji transformator.
■ Najekonomičniji transformator - ukupni godišnji troškovi najmanji.Stalni troškovi Promjenljivi troškovi
J
kamate na uloženi kapitaltroškovi za električnu energiju koja se
troši na gubitke u namotimaotpisi (amortizacija)
troškovi za električnu energiju koja se troši na gubitke u željezu
ostali troškovi (za prostoriju u kojoj je transformator)
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAEkonomika
245
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAEkonomika
Troškovi transformatora - u uskoj vezi s gubicima u transformatoru.
Razmotriti - utjecaj omjera gubitaka u bakru i željezu na stupanj djelovanja transformatora.
Ustanoviti - kod kojeg tereta će stupanj djelovanja biti najbolji.
Stupanj djelovanja transformatora opterećenog nazivnom snagom:
n _-------------—-------------, ____P2n + PFen + PCun
nazivna radna snaga
gubici u jezgri u nazivnom radu gubici u namotima u nazivnom radu
Teret (struja) se promijeni x puta:
■snaga se promijeni x puta: P2 _ P2n X
■gubici u bakru se promijene x2 puta: PCu _ PCunX2
■gubici u željezu ostanu nepromijenjeni: PFe _ P
Fen
Stupanj djelovanja - ovisno o teretu:
n _ P 2 ________ ___________P 2n X _________P2 + PFe + PCu P2nX + PFen + PCunX 2
246
247
PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORAEkonomika
248
P2n X U Najbolji stupanj — djelovanja
V d n
d x= 0
Stupanj djelovanja
n =--------------- 2P2n X + PFen + PCun X
Diferen cijalna d u d v jednadžba v- -u-------------------------------------= 0
d X d X
RjeŠenjePCunX - PFen = 0
TRANSFORMATOR U POGONU
249
P X _ P1 Cun x 1 Fen
Najbolji stupanj djelovanja ima transformator kod onog opterećenja kod kojeg su gubici u bakru jednaki gubicima u željezu.
Vrijedi za transformator koji je opterećen konstantnom snagom.
250
TRANSFORMATOR U POGONU
Paralelni rad
251
TRANSFORMATOR U POGONUParalelni rad
■ Paralelni spoj više transformatora - spajanje:
■visokonaponske strane svih transformatora na odgovarajuće faze visokonaponske
mreže i
■niskonaponske strane svih transformatora na odgovarajuće faze niskonaponske
mreže.
■ Uvjeti za paralelni rad transformatora:
■prijenosni omjeri i nazivni naponi moraju biti jednaki,
■fazni pomaci istoimenih sekundarnih faza prema istoimenim primarnim fazama
moraju biti jednaki - satni broj mora biti jednak,
■naponi kratkog spoja moraju biti jednaki, odnosno razlika mora biti u dozvoljenim
granicama,
■nazivne snage trebaju biti približno jednake.
252
TRANSFORMATORParalelni rad
Osnovno pravilo paralelnog rada - niti jedan transformator ne smije biti trajno preopterećen.
> 1. uvjet za paralelni rad■ Prijenosni omjeri moraju biti jednaki - uvjet je čvršći, nego za jednakost napona.
■ Kod nejednakih napona je samo jedan transformator više ili manje opterećen od drugoga.■ Između prijenosnih omjera (omjera broja zavoja) ne smije postojati razlika.■ Kod nejednakih prijenosnih omjera javlja se strujaizjednačenja. razlika sekundarnihnapona rii^Hia °mjera
^4 j/ broja zavoja■ Struju izjednačenja potjera /¡A 1
razlika sekundarnih napona: ^ u 2 L%J n J%i
253
254
TRANSFORMATOR U POGONUParalelni rad
> 2. uvjet za paralelni rad
■ Fazni pomak istoimenih sekundarnih faza prema istoimenim primarnim fazama mora biti isti - satni broj mora biti jednak.■ Paralelno mogu raditi:■ jedan transformator grupe spoja Dy5 i
■drugi transformator grupe spoja Yd5.
> 3. uvjet za paralelni rad
■ Naponi kratkog spoja moraju biti jednaki.■ Prema IEC preporukama razlika u naponima kratkog spoja ne smije biti veća od ± 10%.■ Transformatori imaju jednake snage, a različiti uk - transformator s manjim uk preuzima veći teret.
TRANSFORMATOR U POGONUParalelni rad
■ Primjer: paralelno rade dva transformatora:
i s različitim nazivnim snagama Sn i Sn’ ii s različitim naponima kratkog spoja uk i uk’. snaga koju prenosi
prvi transformator■ Fakt°ri k
t i k
t’ opterećenja:
___ snaga koju prenosi( S T drugi transformator
k v v &t S '
■ Pad napona na oba n transformatora mora biti isti: kt uk = kt' uk'■ Suma snaga oba transformatora mora biti jednaka snazi St
kojase predajeteretu: St = S+S'=ktSn +kt'Sn'
255
TRANSFORMATOR U POGONUParalelni rad
256
TRANSFORMATOR U POGONUParalelni rad
■ Faktori opterećenja transformatora:
k =---------S--------- kt' =----------------S---------Sn + S/^ Sn + Sn'
ukuk
■ Snaga prvog transformatora: S = kt Sn
■ Snaga drugog transformatora: S' = kt'Sn'Paralelni rad dvaju transformatora (s većim i manjim
naponom kratkog spoja) pri prijenosu snage 220 kVATransformator 1 Transformator 2
Nazivna snaga 100 kVA 120 kVA
Napon kratkog spoja 6 % 4 %
Faktor opterećenja 0,7857 1,179
Prenijeta snaga 78,57 kVA 141,43 kVA
Razlika u naponima kratkog spoja je prevelika!
TRANSFORMATOR U POGONU
257
Viši harmonici
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
Uz zanemarenje histereze i vrtložnih struja (krivulja
a) ukupna struja, b) osnovni harmonik, c) treći harmonik, d) peti harmonik
TRANSFORMATOR U POGONUParalelni rad
> 4. uvjet za paralelni rad
■ Nazivne snage trebaju biti približno jednake.■ Jedan od transformatora je preopterećen:
i u slučaju nejednakih napona kratkog spoja i
i ako je ukupna snaga, koju transformatori prenose, jednaka zbroju njihovih
nazivnih snaga.
■ Treba smanjiti ukupnu snagu koja se prenosi, tako da niti jedan transformator ne bude preopterećen.
■ IEC preporuke: nema svrhe povezivati u paralelni rad transformatore čiji je omjer nazivnih snaga veći od 3:1.
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Struja magnetiziranja - glavni izvor viših harmonika u transformatoru.
■ Napon, narinut na primarni namot, je sinusan - traži sinusni magnetski tok.
■ Struja magnetiziranja - s primarnim zavojima stvori protjecanje.
■ Protjecanje u željeznoj jezgri uzbudi magnetski tok.■ Magnetski tok inducira sinusni protunapon - stvori uravnoteženo stanje.
■ Prema krivulji magnetiziranja - odnos između struje magnetiziranja i magnetskog toka nelinearan.
■ Struja magnetiziranja ima nesinusni oblik.
258
259
TRANSFORMATOR U
POGONUViši harmonici
■ Pretpostavka: I = I1 ^ ^Fe
■ Struja magnetiziranja sadrži osnovni i samo neparne više harmonike:
iM = 4l I^1sin(«t + ^l) + £T^sm v(rnt +Pv)
L v=3,5,7... _
■ Većitransformator ima::i veće indukcije,
:i željezo jače zasićeno, viši harmonici struje magnetiziranja veći.
■ Viši harmonici prouzrokuju gubitke i teškoće - nastoji ih se eliminirati ili barem smanjiti.TRANSFORMATOR
U POGONUViši harmonici
■ Amplituda višeg harmonika pada
s povećanjem reda harmonika.
Harmonik Iznos [%] Harmonici struje magnetiziranja
Osnovni 100
Treći 24,5
Peti 3,43
Sedmi 1,72
Deveti 0,26
260
261
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Najveći viši harmonik je treći.■ Treći harmonici struje magnetiziranja - sve tri faze (A, B, C):
W = -^/2 3 sln3 (mt + 93) ii 3b = -^2 ^ sln3 [ml: + 93 - = -^2 1^ sln3 (mt + 93)
ii 3c = -^2 Ti3 sln3 <mt + 93 - = -V2 7^3 sln 3 (mt + 93)
■ Treći harmonici struje u sve tri faze - istofazni!
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Različiti slučajevi (spoj primarnog namota i tip jezgre):■zvijezda spoj namota s nul-vodom i jezgra s magnetskim povratnim putem,
■zvijezda spoj namota bez nul-voda i jezgra s magnetskim povratnim putem,■zvijezda spoj namota bez nul-voda i jezgra bez magnetskog povratnog puta,■zvijezda spoj namota s nul-vodom i jezgra bez magnetskog povratnog puta,■trokut spoj namota.
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Peti harmonici u trofaznom sistemu - vremenski razmaknuti za 120o, ali s obrnutim redosljedom faza nego osnovni harmonik.
■ Sedmi harmonici - vremenski razmak i redosljed faza kao osnovni.
■ Deveti harmonici - istofazni kao i treći harmonik itd.
■ Utjecaj viših harmonika jako ovisi o:■spoju primarnog namota,
■uzemljenju i
■ izvedbijezgre (tipu) transformatora.
TRANSFORMATOR U
POGONUViši harmonici
> Zvijezda spoj namota s nul-vodom i jezgra s magnetskim povratnim putem
■američki sistem od tri jednofazna transformatora, spojena sa zajedničkim nul-vodom, i
■trofazni ogrnuti transformator sa namotom spojenim u zvijezdu i s nul- vodom.
■ Narinuti sinusni napon - sinusni magnetski tok.■ Struja magnetiziranja obiluje višim harmonicima - najveći treći harmonik.
■ Svi viši harmonici 3. reda su istofazni (3., 9., 15. itd.) - zatvaraju se preko nul-voda.
262
TRANSFORMATOR U
POGONUViši harmonici
Napon, magnetski tok i struja magnetiziranja u jednoj fazi kod spoja transformatora u zvijezdu s nul-vodom i s magnetskim povratnim putem
a) narinuti napon,
b) magnetski tok,
c) ukupna struja magnetiziranja,
d) osnovni harmonik struje,
e) treći harmonik struje.
263
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Struje viših harmonika teku i stvaraju gubitke:■u primarnom namotu transformatora i
■u dalekovodima i■u ostalim dijelovima električne mreže na koju je transformator
priključen.
■ Viši harmonici imaju višu frekvenciju.■ Reaktancije su proporcionalne frekvenciji - induktivni padovi napona na reaktancijama su proporcionalno veći.■ Struje viših harmonika stvaraju i padove napona:■na rasipnim reaktancijama generatora
■to stvara deformacije izlaznog napona generatora,
■deformirani napon se prenosi preko transformatora u sekundarnu mrežu,■u ostalim dijelovima mreže.
264
TRANSFORMATOR U
POGONU
t
t
Viši harmonici
Napon, magnetski tok i struja magnetiziranja u jednoj fazi kod spoja transformatora u zvijezdu bez nul-voda i s magnetskim povratnim putem
a)narinuti napon,b)narinuta sinusna
struja magnetiziranja,
c) ukupni magnetski tok,d)osnovni harmonik
magnetskog toka,
e)treći harmonik toka.
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
> Zvijezda spoj namota bez nul-voda i jezgra s magnetskim povratnim putem
■američki sistem od tri jednofazna transformatora bez nul-voda i■ trofazni ogrnuti transformator sa namotom spojenim u zvijezdu, također bez nul-
voda.
■ Nema nul-voda - ne mogu se zatvarati viši harmonici trećeg reda struje jer su istofazni (suma različita od nule).
■ Postoje 5., 7., 11. itd. harmonik - suma jednaka nuli.■ Struja magnetiziranja mora biti sinusnog oblika.■ Struja je sinusna - magnetski tok mora biti nesinusan (zbog nelinearnosti krivulje magnetiziranja željeza).
265
TRANSFORMATOR U POGONU
Viši harmonici
■ Magnetski tok sadrži osnovni i treći harmonik.
■ Treći harmonik toka se može zatvarati magnetskim
putem.■ Magnetski tok deformiran - u fazama se induciraju osnovni i treći harmonik napona.
■ Osnovni harmonik induciranog napona drži ravnotežu narinutom naponu.
■ Treći harmonici induciranog napona:■u svim fazama istofazni,
■ne mogu potjerati strujejer nema nul-voda,
■pribrajaju se narinutim faznim naponima - ne mijenjaju linijske napone!
TRANSFORMATOR U
u , POGONU
xuB ... uC _ a) ^Viši harmonici
/ \ i / V V
\ / * / \ /' '' J \‘ b)v y yA A A u3 K A
'/"V \/ V '/\/ \/V \\ 0 V \ / ¡\ •\ / v A. A. /\ / ,' ' / • 1 d) f. \ \! d)
\ v ! (ufc / \\\
A i/ \ J\ / \ c )N _ /
Vremenski prikaz faznih napona kod spoja transformatora u
zvijezdu bez nul-voda i s magnetskim povratnim putema) osnovni harmonik pive faze, b) osnovni harmonik druge faze,c) osnovni harmonik treće faze, d) treći harmonik.
266
267
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
268
269
■ Inducirani napon je proporcionalan toku i frekvenciji.
■ Treći harmonik magnetskog toka - kod većih zasićenja iznosii do 30% osnovnog harmonika.
■ Frekvencija triput veća od nazivne - napon može poprimiti 3x30%=90% narinutog faznog napona.
■ Spoj zvijezda bez nul-voda - ne primjenjuje se kod transformatora s magnetskim povratnim putem!
> Zvijezda spoj namota bez nul-voda i jezgra bez magnetskog povratnog puta
■europski jezgrasti tip transformatora s primarnim namotom spojenim u zvijezdu i bez
nul-voda.
■ Slučaj je sličan prethodnom.■ Nema nul-voda - ne mogu se zatvarati viši harmonici trećeg reda struje.
■ Struja mora biti sinusnog oblika.■ Magnetski tok mora biti nesinusan.
270
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Jezgrasti transformator nema povratni magnetski put.■ Istofazni treći harmonici toka mogu se zatvarati samo kroz zrak između jarmova.
■ Treći harmonik toka malen - zbog velikog magnetskog otpora zraka među jarmovima.
■ Treći harmonik toka malen - i inducirani napon malen.■ Europski tip transformatora dozvoljava upotrebu zvijezda spoja primarnog namota bez nul-voda.
■ Skoro potpuno eliminira napone trećeg harmonika.■ Peti i sedmi harmonik se pojavljuju samo u struji - zanemarivi su.
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
> Zvijezda spoj namota s nul-vodom i jezgra bez magnetskog povratnog puta
■europski jezgrasti tip transformatora s primarnim namotom spojenim u zvijezdu s
nul-vodom.
■ Slučaj je jednak kao kod transformatora s magnetskim povratnim putem.
■ Magnetski tok je sinusni - struja magnetiziranja je nesinusna.■ Problem nastane ako narinuti napon nije čisto sinusoidalan.■ Prema propisima - oblik napona može odstupati od sinusoide do 5% od amplitude osnovnog harmonika.
271
TRANSFORMATOR U
POGONUViši harmonici
Napon, magnetski tok i struja magnetiziranja u jednoj fazi kod spoja transformatora u zvijezdu s nul-vodom i bez magnetskog povratnog puta za slučaj kad napon ima osnovni i treći harmonik
a) narinuti osnovni harmonik napona,
b) narinuti treći harmonik napona,
c) osnovni harmonik
magnetskog toka,
d) treći harmonik magnetskog toka,
e) nesinusna struja,
f) treći harmonik struje.
t
t
272
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
■ Za potreban magnetski tok, zbog velikog magnetskog otpora, struja magnetiziranja je jako velika.
■ Treći harmonik struje može postati puno veći od osnovnog harmonika.
■ Proizlazi: spoj primarnog namota u zvijezdu povoljan u dva slučaja:
■električki s nul-vodom i magnetski s povratnim putem i
■električki bez nul-voda i magnetski bez povratnog puta.
273
274
TRANSFORMATOR U POGONUViši harmonici
> Trokut spoj primarnog namota
■ Nema mogućnosti uzemljenja.
■ Namot svake faze - direktno na linijskom naponu
mreže.
■ U svakom namotu se mora inducirati sinusni
protunapon.■ Za induciranje sinusnog napona potreban je sinusni magnetski tok.■ Struja magnetiziranja u svakoj fazi - nesinusna zbog nelinearnosti krivulje magnetiziranja.■ Treći harmonici linijske struje ne mogu teći - istofazni su i njihova suma nije jednaka nuli.
TRANSFORMATOR U
POGONUViši harmonici
VWIU■ Treći harmonici struje magnetiziranja postoje samo u zatvorenom krugu primarnog namota.
■ Oni dodatno opterećuju transformator.■ Stvaraju gubitke i dodatno zagrijavaju namot.
struja trećih harmonik.• f a z n e sSruJe
Struje magnetiziranja kod spoja transformatora u trokut
TRANSFORMATOR U POGONU
275
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
276
■ Simetričan trofazni sustav - fazori napona i struje u sve tri faze jednaki:
277
Nesimetrija u trofaznom
transformatoru
278
279
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
■ Sekundarna strana transformatora:■trofazni sistem sekundarnih napona je simetričan,
■o teretu ovisi hoće li i sistem struja biti simetričan.
■ Simetričan trofazni sistem struja:
■strujejednake po iznosu: Ia = = Ic
■fazni pomaci među J J ) = J J ) = J J ) strujama jednaki: Jb) = ^^b’ Jc) = ^(Jc^ Ja)
■fazorski zbroj struja jednak nuli: J a + J b + J c = 0
■ Naponi su simetrični - fazni pomaci izmeđunapona i struja istoimenih faza su jednaki: pa = pb = <pc
■ Simetrični teret - skoro sva trofazna trošila.
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
■ Nesimetrično opterećenje - svaka faza opterećena drugom vrijednošću ili drugim karakterom trošila.
■ Struje u pojedinim fazama i njihovi fazni pomaci prema pripadnom naponu ne moraju biti jednaki.
■ Posljedica: sistem struja ne mora biti simetričan, iako je sistem napona simetričan.
■ Nesimetrični sistem struja: Ia * Ib * Ic
AI a, I b) I b, I c) I c, I a)
J a + L b + I c * 0
Pa * Pb * 9c
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
■ Najnepovoljniji slučaj nesimetričnog opterećenja -
opterećenje samo jedne faze transformatora.
■ Ponašanje transformatora kod nesimetričnog opterećenja ovisi o spojevima namota.
■ Rad transformatora je moguć ako na primarnoj strani teče struja samo kroz onu fazu koja je na sekundarnoj strani opterećena.
■ Dodatna struja primara sa svojim protjecanjem poništi djelovanje protjecanja opterećene faze sekundara.
TRANSFORMATOR
U a U POGONUl' Nesimetrija u trofaznom transformatoru
Nesimetričan trofazni sistem struja u simetričnom
trofaznom sistemu napona
U
■ Nesimetrični teret
- obično jednofazna trošila.
■ Jednofazna trošila se nezavisno priključuju.
■ Ne moraju biti jednako raspoređena po pojedinim fazama.
280
TRANSFORMATOR U
POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
L 0A + L 0B + L 0C “ 0
Opterećenje faze C
opterećene faze)L 2
Vdodatna struja tereta
ukupna struja ' . . .r , J struja praznog hoda
opterećene faze
Jednofazno opterećenje trofaznog transformatora u spoju Yy s nul-vodom na primarnoj strani
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
> Spoj Yy s nul-vodom na primarnoj strani
■ Spoj omogućuje da primar povuče iz mreže dodatnu struju koja odgovara opterećenju.
■ Dodatna struja primara sa svojim protjecanjem poništi djelovanje protjecanja opterećene faze sekundara.
■ Na primarnoj strani teče struja samo kroz onu fazu koja je na sekundarnoj strani opterećena.
281
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
■ Spoj Yy s nul-vodom na primarnoj strani - omogućuje nesimetrično opterećenje sekundara.
■ Ne upotrebljava se radi opasnosti od kratkog spoja.■ Na visokonaponskoj strani se nul-vod treba uzemljiti.■ U slučaju zemnog spoja jedne faze nastao bi puni kratki spoj te faze.
■ Nul-vod jako poskupljuje cijelu mrežu.
TRANSFORMATOR U POGONU
Nesimetrija u trofaznom transformatoru
> Spoj Yy bez nul-voda na primarnoj strani
■ Spoj nije pogodan za nesimetrična opterećenja.
■ Slučaj opterećenja samo jedne faze sekundara - dodatna struja opterećene primarne faze mora prolaziti i kroz ostale dvije neopterećene faze.
■ Struje u neopterećenim fazama nisu potrebne radi svojih sekundarnih struja jer ih nema.
282
(L-
LlCt _ LlAt + LlBt
283
Prazni hod 1QA +10B +1oc — 0 Opterećenje
faze C
11A
— 10A
— 1 lAt
11B
— 1
0R — L lBt
(i^ —3 +©/ \ dodatna struja tereta
ukupna struja struja praznog hoda' j ^ opterećene faze opterećene faze
1 lCt
— 1 lAt +1
lBt
Jednofazno opterećenje trofaznog transformatora u spoju Yy bez nul-voda na primarnoj strani
Struja tereta /ia u fazi C primara zatvara se kroz ostale dvije faze.
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
Struje u neopterećenim fazama djeluju kao struje magnetiziranja.
Poremeti se simetrija induciranih napona.
Zato spoj Yy bez nul-voda nije pogodan za nesimetrična opterećenja.
L lA = L 0A — L lAt
L1B = L 0B L lBt
L1C = L 0C + L lCt
TRANSFORMATOR U
POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
Struja u fazi C 11C = I 0C + — 1Ct Linijske
struje
—A = — 0A — — 0B —B
= — 0B — — 1C —C =
— 1C — — 0A
IV
V- *
I ,C
Jednofazno opterećenje trofaznog transformatora u spoju Dy
284
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
> Spoj Dy
■ Spoj je pogodan za nesimetrična opterećenja - često se koristi.
■ Jednofazno sekundarno opterećenje se prenosi na odgovarajuću fazu primara.
■ Dodatna struja može teći iz izvora u tu fazu i vratiti se natrag u izvor.
■ Ne prolazi kroz ostale dvije neopterećene faze.
285
IV
TRANSFORMATOR U
POGONU
Nesimetrija u trofaznom transformatoru
Fazne (linijske) struje
L\B = —OB
Struja tereta I1Q u fazi C primara zatvara se kroz fazu A.
|t—=,
c2V Jednofazno opterećenje
trofaznog transformatora u spoju Yz
TRANSFORMATOR U POGONUNesimetrija u trofaznom transformatoru
> Spoj Yz
■ Spoj dozvoljava jednofazno opterećenje.
■ Struja na sekundarnoj strani prolazi kroz dva polusvitka koji su smješteni na dva stupa.
■ Dodatna struja na primarnoj strani može se dovesti iz izvora jednim vodom, a odvesti drugim.
■ Dodatna struja prolazi kroz namote onih dviju faza koje su na istim stupovima kao i polusvici opterećene sekundarne faze.
■ Na taj način protjecanje dodatne struje primara poništi djelovanje protjecanja sekundarne struje.
TRANSFORMATOR U POGONU
Kratki spoj
286
T
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
■ Kratki spoj transformatora - stezaljke sekundara kratko spojene.
■ Pokus kratkog spoja:
(i primar nije priključen na napon,
11stezaljke se kratko spoje i
II podiže se napon primara dok ne poteče nazivna struja.
■ Napon kratkog spoja - onaj napon uz koji je struja transformatora jednaka nazivnoj struji.
JX01
Ikl
RPeQ ES jXm
0
Ul
1 /, R jXj i2'=ik j&d Rj
¡£1Ul
Nadomjesna
shema
transformatora u
kratkom spoju
Udarni kratki spoj - transformatoru u praznom hodu se trenutno kratko spoje sekundarne stezaljke.
287
TRANSFORMATOR ^ U
POGONUPrazni hod - kratki spoj
UNadomjesna shema
transformatora u
praznom hodu
U,'=OV
TRANSFORMATOR U POGONU
Kratki spoj
■ Uz nazivni napon na primarnoj strani - struja kratkog
spoja puno veća od nazivne.
■ Trajna struja kratkog spoja - kratki spoj uz nazivne
vrijednosti napona U1n i struje In:
= Um = 100 i
1 k “ T T 1 n “ 1 n U k uk
■ Kratki spoj u pogonu - može nastati pod bilo kojim
opterećenjem ili u praznom hodu.
288
289
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
■ Transformator u praznom hodu - trenutno se kratko spoje sekundarne stezaljke.
■ Struja ne može u istom času narasti na vrijednost koja odgovara tom trenutku.
■ Iznimno - kratki spoj u trenutku kad je trenutna vrijednost struje kratkog spoja jednaka nuli.
■ Narinuti napon - trenutna vrijednost:u1 = 4lUl sin (mt + a)
■ Trajna struja kratkog spoja: ik = 42 ik sin (mt + a - p k )
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
■ Struja i fazni pomak u kratkom spoju - određeni impedancijom kratkog spoja Zk:
U U Xk
Ik =— = — i 1 <Pk = arctg——k A R
kutprethođenja napona početku kratkog spoja
■ Kratki spoj može nastati u trenutku kad je: (0)= pk
■ Transformator iz praznog hoda bez prijelazne pojave prijeđe u stanje kratkog spoja.
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
■ U svim ostalim slučajevima - prijelazna pojava.
■ Trenutna promjena struje na neku vrijednost je nemoguća.
■ Inducirao bi se beskonačni napon koji se toj promjeni protivi.
■ Diferencijalna jednadžba za prijelaz transformatora iz praznog hoda u kratki spoj:
d i 1ui -Rkii + Lk-TT = 0 d t
u TRANSFORMATOR U l POGONU
, a u. Kratki spoj
hy A _1 0/ !Pk y A7A”t
prazni hod kratki spoj
Vremenska ovisnost napona i struje za slučaj
kratkog spoja u trenutku u kojem je a= pk
Kratki spoj je nastao u trenutku kad je struja jednaka nuli —
nema prijelazne pojave.
Rješenje diferencijalne jednadžbe i1 =
—
tLk
290
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
Početni trenutak - struja i1 jednaka struji praznog hoda.
Struja praznog hoda se može zanemariti.
Prije prijelazne pojave: t =0s i 1 =0A Nakon prijelazne
pojave: t =ros i 1 = i k Tijekom prijelazne pojave -
struja i1 naraste od nuledo ik : trajna struja kratkog spoja prijelazna struja kratkog spoja
i1i5+(EkiXTRANSFORMATOR U POGONU
„ „ . . Kratki spojPočetni uvjet
t = 0 i1 =i k +ik' = 0 — ik'=-ik Krajnji uvjett = & i 1 = i k —^ i k — 0
-R- tsin(wt + a - pk) - sin (a - pk) e ik
Trajna struja kratkog spojaik = V2 Ik sin (wt + a - ^k)
Prijelazna struja kratkog spoja Rk
ik' = -^ — ksin(a-Pk) e
291
TRANSFORMATOR U
Pk
Vremenska ovisnost napona i struje za slučaj da je kratki spoj nastao iz praznog hoda
u
292
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
Množenje i dijeljenje eksponenta s a daje:Rk
i1 = V2 Ikat
sin(wt + a - pk) - sin (a - pk) e Xk
U jednom trenutku je struja i1 maksimalna.
To je udarna struja kratkog spoja.
Struja ik' - eksponencijalna funkcija.
Opada s vremenskom konstantom Tk. Vremenska
konstanta: ^ _Lk _ X k Tk
Rk ™Rk
293
TRANSFORMATOR U POGONU
Struja ukapčanja
294
TRANSFORMATOR U POGONUKratki spoj
■ Transformator od 100 kVA:■vremenska konstanta rk=0,005s,
■trajna struja kratkog spoja —k = 23In
■udarna struja kratkog spoja 1^ = 39—,.
■ Transformator od 30000 kVA:■vremenska konstanta Tk=0,058s,
■trajna struja kratkog spoja — = 10—,
■udarna struja kratkog spoja lku = 27—,.
■ Vremenska pojava isčezne nakon približno 3rk.■ Vrijeme je kratko - ne može se razviti toplina opasna za transformator, iako su udarne struje velike.
■ Velike struje mogu uzrokovati velika mehanička naprezanja i time ugroziti radnu sposobnost transformatora.
295
TRANSFORMATOR U POGONUStruja ukapčanja
TRANSFORMATOR U POGONUStruja ukapčanja
296
297
Transformator bez tereta (u praznom hodu)
priključimo na napon u{.
u1
= 42V1 sin (mt + a) Poteče struja
praznog hoda struja i0. Pretpostavka: nema gubitaka - RFe
beskonačan Trenutna vrijednost struje praznog hoda:
42 V1
* 0 - / --------------------=sin(mt + a-p0)V R12 + (X„1 + Xm)2
X + X
Fazni pomak struje prema naponu: 9 = arctg — „ — m _____________R 1 Napon može biti narinut u trenutku kad je:
kutprethođenja napona jaj= Po početku praznog hoda
Nema prijelazne pojave jer je u tom trenutku struja io jednaka nuli.
Priključak napona u bilo kojem drugom trenutku će uzrokovati prijelaznu
pojavu.
Diferencijalna jednadžba za ukopčanje transformatora upraznom hodu: . d i0
ui -Rii0 + L i ^ ~ = 0 d t
298
i 1 = 42—0
U1—0 =
kratki spoj:
Rk mRk
4 Rl2 + (X„1 + Xm)2
Vremenska konstanta Tu kod ■ Vremenska konstanta Tk za ukapčanja u
praznom hodu:
T = A. = X „i + X m
TRANSFORMATOR U POGONUStruja ukapčanja
Efektivna vrijednost struje praznog
hoda Io:
\(mt + a - p0)- sin (a - p0 )e
Rješenje diferencijalne jednadžbe:
R1 mR1
Xh
R
TRANSFORMATOR U POGONU
Struja ukapčanja
T = LL = X „1 + X m T = R =
u R1 mR1k Rk ojRk
■ Razlika prema prijelaznoj pojavi kratkog spoja je u vremenskoj konstanti.
■ Vremenska konstanta ukapčanja u praznom hodu - puno veća od
vremenske konstante za kratki spoj.
■ Veća impedancija u praznom hodu - udarna struja manja nego u kratkom
spoju.
■ Utjecaj zasićenja u željezu:
■ povećava struju i
■ smanjuje vremensku konstantu ukapčanja.
TRANSFORMATOR U POGONU
Prenaponi
299
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
■ Transformatori u pogonu - izloženi udarnim prenaponima.
■ Udarni prenaponi mogu nastati od:
■atmosferskih pražnjenja i
■ iskapčanja trošila u mreži na koju je transformator priključen.■ Valovi prenapona putuju od mjesta izvora na sve strane.
■ Udaraju svojim strmim čelom na namot transformatora.
■ Izolacija transformatora mora izdržati udar prenapona bez oštećenja.
■ Izolaciona sposobnost transformatora protiv udarnih prenapona - ispituje se
udarnim valovima standardnog oblika.
300
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
■ Udarni napon se raspodijeli po duljini namota do nul- točke.
■ Raspodjela napona ovisi o induktivitetu i kapacitetu namota.
■ Induktivitet namota - serijski spoj induktiviteta svitaka L.
■ Kapacitet namota se dijeli na:
■ kapacitete između pojedinih svitaka K i
■ kapacitete C između svitaka i zemlje.
U TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
0.9Um Trajanje čela vala: T1 = 1 ■ 10-6 s i
t^''"»^^Trajanje hrpta vala: T2 =5010-6 s.
0.5 Um
0.3 Um
V- 1 1-11
J1
U Im
1
0 1 T |1-^4
T 1 * T2 ,
1' '1Standardizirani oblik udarnog vala
Visina napona vala Um određena je nivoom izolacije dalekovoda, rasklopnih postrojenja itd.
301
TRANSFORMATOR U POGONU
induktivitet svitka
302
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
303
Nadomjesna shema raspodjele induktiviteta svitaka namota, kapaciteta među svicima i kapaciteta svitaka prema zemlji
304
■Udarni napon sadrži:
čelo - strmi dio vala, hrbat -
položeniji dio vala.■Pri nailasku udarnog napona na namot transformatora:
■čelo vala se najprije reflektira i time povisuje svoju tjemenu vrijednost na skoro dvostruki iznos (razlog: puno veći valni otpor namota u odnosu na valni otpor voda),
■istovremeno - reflektirani prenapon potjera preko kapaciteta namota struju.
305
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
Početna raspodjela napona E/U kod udarnog napona pravokutnog oblika amplitude U
a) nul-točka namota uzemljenab) nul-točka namota izolirana
shal 1
sha
xchal 1 -
pU cha
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
■ Prvi (strmi) udar prenapona sadrži
komponente vrlo visoke frekvencije.
■ Induktivni otpori svitaka (®L) su veliki - struja kroz svitke se može
zanemariti.
■ Početna raspodjela napona Ep uzduž namota prema zemlji - ovisi o:
ovisi o omjeru kapaciteta svitaka C i K,
izoliranosti nul-točke.
■ Naprezanje izolacije među zavojima - proporcionalno naponskom gradijentu
d(Ep/U)/dx.
306
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
■ Naponski gradijent d(EpV)/dx - najveći na ulaznim zavojima namota.
■ Treba ostvariti što manji a
■ što veći kapacitet među zavojima i svicima K, a
■ što manji kapacitet namota prema zemlji C.
■ Ulazni zavoji - jače izolirani.
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
■ Nakon probijanja čela vala u namot prodire hrbat vala.
■ Hrbat vala - sadrži harmonike nižih frekvencija.
■ Dolazi do izražaja induktivitet namota.
■ Induktivni otpor hrptu vala je mnogo manji, nego čelu vala - zbog nižih frekvencija.
■ Dolazi do titrajnih struja i njihanja napona - u pojedinim točkama između kapaciteta i induktiviteta namota.
307
TRANSFORMATOR U
POGONUPrenaponi
a = 10l
V = 100%
Nastupaju veliki gradijenti napona na svim mjestima namota.
TRANSFORMATOR U
POGONU
a= 10l Prenaponi
V = 100%
Nastupaju veliki gradijenti napona na svim mjestima namota.
Kod izolirane nul-točke udarni napon može postići i trostruku vrijednost.
Raspodjela prenapona E [%] prema zemlji uzduž namota kod pravokutnog udarnog napona V kad je nul-točka namota izolirana
Raspodjela prenapona E [%] prema zemlji uzduž namota kod pravokutnog udarnog napona U kad je nul-točka namota uzemljena
308
TRANSFORMATOR U POGONUPrenaponi
■ Zaštita namota od prenapona:
ii odgovarajućim povećanjem izolacije među zavojima,
oblikovanjem namota koje snizuje omjer C/K,
ii primjenom posebno oblikovanih štitova.■ Posebni štitovi čine kapacitet svih svitaka prema zemlji simetričnim.
■ Time se postiže da se poprečne kapacitivne struje ne miješaju s uzdužnim kapacitivnim strujama.
POSEBNEVRSTE
TRANSFORMATORA
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
309
Autotransformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
Broj zavoja zajedničkog namota Nz Broj
zavoja serijskog namota Ns
serijski namot
Omjer napona
Štedni transformator
N = N z + N s
N = N z
E2 n2
■ Najvažnije posebne vrste transformatora su:
■štedni transformator (autotransformator),
■regulacioni transformator,
■ transformator za zavarivanje,
■mjerni transformatori:■naponski mjerni transformator i■strujni mjerni transformator.
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
■ Štedni transformator - autotransformator ima jedan
zajednički i jedan serijski namot:
■zajednički namot priključuje se na mrežu nižeg napona,
■serijski spoj zajedničkog i serijskog namota priključuje se na mrežu višeg napona.
■ Može se dobiti povećani ili sniženi sekundarni napon - ovisi
o spoju.
■ Sekundarni napon - proporcionalan omjeru broja zavoja
sekundara i primara: N
E2 = —2 E1
2 N 1
310
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
311
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanjePOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
Nazivna snaga - prolazna snaga Pp =
F1l1 = E 2l2
■ Snaga se prenosi magnetskim putem i vodljivim spojem
između namota.
■ Nazivna snaga autotransformatora se naziva i prolazna snaga.
■ Tipska snaga autotransformatora - snaga koju može prenositi
običan dvonamotni transformator jednakih dimenzija.
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
■ Zajedničkim namotom teče razlika sekundarne i primarne struje.
i ,Jednakost protjecanja ll Ns =(l2 -1,) Nz
ll (N, - N 2 )=(l 2 -1,) N 2
^T
ET2 - l Nz t 1 ,
Nazivna snaga - prolazna snagaE2 p = FT = FT
Pp — F1T 1 — F 2T 2
h li
Struje i snaga štednog transformatora
Ns
I12 - L E,
ekvivalentni dvonamotni T
— T 12 I1transformator
E1 E2
312
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
N s.2
E
£
Ll i.2
štedni transformator
Transformator u štednoj i normalnoj
izvedbi Nazivna snaga -prolazna
snagaTipska snaga
Pp = E111 = E
212 p = (E1 - £2 )/1 =
(12 - /1 )E2
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Autotransformator
Omjer prolazne i tipske snage
P E TP p = E1 = T 2
P E - E T - TPt E1 E 2 T 2 -*1
■ Prolazna snaga u odnosu na tipsku - to veća, što je manja razlika između primarnog i sekundarnog napona.
■ Nedostatak autotransformatora - vodljiva veza između primarne i sekundarne strane.
■ Ne smije se koristiti kao zaštitni transformator kojim se treba sniziti napon mreže na napon neopasan za čovjeka.
■ U slučaju prekida u nul-vodu cijela mreža niskog sekundarnog napona bi došla na puni napon primarne mreže.
313
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanje POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
314
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Regulacioni transformatorPOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Regulacioni transformator
■ Regulacioni transformator - ima regulacione otcjepe za promjenu napona.
■ Regulacija napona je u granicama od ±10% do ±20%.
■ Mijenjanje prijenosnog omjera - prespajanjem regulacionih otcjepa.
■ Moguće za vrijeme pogona (pod naponom).
■ Prespajanje pod opterećenjem:■ne smije se niti prekinuti strujni krug, niti kratko spojiti dva otcjepa,
■pivo se spoje oba otcjepa preko otpora, pa se tek nakon toga pivi otcjep isključi.
315
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanje POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
316
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORARegulacioni transformator
■ Regulacioni transformator - ima uređaj za prespajanje.■ Uređaj za prespajanje:
■birač koji se prebacuje na željeni otcjep kad ne vodi struju i
■učinska sklopka kojom se prebacuje kontakt.
■ Regulacija napona - u većini slučajeva se obavlja automatski.■ Automatski uređaj za prespajanje:
■naponski relej pokreće pogonski motor,
■pogonski motor pokreće birač i učinsku sklopku.
■ Kod jako velikih struja - preklopni uređaj jako skup.■ Upotrebljava se regulacija s dodatnim transformatorom.
317
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanjePOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Transformator za zavarivanje
■ Transformator za zavarivanje - radi na principu stvaranja visoke temperature zavarivanja.
■ Visoku temperaturu stvara vrlo velika struja kod niskog napona.■ Transformator za zavarivanje - sastoji se od dva dijela, ugrađena u zajedničko kućište:■transformatora i■prigušnice.
■ Jakost struje zavarivanja - podešava se promjenom induktiviteta sekundarnog kruga:■promjenom broja zavoja prigušnice (grubo podešavanje) i■promjenom veličine zračnog raspora prigušnice (fino podešavanje).
318
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
319
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanjePOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAT ransformator za zavarivanje
■ Transformator ima jako padajuću vanjsku karakteristiku U=f(I):
■s opterećenjem napon jako pada,■kod približno nazivne struje padne na nulu.
■ Padajuća vanjska karakteristika se postiže:■promjenom rasipanja pomicanjem primarnog svitka prema sekundarnom,
■ regulacijom zračnog raspora i drugim mjerama.
■ Transformator za zavarivanje ima:■malu snagu,■ jako loš faktor snage (0,2-0,4) i■ jako dobar stupanj djelovanja (0,9-0,98).
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanje
U
Un
\ I
0 Ik
Vanjska karakteristika transformatora za zavarivanje
320
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAAutotransformator
321
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORATransformator za zavarivanjePOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Mjerni transformatori
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
■ Mjerni transformatori - koriste se u visokonaponskim postrojenjima.
■ Pomoću njih se mjerni instrumenti i releji uključuju na sekudarnu, niskonaponsku stranu.
■ Postiže se odjeljivanje instrumenata i ostalih uređaja od visokog napona - zbog sigurnosti pogona i zaštite osoblja.
■ Podjela - ovisno o vrsti mjerenja (naponska ili strujna):
■na naponske mjerne transformatore i■na strujne mjerne transformatore.
322
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
Naponski mjerni transformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Naponski mjerni transformator
■ Naponski mjerni transformatori - za mjerenje visokih napona i priključak aparata.
■ Priključuju se paralelno na trošilo.
■ Sekundarni namot je napravljen za napon od 100 V - za priključak instrumenata i mjerenje napona.
■ Struja magnetiziranja - kao kod običnog transformatora.
■ Magnetska indukcija - oko 1 T.
323
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
324
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORANaponski mjerni transformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORANaponski mjerni transformator
325
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
Z T
u v
Priključak naponskog mjernog transformatora
326
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA■ Omjer napona mora biti što točniji omjeru broja zavoja - “pogreška omjera“ što manja.
■ Fazni pomaci između napona i struje na primaru i sekundaru mora biti jednak.
■ Ako nisu isti, dobije se pogrešan iznos snage, makar su napon i struja točni.
■ Mjerni transformatori moraju imati što manje “kutne pogreške”.
327
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
328
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORANaponski mjerni transformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORANaponski mjerni transformator
329
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
330
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
L
331
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
L,
UtJU V
Trošila Z} i Z2 dobivaju iz T2 transformatora T i T2 transformirane
linijske napone.
v Z3 dobiva fazorsku razliku tih napona, a to je opet linijski napon.
u
T
Naponski mjerni transformatori u V-
spoju
■ Primarni i sekundarni padovi napona u transformatoru moraju biti što manji - radi što veće točnosti:
■ radni i induktivni otpori primara i sekundara mali i■ struje moraju biti male.
■ Sekundarno opterećenje ograničeno - nekoliko puta manje od nazivnog.
■ Naponski mjerni transformatori - jednofazni ili trofazni.■ Mjerenje trofaznih napona - često se koriste dva jednofazna transformatora u V-spoju.
332
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORAStrujni mjerni transformator
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA
Strujni mjerni transformator
■ Strujni mjerni transformator ima na primar narinutu struju koju trošilo uzima iz mreže.
■ Važno: “pogreška omjera” i “kutna pogreška” moraju biti što manje.■ Struja opterećenja - puno veća u odnosu na struju magnetiziranja.■ Na sekundar se smiju priključiti samo mali otpori, čiji je maksimalni iznos određen.■ Mala struja magnetiziranja - postiže se:■upotrebom slabo magnetiziranih željeznih jezgri,
■bez zračnog raspora,
■s malim gubicima histereze i vrtložnih struja.
■ Magnetska indukcija - od 0,05 T do 0,3 T.
333
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
334
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORAPOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAStrujni mjerni transformator
■ Primarna struja - određena pogonskim prilikama mreže.
■ Sekundarnim opterećenjem se ne može utjecati na iznos primarne struje.
■ Ako je otpor sekundarnog opterećenja veći od maksimalno dozvoljenog - sekundarna struja jako mala.
■ Protjecanje sekundarne struje - nedovoljno da poništi djelovanje primarnog protjecanja.
■ Nepovoljno: mala sekundarna struja - velika primarna struja koja djeluje kao struja magnetiziranja.
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAStrujni mjerni transformator
UiK
r*^YYV'
k'
Priključak s
trujnog mjern
t l *
a o r m t
o r a
335
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
336
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORAPOSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAStrujni mjerni transformator
■ Najgora situacija - neizmjerno velik otpor u sekundarnom krugu (prazni hod), bez struje u sekundarnom krugu.■ Čitava primarna struja magnetizira željeznu jezgru - uzrokuje povećanje:■ indukcije,■napona na stezaljkama,■zasićenja,■gubitaka i■zagrijavanja.
■ Može doći do oštećenja transformatora.■ Strujni transformator ne smije nikad imati otvorene sekundarne stezaljke.■ Mora biti ili kratko spojen ili opterećen malim otporom.
KVAROVII
ZAŠTITATRANSFORMATORA
337
POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORAMjerni transformatori
■ Najveći broj transformatora je stalno u pogonu, često daleko od posluge i nadzora.
■ Važno je da transformator ima sigurnu zaštitu koja će pravovremeno djelovati i zaštititi ga.
■ Ispadanje transformatora iz pogona predstavlja nestanak električne energije za velik broj trošila.
■ Zadatak zaštite:■štiti transformator od vanjskih smetnji, prenapona, struja kratkog spoja i
preopterećenja,
■štiti mrežu od kvarova u samom transformatoru i
■prati rad transformatora da se na vrijeme signalizira pojava kvara, spriječi njegovo
proširenje i šteta.
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
■ Dielektrični kvarovi - među najtežima:
■proboj namota prema tijelu (masi) transformatora,■proboj između visokonaponskog i niskonaponskog
namota,
■proboj između faza,
■spoj među zavojima iste faze i
■kratkospojeni krug u jezgri.
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
■ Spoj među zavojima - razlika kod malog i kod velikog transformatora.
■ Spoj među zavojima kod malog transformatora - ne razvije se električni luk jer je napon među zavojima malen.
■ Nastupi zagrijavanje kratkospojenog zavoja.■ Posljedica zagrijanja kratkospojenog zavoja:[] vodič se sve više grije uslijed struje kratkog spoja,
[] izgori izolacija,
i između susjednih zavoja nastane kratki spoj.
■ Kvar se polako širi i traje nekoliko minuta.■ Prepoznavanje kvara - izgoreni namot, bez topljenja bakra.■ Mogući kvarovi:■dielektrički (proboji izolacije),■električki (loši kontakti na priključcima ili regulacijskoj
preklopki),■elektrodinamički (sile kratkog spoja),■ termički (preveliko zagrijanje, lokalna pregrijavanja, termičko starenje izolacije) i■mehanički (vibracije, curenje, pogrešno djelovanje regulacijske preklopke).
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
■ Proboji - treba razlikovati:
■proboj od prenapona i
■proboj od udarnih valova većih snaga.■ Proboj od prenapona - obično nema snage da podrži električni luk:
■odmah nestane,■probijeno mjesto se zalije uljem i ostane dovoljno čvrsto za pogonski napon.
■ Proboj od udarnih valova većih snaga ili pogonskih prenapona - odmah razvije luk i topi bakar.
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
■ Spoj među zavojima kod velikih transformatora - razvije se električni luk jer je napon među zavojima dovoljno velik.
■ Bakar se topi - kvar se širi velikom brzinom.■ Karakteristika kvara - izolacija izgori samo na mjestu gdje je nastao spoj među zavojima, ali je bakar rastopljen.
■ Kratkospojeni krug u jezgri - stvaraju loše izolirani vijci i tlačne ploče kojima je stegnuta jezgra.
■ U većini slučajeva dolazi do topljenja željeza što ošteti jezgru.
■ Oštećenu jezgru treba popraviti, a popravak je skup.
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
338
■ Podjela zaštite - tri skupine:■od vanjskih prenapona (odvodnici prenapona, zaštitna iskrišta),
■od struja kratkog spoja i preopterećenja (prekidači, osigurači, nadstrujni releji, kontaktni termometar, termoslika),
■od kvarova u transformatoru (Buchholzov relej, diferencijjalna zaštita, odušnik, zaštita mjerenjem
napona kotla prema zemlji, zaštitni relej regulacijske preklopke).
Buchholzova zaštita
339
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORABuchholzova zaštita
Priključak Buchholzovog releja
Shematski prikaz Buchholzovog releja
340
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORABuchholzova zaštita
■ Buchholzov relej - najrašireniji uređaj za dojavu kvara u transformatoru.
■ Reagira na:■sakupljanje plina,
■nedostatak ulja i
■ intenzivno strujanje plinova i ulja prema konzervatoru.
■ Ugrađuje se u uljnu cijev između kotla i konzervatora.■ Relej se sastoji od:■kućišta,
■dva živina kontakta u obliku plovka.
341
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
342
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORABuchholzova zaštita
■Slučaj manjeg kvara:■u transformatoru se razvija toplina na mjestu kvara,■dolazi do razvijanja plina,■mjehurići plina dolaze u Buchholzov relej i skupljaju
se na njegovom najvišem mjestu,
■nivo ulja u releju opada,
■gornji plovak (plovak 1) se spusti - zatvori signalni
krug,
■signalizira (obično akustički) kvar u transformatoru.KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
Buchholzova zaštita
■ Teži kvarovi u transformatoru - plin se brzo i jako zagrije.
■ Nastupi naglo strujanje ulja iz transformatora kroz Buchholzov relej.
■ Reagira donji plovak (plovak 2) - zatvori kontakt za iskapčanje sklopke.
343
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORADiferencijalna zaštita
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
Diferencijalna zaštita
■ Diferencijalna zaštita - kod velikih transformatora uz
Buchholzov relej.
■ Služi za brzo djelovanje zaštite u slučaju velikih kvarova.
■ Uređaj za diferencijalnu zaštitu - priključen na strujne transformatore preko jednog mjernog transformatora s tri namota.
■ Zasniva se na djelovanju razlike struja iste faze na primarnoj i sekundarnoj strani.
344
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORADiferencijalna zaštita
345
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORAKVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
Diferencijalna zaštita
■ Normalni pogon - sekundarne struje kroz strujne transformatore su približno jednake.
■ Ne teče nikakva struja kroz diferencijalni relej.■ Slučaj kvara - poremeti simetriju (npr. kratki spoj među fazama).
■ U namotu mjernog transformatora se inducira napon - djeluje na relej.
■ Zatvori se istosmjerni strujni krug - djeluje na iskopčanje sklopke na primarnoj i sekundarnoj strani.
346
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
347
KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORAKVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA
Diferencijalna zaštita
■ Diferencijalni relej se ne udešava suviše osjetljivo - da ne bi djelovao već kod malih nesimetrija.
■ Male nesimetrije nisu opasne po transformator.
■ Diferencijalni relej - obično djeluje onda kada nesimetrija postane veća od 30% nominalnog iznosa struje.
l0 = l0r + lu.
Sadrži:radnu komponentu i0r koja je --
sinusna--u fazi s narinutim naponom--pokriva gubitke histereze i vrtložnih struja,
jalovu komponentu i^ koja--nije sinusna (osnovni harmonik zaostaje za naponom mreže za 900 + viši harmonici) --potrebna je za magnetiziranje željeza -(i^pe) i zračnog raspora (i5 -zanemarujemo).