naponski transformatori

7/22/2019 naponski transformatori

1/17

NAPONSKI MJERNI TRANSFORMATORI

1. Uvod

Neposredan prikljuak ureaja za voenje i zatituelektroenergetskog sustava na vodove visokog napona zahtijevao biizgradnju vrlo skupih i glomaznih mjernih instrumenata i releja zbog visokihnapona (dimenzije instrumenata radi izolacije) i velikih struja (presjek vodia,sile meu vodiima) ime to postaje nepraktino i gotovo neizvedivo. Raditoga se koriste mjerni transformatori koji mjerene napone i struje svode naveliine koje omoguuju upotrebu instrumenata izgraenih za nazivnenapone od 100 V odnosno nazivne struje od 5 A i 1 A. Ujedno mjernitransformatori odvajaju mjerne instrumente od visokih napona u mjerenomkrugu tako da rukovanje njima postaje bezopasno. Podjelu mjernihtransformatora je mogue napraviti u vie kategorija prema:

veliini koju transformiraju: - strujni,

- naponski,

mjestu ugradnje: - za unutarnju,

- za vanjsku montau,

tipu glavne izolacije: - izolirani papirom impregniranim uljem,

- epoksidnom smolom,

- plinom SF6,

principu rada: - strujni:

- induktivni strujni transformatori,

- optiki transformatori koji koriste Faradayev efekt,

- konvencionalni transformatori s naponskim ilioptikim izlazom,

- transformatori koji koriste zavojnice Rogowskog,

- transformatori koji koriste Hallov efekt,

- naponski:

- induktivni naponski transformatori,

- kapacitivni naponski transformatori,

- optiki transformatori koji koriste Pockelsov efekt,

- otporno i RC djelilo,

- kombinirani mjerni transformator.

Vrlo je vano da se transformacijom vrijednosti zadri traenaminimalna tonost kako bi se ta vrijednost pouzdano mogla dalje koristiti.Strujni transformatori moraju vjerno prenositi na sekundar primarne veliine u

samom trenutku pojave kvara kao i u prijelaznom periodu nakon pojave

1


2/17

kratkog spoja ili drugog poremeaja da bi se relejnoj zatiti omoguilo brzo iselektivno djelovanje. Greke transformatora zbog naglih promjenamaamplituda ili pojava zbog prijelaznih stanja mogu uzrokovati zakanjelu ilipreranu, nepotrebnu proradu zatite. Veza izmeu potreba korisnika koji

odreuje vrstu mjerenja ili zatite i proizvoaa transformatora postoji prekoIEC standarda koji definiraju karakteristike mjernih transformatora:

- IEC 60044-1 Strujni transformatori

- IEC 60044-2 Induktivni naponski transformatori

- IEC 60044-3 Kombinirani naponski transformatori

- IEC 60044-5 Kapacitivni naponski transformatori

- IEC 60044-6 Strujni transformatori pri prijelaznim stanjima

- IEC 60044-7 Elektroniki naponski transformatori

- IEC 60044-8 Elektroniki strujni transformatori

Nazivne vrijednosti mjernih transformatora odreene su njegovompozicijom u postrojenju, naponskom razinom, vrijednosti struja kratkihspojeva, prijenosnim omjerom te njegovom namjenom (transformatri zazatitu ili mjerenje).

2. Induktivni transformatori

Induktivni mjerni transformatori, i naponski i strujni, principijelno suizvedeni kao svaki transformator sa eljezom, sastoje se od primarnog isekundarnog namota koji su meusobno odvojeni i izolirani i eljezne jezgre.Primarni namot naponskog transformatora prikljuuje se paralelno troilukojem se mjeri napon, a strujnog u seriju sa troilom.

Da bismo mjernim transformatorom mogli mjerenjem sekundarnognapona odrediti koliki je primarni napon, zahtijevamo da on transformira ustalnom omjeru i bez fazne pogreke. Omjer primarnog i sekundarnognapona je stalan i iznosi:

2

1

2

1

N

N

U

U=r

r

(2.1.)

gdje su N1broj zavoja primara a N2broj zavoja sekundara. Omjer primarne isekundarne struje takoer je konstantan:

1

2

2

1

N

N

I

I=r

r

(2.2.)

Kod realnog transformatora postoje gubici u primaru i sekundaru:

- radni otpor primarnog namota R1

- radni otpor sekundarnog namota R2

2


3/17

- rasipni primarni tok X1 = L

- rasipni sekundarni tok X2 = L2

- gubici zbog magnetiziranja jezgre R0i X0

Uzevi u obzir gubitke, dolazimo do nadomjesne sheme transformatora daneslikom:

Slika 2.1. Nadomjesna shema transformatora

Svi parametri nadomjesne sheme reducirani su na sekundar relacijama:

2

1

200

2

1

211

2

1

200

2

1

2

11

2

1

00

2

1

11

1

2

11

=

=

=

=

=

=

=

N

NXX

N

NXX

N

NRR

N

NRR

N

NII

N

NII

N

NUU

rrrr

(2.3.)

Na osnovu nadomjesne sheme crta se vektorski dijagramtransformatora prikazan slikom

3


4/17

Slika 2.2. Vektorski dijagram transformatora

Na njoj je naznaen i napon

i

Ur

, napon koji se u sekundarnom

namotu inducira tokom , zajednikim za primarni i sekundarni namot.Inducirani napon je jednak:

Femi

mFem

mi

SBfNU

BS

tNu

2

2

44,4

cos

=

=

=

(2.4.)

Za odranje toka potrebna je struja magnetiziranja koja se

sastoji od jalove komponente

0

Ir

Ir

u fazi s tokom i radne komponente

gIr

koja pokriva gubitke u eljezu.

=

=

00

R

UI

jX

UI ig

i

r

r

r

r

(2.5.)

Pogreke mjernih transformatora ovise o padovima napona u samomtransformatoru (kod naponskog transformatora) odnosno o strujimagnetiziranja (strujni transformator).

Naponski transformator

Od naponskog transformatora zahtijeva se da transformira mjereninapon u stalnom omjeru i bez faznog pomaka. Nazivni omjer transformacijedefiniramo relacijom:

n

nn

U

Uk

2

1= (2.6)

Naponski transformator moe biti namijenjen mjerenju faznog ililinijskog napona. Ovisno o tome razlikujemo dva tipa naponskihtransformatora: jednopolno i dvopolno izolirani. Jednopolno izoliranitransformator ima jedan visokonaponski prikljuak dok je drugi kraj primarnog

odnosno visokonaponskog namota spojen s metalnim kuitem i uzemljen.

4


5/17

Njegov nazivni primarni napon jednak je faznom nazivnom naponu mree.Dvopolno izolirani mjerni transformator ima dva visokonaponska prikljuka inazivni primarni napon mu je jednak linijskom nazivnom naponu mree.

Idealni naponski transformator bi transformirao mjerene vrijednosti ustalnom omjeru i bez faznog pomaka, no realni transformator ini naponsku ifaznu pogreku. Naponska pogrekaje:

%1001

12

U

UUkp nu

= (2.7.)

Fazna pogreka u je fazna razlika izmeu vektora primarnog isekundarnog napona. Ona je pozitivna ako je vektor sekundarnog naponavremenski ispred vektora primarnog napona.

Naponsku i faznu pogreku naponskog transformatora uzrokujuprimarna i sekundarna struja koje stvaraju padove napona na primarnom isekundarnom djelatnom otporu R1 i R2 te rasipnim reaktancijama X1 i X2.Koristei se vektorskim dijagramom naponskog transformatora na slici, te uzpretpostavku da je nazivni omjer transformacije jednak omjeru broja zavoja

, naponsku pogreku moemo izraziti:21 /NN

%100%1001

12

1

12

U

UU

U

UUkp nu

=

= (2.8.)

Naponska pogreka je razlika duljina vektora

1Ur

i U2r

, a fazna kut

izmeu njih. Naponska pogreka je pozitivna ako je duljina vektora U2r

vea

od duljine vektora U1r

. Kutna pogreka je pozitivna ako vektor sekundarnog

napona prethodi vektoru primarnog napona.

3. Izvedbe mjernih transformatora

3.1. Epoksidni mjerni transformatori

Mjerni transformatori izolirani epoksidnom smolom praktiki supotpuno istisnuli sva druga rjeenja za nazivne napone do 35 kV, a izraujuse i za napone do 110 kV. Kod izrade takvog transformatora najprije se

izra

uje i sastavlja cijeli aktivni dio, a zatim se on zalijeva u prikladnimkalupima epoksidnom smolom. Na osnovi ovakvog tehnolokog postupka ivisokih izolacijskih svojstava epoksidnih smola ostvarene su konstrukcijemalih dimenzija vrlo prikladne za ugradnju u rasklopna postrojenja u bilokojem poloaju.

Epoksidni naponski transformatori izrauju se za nazivne naponedo 110 kV, dvopolno ili jednopolno izolirani. Redovito su prikladni samo zaunutranju montau i mogu se ugraditi u bilo kojem poloaju.

5


6/17

Slika 3.1. Epoksidni jednopolno izolirani naponski transformator Konar VPA

3.2. Uljni mjerni transformatori

Koriste se za nazivne napone vie od 35 kV, posebice za vanjskumontau. Jezgra, primarni i sekundarni namot u uljnom su kotlu i meusobnosu izolirani papirnom bandaom. Kotao i porculanski provodnici tijesno supriljubljeni uz aktivni dio transformatora radi smanjenja veliine i mase.Transformator je hermetiki zatvoren da ne bi dolo do prodiranja vanjskevlage u ulje ime bi mu se smanjila dielektrina vrstoa. Dilatacija uljaodnosno promjena njegova volumena zbog promjene temperatureomoguuje se elastinom membranom (metalnom, gumenom), kojaomoguava odravanje gotovo nepromjenjenog tlaka u transformatoru.

Uljne induktivne naponske transformatoremoe se podijeliti na tri tipa:

naponski transformatori sa zatvorenom jezgrom (slika 3.2.a),

naponski transformatori sa otvorenom jezgrom (slika 3.2.b),

kaskadni naponski transformator (slika 3.2.c).

Kod naponskog transformatora sa zatvorenom jezgrom primarni isekundarni namot su smjeteni na jednoj jezgri koja se nalazi na potencijaluzemlje. Namoti su obino izvedeni u slojevima sa papirom impregniranimuljem kao meuslojnom izolacijom. Aktivni dio je smjeten u uzemljenomkuitu.

6


7/17

a) b) c)

Slika 3.2. Naponski uljni transformatori

a) sa zatvorenom jezgrom, Trench VEOT

b) sa otvorenom jezgrom, Konar VPU

c) kaskadni, Trench VEOS

Kod naponskog transformatora sa otvorenom jezgrom ona poprimaoblik stupa, a magnetski tok se zatvara kroz zrak. Jezgra je smjetenaokomito, a na nju su namotani sekundarni, a zatim primarni namot. Izmeunjih je smjeten izolatorski cilindar sa ugraenim kondenzatorskim zaslonimaza raspodjelu potencijala. Ovom izvedbom znatno se smanjuju dimenzijetransformatora i pojednostavljuje se izoliranje jer se gubi izolacija premajarmu. Naponski transformator sa otvorenom jezgrom donosi slijedeeprednosti u odnosu na klasinu izvedbu:

7


8/17

- smjetaj primarnog napona du visine transformatora optimiziraraspodjelu napona radne frekvencije na izolator, te osiguravaveliku hlaenu povrinu namota to je poeljno s obzirom napregrijavanje.

- zahvaljujui smjetaju i grai aktivnog dijela i odlinim termikimsvojstvima moe se znatno termiki opteretiti

- sve sekcije primarnog napona su galvanski povezane sazaslonima unutar izolatorskog cilindra, to poveava longitudinalnikapacitet primatnog namota i ini ga iznimno otpornim naatmosferske i brze prenapone.

- otvorena jezgra ima relativno veliku struju magnetiziranja to znaida je krivulja magnetiziranja nagnuta prema apscisi. Takva krivuljamagnetiziranja nema sjecite sa u-i karakteristikama mree sarealnim kapacitetima koji uzrokuju pojavu ferorezonancije. Zbogtoga je pojava ferorezonancije na naponskom transformatoru saotvorenom jezgrom praktiki nemogua.

- ovaj koncept u kombinaciji sa inverznim strujnim transformatoromdaje primjenjivo rjeenje za kombinirani mjerni transformator.

3.3. Kombinirani mjerni transformatori

Kao trea vrsta mjernih transformatora, uz naponske i strujne, moese uvrstiti njihova kombinacija, kombinirani mjerni transformator. Ovajkoncept koji podrazumijeva smjetaj strujnog i naponskog transformatora uistom kuitu doivio je nekoliko izvedbi i zauzeo svoj dio trita. Razlikujemonekoliko tehnikih rjeenja kombiniranih transformatora:

- Inverzni strujni transformator smjeten u glavi kombiniranogtransformatora a induktivni transformator sa zatvorenom jezgromsmjeten u podnoju transformatora u zasebnom metalnom kuitu

- Glavna izolacija strujnog transformatora koristi se kao visokonaponskidjelitelj kapacitivnog naponskog tansformatora. Induktivna jedinica smeunaponskim transformatorom smjetena je u odvojeno kuite

- Kombinirani transformator s izolacijom od plina SF6, gdje su najee

strujni i naponski transformator smjeteni u glavi kombiniranogtransformatora

- Novo rjeenje predstavlja kombinirani transformator s inverznim strujnimtransformatorom i naponskim transformatorom s otvorenom magnetskomjezgrom.

8


9/17

Slika 3.3 Uzduni presjek kombiniranog transformatora Konar VAU

Kombinirani transformator sastoji se od:

- glave (1) u koju su smjetene jezgre i sekundarni namoti (4) strujnogtransformatora,

- potpornog izolatora (2) kroz kojega prolaze sekundarni izvodi strujnogtransformatora (7), sadri otvorenu magnetsku jezgru (9), primarne (13) isekundarne (11) namote naponskog transformatora,

- kuita (3).

Prednosti nove koncepcije u odnosu na poznata rjeenja su:

- zauzimanje relativno manjeg prostora smjetajem otvorene jezgre isekundarnih namota naponskog transformatora unutar potporne cijevi,

- primarni namot naponskog transformatora smjeten po visini potpornogizolatora optimizira raspodjelu potencijala po visini transformatora i tedina prostoru,

- ravnomjerna raspodjela teine unutar transformatora smjetajem jezgre inamota naponskog transformatora unutar potpornog izolatora.

9


10/17

Slika 3.4.a Kombinirani transformator VAH (Konar) za vanjsku montau

Slika 3.4.b Kombinirani transformator VAH (Konar) u pogonu

10


11/17

3.4. Plinom izolirani mjerni transformatori

Kao izolirajui medij umjesto epoksidnih smola i ulja, koristi se i plinsumporni heksafluorid (SF6). Ovaj plin pokazuje odlina izolacijska svojstva,ne gubi svojstva s vremenom niti pod utjecajem najviih elektrinih itoplinskih naprezanja, inertan je, netoksian i nezapaljiv.

Dva su naina primjene mjernih transformatora izoliranih plinom:

samostojei plinom izolirani mjerni transformatori radi se otransformatorima namijenjenima za postavljanje u atmosferi. Slinisu izvedbama mjernih transformatora izoliranih uljem, osim to kaoizolacija slui SF6plin. Prednosti SF6mjernih transformatora su:

- nema efekta starenja,- manja masa i kompaktan dizajn,- nema opasnosti od eksplozije zahvaljujui sigurnosnom disku,- izolacijski sustav ekoloki prihvatljiv, idealan za reciklau,- mogunost promjene dielektrinih svojstava promjenom pritiska plina- mogunost stalne daljinske kontrole pritiska plina u pogonu.

mjerni transformatori namijenjeni ugradnji u oklopljena plinomizolirana postrojenja (GIS gas insulated switchgear). Ovdje sekoriste klasini induktivni mjerni transformatori prilagoeniplinskom izolacijskom sredstvu. Osim njih, poinju se koristiti istrujni i naponski transduktori odnosno novi senzori saniskonaponskim signalnim izlazom prilagoenim sekundarnojopremi baziranoj na mikroprocesorskoj tehnologiji. Opirnije onovim senzorima u slijedeim poglavljima. U GIS postrojenjima se

najee koriste strujni transduktori temeljeni na konvencionalnimtransformatorima te naponska RC dijelila.

a) b) c)

Slika 3.5 SF6plinom izolirani mjerni transformatoria) Naponski SF6transformator Trench SVS

b) Strujni SF6transformator Trench SAS

c) Kombinirani SF6mjerni transformator SVAS

11


12/17

4. Posebne karakteristike i zahtjevi za naponske mjernetransformatore

4.1. Nazivne karakteristike

4.1.1. Nazivne vrijednosti primarnog naponaStandardne vrijednosti nazivnog primarnog napona trofaznih i

jednofaznih transformatora koji se koriste u jednofaznom sustavu ili izmeuvodova i trofaznom sustavu bit e jedna od vrijednosti napona sustava premastandardu IEC 60038.

4.1.2. Nazivne vrijednosti sekundarnog napona

Standardne vrijednosti nazivnog sekundarnog napona odabiru se premapotrebi lokacije gdje e se transformator koristiti. Za jednofazne

transformatore u jednofaznom sustavu ili spojenog izmeu vodova trofaznogsustava, te za trofazne transformatore vrijedi na podruju Europe:

- 100 V i 110 V,

- 200 V za proirene sekundarne krugove.

Na podruju SAD-a i Kanade koriste se naponi od 120 V (distribucija),115 V (prijenos) i 230 V (za proirene sekundarne krugove).

Za jednofazne transformatore, koritene u trofaznim sustavima izmeu faza i

zemlje u kojima je primarni napon vrijednost podijeljena s 3 , sekundarni

nazivni napon bit e jedna od navedenih vrijednosti podijeljena s 3 , zbog

ouvanja vrijednosti prijenosnog omjera transformatora.

Napomena: Gdjegod je mogue, nazivni omjer transformacije treba bitijednostavna vrijednost. Ako se koristi jedna od vrijednosti:

80605040301520151210

i njihovi viekratnici, pokrit e se veina standardnih nazivnih napona premaIEC 60038.

4.1.3. Standardne vrijednosti nazivne izlazne snage

Standardne vrijednosti nazivne izlazne snage kod faktora snage 0,8induktivno:

10, 15, 25, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 VA

Preferirane vrijednosti su podvuene. Izlazna snaga trofaznog transformatorabit e izlazna snaga po fazi.

4.1.4. Standardne vrijednosti nazivnog faktora napona

Faktor napona definiran je maksimalnim radnim naponom koji ovisi o

sustavu i uzemljenju primarnog namota naponskog transformatora.

12


13/17

Standardne vrijednosti faktora napona te doputeno vrijeme trajanjamaksimalnog napona dane su u tablici 4.1.

Tablica 4.1. Standardne vrijednosti nazivnog faktora napona

Nazivnifaktor

napona

Nazivnovrijeme

Metoda spajanja primarnog namota iuzemljenja

1,2 kontinuirano

Izmeu faza

Izmeu transformatorskog zvijezdita izemlje

1,2 kontinuirano

1,5 30 s

Izmeu faze i zemlje u mrei s efikasnouzemljenom nul-tokom

1,2 kontinuirano

1,9 30 s

Izmeu faze i zemlje u mrei s neefikasnouzemljenom nul-tokom te s automatskom

zatitom od zemljospoja

1,2 kontinuirano

1,9 8 h

Izmeu faze i zemlje u mrei s izoliranomnul-tokom bez automatske zatite od

zemljospoja ili u rezonantno uzemljenojmrei bez automatske zatite od

zemljospoja

Napomena: Smanjena nazivna vremena se uzimaju u dogovoru izmeuproizvoaa i korisnika

4.1.5. Oznaavanje

4.1.5.1.

4.1.5.2.

Oznake prikljuaka - openito

Oznaavanje koristimo za jednofazne naponske transformatore, za setjednofaznih naponskih transformatora spojenih kao tropolni transformator teza tropolne naponske transformatore koji imaju zajedniku jezgru za tri faze.

Oznake kod naponskih transformatora

Oznaavanje prikljuaka naponskih transformatora treba biti kako je dano na

slici 4.1.

13


14/17

Jednofazni dvopolno izoliranitransformator s jednim

sekundarom

Jednofazni dvopolno izoliranitransformator s dva sekundara

Jednofazni jednopolno izolirani

transformator s jednimsekundarom

Trofazni transformator s dvasekundara

Tropolni sklop s jednimsekundarom

14


15/17

Jednofazni transformator sotcijepima na sekundaru

Jednofazni transformator sotcijepima na oba sekundarna

namota

Tropolni set s jednim sekundarom iotcjepima na sekundaru

Jednofazni jednopolno izolirani transformator s jednim namotom za spajanjeu otvoreni trokut

15


16/17

Trofazni transformator s jednim namotom spajanim u otvoreni trokut.

Velika slova A, B ,C i N oznaavaju prikljuke primarnih namota, amala slova a, b, c i n sekundarnih namota. Slova A, B i C oznaavajupotpuno izolirane prikljuke, a slovo N prikljuak koji treba biti uzemljen iizolaciju koja je manja nego na drugim prikljucima. Oznake "da" i "dn"oznaavaju prikljuke iji se namoti koriste za spajanje u otvoreni trokut.

16


17/17

4.1.5.3. Odreivanje relativog polariteta

Svi prikljuci oznaeni s velikim ili malim slovima trebaju istovremeno imati istipolaritet.

4.2. Klase tonosti

Mjerna klasa tonosti jednaka je doputenoj apsolutnoj naponskoj pogreci upostocima pri naponu koji je u granicama od 0,8 Un1do 1,2 Un1i za terete od 25 do100 % nazivnog tereta uz induktivni faktor snage 0,8. Za naponske transformatore zamjerenja razlikujemo pet klasa tonosti.

Tablica 4.2. Klase tonosti naponskih transformatora za mjerenje

Klasatonosti

Naponska pogreka [%]

Fazna pogreka[min]

0,1 0,1 5

0,2 0,2 10

0,5 0,5 20

1,0 1,0 40

3,0 3,0 nije odreeno

Za naponske transformatore klase 0,1 i 0,2 nazivnog tereta manjeg od 10 VAmoe se specificirati proireni raspon tereta. Tada naponska i fazna pogreka nesmiju poprimiti vrijednosti vee od onih danim tablicom 7.2. za bilo koju vrijednosttereta od 0 VA do 100% nazivnog tereta, uz faktor snage tereta jednak 1. Zanaponske transformatore na koje prikljuujemo ureaje za zatitu razlikujemo dvijeklase tonosti, 3P i 6P, za koje naponska i fazna pogreka ne smiju premaiti zadanevrijednosti pri nazivnoj frekvenciji, i to u rasponu od 5% nazivnog napona do naponakoji odgovara nazivnom faktoru napona, te uz terete od 25 do 100% nazivnog tereta,uz induktivni faktor snage 0,8.

Tablica 4.3 Klase tonosti naponskih transformatora za zatitu

Klasatonosti

Naponska pogreka [%]

Fazna pogreka[min]

3P 3,0 120

6P 6,0 240

Za napon jednak 2 % nazivnog napona dozvoljene naponske i fazne pogrekeimaju vrijednosti dvostruko vee od onih danih tablicom, uz teret od 25 100 %nazivnog tereta, uz induktivni faktor snage tereta 0,8.

17

Documents

naponski transformatori