Visoka škola tehničkih strukovnih studija

Čačak Specijalističke studije

Softverski alati

Seminarski rad

Tema: Simulacija zaštite transformatora od visoke

temperature

Profesor Student

Vlade Urošević Siniša Vukojević 05/2013-s

2

Sadržaj 1.Uvod ........................................................................................................... 2

2. Labview okruženje..................................................................................... 4

3.Zagrevanje transformatora ......................................................................... 5

4.Simulacija zaštite transformatora od povišene temperature...................... 7

4.1 Alati koje samkoristio za simulaciju ...................................................... 7

4.2 Front panel ........................................................................................... 9

4.3 Blok dijagram ...................................................................................... 11

5.Zaključak .................................................................................................. 13

6.Autor ......................................................................................................... 14

3

1.Uvod

Ekonomičnost i velike mogućnosti koje pruža PC računar doveli su do revolucije u

oblasti merenja, automatizacije i instrumetacije. Da bi se povećala produktivnost i

olakšao rad inženjerima i naučnicima počelo se sa povezivanjem instrumenata i PC

računara, kako bi se podaci mogli prebaciti sa instrumenta na PC računar za dalju

obradu i prezentaciju. Ovo je bio početak novog koncepta poznatog pod nazivom

virtuelna instrumentacija.

Dalji razvoj virtuelne instrumentacije bio je fokusiran ka PC računaru. Počelo se sa

razvojem instrumentacionog hardvera u formi akvizicionih modula (kartica) za direktno

povezivanje na zajedničku magistralu personalnog računara. Ove kartice su preko

drajverskog softvera povezane sa aplikacionim razvojnim softverima. Korisnici sada

imaju kontrolu nad funkcionalnošću svoje merne aplikacije. Ona nije više ograničena sa

funkcionalnošću koju definiše proizvoĎač, što je slučaj kod klasičnih ureĎaja. Virtuelni

instrument koristi standardni računar otvorene arhitekture, njegovu memoriju i

raznovrsne mogućnosti za prezentaciju, dok specijalizovani hardverski modul za

akviziciju i/ili generisanje signala povezan na otvorenu, standardizovanu magistralu

računara, definiše osnovne karakteristike instrumenta. Funkcije ureĎaja definiše sam

korisnik.

Koncept virtuelne instrumentacije je postavila firma National instruments koja je vodeća

firma u svetu po pitanju PC baziranih merno-akvizicionih sistema.

Najpoznatiji softver za grafičko programiranje jeste LabVIEW firme National

Instruments.

4

2. Labview okruženje LabVIEW je grafički orijentisan programski jezik koji koristi ikonice umesto teksa za

kreiranje aplikacija. LabVIEW - Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench.

Umesto pisanih instrukcija, koristi se tok podataka (data-flow) dijagram za pisanje

koda. Sastoji se iz front panela(slika 2.1) u kome se projektuje korisnički interfejs i block

diagram-a(slika 2.1) u kome se programira kod. U LabVIEW- u, korisnički interfejs se

pravi koristeći već gotov set kontrola, indikatora i objekata (prekidači, grafici, digitalne

kontrole). Kada se isprojekuje interfejs, tada se u block diagram prozoru „piše kod‟. Blok

dijagram predstavlja mesto gde se “piše kod” - logički se povezuju kontrole i uslovi

izvršavanja programa.

Slika 2.1

U blok dijagramu se koristi tok podataka (data flow), a ne sekvencijalne instrukcije kao u

tekstualnim programskim jezicima. Upravo tok podatak odreĎuje redosled izvršavanja

delova programa.

5

3.Zagrevanje transformatora Pri procesu preobražaja električne energije u transformatoru jedan deo energije se

pretvara u toplotu, što sa stanovišta korisnika predstavlja gubitke. Toplota proizvedena

gubicima zagreva delove transformatora (magnetno kolo, namotaje, izolaciju, sud) i

izaziva porast njihove temperature u odnosu na okolnu sredinu (ambijent). U odnosu na

gubitke usled magnećenja ("gubici u gvožĎu"), gubici u usled opterećenja ("gubici u

bakru") su značajniji po veličini i posledicama, zato što izolacija provodnika namotaja

predstavlja najosetljiviji deo transformatora s obzirom na toplotna naprezanja. Porast

temperature, u opštem slučaju, zavisi od veličine i vremenske funkcije opterećenja

(trajni rad, ciklični rad i rad u vanrednim uslovima) i načina i efikasnosti hlaĎenja. Sa

porastom snaga transformatora problem zagrevanja postaje sve izraženiji, jer su gubici

približno srazmerni sa zapreminom, a odvoĎenje toplote sa površinom. Ograničenja

temperature su različita za razne materijale. Kao što je već istaknuto, najosetljivija je

izolacija provodnika, koja sa vremenom stari, tj. smanjuje joj se kvalitet I to utoliko brže

ukoliko joj je veća temperatura na kojoj se nalazi. Dakle, vek trajanja izolacije zavisi od

radne temperature mašine. Srednja vrednost veka trajanja današnjih transformatora

iznosi nekoliko decenija. Naznačena snaga je ona koja je istaknuta na natpisnoj pločici,

to jest ona za koju je transformator deklarisan. Stvarna snaga je ona pri kojoj je

zagrevanje transformatora jednako dozvoljenom. Sa stanovišta korisnika prihvatljivo je

da stvarna snaga bude veća od naznačene snage, tj. da se transformator može

opteretiti većom snagom u odnosu na deklarisanu.

Slika 3.1

6

Transformator u mom primeru je suvi transformator (slika 3.1), snage1000kVA i ima

vazdušno hlaĎenje. Njegova temperature zavisi od temperature okoline i najviše od

stanja magnetnog kola.

Merenje temperature magnetnog kola vršimo pomoću otpornog termoelementa Pt100

(slika 3.2). Termoelement radi na principu promene otpornosti srazmerno sa promenom

temperature. Zbog mogućnosti promene otpora potrbno je promenu otpora pretvoriti u

promenu struje radi prenosa na daljinu. To se vrši pomoću R/I pretvarača(slika 3.3)

jednosmerne struje, a strujni signal je od 4-20mA. Pored strujnog podešavanja potrbno

je podeseti I opseg merenja temperature, u ovom slučaju je od 0-120C̊

Slika 3.2 Slika 3.3

7

4.Simulacija zaštite transformatora od povišene temperature

4.1 Alati koje samkoristio za simulaciju

MeĎu mnoštvom alata koje nam nudi Labview za realizaciju željenih simulacija, ja sam

iskoristio samo jedan deo za ovaj rad, koje ću prezentovati.

Prve alate koje ću predstaviti iskoristio sam u Front panel-u i u pitanju su numeričke

kontrole(slika 4.1).

Slika 4.1

Iz numeričkih kontrola iskoristio sam “Knob” za zadavanje mA signala koji simulira

izlazni signal iz pretvarača(transmitera) R-I. Iz numeričkih indikatora iskoristio sam tri

alata. Prvi je “Meter” koji mi služi za pokazivanje koliko zadajemo mA, drugi je “Gauge”

koji kao i treći alat “Thermometer” pokazuje koja je temperature za odreĎen mA signal.

Iz dela “LEDs” iskoristio sam dva “Round LED” od kojih jedan signalizira povišenu

temperature, a drugi isključenje transformatora.

8

Da bih ostvario željenu simulaciju u Blok dijagramu je potebno isprogramirati simulaciju

na osnovu vrednosti koje zadajemo. Objekti koji se nalaze na front panelu predstaljeni

su u blok dijagramu kao terminali Povezivanje kontrola (ožičavanje) i dodavanjem

različitih programskih funkcija formira se programski kod LabVIEW-a. Od alata sam

prvo iskoristio “While” petlju(slika 4.2).

Slika 4.2

While petlja (prikazana na slici) je predstavljena kao kvadrat sivih zadebljanjih stranica.

Ovaj kvadrat može proizoljno da se smanjuje ili povećava. Sve što se nalazi unutar

kvadrata predstavlja programski kod koji se izvršava unutar While petlje. Petlja se

izvršava dok nije zadovoljen uslov. Uslov za zaustavljanje petlje se zadaje preko

kondicionog terminala (conditional) koji je Boolean tipa Index terminal vrši brojanje

iteracija While petlje. While petlja se ne može zaustaviti naredbom koja se zadaje van

petlje u trenutku izvršenja.

LabVIEW poseduje implemeniran veliki broj funkcija koje vrše numeričke operacije.Na

slici 4.3 je prikazana paleta Numeric (Function>>Numeric) u kojoj se mogu naći

osnovne funkcije za sabiranje oduzimanje, množenje, korenovanje, trigonometrijske

funkcije, logaritamske funkcije, rad sa kompleksnim brojevima i druge.

9

Slika 4.3

Od numeričkih funkcija koje sam iskoristio za ovu simulaciju su funkcije sabiranja i

oduzimanja.

U funkcije za komparaciju(slika 4.4) spadaju standardne funkcije koje su podržane i u

tekstualnim programskim jezicima. To su: veće, manje, jednako, različito, jednako nuli i

druge. Primena ovih funkcija je veoma česta pri konroli izvršenja toka programa.

Slika 4.4

Od funkcija za kormparaciju iskoristio sam funkciju “Greater?” dva puta. Kod poreĎenja

temperature za signalizaciju i kod poreĎenja temperature za isključenje.

4.2 Front panel

U front panelu nalazi se komanda kojom simuliramo mA signal, pokazivači, signalne

lampice. Taj signal se na pokzivačima temperature prikazuje kao vrednost temperature

za tu zadatu vrednost. Primer: sredina mA opsega je 12mA i tada termometar pokazuje

sredinu temperaturnog opsega od 60C̊. To je ujedno i prva slučaj simulacije koji ću

10

prikazati. Transformator je u ustaljenom režimu rada( slika 4.5) i ima standardnu

vrednost temperature.

Slika 4.5

Drugi primer simulacije je kada transformator zbog preopterećenja ili nekih drugih

razloga radi sa povišenom temperaturom. Za povišenu temperaturu smatramo vrednost

veću od 80C̊(Slika 4.6).

11

Slika 4.6

Treći primer simulacije je kada transformator ima jako povišenu temperature i kada

zaštita treba da odregaju u vidu javljanja signala i isključenju transformatora(Slika 4.7)

Slika 4.7

4.3 Blok dijagram

U blok dijagramu imamo elemente( alate) pomoću kojih zadati mA signal pretvara u

temperaturnu vrednost. Pošto je opseg pretvarača 4-20mA, zadatu vrednost prvo

oduzimamo sa brojem 4. Pa onda pošto je opseg merenja 0-120̊C, a pretvarač ima 16

podeoka opseka, zadatu vrednost koja je predhodno oduzeta sa 4 množimo sa brojem

7,5 i dobijamo vrednost temperature. Za signal povišene temperature vršimo poreĎenje

sa signalom koji je oduzet sa brojem 4 i ako je veće od 10,66mA( na skali 14,66mA)

javlja se signal u vidu paljenja crvene lampice.

12

Slika 4.8

Pošto isključenje ide na 105̊C odnosno za zadatu vrednost od 18mA(14mA oduzeto)

javlja se signal isključenja u vidu paljenja crvene lampice I delovanja na prekid simlacije.

13

5.Zaključak Labview program za simuliranje omogućava nam , izmeĎu ostalog pored svoje široke

palete mogućnosti, da simuliramo neke delove pogona koji sun am potrebni za lakše

obavljanje posla. Konkretno u mom primeru, Labviem mi je pomogao da programiram

ispitivanje termozaštite transformatora. Termozaštita transformatora važna je zbog više

stvari. Važna je i zbog toga što nam temperature govori o tome koliko je opterećenje

transformatora; važno je da reaguje na visoke vrednosti temperature da ne bi došlo do

oštećenja izolacije izmeĎu namotaja i onesposabljavanju transformatora na duže

vreme, što bi dovelo i do problema snabdevanja potrošača.

14

6.Autor

Vukojević Siniša, roĎen 13.9.1983. godine u Beogradu. Završio Tehničku školu u

Obrenovcu-Elektrotehnika 2002.godine. Diplomirao na Visokoj školi tehničkih

strukovnih studija u Čačku, smer elektroenergetika 2009.godine. Zaposlen u PD “PRO-

TENT” kao elektromeničar u održavanju TE “Nikola Tesla” u Obrenovcu. Oženjen, dvoje

dece.