OSNOVNE DEFINICIJE ZA IZBOR KARAKTERISTIKA STRUJNIH TRANSFORMATORA

2.1. Uvod

Brzi prodor zatitnih releja prvo statike izvedbe, a zatim mikroprocesorske

izvedbe, koje karakterizira velika brzina djelovanja te elje korisnika relejne zatite da

se izvanredne mogunosti takvih releja maksimalno iskoriste, uzrokovao je daljnje

napredno istraivanje glede ponaanja i utjecaja mjernih strujnih transformatora u

mrei. Upravo iz tog razloga, u posljednjih nekoliko godina mnogo je napisano u

tehnikoj literaturi [4] o utjecaju prijelaznih pojava struja i napona pri kvarovima u mrei,

o utjecaju dopunskih distorzija mjernih veliina koje unose mjerni transformatori kao i o

ponaanju mjernih lanova zatitnih releja pri ovim pojavama. Veoma je teko saeti

bitne injenice iz ove vrlo sloene problematike jer postoji veliki broj razliitih rjeenja

relejne zatite s relejima mikroprocesorske izvedbe koji su jo uvijek u periodu razvoja.

Kod razmatranja utjecaja prijelaznih pojava na zatitne releje treba posebno

analizirati:

prijelazne pojave primarnih struja i napona pri nastanku kratkih spojeva u mrei; prijelazne pojave u mjernim transformatorima.

Vaeim propisima, normama i preporukama tonost strujnih transformatora za zatitu

definirana je [1]:

nazivnom primarnom graninom strujom tonosti; nazivnom primarnom strujom; nazivnom sekundarnom strujom; klasom tonosti; graninim faktorom tonosti.

Nazivnom primarnom i sekundarnom strujom definiran je i nazivni omjer transformacije.

Zadaa strujnog transformatora je transformirati mjerenu struju u stalnome

omjeru i bez faznog pomaka na vrijednost prilagoenu mjernim instrumentima i

ureajima zatite.

Nazivni omjer transformacije je:

1nn

2n

IKI

= (0.1)

Idealni transformator ima omjer transformacije jednak omjeru broja zavoja

a. 112

I NNI

=rr 2 (0.2)

no kod realnog strujnog transformatora dio primarne struje troi se pokrivanje padova

napona u sekundarnom namotu i prikljuenom teretu. Ta struja uzrokuje strujnu i

faznu pogreku transformatora.

Teret strujnog transformatora prikazujemo preko prividnog otpora Z sekundarnog kruga i njegovog faktora snage cos, odnosno preko prividne snage pri nazivnoj sekundarnoj struji:

2 2

2

2

1 cos1

Z R XXR

= + =+

(0.3)

22nP I Z= (0.4)

Teret je jednak nuli (Z=0) pri kratko spojenim sekundarnim stezaljkama.

Razlikujemo strujnu i faznu pogreku strujnih transformatora. Strujna pogreka

definirana je:

n 2 1i

1

100%K I IpI= (0.5)

Fazna pogreka definirana je kutom izmeu primarne i sekundarne struje.

Fazna pogreka je pozitivna ako sekundarna struja prethodi primarnoj.

Struja magnetiziranja je efektivna vrijednost struje koju uzima sekundarni namot strujnog transformatora, kada je na prikljuke sekundarnog kruga prikljuen

napon sinusoidalnog oblika nazivne frekvencije uz to da su primarni i bilo koji drugi

namot u praznom hodu.

Optereenje se obino izraava kao stvarna snaga u voltamperima kod odreenog faktora snage i na nazivnoj sekundarnoj struji.

Nazivna izlazna snaga je stvarna snaga (u voltamperima kod odreenog faktora snage) kod koje je strujni transformator namijenjen da napaja sekundarni

krug kod nazivne sekundarne struje i prikljuenim nazivnim optereenjem.

Strujni transformatori za zatitu trebaju ispravno raditi upravo pri

preoptereenju, odnosno kratkom spoju u mrei, pa se mora znati pogreka i u

nadstrujnom podruju. U donjem dijelu nadstrujne karakteristike strujnog

transformatora (slika 2.1) pogreka redovno nije velika, meutim, u gornjem dijelu

ona naglo raste. Uzrok je tome nagli porast struje magnetiziranja nastao zbog

zasienja jezgre. Pri tome struja magnetiziranja znatno odstupa od sinusnog oblika,

kao na slici 2.2, na kojoj je I primarna struja reducirana na sekundarnu stranu,

sekundarna struja, a I struja magnetiziranja.

12I e

22n

11n

Slika 2.1 Nadstrujna karakteristika strujnog transformatora za zatitu i

mjerenje 1 - idealna karakteristika strujnog transformatora za zatitu, 2 - idealna karakteristika strujnog transformatora za mjerenje, 3, 4 - strujna karakteristika strujnog transformatora za zatitu pri 100% i 50% optereenja To znai da e i uz pretpostavku sinusne primarne struje sekundarna struja izgubiti

sinusni oblik (slika 2.2). Stoga nije mogu vektorski prikaz struje, a ni rastavljanje

ukupne pogreke na strujnu i faznu. To je razlog da IEC preporuke i nai propisi kod

strujnih transformatora za zatitu definiraju sloenu pogreku pis danu formulom [2]:

2is n 2 1

1 0

100 1 ( )T

p K i i dtI T

= (0.6) gdje su:

- nazivni prijenosni omjer; nK

- efektivna vrijednost primarne struja; 1I

- trenutna vrijednost primarne struje; 1i

- trenutna vrijednost sekundarne struje; 2i

- trajanje jednog perioda. T

II2 Ie

1

t

Slika 2.2 Struje u strujnom transformatoru pri zasienoj jezgri

Pri odreivanju strujne i fazne pogreke strujnog transformatora koristi se

vektorskim dijagramom strujnog transformatora:

IgI

0I

22

RI

22

jXIiU

Q

2I

1IT

PR

0 s 0I

i

s

0

2U

Slika 2.3 Vektorski dijagram strujnog transformatora

Sekundarna struja I2r

uzrokuje padove napona R2 2Ir

i 2 2jX Ir

te pad napona U2r

na

prikljuenom teretu Z R . Tim padovima napona ravnoteu dri inducirani

napon U

jX= +r

r r.ir

( )i 2 2 2 2U I R jX Z I Z = + + =r r rS

)

(0.7)

gdje definiramo kao ukupnu impedanciju sekundarnog kruga. SZr

( ) (2S 2R X X= + + + 22Z R (0.8) 2

S2

X XtgR R

+= + (0.9)

Posebno je zanimljivo promotriti sluaj kad sekundar strujnog transformatora ostane otvoren. Tada kroz sekundarni namot nema struje, pa sva primarna struja slui za magnetiziranje jezgre. Tolika struja magnetiziranja dovodi do

znatnog poveanja indukcije u jezgri, to s jedne strane dovodi do poveanja

gubitaka u eljezu, a s druge strane do povienja napona na stezaljkama

transformatora. Poveanje gubitaka dovodi do zagrijavanja jezgre, te moe doi do

izgaranja izolacije i promjene magnetskih svojstava eljeznih limova. Isto tako napon

na sekundaru moe toliko porasti da ugrozi izolaciju i osobe koje rukuju

transformatorom. Zbog toga je potrebno osigurati da se sekundarni namot strujnog

transformatora ne ostavlja otvorenim kad je transformator u pogonu.

Nasuprot tome, kratki spoj donosi mali pad napona u sekundarnom krugu, a

samim time i malu struju magnetiziranja. Tada iznos sekundarne struje ovisi samo o

iznosu primarne struje i ne postaje bitno vea od struje koja e tei kroz sekundar

kada je na njega prikljuena neka konana reaktancija Z.

Najvea vrijednost primarne struje uz koju transformator zadovoljava u

pogledu sloene pogreke naziva se nazivna primarna granina struja tonosti. Granini faktor tonosti (ALF) je omjer nazivne primarne granine struje

tonosti i nazivne primarne struje. Ustaljena oznaka (starija literatura) za granini

faktor tonosti ili nadstrujni broj je n. Standardne vrijednosti graninog faktora

tonosti su 5, 10, 15, 20 i 30. Graninim faktorom tonosti priblino je odreena

indukcija pri nazivnoj struji i optereenju u odnosu na indukciju koljena na krivulji

magnetiziranja magnetskog kruga.

BgBn

i0

n =

Bg

Bn

Slika 2.4 Nelinearna karakteristika magnetske jezgre strujnog transformatora

nB - odgovara nazivnoj primarnoj struji; - indukcija koja odgovara nazivnoj

primarnoj graninoj struji transformatora.

gB

Obzirom na vladanje strujnog transformatora pri strujama veim od nazivne

razlikujemo strujne transformatora za mjerenje i strujne transformatore za zatitu. Za

strujne transformatore na koje se prikljuuju mjerni instrumenti, trai se da

sekundarna struja pri poveanoj primarnoj struji to manje naraste kako bi se zatitili

instrumenti. Nasuprot tome, kod strujnih transformatora namijenjenih zatiti,

sekundarna struja mora vjerno pratiti primarnu struju kako bi prikljuena zatita

mogla pravilno djelovati.

Vladanje strujnog transformatora za mjerenje u podruju struja viih od

nazivne karakterizirano je nazivnom sigurnosnom strujom I1s koju definiramo

relacijom [7]:

2S 1SS

2n 1n

0,9 0,9I I FI I

= (0.10)

gdje je Fs faktor sigurnosti. Standardizirane vrijednosti faktora sigurnosti su Fs=5 i Fs=10.

Strujni transformator izloen je u radu strujama viestruko veim od nazivne

pri kratkim spojevima u mrei. Da bi ostali neoteeni nakon toga, oni moraju biti

izvedeni tako da termiki i dinamiki izdre najvee struje kratkog spoja koje mogu

nastati na mjestu ugradnje. Za strujni transformator su stoga definirane:

Nazivna termika struja kratkog spoja ( ) je efektivna vrijednost primarne

struje koju e transformator izdrati u vremenu od 1 sekunde, a da ne pretrpi znatna

oteenja pri kratkospojenom sekundarnom namotu. Ukoliko kratki spoj djeluje vie

od 1 sekunde, nova termika granica odreuje se relacijom:

thI

thth

IIt

= (0.11)

Standardne efektivne vrijednosti, izraene u kiloamperima su:

6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 Dinamika granina struja Idin je tjemena vrijednost koju strujni transformator

moe izdrati pri kratkospojenom sekundarnom namotu, a da ga ne otete sile koje

ta uzrokuje struja.

Ovakav nain definiranja tonosti strujnih transformatora za zatitu zasnovan je

na uvjetima ustaljenog stanja, a na takav nain se vri i provjera karakteristika. U

realnim uvjetima sa stanovita relejne zatite potrebno je prvenstveno voditi rauna o

karakteristikama transformatora u uvjetima prijelaznih stanja u mrei, poglavito pri

nastanku kvarova.

S gledita pogona dijela elektroenergetskog sustava polazi se od pretpostavke

da za definirane parametre ne smije doi do zasienja magnetskog kruga u vremenu

bitnom za pravilan rad zatitnog ureaja pri nastanku kvarova u mrei.

U zasienom magnetskom krugu mala je promjena magnetskog toka, zbog ega

je i inducirana elektromotorna sila bliska nuli, to rezultira velikom pogrekom u

transformaciji i pogrenom informacijom o stanju u mrei (slika 2.5). i

i1

i2

t

t

B

Bsat

Slika 0.5 Oblik primarne i sekundarne struje u prijelaznom stanju sa

zasienjem magnetske jezgre Strujni transformatori za zatitu podijeljeni su u slijedee klase:

Klasa P Tonost po graninim uvjetima definirana je pomou sloene

pogreke pri struji n Ipn. Klasa TPS Transformator male rasipne reaktancije kojemu se definira pogreka

omjera broja zavoja i zahtjeva se da stvarni omjer ne prelazi 0,25%

od nazivnoga. Nadalje se zahtijeva da struja magnetiziranja, pri

magnetskom toku u jezgri koji je jednak onom pri graninim uvjetima

tonosti, ne prelazi 5% od nazivne kratkotrajne termike struje

preraunate na sekundarnu stranu.

Klasa TPX Tonost pri graninim uvjetima definira se maksimalnom trenutnom

pogrekom pri struji kratkog spoja Kssc Ipn, za vrijeme specificiranoga radnog ciklusa. Pri tome je KSSC nazivni faktor simetrine struje

kratkog spoja, tj. omjer efektivne vrijednosti simetrine struje kratkog

spoja (Ipsc) i efektivne vrijednosti nazivne primarne struje (I1n).

Klasa TPY Tonost pri graninim uvjetima definirana je maksimalnom

trenutnom pogrekom pri struji kratkog spoja Kssc I1n, za vrijeme specificiranoga radnog ciklusa. Faktor remanencije ne smije biti vei

od 0,1.

Klasa TPZ Tonost pri graninim uvjetima definira se maksimalnom trenutnom

pogrekom pri struji kratkog spoja Kssc I1n, za vrijeme jednostrukog radnog ciklusa. Remanentni tok ne mora biti praktiki zanemariv.

Strujni transformatori za zatitu zadovoljavaju uvjete klase tonosti, ako su kod

nazivnog tereta strujna, fazna, sloena i maksimalna trenutna pogreka

unutar granica prema tablici 2.1.

Tablica 0.1 Doputene pogreke strujnih transformatora za zatitu

Pri nazivnoj primarnoj struji Pri graninim uvjetima tonosti

klasa

tonosti

strujna

pogreka %

kutna pogreka

min crad

pogreka

%

vrsta pogreke

5P

1

60 1,8

5

sloena pogreka

pri struji nI1n

10P

3

- -

10

sloena pogreka

pri struji nI1n

TPX

0,5

30 0,9

10

max. trenutna

pogreka pri struji

Ksec I1n

TPY

1

60 1,8

10

max. trenutna

pogreka pri struji

Ksec I1n

TPZ

1

18018

5,30,6

10

izmjenina komponenta

max. trenutne pogreke

pri struji Ksec I1n Treba naglasiti da za strujne transformatore za mjerenje klase tonosti 0,1 do 1

granine vrijednosti iz slijedee Tablice 2.2 moraju biti zadovoljene za sve vrijednosti

tereta izmeu 25% i 100% nazivnog tereta, a za transformatore klase 3 i 5 za sve

vrijednosti izmeu 50% i 100% nazivnog tereta.

Strujni transformatori za mjerenje zadovoljavaju uvjete klasa tonosti ako su

njihove strujne i fazne pogreke unutar granica prema Tablici 2.2.

Tablica 0.2 Doputene pogreke strujnih transformatora za mjerenje

strujna pogreka pi% fazna pogreka i , min crad Klasa tonosti % nazivne struje 1 5 20 50 100 120 1 5 20 50 100 120 0,1 - 0,4 0,2 - 0,1 0,1 -

- 15

0,458

0,24 - -

5 0,15

5 0,15

0,2 - 0,75 0,35 - 0,2 0,2 - -

30 0,9

15 0,45

- -

10 0,3

10 0,3

0,2s 0,75 0,35 0,2 - 0,2 0,2 30 0,9

15 0,45

10 0,3

- -

10 0,3

10 0,3

0,5 - 1,5 0,7 - 0,5 0,5 - -

90 2,7

45 1,35

- -

30 0,9

30 0,9

0,5s 1,5 0,75 0,5 - 0,5 0,5 90 2,7

45 1,35

35 0,9

- -

30 0,9

30 0,9

1 - 3 1,5 - 1 1 - -

180 5,4

90 2,7

- -

60 1,8

60 1,8

3 - - - 3 - 3 nisu specificirane 5 - - - 5 - 5 nisu specificirane

Da bi mjerni instrumenti prikljueni na strujni transformator (ili jezgru) za mjerenje

bili to bolje zatieni od struja kratkog spoja ili strujnih udara iz mree, faktor sigurnosti

(Fs) mora biti nizak. Na taj se nain postie da pri nazivnom teretu Zn i primarnim

strujama veim od I1 = FSI1n nastaje zasienje, zbog kojega se na sekundarnu stranu prenosi struja bitno manja od one koja bi proizala iz nazivnog omjera transformacije. S

obzirom da je umnoak faktora sigurnosti i ukupnog prividnog otpora sekundarnog

kruga strujnog transformatora za mjerenje konstantan, njegov namot treba po

mogunosti teretiti impedancijom priblino jednakom nazivnom teretu. U protivnom, ako

je prikljueni teret manji od nazivnoga, stvarni faktor sigurnosti je (Zn+ZT)/(ZS+ZT) puta

vei od nazivnog faktora sigurnosti (ZS - stvarni teret, ZT - impedancija sekundarnog

namota transformatora). U tom sluaju prikljueni instrumenti mogu biti nedovoljno

zatieni, jer zasienje jezgre nastupa pri viim iznosima primarne struje. Zbog toga se,

kao i zbog pogreaka strujnih transformatora za mjerenje, preporua, u sluajevima

kada je prikljueni teret bitno manji od nazivnog, ukljuenje dodatnih otpora u njegov

sekundarni krug.

Nasuprot tome, od strujnih transformatora za zatitu, pri graninim uvjetima

tonosti, zahtjeva se specificirana tonost u skladu s njegovom klasom tonosti, pa

prikljuenje tereta manjeg od nazivnog moe povoljno djelovati da se eljena tonost

zadovoljava pri strujama kvara veim od onih koje proizlaze iz nazivnog graninog

faktora tonosti n, odnosno nazivnog faktora simetrine struje kratkog spoja.

U svakom sluaju razvoj elektroenergetskog sustava ima za posljedicu porast

struja i snaga kratkog spoja, a stabilnost sustava zahtjeva brzu i selektivnu zatitu, koja

mora djelovati unutar nekoliko desetaka milisekundi nakon nastanka kratkog spoja.

Naime, brza suvremena rjeenja relejne zatite zadovoljavaju postavljene zahtjeve, ako

strujni transformator ispravno prenosi struju kratkog spoja. Neispravan prijenos,

odnosno izoblienje sekundarne struje, nastaje zasienjem jezgre strujnog

transformatora koje izaziva prijelazna pojava, a njezin utjecaj je to nepovoljniji, to je

vea vremenska konstanta mree, kojom se priguuje.

Karakteristike strujnih transformatora, definirane prema starom IEC 185, ne

odreuju jednoznano ponaanje strujnog transformatora u prijelaznim stanjima,

odnosno za vrijeme kvara u elektroenergetskom sustavu.

Zasienje jezgre uslijed istosmjerne komponente struje kvara uzrokuje znatna

izoblienja sekundarne struje transformatora u jednoj poluperiodi, ali i vremenski pomak

prolaza te struje kroz nulu u odnosu na primarnu struju transformatora. Strujni

transformatori klasine (konvencionalne) izvedbe na ovakve pojave odgovaraju

prijelaznim stanjem koja mogu trajati i nekoliko sekundi i praktino redovito dovode do

znaajnih greaka i deformacija prenesenih ulaznih signala kojima se napajaju dijelovi

sustava relejne zatite. Zbog toga su se definirale takve karakteristike strujnih

transformatora iji bi podaci zadovoljavali i u ovakvim uvjetima rada.

Sva prethodna razmatranja provedena su pod pretpostavkom da se ne predvia

automatski ponovni uklop odnosno da se ne postavljaju zahtjevi u odnosu na vrijeme

zasienja magnetske jezgre nakon ponovnog uklapanja na kvar.

Za vrijeme beznaponske pauze magnetski tok u jezgri opada po

eksponencijalnom zakonu s vremenskom konstantom koja odgovara vremenskoj

konstanti sekundarnog kruga transformatora. Transformatori klase TPZ imaju malu

vremensku konstantu sekundarnog kruga te magnetski tok za vrijeme beznaponske

pauze opadne na vrijednost blisku nuli (za vrijeme beznaponske pauze od 0,3 s opadne

na vrijednost 0,2% od poetne vrijednosti) te dodatni zahtjevi u odnosu na ponovni

uklop praktino ne utjeu na dimenzije magnetske jezgre, za razliku od transformatora

klase TPX ili TPY.

U onim sluajevima kada se za pravilno funkcioniranje zatitnih ureaja ne moe

dopustiti zasienje magnetske jezgre strujnog transformatora, a tono prenoenje

istosmjerne komponente struje kvara nije neophodno, tada je povoljno izabrati strujne

transformatore s karakteristikama koje odgovaraju klasi TPZ (linearizirane jezgre) zbog

manjeg utroka materijala i nie cijene strujnog transformatora. Kod izbora

karakteristika strujnih transformatora klase TPZ potrebno je pri tome odabrati:

realnu vrijednost minimalno potrebne nazivne snage (W); to je mogue manji odnos nazivne simetrine struje kratkog spoja i primarne

nazivne struje.

Izbor vrijednosti istosmjerne komponente struje kratkog spoja (odnosno

vremenske konstante T1), u granicama realno potrebnih vrijednosti za visokonaponske

mree, u manjoj mjeri utjee na gabarite. Definiranje vremena nakon kojega se jezgra

moe zasititi takoer nema bitnijeg utjecaja ukoliko se ne radi o vremenima reda

veliine jedne ili dvije periode industrijske frekvencije.

Strujni transformatori klase TPX imaju kompaktnu jezgru s jednoliko namotanim

sekundarnim namotom du oboda jezgre i geometrijski simetrinu vezu izmeu

primarnog i sekundarnog namota. Strujni transformatori klase TPY su jednakih

karakteristika, ali s malim antiremanentnim rasporima u jezgri.

Vremenske klase strujnih transformatora klasa TPX i TPY su izmeu 0,2 s i

100 ms. Zbog tako velikih iznosa vremenskih konstanti, faktor predimenzioniranja za

ove jezgre iznosi:

1 1K T= + (0.1) uz zahtjev da zasienje ne nastupi niti u trenutku pojave maksimalnog toka. Nedostatak

klase X je u velikom remanentnom faktoru koji iznosi oko 0,8.

Strujni transformatori klasa TPX i TPY prenose, vjerno, unutar odreene

tonosti, istosmjernu i izmjeninu komponentu asimetrine struje kratkog spoja. Strujni

transformatori klase TPZ imaju vrlo malu vremensku konstantu, a time i mali faktor

predimenzioniranja. Smanjenje vremenske konstante strujnih transformatora postie se

smanjenjem vlastitog induktiviteta sekundarnog kruga uvoenjem relativno velikih

zranih raspora u jezgri strujnog transformatora.

Vremenska konstanta strujnih transformatora klase TPZ ograniena je

doputenom kutnom grekom od 18020 min na iznos od 606 ms. Jedinini iznos maksimalne pogreke u prijenosu istosmjerne prolazne komponente definiran je

iznosom 2 1 2max2 1

lnT T TtT T T

= 1 koji za strujne transformatore klase TPZ poprima velike

iznose, ovisno o vremenskoj konstanti mree. Stoga se za strujne transformatore klase

TPZ greke u prijelaznom stanju definiraju maksimalnom trenutnom grekom prijenosa

simetrine komponente struje kratkog spoja.

Tablica 2.3 Usporedbena tablica klasa TPX, TPY i TPZ

TPX i TPY TPZ

Raspon primarne struje 500 do 40000 A 1000 do 20000 A

Sekundarne struje 1,2,5 A 1,2,5 A

Maksimalna snaga tereta 15 W 15 W

Strujna greka u

stacionarnom stanju

0,5% 1%

Kutna greka 60' 180'20' Prijenos istosmjerne

komponente

tono

vrlo netono (ovisno o

vremenskoj konstanti mree)

Primjena svagdje

Rad s ostalim strujnim

transformatorima

nema ogranienja

samo ako se ne trai

vjeran prijenos istosmjerne

komponente mogu samo

ako imaju jednake vremenske

konstante

Utjecaj stranog EM polja jedva primjetan; moe se

eliminirati kompenzacijskim

namotom

gotovo ne postoji, nije

potrebna kompenzacija

Rasipna reaktancija zanemariva nije uvijek zanemariva

Karakteristike strujnih transformatora TP mogu se definirati na tri naina:

1. Specifikacijom uzbudnih karakteristika (TPX);

2. Specifikacijom podataka za usklaivanje karakteristika transformatora

prema karakteristikama opreme (TPY i TPZ);

3. Specifikacijom funkcionalnih podataka (TPY i TPZ).

U zagradama su naznaene klase ije je karakteristike zgodno definirati

pojedinim nainom.

Kod sva tri naina treba definirati:

a) nazivnu primarnu i sekundarnu struju (npr. 1000/5 A), a gdje je potrebno, navesti

i omjer broja zavoja;

b) nazivnu frekvenciju;

c) nazivnu klasu i nazivni teret;

d) maksimalni pogonski napon;

e) ispitne napone;

f) kratkotrajne termike i dinamike struje.

Kod definiranja uzbudnih karakteristika potrebno je zadati:

a) minimalni iznos napona koljena - Vk;

b) maksimalni iznos efektivne vrijednosti uzbudne struje kod napona

koljena -I0;

c) otpor sekundarnog namota kod 75C.

U sluajevima kada se ele izjednaiti karakteristike strujnog transformatora s poznatim

karakteristikama opreme, treba zadati i slijedee podatke:

a) vremensku konstantu mree;

b) omjer simetrine struje kratkog spoja i nazivne struje;

c) nazivni faktor predimenzioniranja;

d) nazivnu snagu u VA ili nazivni teret u ; e) nazivnu vremensku konstantu sekundarnog kruga strujnog transformatora;

f) otpor sekundarnog namota kod 75C;

g) maksimalni iznos remanentnog faktora.

Za definiranje karakteristika strujnih transformatora funkcionalnim podacima treba

navesti:

a) snaga tereta u VA ili otpora u ; b) podatak, da li se primjenjuje automatsko ponovno uklapanje i ako se primjenjuje,

treba navesti trajanje beznaponske pauze;

c) da li se zahtjeva prijenos asimetrine struje kratkog spoja (alternativno se moe

navesti pogodna klasa strujnog transformatora;

d) vrijeme unutar kojeg ne smije nastupiti zasienje ili treba navesti da ne smije

doi do zasienja;

e) vremensku konstantu mree;

f) bilo koje ogranienje otpora sekundarnog namota.

2.2. Izvedbe strujnih transformatora

2.2.1. Epoksidni transformatori

Mjerni transformatori izolirani epoksidnom smolom praktiki su potpuno

istisnuli sva druga rjeenja za nazivne napone do 35 kV, a izrauju se i za napone do

110 kV. Kod izrade takvog transformatora najprije se izrauje i sastavlja cijeli aktivni

dio, a zatim se on zalijeva u prikladnim kalupima epoksidnom smolom. Na osnovi

ovakvog tehnolokog postupka i visokih izolacijskih svojstava epoksidnih smola

ostvarene su konstrukcije malih dimenzija vrlo prikladne za ugradnju u rasklopna

postrojenja u bilo kojem poloaju.

Epoksidni strujni transformatori se izvode kao potporni i provodni, kao tapni, provlani i namotni prema izvedbi primarnog namota. tapni strujni

transformatori imaju primarno samo jedan vodi tapastog oblika i upotrebljavaju se

gdje god je to mogue zbog velike dinamike struje i jednostavne konstrukcije.

Provlani strujni transformatori nemaju vlastiti primarni namot ve samo jezgru i

sekundarni koji je zaliven epoksidnom smolom, a kao primarni namot slui sama

sabirnica ija struja se mjeri.

a) b)

Slika 0.6 Epoksidni strujni transformatori

a) Niskonaponski natini strujni transformator, tipa Konar ANB b) tapni strujni transformator, tipa Konar ASA

Namotni transformatori koriste se kad je zbog male nazivne primarne struje

potrebno vie zavoja u primarnom namotu (do 220 kV) [7].

2.2.2. Uljni mjerni transformatori

Koriste se za nazivne napone vie od 35 kV, posebice za vanjsku montau.

Jezgra, primarni i sekundarni namot u uljnom su kotlu i meusobno su izolirani

papirnom bandaom. Kotao i porculanski provodnici tijesno su priljubljeni uz aktivni

dio transformatora radi smanjenja veliine i mase. Transformator je hermetiki

zatvoren da ne bi dolo do prodiranja vanjske vlage u ulje ime bi mu se smanjila

dielektrina vrstoa. Dilatacija ulja odnosno promjena njegova volumena zbog

promjene temperature omoguuje se elastinom membranom (metalnom,

gumenom), koja omoguava odravanje gotovo nepromijenjenog tlaka u

transformatoru.

Strujni uljni transformatori imaju tri osnovne izvedbe.

a) b) c)

Slika 0.7 Osnovne izvedbe strujnih uljnih transformatora

a) lonasta

b) krino-prstenasta

c) glavasta

Na slici 3.2 oznake predstavljaju slijedee: 1. primarni namot, 2. sekundarni

namot, 3. jezgra, 4. obloge za diktiranje potencijala.

Kod lonaste izvedbe sva visokonaponska izolacija je omotana oko primarnog

namota koji je skupa sa sekundarnim namotom i jezgrom smjeten u dnu

transformatora, najee u metalnom kotlu. U krino prstenastoj izvedbi omotana je

otprilike polovica izolacije oko primarnoga, a polovica oko sekundarnog namota. Kod

glavastih strujnih transformatora sva je izolacija motana oko sekundarnog namota i

jezgre, koji su skupa s primarnim namotom u glavi transformatora.

a) b) c)

Slika 0.8 Strujni uljni transformatori

a) Glavasti strujni transformator, Konar AGU

b) Glavasti strujni transformator, Trench IOSK

c) Strujni transformator sa jezgom u postolju, Konar APU

2.2.3. Kombinirani mjerni transformatori

Ovaj koncept koji podrazumijeva smjetaj strujnog i naponskog transformatora

u istom kuitu doivio je nekoliko izvedbi i zauzeo svoj dio trita.

Razlikuje se nekoliko tehnikih rjeenja kombiniranih transformatora:

Inverzni strujni transformator smjeten u glavi kombiniranog transformatora, a induktivni transformator sa zatvorenom jezgrom smjeten u podnoju

transformatora u zasebnom metalnom kuitu;

Glavna izolacija strujnog transformatora koristi se kao visokonaponski djelitelj kapacitivnog naponskog transformatora. Induktivna jedinica s

meunaponskim transformatorom smjetena je u odvojeno kuite;

Kombinirani transformator s izolacijom od plina SF6, gdje su najee strujni i naponski transformator smjeteni u glavi kombiniranog transformatora;

Novo rjeenje predstavlja kombinirani transformator s inverznim strujnim transformatorom i naponskim transformatorom s otvorenom magnetskom

jezgrom.

Slika 0.9 Uzduni presjek kombiniranog transformatora, Konar VAU

Kombinirani transformator sastoji se od:

glave (1) u koju su smjetene jezgre i sekundarni namoti (4) strujnog transformatora;

potpornog izolatora (2) kroz kojega prolaze sekundarni izvodi strujnog transformatora (7), sadri otvorenu magnetsku jezgru (9), primarne (13) i

sekundarne (11) namote naponskog transformatora;

kuita (3).

Prednosti nove koncepcije u odnosu na poznata rjeenja su:

zauzimanje relativno manjeg prostora smjetajem otvorene jezgre i sekundarnih namota naponskog transformatora unutar potporne cijevi;

primarni namot naponskog transformatora smjeten po visini potpornog izolatora optimizira raspodjelu potencijala po visini transformatora i tedi na

prostoru;

ravnomjerna raspodjela teine unutar transformatora smjetajem jezgre i namota naponskog transformatora unutar potpornog izolatora.

2.2.4. Plinom izolirani mjerni transformatori

Kao izolirajui medij umjesto epoksidnih smola i ulja, koristi se i plin sumporni

heksafluorid (SF6). Ovaj plin pokazuje odlina izolacijska svojstva, ne gubi svojstva s

vremenom niti pod utjecajem najviih elektrinih i toplinskih naprezanja, inertan je,

netoksian i nezapaljiv.

Dva su naina primjene mjernih transformatora izoliranih plinom:

Samostojei plinom izolirani mjerni transformatori radi se o transformatorima namijenjenima za postavljanje u atmosferi. Slini su izvedbama mjernih

transformatora izoliranih uljem, osim to kao izolacija slui SF6 plin.

Konstrukcijski su gotovo jednaki izvedbama u ulju. Prednosti SF6 mjernih

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 plinom izolirana postrojenja (GIS). Ovdje se koriste klasini induktivni mjerni transformatori

prilagoeni plinskom izolacijskom sredstvu. Osim njih, poinju se koristiti i

strujni i naponski transduktori odnosno novi senzori sa niskonaponskim

signalnim izlazom prilagoenim sekundarnoj opremi baziranoj na

mikroprocesorskoj tehnologiji.

2.2.5. Nekonvencionalni mjerni transformatori

Tehnologija konvencionalnih mjernih transformatora koristi se i razvija se ve

cijelo stoljee to je dovelo do toga da se mjerni transformator smatra jednim od

najpouzdanijih dijelova opreme u postrojenju. Meutim, poveanje potronje i

prijenosnog napona, razvoj energetskih mrea i ureaja za zatitu i mjerenje te

deregulacija zahtijevaju unapreenje postojeih i razvoj novih tehnologija koje bi

zadovoljile zahtjeve tonosti, pouzdanosti i cijene.

Posebnu pogodnost razvoju novih tehnologija donosi upotreba elektronikih

sustava za zatitu, upravljanje i nadzor elektroenergetskih sustava. Ovi sustavi imaju

visoku rezoluciju i zahvaljujui procesorskoj tehnologiji, veliku brzinu djelovanja. Isto

tako, zahtijevaju malu ulaznu snagu, to omoguava upotrebu elektronikih mjernih

instrumenata male izlazne snage naponski transformatori sa izlazom u voltima

umjesto u stotinama volta, te strujni sa izlazom u miliamperima umjesto u amperima.

Kao alternativa konvencionalnim strujnim transformatorima pojavili su se razni oblici

mjerenja struje [7]. Najvaniji meu njima su:

optiki transformatori koji koriste Faradayev efekt; konvencionalni transformatori sa optikim izlazom; transformatori koji koriste zavojnice Rogowskog; transformatori koji koriste Hallov senzor.

2.3. Opa pravila oznaavanja prikljuaka

2.3.1. Oznake prikljuaka - openito Prikljune oznake trebaju identificirati:

a) primarne i sekundarne namote;

b) namotajne sekcije, ako postoje;

c) relativne polaritete namotaja i njihovih sekcija;

d) sredinje izvode, ako postoje.

2.3.2. Naini oznaavanja

Oznake prikljuaka moraju biti jasne i neizbrisive. Oznake se trebaju sastojati

od slova za kojima slijede, ili pak prethode brojevi. Slova trebaju biti velika tiskana

[4].

2.3.3. Odreivanje relativog polariteta

Svi prikljuci oznaeni sa P1, S1 i C1 trebaju istovremeno imati isti polaritet.

2.3.4. Oznake kod strujnih transformatora

Oznaavanje prikljuaka strujnih transformatora treba biti kako je dano u

tablici 2.4.

Tablica 2.4 Oznaavanje prikljuaka

Prikljuci primara

Prikljuci sekundara

Transformator sa

jednostrukim prijenosnim

omjerom

Transformator sa sredinjim

prikljukom na sekundarnom namotaju

Prikljuci primara

Prikljuci sekundara

Transformator sa primarnim

namotom u dvije sekcije

namijenjen spajanju u

serijskom ili paralelnom

smislu

Transformator sa 2

sekundarna namota; svaki sa

svojom magnetskom jezgrom.

(dvije alternativne oznake za

prikljuke sekundara)

LITERATURA 1. Ljubii, V., Ravli,V.: Izbor strujnih mjernih transformatora i udeenje relejne

zatite u TS 110/10(20) kV DOBRI, Zagreb 2002. 2. Bego, V.: Mjerni transformatori, kolska knjiga, Zagreb, 1977. 3. IEC, Technical Committee No 38 (Secretariat) 61: Instrument transformers, May

1987. 4. International standard IEC 60044-1, Instrument transformers - Part 1: Current

transformers, pp. 13-83, 2003. 5. Ravli, V.: Elaborat uzemljenja nultoke transformatora u TS 110/10(20) kV

SISCIA, Zagreb 2006. 6. Poar, H.: Visokonaponska rasklopna postrojenja, Zagreb 1990. 7. Krajtner, D.: Izbor i dimenzioniranje strujnih i naponskih transformatora za zatitu

i mjerenje, diplomski rad, Fakultet elektrotehnike i raunarstva 8. Vujovi, P., Vukainovi, S.: Izbor parametara lineariziranih jezgara za

visokonaponske strujne mjerne transformatore, XV. savjetovanje elektroenergetiara, 1981. Referat broj 12.02.

9. Ferneir D., erina Z., Ivankovi I.: Integrirani sustav regulacije i nadzora energetskih transformatora, 7. simpozij o sustavu voenja EES-a Cavtat, 2006.

10. Siemens PTD EA Applications for SIPROTEC Protection Relays, 2005 11. Siemens SIPROTEC Numerical Protection Relays, Katalog 2003. 12. ABB, Buyer's guide: Station automation & protection, Volume I, 1999. 13. IEL, Kataloki listovi, Sustav zatite od elektrinog luka, Strujni modul 14. A-EBERLE, Voltage Control System REGSys (REG-D, PAN-D), Technical

Data, Issue 08/2006 15. ABB AutomationTechnology Products AB, Technical reference manual

Transformer protection terminal RET 521*2.5, December 2003 16. IEL, Kataloki listovi, Sustavi za mjerenje, registraciju i analizu energetskih

veliina, mjerni terminal MT-10S 17. ABB, SPAU 341 C Voltage regulator, Users manual and Technical

description, Modified 2007-01-24, Version F 18. ABB, Feeder Terminal Product Guide: REF 541, REF 543, REF 545 Issued:

June 1999, Version: F/06.07.2005 19. ABB, Earth-Fault Relay REJ 521 Technical Reference Manual Issued: 14.09.1998, Version: C/14.11.2005 20. International standard IEC 60044-1, Instrument transformers - Part 1: Current transformers, 2003-02 21. International standard IEC 60044-2, Instrument transformers - Part 2: Inductive voltage transformers, 2003-02. 22. International standard IEC 60044-6, Instrument transformers - Part 3: Combined transformers 2002-12 23. International standard IEC 60044-5, Instrument transformers - Part 5: Capacitor voltage transformers 2002-07 24. International standard IEC 60044-6, Instrument transformers - Part 6: Requirements for protective current transformers for transient Performance 1992-03

OSNOVNE DEFINICIJE ZA IZBOR KARAKTERISTIKA STRUJNIH TRANSFORMATORAUvodIzvedbe strujnih transformatoraEpoksidni transformatoriUljni mjerni transformatoriKombinirani mjerni transformatoriPlinom izolirani mjerni transformatoriNekonvencionalni mjerni transformatori

Opa pravila oznaavanja prikljuakaOznake prikljuaka - openitoNaini oznaavanjaOdreivanje relativog polaritetaOznake kod strujnih transformatora

LITERATURA