Trasformatori - Bs

Pomorski fakultet - Split

TRANSFORMATORI

Maja Krčum

Transformatori mogu biti: energetski (transformatori snage) i to malih, srednjih i

velikih snaga, generatorski, distribucijski i specijalni; regulacijski; mjerni (naponski, strujni, kombinirani); laboratorijski (ispitni); autotransformatori (transformatori u štednom spoju); izoalcijski za galvansko odvajanje strujnih krugova; za signalizaciju i upravljačke krugove i specijalni.

TRANSFORMATORI

Energetski (transformatori snage) transformatorodijeluje naponske razine u primarnim strujnimkrugovima.

Karakteristične veličine su: Prijenosni omjer Nazivna snaga Grupa spoja Napon kratkog spoja Regulacija

TRANSFORMATORI

Zajednički magnetski krug utransformatoru

TRANSFORMATORI

Energetski transformatori

TRANSFORMATORIMjerni transformatori

Mjerni transformatori

TRANSFORMATORIRazličite veličine i snage

TRANSFORMATORIU izgradnji

• U pogledu konstrukcije, transformator se sastoji iz sljedećih osnovnih dijelova :

Magnetskog kruga

Namota

Izolacije

konzervator

Pomoćnih dijelova i pribora

TRANSFORMATORIkonstrukcija

TRANSFORMATORIMagnetske jezgre

• Magnetski krug se sastoji od visokokvalitetnihhladno-valjanih orijentiranih transformatorskihlimova. Da bi se smanjila struja magnetiziranja(uzbudna struja) teži se uzimanju što kvalitetnijeglima, s velikom relativnom permeabilnosti, iprimjenjuju se odgovarajuća konstrukcijska itehnološka rješenja u izradi magnetskog kruga.

• Radi smanjenja gubitaka radi vrtložnih struja,koriste se međusobno izolirani limovi maledebljine (0,30; 0,27 i 0,23mm).

TRANSFORMATORI

• Osnovni fizički elementi magnetskog kruga su jezgra,oko koje su smješteni namoti i jarmovi (donji i gornji).Jezgra ima stepeničasti oblik i popunjava se paketimalimova odgovarajuće širine, kako bi ispuna prostoraopisanog kruga bilo što bolja.

• Kod transformatora velikih snaga, u jezgra se stavljajukanali (po duljini, širine 6mm) i prema potrebi jedanpoprečni (širine10 －15mm), kroz koje protječe ulje i hladimagnetski krug. Magnetski krug se priteže odgovarajućimstegama kako bi se dobila što bolja mehaničkakompaktnost.

TRANSFORMATORI

Namoti se prave od okruglih, profilnih ili trakastih vodiča odbakra ili aluminija, materijala koji imaju mali električni otpor.

• Namot koji se priključuje na napajanje naziva se primarni(primar), dok se namotaj koji je spojen na prijemnik nazivasekundarni (sekundar).

• Osnovni oblici namota prema načinu izrade su: spiralni,slojeviti i presloženi.

Izolacija predstavlja kombinaciju: • celuloze (papir, prešpan) i izolacijskog ulja, kod uljnih

transformatora, • odnosno čvrste izolacije (staklene tkanine impregnirane

epoksidnim, silikonskim ili drugim sintetičkim smolama) u kombinaciji sa zrakom kod suhih transformatora (do 36kV ).

TRANSFORMATORI

TRANSFORMATORINamoti

• Izolacijsko (transformatorsko) ulje, osim poboljšanjaizolacijskih svojstava, osigurava hlađenjetransformatora, jer zbog svog velikog specifičnogtoplinskog kapaciteta mnogo bolje odvodi toplinumagnetskog kruga i namota na konzervator irashladni sustav.

• Međutim, treba imati u vidu da je ulje zapaljivo i dalako gori. Izolacija vodiča je najčešće lak ili papir.

TRANSFORMATORI

Konzervator postoji kod uljnih transformatora i izrađuje seod kvalitetnog čelika s ojačanjima. Oblik kotla ovisi onačinu hlađenja, pa bočne strane mogu biti glatke,valovite ili s cijevima za hlađenje.

Pomoćni dijelovi i pribor transformatora: natpisna pločica,provodni izolatori za povezivanje s mrežom, konzervator ,regulator napona, priključak za uzemljenje, džeptermometra, pokazivač nivoa ulja, slavina za ispuštanjeulja, itd.

TRANSFORMATORI

TRANSFORMATORIDijelovi

Dilatacijskaposuda

VN izolator

NN izolator

Transformatorskaposuda

Magnetski krug

Namot

Rebra zahlađenje

Kotači zatransport

Kanal za otjecanje ulja

Konzervator

Kotao

NAČELNA SHEMA – idealni transformator

TRANSFORMATORIPrincip rada

Na primarni namot transformatora dovodi seelektrična energija u obliku izmjeničnognapona, koja u magnetsko spregnutomsekundarnom namotu inducira odgovarajućuizmjeničnu elektromotornu silu, odnosnostruju, koja se koristi za napajanje prijemnika.

- Primarni namot se ponaša kao prijemnik, dokse sekundarni namot ponaša kao izvorelektrične energije.

TRANSFORMATORI

Pretpostavke u analizi praznog hoda idealnog transformatorasu:

a) Ukupni magnetski tok obuhvaća obadva namota(rasipni magnetski tok primarnog i sekundarnognamota jednak je nuli ( 021 ) i svaki zavoj

obuhvaća isti magnetski tok,

b) nema magnetskog otpora željeznih limova ( Fe ),

c) nema gubitaka u željezu ( 0FeP ).

Prazan hod idealnog transformatora

stup

Jednofazni transformator (jezgra magnetskog kruga) u praznom hodu


- Za navedeni slučaj jednofaznog transformatora srednjistup je dvostrukog presjeka u odnosu na krajnje stupove.Magnetski tok se dijeli na dvije polovine od srednjeg kakrajnjim stupovima.

- Ako je aktivni presjek srednjeg stupa magnetskog krugaoznačen kao FeS , a na priključke primarnog namota je

priključen napon:

tUtu sin2)( 11


u njemu će se uspostaviti izmjenična struja magnetiziranjai (t) čiji smjer se određuje pomoću pravila desne ruke (ilidesne zavojnice), a koja će po Faradey-evom zakonuinducirati suprotni napon )(1 te

dt

d

dt

dte m

11 )(

1

m

-

- ukupni magnetski tok primarnog namota, a

-ukupni zajednički magnetski tok.

Uz navedenu pretpostavku da u svim zavojima namotadjeluje isti magnetski tok, imamo:

dt

dN

dt

dNte m

11

11 )(

1 - ukupni magnetski tok primarnog namota po zavoju, a

m - zajednički magnetski tok po zavoju.

Prema jednadžbi naponske ravnoteže (II Kirhoffovzakon) imamo da je zbroj svih elektromotornih silajednak nuli, što napisano za električni krug primarnognamota glasi:

01111 iReu

1R 1i i

11 iR

U većini energetskih transformatora otpornost namota primara

je relativno mala, a struja praznog hoda (odnosno

je također vrlo mala (0,2 do 3 % nazivne struje), tako da seumnožak može zanemariti, pa je:

)

011 eu

Odnosno:

dt

dNtU m

11 sin2

Iz prethodne jednadžbe za zajednički magnetski tok je:

ttN

U

dttUN

d

m

m

coscos2

sin21

max1

1

11

Za efektivnu vrijednost napona priključenog na primarninamot, odnosno efektivnu vrijednost inducirane ems uprimarnom namotaju, u praznom hodu vrijedi:

FeFe SBf

SBfNNEU max

max1max111 44.4

2

2

2

Budući da isti magnetski tok prolazi i kroz sekundarninamot, efektivna vrijednost inducirane ems usekundarnom namotu je preko odnosa broja zavojasekundarnog i primarnog namota vezana sa efektivnomvrijednosti inducirane ems primarnog namota:

11

22 E

N

NE

Kod crtanja ekvivalentne sheme i faznog dijagramapretpostavljeno je da su primarni i sekundarni namotnamotani u istom smjeru oko magnetskog stupa, te daprema tome promjenljivi magnetski tok inducira izmeđupočetnog i krajnjeg priključka primarnog i sekundarnognamota napon istog smjera.

Kako su, u općem slučaju, naznačeni naponi primarnog isekundarnog namota različiti, potrebno je sve veličinesvesti (reducirati, transformirati) na jedan od napona,obično primarni.

Za svedenu efektivnu vrijednost ems sekundarnog namota, '2E

imamo:2

2

1'2 E

N

NE

Vektorski dijagram veličina u praznom hodu

Opterećenje idealnog transformatora

Pri analizi opterećenog idealnog transformatorapretpostavka je da:

Fe

00 FeP

1. magnetski otpor željeza ne postoji (

2. gubitaka u željezu nema ( ).

),

2

2i22 IN

Po opterećenju impedancije Z , uspostavi se struja u

, koja stvara amperzavoje

. - Smjer inducirane struje u sekundaru je takav da svojimmagnetskim tokom teži poništiti tok koji ga je stvorio.

- Radi lakšeg snalaženja, propisima su definiraneoznakeza priključke primarnog i sekundarnog namota istogpolariteta. Između istoimenih priključaka se induciranapon iste faze .

sekundarnom namotu

Rezultantni amperzavoji proizlaze iz utjecaja primarnih isekundarnih amperzavoja, odnosno smjera namatanjaovih namota. Na slici je prikazan slučaj sa odmaganjem(poništavanjem) djelovanja primarnog i sekundarnognamota kod stvaranja magnetskog polja, za koji vrijedislijedeća jednadžba :

INININ 12211

Poništavanje jakosti polja, s „•“ je označen početak namota

stup

Jednofazni transformator pri opterećenju

dt

diM

dt

diLiRu 21

1111

odnosno pisano u vektorskom obliku:

211111 IMjILjIRU

122222 IMjILjIRU

Diferencijalne jednadžbe napišu se tako, da primarni i sekundarninapon imaju istu fazu, te da se kao pozitivne računaju primarna strujakoja ulazi u početak primarnog namota i sekundarna struja koja izlazi izpočetka sekundarnog namota, što je u skladu sa pojmom izvora itrošila.

-U slučaju pomaganja (zbrajanja) djelovanjaamperzavoja primarnog i sekundarnog namota predznakčlana naponske jednadžbe koji sadrži međuinduktivitetbio bi pozitivan.

- Izrazi za struju primarnog i sekundarnog namota dobijuse iz jednadžbe ravnoteže amperzavoja:

2

1

21 I

N

NII I

N

NI

N

NI

2

11

2

12

Uvrštavanjem vrijednosti struje sekundarnog namota ujednadžbu naponske ravnoteže primarnog električnogkruga dobiva se slijedeća jednadžba:

,)(2

11

2

11111

I

N

NI

N

NMjILjRU

Odnosno:

11112

11

2

1111 )( EILjRIM

N

NjIM

N

NLjRU

gdje se sa 1L označava rasipni induktivitet primarnog namota.

Za rasipni induktivitet primarnog namota vrijedi izraz:

MN

NLL

2

111

Uvrštavanjem vrijednosti struje primarnog namota ujednadžbu naponske ravnoteže sekundarnog električnogkruga dobivamo sljedeću jednadžbu:

2

1

22222 )( I

N

NIMjILjRU

Odnosno:

22222

1

2222 )( EILjRIMjIM

N

NLjRU

gdje je sa 2L označen rasipni induktivitet sekundarnog

namota:

MN

NLL

1

222

Prethodna jednadžba, naponske ravnotežesekundarnog električnog kruga, se pomnoži sa omjerombroja zavoja primarnog i sekundarnog namota

2

1N

N

a induciranu ems u električnom krugu sekundarnognamota prebacimo na lijevu stranu jednadžbe:

2

2

12

1

22

2

2

12

2

2

12

2

1 UN

NI

N

NL

N

NjR

N

NE

N

N

Svedene vrijednosti sekundarnih veličina na primarnu stranuimaju oblik:

2

2

2

1'22

2

2

1'2

21

2'22

2

1'22

2

1'2

;

;;;

LN

NLR

N

NR

IN

NIE

N

NEU

N

NU

Na kraju se dobiva sljedeća jednadžba za naponskuravnotežu sekundarnog električnog kruga, kod koje su sveveličine svedene na primarnu stranu:

'

2

'

2'2

'2

'

2 UILjRE

Promatrano preko ukupnog, odnosno zajedničkog i rasutihmagnetnih tokova, za opterećeni transformator se dobiva(princip rada transformatora):

Ukupni magnetski tokovi primarnog i sekundarnog namota,

21 i su:

mm NiLNNN 111111111

mm NiLNNN 222222222

Princip rada transformatora

1N 2Ni - broj zavoja primarnog i sekundarnog namota

gdje je:

12i - ukupni magnetski tok po zavoju primarnog i sekundarnog

namota

1 2i - rasuti magnetski tok po zavoju primarnog i sekundarnognamota

m - zajednički magnetski tok po zavoju

1L 2Li - rasuti induktiviteti primarnog i sekundarnog namota

Osnovne jednadžbe naponske ravnoteže:

gdje je:

1u - napon na koji je priključen primarni namot,

2u - napon na priključcima sekundarnog namota,

1R 2Ri - aktivne otpornosti primarnog i sekundarnog namota,respektivno.

Prijenosni omjer

Po definiciji iz propisa prijenosni omjer (omjer transformacije),m , predstavlja omjer naznačenih napona istaknutih na

natpisnoj pločici,

n

nU

Um2

112

Prijenosni omjer koji se dobiva mjerenjem u praznom hodu

je funkcija odnosa broja zavoja2

1'12 N

Nkm

dozvoljeno odstupanje je u granicama ±0,5%.

Sve veličine i parametri ekvivalentne sheme su faznevrijednosti, a veličine i parametri sekundara svedeni su naprimar (preračunati sa kvadratom odnosa broja namota) takoda je npr.:

2

2

2

1'2 RN

NR

Ekvivalentna shema transformatora

Ekvivalentna shema transformatora predstavljapojednostavljeni model pomoću kojeg se može , na posredannačin, bez stvarnog opterećenja, predvidjeti ponašanjetransformatora u raznim uvjetima rada.Parametri ekvivalentne sheme određuju se na jednostavannačin iz standardnih ispitivanja transformatora u pokusupraznog hoda i kratkog spoja.




Veličine i parametri ekvivalente sheme su:

I - struja praznog hoda,Ip - aktivna komponenta struje praznog hodaIm - reaktivna komponenta struje praznog hoda

(struja magnetiziranja) Ro - ekvivalentna otpornost u praznom hodu (fiktivna

otpornost pomoću koje uzimamo u obzir gubitke u praznom hodu)

Xo - reaktancija magnetiziranja

Osnovni ciljevi pokusa praznog hoda su određivanje:

- gubitaka praznog hoda (približno jednaki gubicima uželjezu)

- struje praznog hoda,- parametara ekvivalentne sheme.

Pokus se izvodi tako da se na jedan od namota (običnonižeg napona) priključi nazivni (ili njemu bliski) napon, apriključke drugog namota ostavimo otvorenim

Prazni hod transformatora

Za vrijeme pokusa mjeri se- napon napajanja Uo, približno ili točno jednak Un

- struja napajanja Io

- snaga uzeta iz mreže Po (snaga praznog hoda)

. Struja praznog hoda se sastoji od dvijekomponente, reaktivne (struje magne-tiziranja) kojom se magnetizira magnetskikrug i aktivne kojom se uzimaju u obzirgubici praznog hoda.Zbog nelinearnosti funkcije B = f (H), strujamagnetiziranja je nesinusoidalnog oblika,dakle sadrži i više harmonike, od kojih jenajznačajniji treći. Iz ekonomskih razloga,naznačena radna točka se nalazi nakoljenu funkcije B = f (H).


A - idealna krivulja magnetiziranja,BB′ - krivulj magnetiziranja uzimajući

u obzir gubitake histereze,CC′ - krivulja magnetiziranja uzimajući

u obzir i gubitke vrtložnih struja.

Dijagram struje praznog hoda

Utrošena energija gubitaka histereze po jedinici maselima (kg), za vrijeme jednog perioda proporcionalna jepovršini petlje histereze, odnosno ovisi o promjeniamplitude indukcije nBmax

, gdje je n najčešće, ovisno od

vrste limova, od 1.7 do 2.2:

kg

JBkw n

HH max

Obično se kod proračuna uzima prosječna vrijednost n = 2.

Gubici praznog hoda približno su jednaki gubicima uželjezu, koji se sastoje od gubitaka histereze i gubitakavrtložnih struja. Analizu je napravljena za (redovnislučaj iz prakse) napajanje iz izvora prosto periodičnognapona.


Utrošena snaga gubitaka histereze po jedinici maselima proporcionalna je broju perioda u sekundi, odnosnoproporcionalna frekvenciji:

kg

WBfkwfp HHH

2max

U masi limova Fem gubici histereze su:

WmBfkpmP FeHHFeH2max

Gubici vrtložnih struja kvalitativno su izraženi preko utjecajnih veličina, budući da je raspodjelu i ukupni efekt ovih struja relativno teško izračunati s dovoljnom točnošću.

- Gubici vrtložnih struja proporcionalni su kvadratu inducirane ems u parazitnim krugovima a obrnuto proporcionalni specifičnom otporu lima:

2ePV

FePP 0


Izmjerena snaga gubitaka praznog hoda približno jejednaka gubicima u željezu:

Pod naznačenom strujom praznog hoda podrazumijeva seona vrijednost struje napajanja koja točno odgovaranaznačenom naponu, odnosno :

0,0 U

UI n

n


Relativna vrijednost struje praznog hoda je oko 1-3% uodnosu na naznačenu struju (kod transformatora velikihsnaga i manje od 1%).

Prilikom određivanja parametara ekvivalentne shemeobično se zanemaruje uzdužna (serijska) grana sheme,budući da se pad napona na serijskoj impedanciji možezanemariti. Parametri poprečne grane ekvivalentne sheme(Ro i Xo ) jednofaznog transformatora određuju se na sljedećinačin:

0

00 I

UZ

00

00cos

IU

P

- impedancija praznog hoda

- faktor snage u praznom hodu

0

0

0

20

0 cosZ

P

UR

0

00 sin

ZX

- fiktivna aktivna otpornost kojom uzimamo u obzir gubitkepraznog hoda:

- reaktancija praznog hoda


Kratki spoj transformatora

Osnovni ciljevi izvođenja pokusa kratkog spoja suodređivanje:

- -- gubitaka zbog opterećenja;- napona kratkog spoja;- parametara ekvivalentne sheme.

Pokus se izvodi tako da jedan od namota (obično višegnapona), kod kratko spojenih priključaka drugog namota,priključimo na napon koji postepeno povećavamo od nuledo vrijednosti pri kojoj se uspostavlja nazivna (ili njoj bliska)vrijednost struje, i tu vrijednost napona nazivamo naponomkratkog spoja.


Za vrije pokusa kratkog spoja mjeri se:- napon napajanja, koji se naziva napon kratkog spoja Uk; - struja napajanja Ik (približno ili točno In ) ;- snaga uzeta iz mreže Pk (snaga kratkog spoja).

Napon kratkog spoja služi za određivanje pada napona utransformatoru zbog opterećenja (pomoću tzv. Kapovogtrokuta), veličine stvarne struje kratkog spoja i mogućnostiparalelnog rada dvaju ili više transformatora.


Pod naznačenim naponom kratkom spoja podrazumijevamoonu vrijednost napona napajanja koja točno odgovaranaznačenoj struji, odnosno onu koja se, u općem slučaju,određuje prema:

kk

nnk U

I

IU ,

Prilikom određivanja parametara ekvivalentne shemeobično se zanemaruje poprečna grana sheme, budući daje struja praznog hoda puno manja od nazivne struje.Parametri uzdužne grane ekvivalentne shemejednofaznog transformatora tada se određuju na sljedećinačin:

k

kk I

UZ


2'21

k

kk I

PRRR

22'21 kkk RZXXX

'21

'21 ; XXRR

- impedancija kratkog spoja

- Aktivni i reaktivni otpor kratkog spoja:

Približno se može uzeti da su aktivne i reaktivne otpornostiprimara jednake svedenim aktivnim i reaktivnim otpornostimasekundara, tj:


Trokut relativnih vrijednosti napona kratkog spoja (Kapov trokut)

Trokut koji formiraju vektoripriključenog napona teradnog i reaktivnog padanapona često se predstavljarelativnim vrijednostima uodnosu na naznačeni napon,pri čemu je struja, podogovoru, naznačena.

Izrazi za relativne vrijednosti napona kratkog spoja i radnog i induktivnog

pada napona, izraženih u postotcima jednostavno se izvode:

%% kk zu


Relativna vrijednost napona kratkog spoja se kod distributivnihtransformatora kreće od 4-6%. Posebno korisno je uočiti da je:

%100100100% kn

k

n

nk

n

kk z

Z

Z

U

IZ

U

Uu

Što slijedi iz:

Gubici pri opterećenju sastoje se od sljedećih gubitaka:

- u namotima, koji su obično od bakra. U ove gubitke ubrajamo osnovne (Joulove) gubitke, Σ(RI ), i dopunske gubitke površinskog (skin) efekta, tj. povećanja omskog otpora koji nastaje zbog rasipnog magnetskog toka, odnosno zbog induciranih lokalnih struja u vodičima;

- dopunske gubitke u drugim konstrukcijskim dijelovima transformatora zbog induciranih parazitskih struja.

Opterećenje transformatora

.

Trofazni transformatorAMERIČKA IZVEDBA

L1 (A), L2 (B), L3 (C) - namoti višeg napona

l1 (a), l2 (b), l3 (c) - namoti nižeg napona

tok energije - od namota višeg premanamotima nižeg napona

.

Trofazni transformatorEVROPSKA IZVEDBA

L1 (A), L2 (B), L3 (C) - namoti višeg napona

l1 (a), l2 (b), l3 (c) - namoti nižeg napona

.

Trofazni transformator

.

Spojevi namota transformatora

Spoj u zvijezdu (oznaka Y za GN namot, a y za DN namot) je takav spoj ukojem su tri istoimene stezaljke faznih namota (tri početka ili tri svršetka faznognamota) međusobno povezane u nul-točku (zvjezdište), a ostale tri stezaljkesluže za priključak trofazne mreže (ako se radi o GN namotu transformatora) ilitrošila (ako je to DN namot transformatora). Kod spoja u zvijezdu, linijska struja ,(struja u vodu) jednaka je faznoj struji (struja u svakom faznom namotu), alinijski napon (međufazni napon) jednak je fazorskoj razlici dvaju faznih naponapa se može pisati daje:

flfl UUII 3 ,

.

SPOJ U TROKUT

Spoj u trokut (oznaka D) za GN namot, a d za DN namot) takav je spoj u kojem susva tri fazna namota spojena u serijski spoj. Kod spoja u trokut, linijski napon ,jednak je faznom naponu a linijska struja, jednaka je fazorskoj razlici dviju faznihstruja.

flfl IIUU 3 ,

SPOJ U ZVIJEZDU/TROKUT

.

RAZLOMLJENA ZVIJEZDA

Razlomljena zvijezda ili cik-cak spoj (oznaka Z za GNnamot, a z za DN namot) takav je spoj u kojem je namotsvake faze razdijeljen na dvije polovice, od kojih se jednanalazi na jednom stupu, a druga polovica iste faze nadrugom stupu. Zbog toga taj spoj ima ukupno šestpolunamota, i to na svakom stupu po dva, a svakipripada drugoj fazi. Namot jedne faze dobiva se serijskimprotuspojem obiju polovica. To znači da se obje polovicenamota moraju međusobnu spojili istoimenim krajevima.Napon pojedine faze u spoju razlomljena zvijezda dobivase kao fazorska razlika dvaju napona međusobnopomaknutih za 120°. Uspoređujući napon spoja uzvijezdu i napon spoja razlomljena zvijezda (pri istombroju zavoja) dolazi se do zaključka da je napon spojarazlomljena zvijezda manji za puta. Ako se želi kodspoja razlomljena zvijezda dobiti isti napon kao kod spojau zvijezdu, potrebno je puta više zavoja, što iznosipribližno 15,5%. Iako se iz rečenog može zaključiti daspoj razlomljena zvijezda nije ekonomičan, tim spojemkoristi se često samo na DN strani gdje su mogućanesimetrična opterećenja.

23

32

• Dvonamotni trofazni transformatori mogu imati različite vrste spojeva namota,odnosno različit spoj GN i DN namota. Uobičajene su sljedeće vrste spoja:

Yy, Yd, Yz, Dy, Dd i Dz.

• Međutim, samo označavanje nije dovoljno da se električki potpuno definira spoj, jer je moguće da dva transformatora koji imaju potpuno jednaku vrstu spoja ne budu električki potpuno jednaki. Iako vrste spoja mogu biti iste (Yy), ipak postoji razlika u kutu zaostajanja fazora napona DN strane prema istoimenim fazoru napona GN strane. Na slici a) taj pomak iznosi 0°, a na slici b) iznosi 180°.

SPOJEVI TRANSFORMATORA

SPOJEVI TRANSFORMATORA

Kombiniranje osnovnih spojeva omogućuje različite fazne pomake izmeđuprimarnog i sekundarnog napona

Spomenuti kutovi zaostajanja fazora napona DN strane za istoimenim fazoromnapona GN strane međusobno se razlikuju za 30° (0°, 30°, 60°... do 360°) iuvijek su takva iznosa da podijeljeni s 30 daju jedan od brojeva 0, 1, 2, ... do 11.Ti se brojevi zovu satni brojevi jer i kut dviju susjednih brojaka na brojčaniku sataiznosi također 30°. Na taj način jednoznačno je definiran kut zaostajanja, pavrsta spoja sa satnim brojem čine grupu spoja trofaznog transformatora.

SATNI BROJ

grupe0Dd0Yy0Dz0

grupe11Dy11Yd11Yz11

SATNI BROJ

Grupa spoja

• Svaki trofazni transformator može se opteretiti na sekundarnim stezaljkama simetrično ili nesimetrično.

• Pri simetričnom opterećenju svaka je faza opterećena jednakom impedancijom Z, pa uz simetrični trofazni napon brodske mreže i struje trošila čine simetrični trofazni sustav. To ujedno znači da je zbroj trenutnih vrijednosti struja jednak nuli. Prema tome, za simetrično opterećenje vrijedi

SIMETRIČNO I NESIMETRIČNO OPTEREĆENJE

321321 0 ,, IIII

Simetrično opterećenje trofaznog transformatora uvjetuje da se on ponaša kao jednofazni. Sekundarno opterećenje svake faze stvara sekundarno protjecanje (amperzavoji sekundara ), koje se mora poništiti primarnim protjecanjem (amperzavoji primara ). Zbog toga svaka faza primara povuče iz mreže struju opterećenja koja s namotom primara stvara amperzavoje kojima se poništava djelovanje sekundarnih amperzavoja. Pri simetričnom opterećenju nije bitno koju grupu spoja ima trofazni transformator. Radi jednostavnosti proizvodnje najčešće se odabire spoj Yy 0. U tom zvijezda-zvijezda spoju izolacija je najslabije opterećena, jer je fazni namot naponski naprezan samo s puta manjim naponom od linijskog. Za vrlo velike snage uzima se spoj Dy 5, jer trokut spoj na GN strani uvjetuje bolje prilike u pogledu struje magnetiziranja.

• Nesimetrično opterećenje trofaznog transformatora je takvo opterećenje ukojem je makar i jedna faza opterećena drugim iznosom impedancije ili i drugimkarakterom opterećenja. U tom slučaju, iako je priključni napon simetričan, iznosistruja, ili/i njihovi fazni pomaci nisu više isti. To znači da svi, ili bilo koji znakjednakosti u izrazima više ne vrijedi. Prema tome, pri nesimetričnomopterećenju nije zbroj struja svakog trenutka jednak nuli, tj. u tom je


Najnepovoljniji slučaj nesimetričnog opterećenjatrofaznog transformatora je jednofazno opterećenje.Rad transformatora je moguć ako je kodjednofaznog opterećenja postignuto da na primaruteče struja samo kroz onu fazu koja je na sekundaruopterećena. To znači da je zatvoren strujni krugizvor - primarni namot sekundarno opterećene faze- izvor. U tom će slučaju struja opterećenja primarasa svojim amperzavojima poništiti djelovanjeamperzavoja sekundarno opterećene faze

0I

• U spoju zvijezda - zvijezda (Yy), prema slici a), struja opterećenja mora teći ikroz ostale dvije neoptereće faze primara. Struje u neopterećenim fazamadjeluju kao struje magnetiziranja, jer nemaju amperzavoje na sekundarnimstranama koje bi poništile. Na taj način potpuno se poremeti simetrija induciranihnapona, pa taj spoj nije pogodan za nesimetrično opterećenje


• Spoj trokut - zvijezda (Dy), prema slici b pogodan je za nesimetrično opterećenjei često se upotrebljava. Jednofazno sekundarno opterećenje prenosi se primarnona odgovarajuću fazu i struja opterećenja može teći iz izvora u spomenutu fazu ivratiti se u izvor, a da pri tome ne prolazi kroz ostale dvije neopterećene faze.


• Spoj zvijezda – razlomljena zvijezda prema slici c) , dopušta takođernesimetrično opterećenje . Budući da svako jednofazno opterećenje izaziva nasekundarnoj strani prolazak struje kroz dvije polufaze koje su smještene na dvastupa, na primarnoj strani može struja opterećenja teći iz izvora jednim vodom, aprema izvoru drugim. Na taj će način amperzavoji primame struje opterećenjaponištiti djelovanje amperzavoja sekundarne strane


• Ako jedan transformator nije dostatan da daje određenu snagu (energiju)priključenim trošilima na brodu, takvu transformatoru treba paralelno priključilijedan ili više transformatora. Dva ili više transformatora rade paralelno kad se naulaznoj (primarnoj) strani napajaju s istih sabirnica, a na izlaznoj (sekundarnoj)strani napajaju zajedničke sabirnice, odnosno zajednička trošila .

PARALELNI RAD TRANSFORMATORA

Da bi dva ili više transformatora radili paralelno, oni moraju imati:

a) jednake prijenosne omjere napona (jednake koeficijentetransformacije). a također i jednake ili približno jednake nazivnenapone. Nazivni naponi mogu se eventualno neznatno razlikovati (±2,5%), ali prijenosni odnosi moraju biti jednaki. Nejednakostprijenosnog odnosa izaziva struje izjednačenja koje bi tekleizmeđu transformatora i dodatno ih zagrijavale, dok nejednakostnazivnih napona ima za posljedicu da je jedan transformator naponskiprenapregnut, što dovodi do magnetskog preopterećenja jezgre.

b) odnos nazivnih snaga transformatora koji nije veći od 1 : 3.


c) Jednake napone kratkog spoja, odnosno smiju se razlikovati najviše 10%od neke srednje vrijednosti kratkog spoja svih paralelno spojenihtransformatora.

U slučaju da se naponi kratkog spoja znatnije razlikuju, transformatori ukojih je bivaju preopterećeni, a oni kojima je samo su djelomičnoopterećeni.

Također, ako naponi kratkog spoja paralelno spojenih transformatoranisu jednaki, tada je povoljnije da manji transformator ima veći naponkratkog spoja i obratno, jer relativno veće opterećenje preuzimatransformator koji ima manji napon kratkog spoja.

Ako su naponi kratkog spoja paralelno spojenih transformatoranejednaki, postrojenje treba rasteretiti tako da srednji napon kratkogspoja bude jednak najmanjem naponu kratkog spoja, tj. transformator snajmanjim smije se opteretili nazivnim opterećenjem.


d) Jednake grupe spoja (za trofazne transformatore). Pri tome je bitan kutzaostajanja fazora napona DN strane, odnosno satni broj. To znači da se moguparalelno spojiti na istu sabirnicu istoimene stezaljke samo transformatori istogsatnog broja (npr. 0 i 0; 5 i 5 itd.). Ako su transformatori različitih satnih brojeva(npr. 0 i 5; 6 i 11 itd.), tada se kod paralelnog spoja na DN strani ne spajajuzajedno na istoimene stezaljke već različito (ovisno o grupama spoja) kako bi sepostigao navedeni uvjet.


Svi transformatori koji se ugrađuju u brod podliježu ispitivanjima. Prema propisima HRB-a to se odnosi na:

- pregled i provjeravanje dokumentacije;

- mjerenje otpora izolacije;

- ispitivanje izolacije na otpornost protiv vlage;

- provjeravanje spoja stezaljka;

- provjeravanje prijenosnog odnosa;

- provjeravanje grupe spoja namota;

- ispitivanje pri nazivnom opterećenju i mjerenje temperature;

- ispitivanje na preopterećenja;

- provjeravanje promjena napona;

- ispitivanje na udarnu struju kratkog spoja;

- ispitivanje električne čvrstoće izolacije;

- ispitivanje električne izolacije između zavoja namota;

- provjeravanje antikorozijskih prevlaka;

- provjeravanje stupnja zaštite kućišta.

NEKE SPECIFIČNOSTI U RADU TRANSFORMATORA

• Energetski transformatori na brodu rabe se za napajanje većih trošila koja rade pri nižim naponima od onog što ga daje izmjenični izvor. Ti su naponi općenito standardni. odnosno propisuju ih razna klasifikacijska društva. Tako prema HRB-u (Hrvatski registar brodova) veliki trofazni elektromotori (i grijanje tankova) rade pri naponu 380 i 440 V, a rasvjeta i jednofazna trošila pri 220 V (rasvjeta na tankerima pri 110 V). Također, propisi nekih klasifikacijskih društava ne dopuštaju za trošila koja su spojena na sekundarnu stranu transformatora napon prema trupu (masi) broda više od 150V.

• Smanjenje nesimetričnih opterećenja i odgovarajući dopušteni napon prema brodskom trupu postižu se najčešće s pomoću transformatora primarno spojenih u trokut, a sekundarno u zvijezdu (npr. za sckundarni napon 220 V dobiva se napon prema brodskom trupu 127 V).


• Najčešće se koristi trofaznim transformatorima u spoju Dy5, u kojih je zvjezdište potpuno opteretivo. Zbog dodirnog napona, zvjezdište je na sekundarnoj strani transformatora redovito uzemljeno (izravno ili preko male impedancije).

• Na brodu gdje se rasvjeta i druga mreža bitnih služba napaja preko transformatora, moraju se osigurati najmanje dva transformatora takve snage da, pri ispadu iz rada najvećega transformatora ostali budu u stanju osigurati punu potrebnu električnu energiju pri svim uvjetima rada na brodu. Na brodovima ograničenog područja plovidbe (osim putničkih) dopuštena je ugradnja samo jednog transformatora.

• Prema Pravilima o gradnji pomorskih brodova koja je propisao HRB, na jednofaznim i trofaznim transformatorima promjene napona pri radnom opterećenju u području između praznog hoda i nazivnog opterećenja, ne smiju prekoračiti 5% na transformatorima snage do 5 kVA po fazi, ili 2,5% na transformatorima većih snaga.

• Također, transformatori hlađeni zrakom ili suhim dielektrikom, moraju izdržati sva 10%-na preopterećenja u trajanju od 1 sata i 50%-na preopterećenja u trajanju od 5 minuta.


Documents

Trasformatori - Bs